Расчет оттаивающих оснований по деформациям

Производят исходя из условия

S≤Su,

где S - совместная деформация основания и здания или сооружения (определяется расчетом); Su - предельно допустимая величина совмест­ной деформации основания и здания или сооружения (принимается по данным табл. 4.6).

Следует отметить два обстоятельства. Во-первых, считается, что под действием тепла от сооружения оттаивание происходит крайне медленно, и оттаивающий массив грунта успевает консолидироваться в процессе самого оттаивания, поэтому под S понимается стабилизированная деформация основания. Во-вторых, под S и Su понимаются различные виды деформаций: средние S и максимальные S_mах осадки основания, измеряемые в метрах; относительную разность осадок близрасположенных фундаментов ΔS/L, измеряемую в долях единицы (ΔS – абсолютная разность осадков двух фундаментов; L - расстояние между ними); крен фундамента i, измеряемый тангенсом угла наклона подошвы фундамента к горизонту.

Осадку S одиночного фундамента на оттаивающем основании определяют по формуле (расчетная схема показана на рис. 4.2)

S = b_фp_o M_от (k_i-k_i-1)(1-Лc_i) + (A_i+a_ip_бi)(1-Лс_i)+kл_iЛс_i]h_i, (4.13)

где b_ф- ширина фундамента, м;

p_о – среднее дополнительное (к природному) давление на грунт под подошвой фундамента, МПа;

М_от – коэффициент, определяемый по табл. 4.7 в зависимости от отношения Н_сж/ b_ф (Н_сж- мощность сжимаемой зоны, численно равная расстоянию от подошвы фундамента до границы оттаивания или до кровли монолитных скальных пород, м);

n – число слоев, на которые разделяют при расчете толщу оттаявшего грунта;

Рис. 4.2. Схема к расчету осадки фундамента на обтаивающем основании.

Таблица 4.6

Предельные деформации основания Su

Сооружения	Предельная относительная осадка фундаментов (ΔS/L)u, д.ед.	Предельный крен фундамента iu	Su, м
Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом железобетонным стальным	0,002 0,004	- -	0,08* 0,12*
Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок	0,006	-	0,15*
Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенками из крупных панелей крупных блоков или кирпичной кладки без армирования	0,0016   0,0020	0,005   0,005	0,10   0,1
Сооружения элеваторов из монолитных железобетонных конструкций на одной фундаментной плите сборных	-   -	0,002   0,003	0,4   0,3
Дымовые трубы различной высоты Нд < 100 м 100 – 200 м 200 – 300 м > 300 м	- - - -	0,005 1/(2Нд) 1/(2Нд) 1/(2Нд)	0,40 0,30 0,20 0,10
* Максимальные значения Su

а_i - коэффициент сжимаемости i- го слоя оттаявшего грунта, Мпаˉ¹;

k_i-1, k_i - коэффициенты, определяемые по табл. 4,8 в зависимости от z_i-1/ b_ф и z_i/ b_ф (z_i-1 и z_i - расстояния от подошвы фундамента соответственно до кровли и подошвы i-го слоя);

Лс_i - разность между суммарной льдистостью i-гo слоя грунта и суммарной льдистостью образца грунта, взятого из этого слоя, доли единицы

А_i - коэффициент оттаивания i-гo сдоя грунта, характеризующий его осадку при оттаивании без нагрузки;

р_бi - давление в середине i -го слоя от собственного веса, МПа:

p_бi = gp_т[h_ф+0,5(z_i+z_i­1)]·10^ˉ6 (4.14)

где k_m - коэффициент, который учитывает неполное смыкание макропор при оттаивании мерзлого грунта и зависит от средней толщины ле­дяных включений Δ_n (при Δ_n ≤ 1см k_n = 0,7, при Δ_n > 3 см k_n = 0,9, при промежуточных значениях Δ_n и k_n определяют интерполяцией)

h_i – толщина i – го слоя оттаивающего грунта, м; в верхней части сжимаемой зоны принимается не более 0,4 b_ф .

Таблица 4.7

Значения коэффициента М_от

Нсж/ bф	Мот	Нсж/ bф	Мот
0 – 0,25 0,25 – 0,5 0,5 - 1,0	1,85 1,85 1,65	1,0 – 1,5 1,5	1,60 1,50

Среднее дополнительное давление на грунт под подошвой фундамента рассчитывают по формуле: ρ_о = ρ – g ρ_т h_ф·10^ˉ6, (4.15)

гдe ρ- давление под подошвой фундамента с учетом веса фундамента, а для столбчатого фундамента и с учетом веса грунта, лежащего на его полках, МПа;

g - ускорение свободного падения, м/сек;

ρ_т - плотность оттаявшего грунта, кг/м³;

h_ф - глубина заложения фундамента.

Таблица 4.8

Значения коэффициента k

2z/ bф или z/r	Для кругл. Фунда-ментов радиусом 2r	Для прямоугольных фундаментов с различным отношением сторон lф/ bф
	1,4	1,8	2,4	3,2		≥10
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 8,0 8,4 8,8 9,2 9,6 10,0 11,0 12,0	0,000 0,090 0,179 0,266 0,348 0,411 0,461 0,501 0,532 0,558 0,579 0,596 0,611 0,624 0,635 0,645 0,653 0,661 0,668 0,674 0,679 0,684 0,689 0,693 0,697 0,700 0,705 0,710	0,000 0,100 0,200 0,299 0,380 0,446 0,499 0,542 0,577 0,606 0,622 0,650 0,668 0,683 0,697 0,708 0,719 0,728 0,736 0,744 0,751 0,757 0,762 0,768 0,772 0,777 0,786 0,794	0,000 0,100 0,200 0,300 0,394 0,472 0,538 0,592 0,637 0,676 0,708 0,735 0,759 0,780 0,798 0,814 0,828 0,841 0,852 0,863 0,872 0,881 0,888 0,896 0,902 0,908 0,922 0,933	0,000 0,100 0,200 0,300 0,397 0,482 0,556 0,618 0,671 0,717 0,756 0,789 0,819 0,884 0,867 0,887 0,904 0,920 0,935 0,948 0,960 0,970 0,980 0,989 0,998 1,005 1,022 1,037	0,000 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,565 0,635 0,696 0,750 0,796 0,837 0,873 0,904 0,933 0,958 0,980 1,000 1,019 1,036 1,051 1,065 1,078 1,089 1,100 1,110 1,132 1,151	0,000 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,567 0,640 0,707 0,768 0,820 0,867 0,908 0,948 0,981 1,011 1,031 1,065 1,088 1,109 1,128 1,146 1,162 1,178 1,192 1,205 1,233 1,257	0,000 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,567 0,640 0,709 0,772 0,830 0,883 0,932 0,977 1,018 1,056 1,090 1,122 1,152 1,180 1,205 1,229 1,251 1,272 1,291 1,309 1,349 1,384	0,000 0,104 0,208 0,311 0,412 0,511 0,605 0,678 0,763 0,831 0,892 0,949 1,001 1,050 1,095 1,138 1,178 1,215 1,251 1,285 1,316 1,347 1,376 1,404 1,431 1,456 1,506 1,550

Задачи

1. Требуется определить несущую способность основания вер­тикально нагруженной висячей сваи длиной h_ф = 12 м и сечением 0.3x0,3 м. Способ погружения сваи - бурозабивной. Расчетная глубина сезонного оттаивания Н_т= 2 м. Многолетнемерзлый грунт на глубинах от 2 до 6 м представлен супесью, ниже - суглинком. Распределение рас­четной температуры t_z по глубине основания (основание ниже подошвы слоя сезонного оттаивания разбито на пять слоев мощностью по 2 м) приведено ниже:

z,m.........................1 3 5 7 9 10

t_z ,°С.....................-0,3 -1,6 -2,1 -2,2 -2,0 -1,9

2. Требуется проверить условие устойчивости против поворота столбчатого фундамента, расположенного в мерзлом суглинистом грун­те на глубине h_ф = 2,5 м. Размеры подошвы фундамента в плане l_ф = 1,2 м и b_ф = 1,2 м; высота нижней ступени фундамента h_b = 0,3 м. Верти­кальная расчетная нагрузка на основание, включая собственный вес фундамента и вес грунта на era уступах, N = 8·10⁵ H (без учета веса фундамента и грунта N* = 7,5·10⁵ Н); эксцентриситет приложения вер­тикальной нагрузки от здания относительно одной из осей подошвы фундамента е = 0,15 м; плотность мерзлого грунта р_м= 1820 кг/м³; на­чальная температура грунта t° = -3,5 °С. Расчетные температуры грун­та: t_м = -1,3 °С; t_z = -1,2 °С. Расчетная глубина сезонного оттаивания Н_т = 1,5 м.

3. Требуется определить осадку прямоугольного фундамента на оттаивающем основании. Ширина фундамента b_ф = 1 м, длина l_ф = 32 м, глубина заложения подошвы h_ф = 3 м. Глубина оттаивания ММП со­ставляет 11 м, что соответствует мощности сжимаемой зоны Н_сж = 11 - 3 = 8м. Давление под подошвой фундамента р составляет 0,4 МПа. Грунты основания до глубины 5 м представлены среднезернистыми песками с плотностью р_т = 1700 кг/м³. Коэффициентом сжимаемости а = 0,02 МПаˉ¹, коэффициентом оттаивания А = 0,01, льдистостью Л_с = 0; ниже 5м- суглинками с плотностью ρ_т = 1800 кг/м³, коэффициентом сжимаемости а = 0,03 МПаˉ¹, коэффициентом оттаивания А = 0,016, льдистостью Л_с = 0,05, со средней толщиной ледяных включений Δ_п = < 1 см.

ТЕМА 5