Расчётное сопротивление мёрзлого грунта смерзанию со сваей зависит от его температуры — так устроен расчёт по СП 25.13330.2020 «Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах». Поэтому строительство на вечной мерзлоте начинается не с выбора сваи, а с вопроса: в каком состоянии будет грунт под зданием все годы службы.
Ниже — одна цепочка для инженера ПТО и проектировщика: почему мёрзлый грунт держит только мёрзлым, как выбирают принцип, что держит сваи, чем удерживают основание мёрзлым, что должно быть в изысканиях и в мониторинге. На каждой развилке — ссылка на страницу работ.
Почему мёрзлый грунт держит только мёрзлым
Многолетнемёрзлые грунты (ММГ) — нормативное имя вечной мерзлоты; дальше в тексте оба термина. Прочность такому грунту даёт лёд: он цементирует частицы. Когда лёд тает, льдистый грунт теряет прочность и садится, причём неравномерно — под тёплой частью здания сильнее.
В расчёте состояние основания описывают льдистостью, температурой грунта на глубине нулевых годовых амплитуд и мощностью сезонно-талого слоя. Все три величины меняются, если тепло сооружения или климата доходит до основания. Отсюда наша позиция: основание в мерзлоте стабилизируют заранее — деградация грунта быстро ведёт к потере устойчивости.
Два принципа использования грунтов по СП 25.13330
СП 25.13330.2020, п. 6.1.1, допускает два принципа использования ММГ как основания. Выбор одного из них — первое проектное решение на объекте.
Принцип I — грунт остаётся мёрзлым
Грунты сохраняются мёрзлыми весь период строительства и эксплуатации: здание отделяют от грунта проветриваемым подпольем, а при угрозе оттаивания грунт охлаждают дополнительно.
Принцип II — грунт оттаивает по расчёту
Грунты используют в оттаивающем или оттаянном состоянии: оттаивают до строительства на расчётную глубину либо допускают оттаивание в эксплуатации и заранее считают осадки.
| Параметр | Принцип I | Принцип II |
|---|---|---|
| Состояние грунта | Мёрзлый весь срок службы | Оттаивающий или оттаянный |
| Что защищает основание | Проветриваемое подполье, при необходимости СОУ | Предпостроечное оттаивание или конструкции, рассчитанные на осадки |
| Запас на оттаивание | Нет | Заложен расчётом |
Как выбирают принцип
Принцип выбирают по данным изысканий, теплотехническому расчёту и технико-экономическому сравнению вариантов: важны льдистость и температура грунта, его тип, тепловыделение сооружения, возможность держать подполье открытым. Смешивать принципы в одном здании нельзя — у основания по принципу I нет запаса на оттаивание, а п. 6.1.5 СП 25 требует, как правило, одного принципа даже для всей застраиваемой территории: посёлка, микрорайона, промузла. Решение принимают на стадии изысканий и ПОС, после бетонирования его не изменить. Если данных не хватает, начинают с геокриологического аудита объекта.
Сваи в вечной мерзлоте: что их держит
Почему сваи, а не лента или плита
Дома в вечной мерзлоте на сваях стоят не по традиции. Свая прорезает сезонно-талый слой и работает в мёрзлом массиве, где температура меняется мало. Между грунтом и полом остаётся проветриваемое подполье: зимой холодный воздух уносит тепло здания, и грунт под ним не греется.
| Высота подполья | Не менее 1,2 м (СП 25.13330.2020, п. 6.3.2) |
|---|---|
| При прокладке коммуникаций | Не менее 1,4 м |
| Под участками шириной до 6 м без коммуникаций и фундаментов | Допускается 0,6 м |
| Воздухозаборные отверстия продухов | Выше наибольшего уровня снегового покрова |
Несущая способность: смерзание и температура
По формуле (7.2) СП 25.13330.2020 (п. 7.2.2) несущая способность висячей сваи — сопротивление грунта под нижним концом плюс силы смерзания по боковой поверхности. Расчётное сопротивление смерзанию зависит прежде всего от температуры грунта (п. 7.2.3): грунт потеплел — несущая способность упала, хотя свая та же. По докладу Росгидромета о климате за 2024 год минимальная за год температура почвы на глубине 80 см в зоне мерзлоты растёт на 0,4–0,8 °C за десятилетие.
Способы погружения свай в мёрзлые грунты
СП 25.13330 делит сваи по способу погружения в мёрзлый грунт на буроопускные, опускные, бурозабивные (забивные), бурообсадные и винтовые. У каждого вида свои условия применения по температуре и составу грунта, а буроопускную сваю нагружают только после того, как грунт основания выйдет на расчётную температуру. Буронабивные сваи допускаются, если они не повышают температуру грунта и не снижают несущую способность сверх допустимого; это подтверждают полевыми испытаниями и теплотехническим расчётом. Тип сваи выбирают вместе с расчётной температурой, а не отдельно. Бурение под сваи и под термостабилизаторы выполняется одной техникой.
Вторая сила — морозное пучение
В слое сезонного промерзания-оттаивания на сваю действуют касательные силы пучения: грунт расширяется и тянет сваю вверх. СП 25.13330.2020 требует проверки на выпучивание (раздел 7.4), а п. 7.4.1 — покрывать боковую поверхность свай в этом слое противопучинистыми смазками. Почему сваю выдавливает даже ниже глубины промерзания — в статье о морозном пучении свай.
Термостабилизация: как удерживают принцип I
Сезонные охлаждающие устройства (СОУ) — мероприятие по принципу I, названное в СП 25.13330.2020 (п. 6.3.4). Зимой устройство отводит тепло из грунта в воздух, летом самозапирается: без электричества, насосов и персонала. Термосвая объединяет несущий элемент и охлаждающее устройство в одном теле. Как устроен термосифон — в отдельной статье.
Когда нужна: объект по принципу I, а тепло сооружения или потепление угрожают оттаиванием основания. При принципе II задача решается другими средствами — метод не универсален. СОУ ставят и на существующий объект без остановки эксплуатации. Схему и число устройств задаёт теплотехнический расчёт, а не каталог: расчёт и монтаж — на странице термостабилизации грунтов, изделие — на странице термостабилизаторов грунта.
Что должно быть в изысканиях до проекта
По СП 25.13330.2020, п. 5.5, для расчёта мёрзлого основания дополнительно определяют льдистость, засолённость, теплофизические свойства, сопротивление сдвигу по поверхности смерзания и характеристики пучения сезонного слоя. Температуру меряют до глубины нулевых годовых колебаний, наблюдения ведут не меньше гидрологического года (СП 11-105-97, часть IV, п. 4.1 и 5.10; документ справочный, обязательны отдельные части СП 47.13330.2016).
Быстрая проверка отчёта: температуру замеряют после выстойки скважины, когда показания меняются не больше чем на 0,1 °C за трое суток (по ГОСТ 25358-2020). Если в отчёте нет отдельно дат бурения и дат замеров, выстойку не проверить. Аудит криолитозоны изыскания не заменяет: он помогает принять технологические решения до проекта, первичный ответ — за 24 часа.
Мониторинг после сдачи: что и как часто
Раздел 15 СП 25.13330.2020 делает геотехнический мониторинг обязательным, а п. 15.3 распространяет его на все здания и сооружения, включая подземные коммуникации. Периодичность задаёт СП 497.1325800.2020.
| Основание по принципу I | Два раза в год: конец лета и середина зимы (табл. 9.1) |
|---|---|
| Объекты с термостабилизаторами, первые пять лет | Не реже двух раз в год: максимум протаивания (конец сентября — начало октября) и максимум промерзания (конец апреля — начало мая), п. 9.14 |
| Инструменты | Термометрические скважины, нивелировка по маркам, тепловизионный контроль СОУ |
Государственный фоновый мониторинг (297-ФЗ и постановление Правительства 2024 года) следит за территорией, а не за зданием: объектный мониторинг остаётся за собственником.
Что ломает принцип I в эксплуатации
Проверка для эксплуатирующей организации — пять пунктов за один обход:
- продухи подполья открыты зимой и не заложены утеплителем;
- снег не привален к цоколю и не заполняет подполье;
- подполье не захламлено — воздух проходит по всей площади;
- теплотрассы и водоводы рядом со зданием не текут;
- температура в скважинах сверена с проектной, а не просто записана.
Что делаем мы
Цепочка та же, что в статье: геокриологический аудит объекта с первичным ответом за 24 часа → теплотехнический расчёт и термостабилизация СОУ или термосваями → бурение и обсадка установками TYSIM KR300M и обсадным столом RCO1500 → регламент мониторинга по СП 497.
За командой 15+ проектов в многолетнемёрзлых породах. Среди объектов на Севере: Апатиты — опоры трубопровода на свайном основании с термостабилизацией СОУ при сезонных оттайках, 120 свай диаметром 400 мм длиной 8 м; Мурманск — усиление фундамента в высокольдистых грунтах с лидерными скважинами, 200 свай диаметром 520 мм.
Частые вопросы
Как строят дома на вечной мерзлоте?
Сначала выбирают принцип использования грунта по СП 25.13330.2020: принцип I — грунт остаётся мёрзлым, принцип II — оттаивает по расчёту. Затем основание: чаще сваи, которые прорезают сезонно-талый слой и держатся смерзанием с мёрзлым грунтом, а между полом и грунтом остаётся проветриваемое подполье. По принципу I основание при необходимости охлаждают сезонными охлаждающими устройствами (СОУ), после сдачи ведут температурный мониторинг.
Что такое принцип I и принцип II строительства на вечной мерзлоте?
По СП 25.13330.2020 (п. 6.1.1) грунты основания либо сохраняют мёрзлыми весь срок строительства и службы здания (принцип I), либо используют в оттаивающем или оттаянном состоянии — оттаивают заранее или допускают оттаивание в эксплуатации и считают осадки (принцип II). Смешивать принципы в одном здании нельзя.
Почему дома в вечной мерзлоте ставят на сваи?
Свая прорезает сезонно-талый слой и держится смерзанием с мёрзлым грунтом, а между полом и грунтом остаётся проветриваемое подполье: зимой холодный воздух уносит тепло здания. По СП 25 его высота — не менее 1,2 м, при прокладке коммуникаций — не менее 1,4 м, воздухозаборные отверстия продухов — выше наибольшего уровня снега (п. 6.3.2).
На чём держится свая в мёрзлом грунте?
Несущую способность дают две составляющие: сопротивление мёрзлого грунта под нижним концом сваи и силы смерзания по её боковой поверхности (СП 25, п. 7.2.2). Расчётное сопротивление смерзанию зависит прежде всего от температуры грунта: чем теплее мёрзлый грунт, тем меньше он держит.
Когда нужна термостабилизация грунтов?
Когда объект построен или проектируется по принципу I, а тепло от сооружения или потепление угрожают оттаиванием основания. Сезонные охлаждающие устройства отводят тепло зимой и самозапираются летом, без электричества. При принципе II задача решается другими средствами.
Обязателен ли мониторинг температуры грунта после сдачи?
Да. Раздел 15 СП 25 требует геотехнического мониторинга для всех зданий и сооружений (п. 15.3). По СП 497.1325800.2020 при принципе I температуру измеряют два раза в год; на объектах с термостабилизаторами первые пять лет — не реже двух раз в год, в максимум протаивания и максимум промерзания (п. 9.14). Государственный фоновый мониторинг (297-ФЗ) наблюдения за конкретным зданием не заменяет.