The study of the ground freezing method using natural cold to protect the foundation pit from groundwater inflow

S.A. Guly
2015 Magazine of Civil Engineering  
Mетод промораживания грунта естественным холодом для защиты котлована от грунтовых вод К.т.н., начальник мерзлотной станции С.А. Гулый, Северо-Восточная научно-исследовательская мерзлотная станция Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН Аннотация. Строительство в условиях, когда отметка дна котлована находится ниже отметки уровня подземных вод, требует проведения специальных работ по водопонижению. Как правило, они обходятся крайне дорого. Чтобы снизить стоимость работ по
more » ... работ по водопонижению на территориях со стабильно низкими температурами воздуха, предлагается разработку котлована вести в зимнее время. По аналогии с гидротехническими сооружениями, возводимыми на Крайнем Севере, промораживание грунта естественным холодом позволит создать водонепроницаемый ледогрунтовый экран, который предотвратит подтопление котлована. В статье изложена последовательность работ при промораживании грунта и методика, предназначенная для прогнозирования термического состояния грунтового противофильтрационного элемента при сезонном строительстве в г. Магадане. Расчетами обоснованы условия, при которых возможно появление наледи в котловане при создании ледогрунтового экрана, предложен простой методы борьбы с наледью с помощью снега. Результаты работы могут быть использованы при строительстве в районах с экстремальными климатическими условиями. Ключевые слова: котлован; грунтовые воды; ледопородный экран; промерзание; снежный покров; наледь Введение Город Магадан расположен на территории островного распространения вечномерзлых грунтов, где талые грунты чередуются с мерзлыми с температурой −0,1...−0,3 °С. Используется второй принцип строительства на вечномерзлых грунтах. Он допускает возможность оттаивания мерзлых грунтов в процессе строительства и эксплуатации. Основной вид фундамента, используемый в Магадане, -свайный [1, 2]. Использование свайных фундаментов связано с тем, что глубина залегания мерзлых пород небольшая -до 20 м, в основном она составляет 10-15 м. Поэтому сваи могут прорезать мерзлые грунты, которые при оттаивании дают сверхнормативные осадки, и опираться на надежные талые грунты [3]. В период начального освоения города, в 1930-1950-х гг., когда свайные фундаменты еще не применялись, глубина заложения фундаментов первых 4-этажных зданий из-за необходимости прохождения просадочных мерзлых грунтов была сопоставима с высотой здания и составляла 9-12 м. Проблем с возведением фундаментов на участках, где распространены талые грунты, в Магадане никогда не возникало. В этом случае применялись столбчатые и ленточные фундаменты. При необходимости строительства зданий и сооружений в талых водонасыщенных аллювиальных галечниковых отложениях р. Магаданки использовались свайные фундаменты. Если здание проектировалось с подвалом, то отметку дна котлована подбирали на такой глубине, чтобы она заведомо была выше уровня грунтовых вод. При этом работы нулевого цикла старались начать в зимнее время и закончить к весне при минимальном уровне грунтовых вод. В 2014 г. на территории города возникла необходимость возведения торговоразвлекательного центра «Мегамаг». Особенность этого объекта в том, что он расположен непосредственно около р. Магаданки и имеет большие размеры в плане (80х100 м). При глубине заложения фундамента 5,75 м отметка дна котлована 28,2 находится ниже отметки максимального уровня подземных вод 31,5. Исходя из этого было принято решение разработать систему, которая обеспечит недопущение попадания грунтовых вод в котлован. Перед разработкой проекта водопонижения на месте предполагаемого строительства были проведены гидрогеологические исследования с пробными кустовыми откачками. Так как в окончательном варианте работы по возведению фундамента намечалось провести в течение летнего периода, то было принято решение запроектировать систему водопонижения в 29 Инженерно-строительный журнал, №3, 2015 МЕТОДЫ Гулый С.А. Mетод промораживания грунта естественным холодом для защиты котлована от грунтовых вод 39. Пособие по методике прогнозирования инженерно-геологических мерзлотных условий (к РСН 31-83). М.: ЦТИСИ, 1984. 60 с. Abstract When the bottom of the foundation pit is below the groundwater level, groundwater drawdown is required; as a rule, it is extremely expensive. In order to reduce water drawdown costs in areas with consistently low air temperatures we suggest to excavate foundation pits in wintertime. As with hydraulic engineering constructions erected in the Far North, natural ground freezing allows for creating the waterproof ice wall that prevents the foundation pit from being flooded.
doi:10.5862/mce.55.4 fatcat:vjycavzkbbgs7k3istcyzcrnu4