РУКОВОДСТВО
ПО БЕТОНИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ И КОММУНИКАЦИЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ С УЧЕТОМ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Разработано к главе СНиП III-15-76* "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные" с учетом требований главы СНиП II-18-76** "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах".

________________

* На территории Российской Федерации действуют СНиП 3.03.01-87;

** На территории Российской Федерации действуют СНиП 2.02.04-88. Здесь и далее. - Примечание изготовителя базы данных.

Содержит основные положения по производству бетонных работ в вечномерзлых грунтах. Приведены требования к материалам, особенности подбора состава бетона с учетом его твердения при отрицательных температурах, указаны методы производства и организации работ при возведении различных фундаментов (ленточных, столбчатых, буронабивных свай) и коммуникаций с использованием мерзлых грунтов и скальных пород в качестве основания сооружения.

Рассмотрены вопросы прогнозирования температурного режима оснований и уложенного бетона. В приложениях даны расчетные значения теплофизических и других характеристик талых и мерзлых грунтов, а также методика расчета на ЭВМ температурного режима сооружений.

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство содержит рекомендации по бетонированию фундаментов в вечномерзлых грунтах и методы ускорения твердения монолитного бетона, а также результаты применения в производственных условиях предложенного проф. С.А.Мироновым метода термосного выдерживания бетона с малым содержанием противоморозных добавок, обеспечивающих прочность его при бетонировании в вечномерзлых грунтах и долговечность при эксплуатации в суровых климатических и гидрокриологических условиях.

Руководство разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. О.А.Миронов, канд. техн. наук О.С.Иванова, канд. хим. наук И.И.Курбатова, инженеры Л.Е.Журавлева, Р.А.Лукичев, Н.Л.Домашевский, С.И.Пчелкин, В.Г.Абрамкина, Т.А.Сигачева) совместно с ЦНИИС Минтрансстроя СССР (д-р техн. наук, проф. В.С.Лукьянов, канд. техн. наук А.Р.Соловьянчик, В.В.Пассек, И.И.Денисов, Н.А.Цуканов, В.П.Величко, В.Е.Меркин, В.М.Смолянский, инженеры Е.А.Антонов, А.И.Цимеринов, В.И.Петров, А.П.Костяев), Норильским отделением Красноярского ПромстройНИИпроекта Минтяжстроя СССР (канд. техн. наук В.Е.Полуэктов, инж. О.И.Павленко), ВНИИСТ Миннефтегазстроя СССР (д-р техн. наук С.Ф.Бугрим, канд. техн. наук Т.И.Розенберг, инж. В.В.Андреев), МИИТ МПС СССР (д-р техн. наук, проф. А.Е.Шейкин, канд. техн. наук П.С.Костяев), Минцветметом СССР (инж. А.И.Семенов), Управлением строительства Норильского горно-металлургического комбината (инж. Ф.Х.Галимова), НИИМосстроем Главмосстроя (канд. техн. наук Ю.Б.Волков, инж. В.В.Жаров).

При составлении Руководства использованы материалы Якутского института мерзлотоведения АН СССР (инж. Е.И.Гайдаенко), Ленинградского политехнического института (д-р техн. наук, проф. А.А.Парийский, инж. Ю.Г.Барабанщиков) и НИИОСП им.Н.М.Герсеванова Госстроя СССР (инж. А.В.Петров).

Редактирование Руководства осуществлено д-ром техн. наук, проф. С.А.Мироновым, д-ром техн. наук С.Ф.Бугримом, кандидатами техн. наук О.С.Ивановой, А.Р.Соловьянчиком, П.С.Костяевым, инж. Е.А.Антоновым.

Общее руководство по составлению настоящего документа осуществлено д-ром техн. наук, проф. С.А.Мироновым и канд. техн. наук О.С.Ивановой.

Руководство составлено впервые и отражает современный уровень исследований и опыт возведения зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах с применением бетонных и железобетонных конструкций.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство разработано к главе СНиП III-15-76 "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные" с учетом требований главы СНиП II-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах".

1.2. Руководство предназначено для проектных и строительных организаций, занимающихся проектированием и строительством фундаментов и подземных коммуникаций из монолитного и сборно-монолитного бетона и железобетона. Оно распространяется на производство бетонных работ при возведении промышленных и гражданских зданий и сооружений. Основные положения Руководства могут быть использованы при возведении транспортных и гидротехнических сооружений, однако при этом должны учитываться специфика этих сооружений и требования соответствующих ведомственных нормативных документов Минтрансстроя СССР, Минтяжстроя СССР, Минцветмета СССР, Минэнерго СССР и др.

1.3. Руководство распространяется на производство бетонных работ и содержит рекомендации по проектированию, приготовлению и укладке бетонной смеси и по обеспечению твердения бетона при тепловлагосолеобмене в контакте с вечномерзлым грунтом.

Бетонные работы при сооружении частей фундаментов и подземных коммуникаций выше дневной поверхности грунта рекомендуется производить в соответствии с "Руководством по зимнему бетонированию с применением метода термоса" (М., Стройиздат, 1975), "Руководством по электротермообработке бетона" (М., Стройиздат, 1974), "Руководством по применению бетонов с противоморозными добавками" (М., Стройиздат, 1978).

1.4. Термонапряженное состояние конструкций, связанное с массивностью и последовательностью их возведения, в настоящем Руководстве не рассматривается. Эти вопросы решаются в зависимости от конкретных условий строительства.

1.5. Вечномерзлыми называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру, содержащие в своем составе лед и находящиеся в мерзлом состоянии в течение многих лет. Вечномерзлые грунты - четырехкомпонентная система взаимосвязанных частиц (минеральных, льда, незамерзшей воды и газообразных). Они подразделяются на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые. Верхняя граница вечномерзлых грунтов определяется границей их максимального сезонного оттаивания. Верхний слой грунта, подвергаемый сезонному оттаиванию, называется деятельным слоем. Мощность деятельного слоя в зависимости от широты и особенностей местности может составлять 0,2-4 м.

1.6. Вечномерзлые грунты в качестве оснований сооружений могут использоваться по I или II принципу:

принцип I предусматривает использование вечномерзлых грунтов основания в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения.

В тех случаях, когда по условиям организации строительства возможен временный разрыв между бетонированием фундаментов и возведением на них сооружения, может быть допущено образование прослойки протаивания под уложенным фундаментом при условии восстановления режима вечной мерзлоты грунта к моменту строительства сооружения.

Время восстановления режима вечной мерзлоты грунта в основании определяется по разделам 6, 8 и прил.6;

принцип II предусматривает использование вечномерзлых грунтов основания в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе строительства и эксплуатации).

Принцип использования грунта в качестве основания должен устанавливаться проектом сооружения. Способ подготовки основания и способ производства бетонных работ выбираются в зависимости от принципа использования грунта.

1.7. Бетон в конструкции в зависимости от зоны ее расположения в грунте подразделяется на:

а) надземный, располагающийся выше дневной поверхности грунта и подвергающийся действию атмосферных осадков, ветра, солнечной радиации, попеременных температур воздуха, а также действию капиллярного подсоса влаги из грунта. Бетон этой зоны должен иметь морозостойкость не ниже Мрз 200 и водонепроницаемость не ниже В6, за исключением участка до отметки 0,5 м выше уровня дневной поверхности грунта, где проявляется наибольшее влияние капиллярного подсоса влаги;

б) лежащий в зоне сезонного оттаивания грунта (в деятельном слое). Бетон этой зоны подвергается переменному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии. Наиболее интенсивно это происходит на уровне 0-1,2 м ниже уровня дневной поверхности грунта, а также на границе сезонно-замерзающий слой - вечномерзлый грунт, что вызывает в этих местах преждевременное разрушение конструкций фундаментов. На нижнем уровне зоны сезонного оттаивания происходит скопление воды, содержащей в своем составе растворенные соли (из-за отжатия ее при сезонном замерзании), которые могут вызывать преждевременное разрушение бетона. К бетону, находящемуся в зоне сезонного оттаивания, а также на участке выше уровня дневной поверхности до отметки 0,5 м рекомендуется предъявлять повышенные требования по морозостойкости и водонепроницаемости: Мрз не менее 300 и водонепроницаемость не менее В6; в проекте рекомендуется предусматривать меры по защите бетона от воздействия окружающей среды в соответствии с п.2.16 настоящего Руководства;

в) лежащий ниже глубины сезонного промерзания в промежуточной зоне грунта, где проявляется влияние сезонных колебаний температур. Верхняя граница этой зоны проходит на глубине сезонного промерзания, нижняя - на глубине около 10 м от уровня дневной поверхности грунта.

Бетон, находящийся в этой зоне, не испытывает значительных температурно-влажностных воздействий окружающей среды, поэтому к нему могут предъявляться требования по морозостойкости и водонепроницаемости на одну или более марок ниже, чем к бетону, находящемуся в зоне сезонного промерзания и оттаивания;

г) лежащий в зоне стабильных температур на глубине более 10 м. Сезонные колебания температур в этой зоне практически отсутствуют. К бетону этой зоны требования по морозостойкости и водонепроницаемости не предъявляются.

Схема расположения зон и распределение температур в вечномерзлом грунте, приведены на рис.1, а схема расположения элемента свайного фундамента в вечномерзлом грунте - на рис.2.

Рис.1. Схема расположения зон грунта

I - зона сезонного оттаивания грунта (деятельная зона); II - промежуточная зона грунта; III - зона стабильных температур грунта; 1 - верхний уровень грунта; 2 - верхний уровень вечномерзлого грунта; 3 - верхняя граница зоны стабильных температур; 4 - нижняя граница вечномерзлого грунта; 5 - кривая распределения температур грунта наиболее холодного месяца; 6 - то же, наиболее теплого месяца

Рис.2. Схема расположения элемента свайного фундамента в различных зонах вечномерзлого грунта

I - зона сезонного оттаивания грунта; II - промежуточная зона грунта; III - зона стабильных температур грунта; 1 - ростверк; 2 - свая; 3 - дневная поверхность грунта; 4 - участок бетона, подверженный многократному, замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию и другим воздействиям; 5 - верхняя граница вечномерзлого грунта; 6 - верхняя граница зоны стабильных температур

1.8. Долговечность бетонных и железобетонных конструкций в контакте с вечномерзлым грунтом обеспечивается:

а) назначением требований к бетону в соответствии с условиями эксплуатации и особенностями окружающей среды;

б) сохранением несущей способности основания в соответствии с проектом;

в) применением для бетона материалов надлежащего качества;

г) составом бетонной смеси, рассчитанным на получение требуемой прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона в заданные сроки;

д) применением технологии возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений в соответствии с требованиями настоящего Руководства;

е) применением, в необходимых случаях, защитных мероприятий, предусматриваемых проектом в соответствии с требованиями главы СНиП II-51-74 и п.2.16 настоящего Руководства.

1.9. Марки бетона по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости в зависимости от принятых способов возведения сооружения, условий твердения бетона и сроков загружения расчетной нагрузкой могут устанавливаться проектом в 28-суточном и в более позднем возрасте (при соответствующем технико-экономическом обосновании).

1.10. Замораживание бетона до приобретения им указанных в проекте свойств не допускается.

Прочность бетона частей конструкций, расположенных ниже зоны сезонного оттаивания (в промежуточной зоне и зоне стабильных температур), до замерзания должна соответствовать проектной.

Прочность бетона частей конструкций, расположенных в деятельном слое грунта, до замерзания должна составлять не менее 70% проектной при нагрузке на бетон не более 70% расчетной. При этом должна быть обеспечена возможность достижения бетоном проектной прочности к моменту загружения конструкций расчетной нагрузкой.

1.11. При невозможности обеспечения проектной прочности бетона к моменту нагружения полной расчетной нагрузкой допускается увеличение расчетной прочности против проектной марки при подборе состава бетона.

1.12. Распалубливание несущих железобетонных конструкций может производиться после достижения бетоном прочности, указанной в проекте.

В тех случаях, когда фактическая нагрузка на конструкцию составляет менее 70% расчетной, опалубка может быть снята после достижения бетоном 70% проектной прочности.

1.13. Устройство фундаментов из монолитного бетона на вечномерзлых грунтах при наличии надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных вод, которые могут повлиять на температурный режим твердеющего бетона и потребовать изменения принципа использования вечномерзлого грунта в качестве основания зданий и сооружений, рекомендуется осуществлять по специально разработанному проекту производства работ.

1.14. К бетону конструкций зданий и сооружений, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию агрессивных жидких, твердых и газовых сред, предъявляются специальные требования. Степень агрессивности грунтовых вод как среды, в которой эксплуатируется бетон, определяется в соответствии с требованиями главы СНиП II-28-73* "Защита строительных конструкций от коррозии".

__________________

Заменены на СНиП 2.03.11-85, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

2. ВЫБОР МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

2.1. До начала производства бетонных работ рекомендуется составить проекты организации строительства и производства работ. Выбор метода производства работ при возведении фундаментов из монолитного бетона на вечномерзлых грунтах зависит от ряда факторов, которые необходимо учитывать при разработке проектов зданий и сооружений, а также проектов организации и производства работ.

2.2. При выборе метода производства работ учитываются:

мерзлотно-грунтовые условия на строительной площадке;

время возведения фундаментов и климатические условия района строительства;

вид вечномерзлых грунтов и их характеристики;

принятый проектом сооружения принцип использования грунтов в качестве основания;

размеры, вид конструкций, технологическое назначение и режим эксплуатации здания (сооружения);

действующие на фундамент строительные и эксплуатационные нагрузки и время их приложения.

2.3. Для выбора метода производства работ материалы инженерно-геокриологических изысканий в соответствии с главой СНиП II-18-75 должны содержать:

а) данные, характеризующие инженерно-геокриологические условия строительной площадки (распространение и залегание вечномерзлых грунтов, их состав и сложение, строение и температурный режим, толщины слоя сезонного оттаивания, сведения о мерзлотных процессах, климатических условиях района строительства и др.);

б) результаты полевых и лабораторных испытаний грунтов, включая определение характеристик мерзлых грунтов, изменение их механических свойств при переходе из мерзлого в талое состояние, а также характеристики грунтовых вод и их агрессивность;

в) исходные данные, необходимые для прогнозирования возможных изменений, мерзлотных и гидрогеологических условий зоны строительной площадки;

г) сведения об опыте местного строительства;

д) исходные данные и требования, необходимые для разработки мероприятий по охране природы.

2.4. При перерыве более трех лет между временем проведения изысканий и началом строительства (в случае необходимости, устанавливаемой проектной организацией) полученные ранее материалы должны быть уточнены.

2.5. Для выбора метода производства работ рекомендуется сопоставить все методы для конкретных условий строительства и определить их эффективность с учетом срока загружения фундамента эксплуатационными и строительными нагрузками. Правильность принятого метода производства работ целесообразно подтверждать прогнозированием теплового взаимодействия твердеющего бетона с окружающим мерзлым грунтом по методике, изложенной в прил.6.