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 dth определяются по формуле:
dth = khdth,n, (6.1)
где kh – 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.; dth,n – нормативная глубина сезонного оттаивания грунта, м;
, (6.2)
где
; (6.3)
; (6.4)
tth,c – расчетная температура поверхности грунта за период положительных температур, °С
Tth,c = 1,4Tth,m + 2,4 °C; (6.5)
tth,c – расчетная продолжительность летнего периода, ч, определяемая по формуле
tth,c = 1,15tth,m + 0,1 t1; (6.6)
здесь Tth,m и tth,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 Tth,m и tth,m следует принимать с коэффициентом 0,9;
To – расчетная среднегодовая температура вечномерзлого грунта, С;
Tbf – температура начала замерзания грунта, принимаемая по табл. 6.3;
lth и lf – теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, Вт/(м× С) {ккал/(м×ч× С)};
Cth и Cf – объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, Дж/(м3× С) {ккал/(м3× С)};
km – коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для пылевато-глинистых – по табл. 6.1 в зависимости от значения теплоемкости Cf и средней температуры грунта , С, определяемой по формуле
; (6.7)
Ln – теплота таяния (замерзания) грунта, Дж/м3 (ккал/м3).
(6.8)
где – теплота фазовых превращений в расчете на единицу массы, 335·106 Дж/т; Cf – объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м3×°С) [ккал/(м3×°С)]; – плотность скелета мерзлого или талого грунта, т/м3.
ww = kwwp, (6.9)
где kw – коэффициент, принимаемый по табл. 6.2 в зависимости от числа пластичности Ip и температуры грунта Т, °С; wp – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), доли единицы.
Таблица 6.1
Коэффициент km
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 kw
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 df,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 lf – теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м×°С), [ккал/(м×ч×°С)]; Tbf – температура начала замерзания грунта, °С, определяемая по табл. 6.2; Tf,m tf,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 kh
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 Tbf
Грунты | Температура начала замерзания грунта Tbf, °С |
Песчаные | |
Пылевато-глинистые: | -0,2 |
супеси | -0,1 |
суглинки и глины | -0,2 |
q2 = Ln – 0,5Cf(Tf,m – Tbf), (6.2)
где Ln – теплота замерзания грунта, Дж/м3 (ккал/м3), определяемая по формуле
Пример 6.1.Определить нормативную глубину сезонного промерзания суглинков с ww=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