ГлавнаяМерзлыми называются такие грунты, которые имеют температуру ниже или равную 0° и содержат хотя бы часть воды в порах в виде льда.
Вечномерзлыми называются грунты, не подвергающиеся сезонному оттаиванию в течение неопределенно долгого времени.
Площадь распространения вечномерзлых грунтов составляет около 47% всей территории России. Мощность слоя вечномерзлого грунта в разных районах различна от тонких прослоек до 500 м.
Над вечномерзлым грунтом расположен слой летнего протаивания, толщина которого составляет от 0,2 до 4,5 м. Если этот слой при промерзании не сливается с вечной мерзлотой, то его называют сезоннопромерзающим, а если сливается — сезоннооттаивающим.
В некоторых районах вечной мерзлоты наблюдаются наледи — грунтовая вода, выступившая на поверхность земли и замерзшая.
Известны случаи образования наледи в помещениях, что делает их непригодными для эксплуатации.
Чтобы образовалась наледь, грунтовая вода, зажатая в слое талого грунта между нижележащим вечномерзлым грунтом и вышележащим слоем замерзшего грунта, должна порвать верхний слой под напором и вылиться наружу.
В районах распространения вечной мерзлоты находятся различные виды грунтов (песчаные, глинистые, илистые, пылеватые и др.), очень разнообразные по своим свойствам.
Маловлажные пески, крупнообломочные и скальные породы практически не меняют своих свойств при замерзании и оттаивании. Глинистые, илистые и пылеватые в мерзлом состоянии достаточно прочны, но при оттаивании переходят в текучее состояние и могут выдавливаться из-под фундамента, вызывая большие осадки сооружений. Осадки, которые возникают в результате оттаивания грунта, называются просадками.
Мерзлые грунты по их состоянию подразделяются на следующие виды:
а) твердомерзлые, у которых частицы сцементированы очень прочно; к таким грунтам относятся песчаные и глинистые при температурах в град. °С: для пылеватых песков — 0,3°, супесей — 0,6°, суглинков — 1°, глин — 1,5°;
б) пластичномерзлые, в которых сохраняется часть незамерзшей воды. Это характерно для водонасыщенных грунтов, у которых степень влажности больше 0,8;
в) сыпучемерзлые — песчаные и крупнообломочные, частицы которых несцементированы льдом.
Для мерзлых грунтов по сравнению с обычными немерзлыми необходимы дополнительные характеристики:
а) суммарная влажность, определяемая отношением веса всех видов воды, находящейся в мерзлом грунте, к весу твердых частиц;
б) суммарная льдистость, определяемая отношением объема льда, содержащегося в мерзлом грунте, к объему мерзлого грунта;
в) степень заполнения пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой;
г) относительное сжатие мерзлого грунта при переходе его в оттаивающее состояние;
д) данные для расчета мерзлых и оттаивающих оснований по прочности, устойчивости и по деформациям.
Нормативное давление Rн для вечномерзлых грунтов определяется по табл. СНиП Н-Б.6—66 в зависимости от величины отрицательной температуры и льдистости и обычно находится в пределах от 3 до 24 кг/см2.
Прочностные свойства мерзлых грунтов значительно отличаются от свойств немерзлых грунтов и зависят от величины отрицательной температуры грунта.
Предел прочности мерзлых песков на сжатие при быстром возрастании нагрузки составляет 50—150 кг/см2, а для мерзлых глин — 10—50 кг/см2. Это связано с тем, что лед, образующийся в грунте, цементирует частицы и в несколько раз превышает прочность связей между ними.
Однако для мерзлых грунтов характерным является то, что при длительном действии нагрузки прочность их снижается в 7—10 раз.
Под действием нагрузки лед начинает течь и происходит расслабление связей между частицами (релаксация). Поэтому о прочности мерзлых грунтов принято судить по величине длительного сопротивления.
Основной характеристикой прочности мерзлых грунтов является величина длительного сцепления, которое рекомендуется определять методом шариковой пробы. Значение длительного сцепления Сдл определяется по графику, полученному опытным путем. Для практических целей достаточно получить величину сцепления C8, соответствующую 8 ч действия нагрузки, а Сдл принимается тогда равным 0,8 C8.
При расчете по деформациям величину просадки определяют в зависимости от коэффициента относительного сжатия, который получают в лаборатории по результатам испытания грунтов на компрессионном приборе по формуле:
где hм — высота образца мерзлого грунта в природном состоянии;
hт — высота того же образца после оттаивания, полученная при сжатии нагрузкой, равной давлению под фундаментом.