Для его стабилизации предусмотрена система вентиляции для полноценного проветривания подполья при закрытом цоколе. По периметру здания размещены новые вертикальные приставные вентиляционные шахты. Отверстия от поверхности земли, расположены на высоту 1,1м от планировочной отметки, с учетом того, что средняя высота снежного покрова за год составляет в среднем на различных участках 35-50 см, максимальная достигает 0,8 - 0,9 м. Размеры вентиляционных отверстий - 300х600мм.
Количество вентиляционных шахт принято: 14 штук. Размеры и количество отверстий назначено в соответствии с модулем вентилирования, определяемым расчетом. Шахты выполнены из элементов металлических воздуховодов, с креплением их к фасаду и с финишной облицовкой фасадными панелями в системе НВФ (навесной вентилируемый фасад). С внешней стороны отверстие закрыто жалюзийной решеткой. В местах примыкания новых пристроек для вентилирования существующего фундамента проложены каналы в грунте под плитными фундаментами. Сечение каналов соответствует модулю вентилирования в соответствии с расчетом температурного режима вентилируемого подполья.
Согласно данным литологической колонки в сентябре при средней температуре воздуха минус 8 [2] на глубине 2,7 метров температура грунтов отрицательная и составляет минус 1,8 градуса. Нулевая температура присутствует уже на глубине 50 см. Таким образом на основании всех данных большая часть стержня сваи находится в замороженном грунте, что обеспечивает жесткость и устойчивость конструкции.
Новые пристраиваемые части к зданию сначала предполагалось построить на буронабивных сваях-стойках с армированием. Но данное решение в условиях реконструкции могло негативно отразиться на существующем конструктиве. Длительные вибрации в процессе бурения скважин вблизи здания приводит к дефектам конструкций и нарушению эксплуатационной пригодности [4]. Также необходимо было учитывать проветривание и поднять перекрытие первого этажа для обеспечения открытого подполья высотой 1,2 метра. Что в условиях реконструкции с учетом сложившегося объема здания не было возможным. В таком случае мы сталкивались с рядом проблем:
• поднимая весь объем пристраиваемой части на высоту проветриваемого подполья, перекрывались окна второго этажа, что привело бы к отсутствию естественного освещения на половине этажа,
• сохраняя оконные проемы и обеспечивая проветриваемое подполье, сокращалась высота этажа, что было ниже предельных норм,
• уклон кровли для Северных снежных регионов нормируется и плоские кровли применять нецелесообразно,
Учитывая все факторы, было принято решение возвести пристраиваемые части на альтернативном экспериментальном поверхностном фундаменте плите-оболочке с проветриванием в среднем слое, по принципу I с применением теплоизоляционного экрана из экструдированного пенополистирола [8,10]. Наличие этой теплоизоляции в теле подсыпки увеличивает надежность оснований, исключая отдачу тепла от здания в грунт и сохраняя его в мерзлом состоянии.
Применение фундаментов плит-оболочек с проветриванием с теплоизоляционным экраном в конструкции представляет собой вопрос, вызывающий дискуссии, относится к экспериментальным, но обладает уникальными характеристиками.
Конструктивные особенности и специфика устройства такого типа фундамента:
• возведение работ необходимо производить в холодный период года, для исключения оттаиваний грунтов в основании. Таким образом ликвидируется временной технологический разрыв, который необходим при устройстве свайных фундаментов для их вмерзания в окружающий мерзлый грунт,
• фундамент совмещает функции несущей и охлаждающей грунт конструкции, за счет отсыпаемого на мерзлом основании промежуточного слоя,
• материал промежуточного слоя подсыпки непучинистый. Это позволяет значительно снизить интенсивность криогенных процессов при тепловом и механическом взаимодействии здания с мерзлым основанием,
• устройство теплоизоляционного экрана на промежуточный слой, для исключения отдачи тепла от здания в грунт,
• контроль и предотвращение попадания снега и льда в тело ,подсыпки
• планировочная подготовка территории для отвода воды от фундамента,
Фундамент представляет собой монолитную плиту-оболочку, в сочетании с вентиляционными каналами. Шаг каналов в данном случае был принят - 2,57м. Вентиляционные каналы выполнены из бетонных лотков Л 2-д- 8 и Л 2-8, в соответствии с Серией 3.006.1-2.87. Каналы закрыты плитой П415 а, в соответствии с Серией 3.006.1-2.87.
В продольном направлении все каналы объединены вентиляционными коллекторами. С фасада здания коллектор оборудован входными и выходными шахтами, которые примыкают в пространство существующего свайного фундамента. Таким образом полости каналов охлаждают основание под новым фундаментом и обеспечивают дополнительную вентиляцию существующего технического подполья по продольным сторонам фасада, где примыкают дополнительные объемы здания.
Для пристраиваемой части 1, со стороны главного фасада, был разработан новый фундамент плиты-оболочки с проветриванием. Размеры в плане: 38,24х8,87м. Бетон для фундамента применен класса В25, марки морозостойкости F300, водопроницаемостью W6. Толщина плиты составляет 400мм.
Рис. 7. Узел нового фундамента для пристройки 1.
Для возведения пристройки 2, со стороны заднего фасада, был разработан фундамент размером в плане 38,45х4,46м. Бетон для фундамента применен класса В25, марки морозостойкости F300, водопроницаемостью W6. Согласно расчетам, толщина плиты составляет 300мм.
Рис. 8. Узел нового фундамента для пристройки 2 в осях В-Д/1-7.
Перед началом работы под плитами были произведены следующие работы:
• подготовка естественной поверхности территории площадки, уплотнение и отсыпка скальной породой с примесью суглинга,
• устройство сети вентиляционных каналов, в промежуточном слое, для проветривания подполья под существующим зданием и охлаждения основания новых фундаментов,
• отсыпка промежуточного слоя из щебня и послойное уплотнение виброкатком - 400мм,
• устройство подстилающего слоя песка - 100мм,
- укладка полиэтиленовой пленки 2 слоя, плотностью 200мкр,
- устройство теплоизоляционного экрана из плит экструзионного пенополистирола. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации не м енее 250 кПа - 200мм,
Вентилирование полостей каналов осуществляется круглогодично. Охлаждение грунтового основания происходит через вентиляционные каналы, где температура воздуха значительно ниже, чем в здании и за его пределами. Теплоизоляционный экран из плит экструзионного пенополистирола исключает отдачу тепла от здания в грунт.
Заключение
Строительство в условиях вечной мерзлоты - сложный процесс. Современные технологии позволяют улучшить методы реконструкции зданий и упростить строительство на территории вечной мерзлоты, но основа остаётся неизменной и уйти от метода сохранения вечномерзлых грунтов в качестве оснований не является предметом обсуждений.
Как показала практика на сегодняшний день здания, построенные на свайном основании методом «вмораживания» имеют запас прочности, при соблюдении условий сохранения мерзлоты. Требуется осуществлять геотехнический мониторинг фундаментов:
• оборудовать сеть наблюдений,
• устанавливать геодезические марки,
• бурить температурные скважины,
Данные мероприятия становятся обязательным для арктических территорий России. Внедряется комплексная система геотехнического мониторинга зданий и сооружений в городе. «Норникель» создал единую диспетчерскую мерзлотную службу. С ее помощью ведется отслеживание в реальном времени всех возможных подвижек и регулярная оценка состояния фундаментов промышленных объектов, в зоне ответственности компании. В Норильском Государственном Индустриальном Институте (НГИИ) работает научно-исследовательский центр технологий строительства и мониторинга состояния зданий и сооружений на северных арктических территориях.
Приведенные данные об экспериментальном типе фундамента, позволяют сделать вывод, что сочетание вентиляционных каналов в промежуточном слое и теплоизоляционный экран, способствуют не только сохранению мерзлого состояния грунтов основания, но и снижению его температурного режима.
По результатам наблюдения, можно отметить:
• теплообмен здания с грунтом происходит через вентиляционные полости с движущимся в них в зимний период холодным воздухом,
• в летне-осенний период замечено снижение температуры в вертикальном сечении под плитой-оболочкой из-за отсутствия попадания ,инсоляции
• также, сказывается накопленный запас холода в зимний период года в грунтовом массиве основания, что подтверждается низкими температурами под подошвой плиты.
В результате можно прийти к выводу что при таком методе устройства фундамента, граница сезонного оттаивания сместилась выше, что обеспечивает более надежное основание.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ред. С. М. Семёнов. -- М.: Росгидромет, Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем // Гл. 8 Континентальная многолетняя мерзлота. 2012. ISBN 978-5-904206-10-9. - С. 301;
2. СНиП 2.01.01-82 Строительные нормы и правила «Строительная климатология и геофизика» / 1984-01-01;
3. Стрючков С.А., под ред. Л.Н. Стрючковой. История домов и людей. Восстановленные факты истории архитектуры и гражданского строительства Норильска / - Норильск: АПЕКС, 2017. - С. 72-79;
4. Повколас К.Э. / Влияние вибродинамических воздействий на здания и сооружения. // Эксперт: теория и практика. - 2023 - №1 (20) - С. 111-115;
5. Пихлайнен Дж. А. Предварительное планирование исследований вечной мерзлоты в рамках проекта строительства школы ресурсов и развития и учительского корпуса, Аклавик, Северная Каролина / Техническая записка / 1 марта 1953 / NRC-IRC-6579;
6. Слабуха А.В. Норильск был задуман как система архитектурных ансамблей // Архитектурный вестник. 2007. № 6. С. 86-91;
7. СП 25.13330.2020 Свод правил «основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» / (п. 6.1.1.);
8. Федеральное государственное унитарное предприятие «Научноисследовательский центр «Строительство» // Руководство по применению теплоизоляции из плит полистерольных вспененных экструзионных Пеноплекс при проектировании и устройстве фундаментов зданий и опор трубопроводов на подсыпках на многолетнемерзлых грунтах / 2009;
9. Пихлайнен, Дж.А., Джонстон, Г.Х. Исследования вечной мерзлоты в Аклавике, 1953: бурение и отбор проб / технический отчет №16 / январь 1954 / Архивная запись публикаций Национального исследовательского совета Канады;
10. Гончаров Ю.М. Эффективный тип фундамента для строительства на многолетнемёрзлых грунтах. // Наука и техника в Якутии. - 2004 - №1(6) - С.2023