Исследуемая территория расположена в Республике Саха (Якутия), Дальневосточный федеральный округ.
Средняя годовая температура воздуха составляет -9,5 оС. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная его температура составляет -30,6 оС. Абсолютный минимум температуры воздуха в районе изысканий оставляет -55,4 оС. Самым теплым месяцем на рассматриваемой территории является июль, со средней температурой воздуха +15,0 оС. Абсолютный максимум температуры воздуха составляет +33,6 оС.
В орографическом отношении район строительства расположен в северо - восточной части Средне-Сибирского плоскогорья и представляет собой сильно расчлененное пологоволнистое плато, приподнятое на 430-440 м над уровнем моря.
Плато расчленено густой сетью глубоких речных долин, причем более половины площади приходится на склоны долин и междуречий. Наиболее крупными реками района являются Марха и ее левый приток Далдын. Глубина рек в среднем 1,5-2,0 м, в межень на перекатах она не превышает 0,2-0,5 м. Скорость течения Мархи - 0,9-1,1 м/с. Вследствие повсеместного развития многолетнемерзлых грунтов, подземный сток грунтовых вод практически отсутствует и питание рек находится в прямой зависимости от климатических факторов (от количества и режима выпадения осадков, от температуры воздуха и снеготаяния). Режим рек характеризуется большим непостоянством, резким подъемом и последующим быстрым спадом паводковых вод. Весенний паводок проходит в конце мая - первой половине июня, осенний в конце августа в период сильных дождей и максимальной глубины сезонного оттаивания. Реки замерзают в конце сентября.
В геологическом строении на исследуемой территории до глубины 10,0-30,0 м принимают участие грунты 4-х литологических комплексов:
• комплекс верхнекембрийский отложений (€ );
• комплекс элювиально-делювиальных отложений (edQ);
• современные техногенные отложения (tQ ).
Температура грунта на глубине 10,0 м (глубине нулевых годовых амплитуд) в пределах территории проектируемых сооружений составляет от -0,1 до -1,4 оС.
К специфическим грунтам на участке исследования в соответствии с СП 47.13330.2016 и СП 11-105-97 отнесены многолетнемерзлые грунты ИГЭ-3, ИГЭ-4, а также техногенные грунты ИГЭ-1 [3, 8].
Согласно таблице 5.1 СП 115.13330.2016 категория опасности природных геологических процессов в пределах изученного района следующая [10]:
• землетрясения по интенсивности - умеренно опасная категория;
• пучение (сезонное) - опасная категория;
• подтопление территории - весьма опасная категория.
На исследуемой территории планируются следующие воздействия на среду: подсыпка и выемка грунта, срезка почвенно-растительного слоя, эпизодическое или систематическое удаление снежного покрова. Эти процессы в значительной степени определяют условия теплообмена грунтов с внешней средой и их нарушение сопровождается изменением основных геокриологических характеристик - среднегодовой температуры пород и мощности слоя сезонного оттаивания (промерзания), а в определенных условиях может приводить и к смене физического состояния (талое - мерзлое) пород.
Снежный покров является одним из самых мощных температурообразующих факторов при формировании среднегодовой температуры пород. Этому способствует его высокая теплоизоляционная способность и сезонность существования (только в холодный период года). Максимальная за зимний период мощность снежного покрова (йен) на открытых участках исследуемой территории составляет 0,3 м при среднезимней плотности рсн=0,26 г/см3.
Видовое разнообразие биогенных напочвенных образований на рассматриваемой территории весьма велико. Сюда входят травяные, осоковые, моховые и лишайниковые покровы в различных сложных сочетаниях друг с другом. Мощность этих покровов не превышает 0,1-0,2 м. Однако, биогенные теплоизоляционные покровы, даже при столь незначительной мощности, оказывают заметное воздействие на геокриологическую обстановку.
Для прогнозирования техногенных воздействий на геокриологические параметры осуществлялось решение серии одномерных тепловых задач в спектре изменения теплоизоляционных характеристик поверхностных покровов при сохранении неизменными всех остальных параметров.
Расчет каждой задачи осуществлялся с использованием программы «Тепло» и продолжался до практической стабилизации температурного поля в новых условиях. В результате для различных грунтовых условий построены графики, позволяющие как оценивать геокриологические характеристики (среднегодовую температуру ММП и глубины сезонного оттаивания) в естественных условиях, так и прогнозировать воздействие тех или иных техногенных нарушений поверхностных покровов на геокриологическую обстановку (рис. 4-7). На графиках отражены изменения среднегодовой температуры пород и глубины их сезонного оттаивания в зависимости от величины максимальной высоты снежного покрова йсн и мощности напочвенного растительного покрова йп.
Таким образом, исходя из полученных результатов, можно дать основную рекомендацию о необходимости сохранения целостности напочвенного растительного покрова, уничтожение которого в рассматриваемых природных условиях является существенно более опасным, чем нарушения снежного покрова.
Сезонное оттаивание представляет собой оттаивание мерзлых грунтов, имеющих среднюю годовую температуру ниже 0 оС. Слой сезонного оттаивания подстилается многолетнемерзлыми грунтами и образуется за счет теплообмена при положительных температурах.
Расчет нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов осуществлялся согласно СП 25.13330.2020 [6]. Результаты расчета приведены в таблицах 7 и 9 соответственно.
Данные вычисления справедливы для случаев, когда планируется расчистка территории от снега и напочвенного растительного покрова, а также удаление несоответствующих требованиям строительства инженерно-геологических элементов. В случае, если вышеописанные нарушения не планируются, необходимо проведение расчета глубины сезонного оттаивания в естественных условиях, результаты которого приведены в таблице 8.
Одной из важнейших особенностей проектирования зданий и сооружений на многолетнемерзлых породах является необходимость учета теплового воздействия сооружений на температурное поле и свойства грунтов основания вплоть до формирования чаши протаивания. При расчете глубины оттаивания грунтов под зданием аэровокзала для II принципа строительства в качестве оснований будут использоваться предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период эксплуатации сооружения.
Расчет глубины оттаивания грунтов под проектируемым сооружением выполнялся в соответствии с прил. К, СП 25.13330.2020 [6]. По формулам (24) и (25) были получены следующие значения глубины оттаивания грунтов под серединой и краем сооружения: Нс = 5,20 м и Не = 2,38 м соответственно.
Учитывая особенности региона и его приуроченность к территории повсеместного распространения ММП, строительство на исследуемом участке рекомендуется производить по I принципу - ММП основания используются в мерзлом состоянии.
Для сохранения мерзлого состояния грунтов, использующихся в качестве основания, и обеспечения их расчетного теплового режима предусматривается устройство вентилируемого подполья.
В результате проведенного расчета среднегодовой температуры воздуха в вентилируемом подполье (Tc,a) по формуле (29) и среднегодовой температуры ММГ на его верхней поверхности (T’0) по формуле (30) для сохранения мерзлого состояния грунтов, использующихся в качестве основания, и обеспечения их расчетного теплового режима предусмотренного устройством вентилируемого подполья, были получены следующие значения: Tc,a = -1,86 оС и Т’о = -2,29 оС.
Принципы I и II использования вечномерзлых грунтов в качестве основания аэродромного покрытия должны применяться, если годовой температурный баланс покрытия отрицателен (сумма отрицательных градусо-часов покрытия не меньше суммы положительных градусо-часов), который на исследуемой территории составляет -0,28 оС Теплотехническим расчетом, проведенным в соответствии с приложением Д, СП 121.13330.2019, определяется требуемая толщина теплоизоляционного слоя ИВШ1, при которой естественное основание сохраняется в постоянно мерзлом состоянии или подвергается сезонному оттаиванию до установленной глубины [12].
В результате проведенных вычислений расчетная глубина сезонного оттаивания dt многослойной по глубине конструкции аэродромной одежды и основания по формуле (40) составляет 5,36 м.
Инженерную защиту территории рекомендуется выполнять в соответствии с требованиями СП 116.13330.2012 («Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов») и СП 25.13330.2020 («Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»), основными из которых являются следующие [6, 11]:
• мероприятия по инженерной защите и охране окружающей среды - проектировать комплексно;
• строительство рекомендуется в холодных период года с ноября по май.
При проектировании по I принципу:
• соблюдать требования п.6.3 СП 25.13330.2020 [6];
• для территорий, на которых слои сезонного оттаивания-промерзания не сливаются с многолетнемерзлым грунтом и разделены с ним таликом, необходимо предусмотреть меры по стабилизации или поднятию верхней поверхности ММГ до расчетного уровня путем предварительного охлаждения и промораживания грунтов основания (допускается закладывать фундаменты в пределах намерзлого слоя грунта, если это обосновано расчетом основания).
В рамках данной выпускной квалификационной работы основные расчеты велись согласно действующим версиям СП 25.13330.2020 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» и СП 121.13330.2019 «Аэродромы», а также использовалось дополнительное программное обеспечение: пакет прикладных программ «NormCAD» (ООО «Центр развития систем автоматизированного проектирования «САПРОТОН») - для проверки полученных результатов при расчете глубин оттаивания грунтов; система автоматизированного проектирования «AutoCAD» (Autodesk Inc.) - для построения инженерно-геологических разрезов; векторный графический редактор «CorelDraw» (Corel Corp.) - для редактирования графических материалов.

Купить