Определение расчетной температуры многолетнемерзлой породы под различными сооружениями
Расчетной называется такая температура, которая соответствует минимальной несущей способности основания. Для столбчатых фундаментов это будет максимальная в течение года температура многолетнемерзлого грунта на глубине заложения его подошвы tм для свайных фундаментов - средняя по длине сваи и максимальная (из всех возможных значений средней температуры в году) температура многолетнемерзлого грунта. Для свайных фундаментов эта температура называется эквивалентной tэ. Эквивалентная температура определяет несущую способность сваи только по боковой поверхности. Несущую способность торца сваи определяет температура tz на глубине z (z - глубина, отсчитываемая от подошвы слоя сезонного оттаивания), в момент установления эквивалентной температуры.
Расчетные температуры tм, tэ и tz определяют по следующим формулам:
1. Для зданий с охлаждающими устройствами:
а) под серединой здания: tс.м,э,z = (t’o – tн.з)α + (to – t’o)kc + tн.з;
б) под краем здания: tк.м,э,z = (t’o + to – 2tн.з)α/2 + (to – t’o)kк + tн.з;
2. Для зданий с ограниченной зоной оттаивания:
а) под серединой здания tс.м,э,z = (to – tн.з) kc + tн.з;
б) под краем здания tк.м,э,z = (to – tн.з)α/2 + (to – tн.з) kк/2 + tн.з.
3. Для мостов, опор линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений и наземных трубопроводов: tм,э,z = (to – tн.з) αkt + tн.з,
где t'о - среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на подошве слоя сезонного оттаивания под зданием, °С;
to - температура многолетнемерзлого грунта, °С (на глубине 10 м она принимается за среднегодовую и определяется по данным инженерных изысканий с учетом прогнозаее изменения при застройке территории);
tнз - температура начала замерзания-оттаивания грунтов основания, °С;
a - коэффициент сезонного изменения температур (принимается по табл. 5.1);
kс, kк, kt - коэффициенты теплового влияния здания и сооружения (табл. 5.2, 5.3).
Показатели См и λм определяются по формуле: А = iRi/
i,
где А - среднее значение характеристики грунта (См или λм);
Ai - характеристика грунта i-го слоя;
hi - мощность i-го слоя;
n - число слоев в интервале глубин от 0 до Z.
Таблица 5.1.
Значения коэффициентов сезонного изменения температур
![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
0.000 0.400 0.650 0.750 0.850 0.900 0.950 0.950 0.980 0.990 0.997 0.999 | 0.00 0.50 0.80 0.95 1.05 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 | 0.00 0.30 0.45 0.55 0.60 0.70 0.75 0.80 0.81 0.83 0.86 0.88 |
Примечание. Для вычисления tм принимается aм=a; для вычисления
tz-az=a; для вычисления tэ - aэ=a; z - расстояние от подошвы слоя сезонного оттаивания до уровня, на котором определяется температура, м; См - среднее значение теплоемкости мерзлого грунта в интервале глубин от 0 до z, Вт.r/(м3°С); λм - среднее значение теплопроводности мерзлого грунта в интервале глубин от 0 до z, Вт/(м.°С).
Таблица 5.2
Значения коэффициентов теплового влияния здания
z/bзд | kсt; | kкt | kсэ | kкэ |
0,05 | 0,06 | 0,04 | 0,06 | 0,03 |
0,10 | 0,13 | 0,06 | 0,07 | 0,04 |
0,15 | 0,18 | 0,09 | 0,08 | 0,05 |
0,20 | 0,24 | 0,12 | 0,13 | 0,06 |
0,30 | 0,34 | 0,19 | 0,18 | 0,09 |
0,50 | 0,50 | 0,30 | 0,28 | 0,16 |
1,00 | 0,70 | 0,50 | 0,44 | 0,28 |
2,00 | 0,85 | 0,70 | 0,62 | 0,44 |
Примечание. Для вычисления tм и tz принимается kсt=kс и kкt= kt; для вычисления kэ-kсэ= kс и kкэ= kк
Таблица 5.3
Значения коэффициента теплового влияния сооружения
Фундаменты опор | Коэффициент kt при z (м) . | ||
<2 | 2-6 | >6 | |
Массивные и свайные с ростверком, загрубленным в грунт Свайные с ростверком, расположенным над грунтом, и сборные под опоры рамно-стоечного типа | 0,7 0.9 | 0,9 1,0 | 1,0 1.0 |
Задачи
1. Определить расчетные температуры ММП для столбчатых фундаментов в основании здания с вентилируемым подпольем. Среднегодовая температура ММП на подошве слоя сезонного оттаивания вне здания tо=0,6°С, температура начала замерзания грунта, tн,з = -0,2°С; среднегодовая температура ММП на подошве слоя сезонного оттаивания под зданием t'о= - 3,1°С; объемная теплоемкость и коэффициент теплопроводности мерзлого грунта См = 522 Вт/(м3°С) и λм=1.74 Вт/(м°С); расчетная глубина сезонного оттаивания грунта под зданием Нт=1,5м; ширина здания bзд = 14м; глубина заложения подошвы фундаментов hф=2,5м.
2. Определить расчетные температуры ММП для оснований мостового перехода. Среднегодовая температура ММП на подошве слоя сезонного оттаивания вне сооружения tо= - 0.8°С; температура начала замерзания грунта tн,з= - 0,4°С; среднегодовая температура ММП на подошве слоя сезонного оттаивания под сооружением t'о= - 3,5°С. Объемная теплоемкость и коэффициент теплопроводности мерзлого грунта См=488 (Вт/м°С) и λм=1,4 Вт/(м.°С); расчетная глубина сезонного оттаивания под сооружением Нт = 1,3м; расстояние между опорами b=15м, глубина заложения подошвы фундаментов bф=5 м.