При проектировании сооружений по принципу 1 применяются следующие типы фундаментов на естественном основании, на искусственном основании, свайные и другие фундаменты глубокого заложения Фундаменты на естественном основании используются, когда по мерзлотно-грунтовым условиям технически целесообразно и экономически выгодно использовать сопротивление верхних горизонтов твердомерзлых грунтов под подошвой фундамента. Фундаменты на искусственных основаниях (главным образом на подсыпных) применяются, когда устройство заглубленных фундаментов является экономически не оправданным.
Свайные фундаменты являются наиболее распространенным типом фундаментов. По материалу они подразделяются на железобетонные, металлические и комбинированные (деревометаллические и деревожелезобетонные). Используются как сваи в готовом виде, так и изготовляемые в пробуренных скважинах (набивные). К материалу фундаментов предъявляются требования по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и устойчивости к воздействию агрессивных сред исходя из специфических условий эксплуатации сооружений в районах Севера. В проекте свайных фундаментов должны быть указаны способ погружения свай, а также температурные условия, при которых разрешается загружение свай.
По способу погружения в вечномерзлый грунт сваи подразделяются на следующие виды- буроопускные, бурозабивные, опускные.
Буроопускные сваи погружаются в пробуренные скважины, диаметр которых превышает на 5..10 см наибольший размер поперечного сечения сваи. После заполнения скважины грунтовым раствором производится опускание в нее сваи, которая постепенно смерзается с раствором и окружающим грунтом. Буроопускные сваи применяются в любых грунтах при температуре по их длине минус 0,5 °С и ниже.
Рис. 11. Способы погружения свай в вечномерзлый грунт: 1 — свая 2 — верхняя граница вечномерзлого фунта 3 — грунтовый раствор 4- стенка скважины, 5 — граница оттаивания вечномерзлого грунта
Бурозабивные сваи погружаются забивкой в лидерные скважины, диаметр которых несколько меньше наибольшего размера поперечного сечения сваи. Такие сваи допускаются к применению в пластично-мерзлых грунтах, не содержащих крупных включений, затрудняющих использование забивки свай.
Опускные сваи свободно (или с пригрузом) погружаются в оттаянный грунт в зоне диаметром до двух наибольших размеров поперечного сечения сваи. Указанный способ погружения допускается к применению в твердомерзлых грунтах, содержащих не более 15 % крупнообломочных включений при средней температуре грунта по длине сваи не выше минус 1,5 °С.
Расстояния между сваями принимаются для буроопускных — не менее двух диаметров скважины при ее диаметре до 1 м и не менее диаметра сваи плюс 1 м и более; для опускных и бурозабивных свай — не менее трех наибольших размеров поперечного сечения сваи.
Конструкции и методы устройств фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу II практически такие же, как и в условиях талых грунтов. В зависимости от конструкций фундаментов, характера и величины неравномерных деформаций оттаявшего и оттаивающего основания намечаются те или иные конструктивные мероприятия по приспособлению конструкций к восприятию дополнительных усилий, вызванных неравномерными осадками фундаментов.
При допущении оттаивания вечномерзлых грунтов под зданием в процессе эксплуатации применение свайных фундаментов особенно целесообразно, если они прорезают всю толщу льдо-содержащих грунтов и передают давление на скальную породу или другой малосжимаемый при оттаивании грунт. Сваи рационально использовать и с целью передачи нагрузки на вечномерзлые грунты, находящиеся ниже зоны оттаивания. При этом в расчетах фундаментов необходимо учитывать отрицательное трение, пригружающее сваи.
Рис. 12. Схема свайных фундаментов при допущении оттаивания вечномерзлых грунтов под сооружением: а — в скальных грунтах; б — при опирании свай на вечномерзлый грунт ниже зоны оттаивания; 1 — сваи; 2 — граница чаши протаивания; 3 — скальный грунт; 4 — вечномерзлый грунт
В заключение отметим, что большие и специфические трудности и сложности фундаментостроения на вечномерзлых грунтах определяются не только суровыми климатическими условиями рассматриваемых районов, но и особыми свойствами мерзлых грунтов, обусловленными их криогенным строением, составом и состоянием, зависящими в значительной степени от температуры.
Впервые разработанные российскими специалистами методы проектирования и устройства фундаментов в районах распространения вечномерзлых грунтов позволяют возводить современные здания и сооружения различного назначения, строить города и поселки в северной климатической зоне России. Новые проблемы надежности оснований и фундаментов в настоящее время возникают в связи с глобальным потеплением климата Земли.