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 t_м 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 t_э. Эквивалентная температура определяет несущую способность сваи только по боковой поверхности. Несущую способность торца сваи определяет температура t_z на глубине z (z - глубина, отсчитываемая от подошвы слоя сезонного оттаивания), в момент установления эквивалентной температуры.

Расчетные температуры t_м, t_э и t_z определяют по следующим формулам:

1. Для зданий с охлаждающими устройствами:

а) под серединой здания: t_с.м,э,z = (t’_o – t_н.з)α + (t_o – t’_o)k_c + t_н.з;

б) под краем здания: t_к.м,э,z = (t’_o + t_o – 2t_н.з)α/2 + (t_o – t’_o)k_к + t_н.з;

2. Для зданий с ограниченной зоной оттаивания:

а) под серединой здания t_с.м,э,z = (t_o – t_н.з) k_c + t_н.з;

б) под краем здания t_к.м,э,z = (t_o – t_н.з)α/2 + (t_o – t_н.з) k_к/2 + t_н.з.

3. Для мостов, опор линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений и наземных трубопроводов: t_м,э,z = (t_o – t_н.з) αk_t + t_н.з,

где t'_о - среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на подошве слоя сезонного оттаивания под зданием, °С;

t_o - 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);

t_нз - температура начала замерзания-оттаивания грунтов основания, °С;

a - коэффициент сезонного изменения температур (принимается по табл. 5.1);

k_с, k_к, k_t - коэффициенты теплового влияния здания и сооружения (табл. 5.2, 5.3).

Показатели С_м и λ_м определяются по формуле: А = _iR_i/ _i,

где А - среднее значение характеристики грунта (С_м или λ_м);

A_i - характеристика грунта i-го слоя;

h_i - 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 t_м принимается a_м=a; для вычисления

t_z-a_z=a; для вычисления t_э - a_э=a; z - расстояние от подошвы слоя сезонного оттаивания до уровня, на котором определяется температура, м; С_м - среднее значение теплоемкости мерзлого грунта в интервале глубин от 0 до z, Вт.r/(м³°С); λ_м - 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 t_м и t_z принимается k_сt=k_с и k_кt= k_t; для вычисления k_э-k_сэ= k_с и k_кэ= k_к

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 t_о=0,6°С, температура начала замерзания грунта, t_н,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 С_м = 522 Вт/(м³°С) и λ_м=1.74 Вт/(м°С); расчетная глубина сезонного оттаивания грунта под зданием Н_т=1,5м; ширина здания b_зд = 14м; глубина заложения подошвы фундаментов h_ф=2,5м.

2. Определить расчетные температуры ММП для оснований мостового перехода. Среднегодовая температура ММП на подошве слоя сезонного оттаивания вне сооружения t_о= - 0.8°С; температура начала замерзания грунта t_н,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 С_м=488 (Вт/м°С) и λ_м=1,4 Вт/(м.°С); расчетная глубина сезонного оттаивания под сооружением Н_т = 1,3м; расстояние между опорами b=15м, глубина заложения подошвы фундаментов b_ф=5 м.