Расчет глубин сезонного оттаивания и промерзания вечномерзлого грунта

Различают расчетную и нормативную глубину сезонного промерзания и оттаивания вечномерзлого грунтов. Расчетные значения учитывают тепловое влияние зданий и сооружений на глубину промерзания и оттаивания грунта, нормативные значения определяют по данным натурных измерений за срок не менее 10 лет или рассчитывают по среднегодовым многолетним данным о температуре воздуха и вечномерзлых грунтов.

6.1. Глубина сезонного оттаивания грунта d_th определяются по формуле:

d_th = k_hd_th,n, (6.1)

где k_h – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые, для зданий и сооружений с вентилируемым подпольем равным 0,8 – у внутренних колонн и стен; 1,2 – у наружних стен с отмостками, имеющими асфальтовое или бетонное покрытие; 1,0 – то же с отмомтками без покрытий.; d_th,n – нормативная глубина сезонного оттаивания грунта, м;

, (6.2)

где

; (6.3)

; (6.4)

t_th,c – расчетная температура поверхности грунта за период положительных температур, °С

T_th,c = 1,4T_th,m + 2,4 °C; (6.5)

t_th,c – расчетная продолжительность летнего периода, ч, определяемая по формуле

t_th,c = 1,15t_th,m + 0,1 t₁; (6.6)

здесь T_th,m и t_th,m – соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, °C, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СНиП 2.01.01-82, причем для климатических подрайонов IБ и IГ значения T_th,m и t_th,m следует принимать с коэффициентом 0,9;

T_o – расчетная среднегодовая температура вечномерзлого грунта, С;

T_bf – температура начала замерзания грунта, принимаемая по табл. 6.3;

l_th и l_f – теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, Вт/(м× С) {ккал/(м×ч× С)};

C_th и C_f – объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, Дж/(м³× С) {ккал/(м³× С)};

k_m – коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для пылевато-глинистых – по табл. 6.1 в зависимости от значения теплоемкости C_f и средней температуры грунта , С, определяемой по формуле

; (6.7)

L_n – теплота таяния (замерзания) грунта, Дж/м³ (ккал/м³).

(6.8)

где – теплота фазовых превращений в расчете на единицу массы, 335·10⁶ Дж/т; C_f – объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м³×°С) [ккал/(м³×°С)]; – плотность скелета мерзлого или талого грунта, т/м³.

w_w = k_ww_p, (6.9)

где k_w – коэффициент, принимаемый по табл. 6.2 в зависимости от числа пластичности I_p и температуры грунта Т, °С; w_p – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), доли единицы.

Таблица 6.1

Коэффициент k_m

Температура °С	Значения коэффициента km при объемной теплоемкости Cf, Дж/(м3×°С) [ккал/(м3×°С)]
1,3×106 (300)	1,7×106 (400)	2,1×106 (500)	2,5×106 (600)
–1 –2 –4 –6 –8 –10	6,8 5,2 3,7 3,0 2,5 1,8	5,9 4,5 3,2 2,6 2,2 1,6	5,3 4,0 2,8 2,3 1,9 1,4	5,0 3,7 2,5 2,1 1,6 1,2

Таблица 6.2

Значения коэффициента k_w

Грунты	Число пластичности Ip, доля единицы	Коэффициент kw при температуре грунта T, ° C
–0,3	–0,5	–1	–2	–3	–4	–6	–8	–10
Пески и супеси	Ip £ 0,02
Супеси	0,02 < Ip £ 0,07	0.6	0,50	0,40	0,35	0,33	0,30	0,28	0,26	0,25
Суглинки	0,07 < Ip £ 0,13	0,7	0,65	0,60	0,50	0,48	0,45	0,43	0,41	0,40
Суглинки	0,13 < Ip £ 0,17	*	0,75	0,65	0,55	0,53	0,50	0,48	0,46	0,45
Глины	Ip > 0,17	*	0,95	0,90	0,65	0,63	0,60	0,58	0,56	0,55
Примечание. В таблице знак “*” означает, что вся вода в порах грунта не замерзшая.

6.2 Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f,n, м, определяется по формуле

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяеься по формуле

(6.1)

– коэффициент теплового влияния зданий и сооружений, принимаемый по табл. 6.1;

– нормативная глубина сезонного промерзания грунта в годовом периоде, м,

, (6.1)

где l_f – теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м×°С), [ккал/(м×ч×°С)]; T_bf – температура начала замерзания грунта, °С, определяемая по табл. 6.2; T_f,m t_f,m – соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СНиП 2.01.01-82.

Таблица 6.2

Коэффициенты k_h

Особенности сооружения	kh при температуре воздуха в помещении , °С
				20 и более
без подвала с полами по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
без подвала с полами по утепленному перекрытию	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
с подвалом и техподпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Таблица 6.3

Температура начала замерзания грунта T_bf

Грунты	Температура начала замерзания грунта Tbf, °С
Песчаные
Пылевато-глинистые:	-0,2
супеси	-0,1
суглинки и глины	-0,2

q₂ = L_n – 0,5C_f(T_f,m – T_bf), (6.2)

где L_n – теплота замерзания грунта, Дж/м³ (ккал/м³), определяемая по формуле

Пример 6.1.Определить нормативную глубину сезонного промерзания суглинков с w_w=0,17 для города Красноярска. Расчет производится для здания без подвала с полами по грунту.

Среднемесячные температуры воздуха

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
-18,2	-16,8	-7,8	2,6	9,4	16,6	19,1	15,7	9,4	1,5	-8,8	-16,3

Теплофизических характеристики грунтов

№	Плот ность сухого грунта ρd т/м3	Суммар ная влаж ность грунта wtot, доли единицы	Теплопроводность мерзлого грунта, lf Вт/(м×°С), [ккал/(м×ч×°С)]	Объемная теплоемкость мерзлого грунта, Cf Дж/(м3×°С) [ккал/(м3×°С)]	Температура воздуха в помещении, °С	Температура грунта
	1,4	0,25	1,30			-0,5
	1,4	0,20	1,05			-0,5
	1,4	0,15	0,85			-1
	1,4	0,10	0,65			-2
	1,4	0,05	0,45			-3
	1,6	0,30	1,55			-4
	1,6	0,25	1,45			-1
	1,6	0,20	1,30			-7
	1,6	0,15	1,05			-1
	1,6	0,10	0,80			-2
	1,6	0,05	0,55			-3
	1,8	0,20	1,55			-4
	0,15	0,15	1,35			-0,5
	0,10	0,10	1,05			-3
	0,05	0,05	0,65			-1
	0,10	0,10	1,20			-2
	0,05	0,05	1,22			-3
	2,0	0,05	1,85			-3
	1,2	0,4	1,57	2,12		-4
	1,4	0,35	1,66	2,35		-1
	1,4	0,30	1,57	2,18		-7
	1,4	0,25	1,51	2,06		-1
	1,4	0,20	1,22	1,89		-2
	1,4	0,15	0,99	1,76		-3
	1,6	0,30	1,86	2,48		-4
	1,6	0,25	1,68	2,35		-0,5

Заключение