SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

Северо-восточная территория России (севернее 65о широты) представлена многолетнемёрзлыми грунтами, находящимися в мёрзлом состоянии длительное время, т.е. в течение многих тысячелетий, которые летом оттаивают на небольшую глубину (1…3 м). Такие грунты исследованы российскими учёными, в числе которых Н. А. Цытович – основоположник мерзлотоведения, М. И. Сумгин, Ю. К. Зарецкий, И. А. Тютюнов, С. С. Вялов, Г.В. Порхаев, Р.С. Зиангиров и др. Результаты их исследований положены в основу СНиП на проектирование оснований и фундаментов на вечномёрзлых грунтах, а также ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

Многолетнемёрзлые грунты вследствие наличия в них льдо-цементных связей при сохранении отрицательной температуры грунтов являются достаточно прочными природными образованиями. Однако при оттаивании порового льда по мере застройки территорий структурные льдо-цементные связи лавинно разрушаются, грунт переувлажняется талой водой и превращается в разжиженную массу, не способную обеспечить геостойкость построенных зданий, сооружений, как результат проявления тепловой просадки бывших многолетнемёрзлых грунтов.

Многолетнемёрзлые грунты, или вечная мерзлота по старой терминологии, образовалась около 0,7 млн. лет назад во времена раннего плейстоцена в процессе похолодания на Земле, вызвавшего надвигание огромных масс льда на сушу из морей и океанов. Затем произошло потепление и оттаивание. Это повторялось периодически, причины которого не выяснены.

Площадь распространения многолетнемёрзлых грунтов составляет около 1/4 всей суши земного шара и около 65% площади России. Первая информация о существовании мёрзлых пород появилась в 16 в. Лишь в 19 в. возникла наука – мерзлотоведение, или геокриология, предметом изучения которой является криолитозона – часть земной коры, содержащая мёрзлые и морозные породы.

Максимальная мощность многолетнемёрзлых толщ горных пород достигает 1300…1500 м, а отрицательная среднегодовая температура пород на глубинах 10…20 м от -12 до -15оС и ниже.

Схематический температурный разрез толщи многолетнемёрзлых пород (грунтов) показан на рис.1.4. Как видно из кривой изменения температуры грунтов по глубине, до глубины h1, соответствующей сезонному протаиванию, температура грунта не остается постоянной. В зависимости от времени года она меняется от положительной до отрицательной. Причём амплитуда температур слоя сезонного промерзания будет тем больше, чем континентальней район области многолетнемёрзлых грунтов. Ниже верхней границы многолетнемёрзлой толщи (глубины, которой достигает максимальное летнее протаивание грунтов) температура горных пород всегда ниже или равна нулю, а изменения её с глубиной, не выходя из области отрицательных температур, распространяются до 10 м и несколько более (с точностью ±0,1оС).

Далее, начиная с некоторой глубины, на участке h2 наблюдается постепенное повышение температуры мёрзлой толщи до 0оС. Затем температурная кривая переходит в область положительных температур h3. Следует заметить, что в нижней зоне температурной кривой некоторый слой грунтов h4 вследствие значительных в нём давлений от массы вышележащей толщи, хотя и имеет отрицательную температуру (не очень низкую), но не будет мёрзлым, т.е. не будет содержать лёд в своих порах как следствие понижения температуры замерзания воды в обжатом состоянии за счёт связанности диполей воды с минеральной поверхностью грунтовых частиц, а также за счёт возникновения эффекта режеляции по Боттомли (самопроизвольный переход льда в воду под значительной сжимающей нагрузкой в обратимом режиме). Этот слой грунтов h4 будет содержать только переохлажденную и незамерзающую при данной отрицательной температуре воду. Расстояние от верхней до нижней границы Н вечномёрзлой толщи и определяет её мощность.

На основе мерзлотоведения грунтов, изученного вышеназванными учёными, сформулированы научные методы надёжного строительства зданий и сооружений на многолетнемёрзлых грунтах, а также прикладного использования искусственного замораживания грунтов в строительстве и горном деле, эффективно апробированного в 30…50 гг.20 в. при проходке тоннелей в переувлажнённых грунтах, поскольку ещё не были разработаны новые технические решения (стена в грунте, напрягаемый анкер, струйная цементация).