Причалы на вечной мерзлоте

Строительство набережных в климатических районах с вечной мерзлотой сопряжено с необходимостью решения ряда проблем, обусловленных оттаиванием и промерзанием грунтов в период и после строительства. Вечномерзлые грунты часто обладают большой льдистостью, в том числе за счет видимых включений и линз. При смене фазового состояния воды, содержащейся в грунте, происходит изменение прочностных характеристик грунтов и их деформация. Связные грунты (глины, суглинки и др.) в ряде случаев полностью теряют свою несущую способность после оттаивания. Промерзание таких грунтов приводит к их пучению и оказывает влияние на напряженное состояние сооружения.

Поэтому одним из вопросов, решаемых при проектировании в районах вечной мерзлоты, является определение термического состояния грунтов в обратной засыпке и в основании набережной.

Решение нестационарных задач об изменении температурных полей при переменных граничных условиях представляет собой определенную трудность. Задача эта многократно усложняется наличием в массиве влажного грунта, а также наличием внутри массива подвижной границы, разделяющей талую зону от мерзлой зоны, где задается условие изменения фаз (задача Стефана).

Теплотехнические расчеты набережных очень трудоемки, выполняются специально подготовленными специалистами и занимают много времени.

Проектировщиков, как правило, такое положение не устраивает. Они должны уже на начальной стадии проектирования определиться с местоположением и выбором наиболее рациональной и надежной конструкции, а также со способом её строительства. Для этого достаточно знать два крайних состояния температурных полей в грунте. Первое состояние – на период строительства сооружения и первый год его эксплуатации. Второе состояние – на момент времени, исчисляемый сроком службы сооружения. Если первое состояние известно и задается исходными данными для проектирования, то второе состояние должно прогнозироваться, т.е. определяться расчетом. Так как срок службы сооружения составляет несколько десятков лет, то в большом временном диапазоне квазиустановившееся температурное состояние грунта может рассматриваться как сумма стационарного состояния, полученного для средних многолетних температур на поверхности рассматриваемой области, и нестационарного состояния, обусловленного периодически ежегодно повторяющимся сезонным изменением температур по отношению к средним многолетним температурам.

Анализ теплотехнических расчетов набережных показывает, что сезонное изменение температур на внешних границах исследуемой области практически не оказывает какого-либо влияния на положение границы мерзлого грунта в основании сооружения и, следовательно, его можно не учитывать.

При назначении граничных условий следует исходить из положения, что температура грунта на равнинной местности обуславливается среднегодовой температурой воздуха в данной местности, условиями теплообмена на поверхности и геотермическим потоком из недр Земли (т.е. генезисом вечной мерзлоты пренебрегаем, считая, что мерзлота образовалась под воздействием указанных выше факторов).

Условия теплообмена на поверхности принимаются с учетом техногенных нарушений покрова, т.е. вызванных деятельностью человека, так как после постройки сооружения естественные условия теплообмена на поверхности могут изменяться. Квазиустановившийся температурный режим грунта, наблюдаемый в натуре, с достаточной для практических целей степенью точности, может характеризоваться среднегодовой температурой грунта, равной температуре того же грунта на глубине 10 м. При расчете границы мерзлого грунта в основании сооружения эту температуру, замеренную в скважинах или, для предварительных расчетов, определенную по справочным данным, следует принимать в качестве граничных условий, приложенных к границам исследуемой области соприкасающихся с воздухом.

Математическая модель для определения границы мерзлого грунта в основании сооружения строится методом наложения на этот стационарный температурный фон дополнительных граничных условий, обусловленных созданием водной акватории перед набережной.

Для решения этой задачи ниже приводится относительно простая методика расчета термического состояния грунтов.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ

Форма обратной связи