Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I

Как уже было отмечено, при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I расчет оснований следует производить:

по несущей способности - для твердомерзлых грунтов;

по несущей способности и деформациям - для пластичномерзлых и сильнольдистых грунтов, а также подземных льдов.

Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия:

F £ Fu /gn (4.11)

где F – расчетная нагрузка на основание;

Fu – несущая способность (сила предельного сопротивления) основания, определяемая расчетом, а для оснований свайных фундаментов – дополнительно и по данным полевых испытаний свай и статического зондирования;

gn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый в соответствии с требованиями СП 22.13330.2011 в зависимости от вида и класса ответственности сооружения.

Несущая способность основания Fu, кН (кгс), висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле [8]:

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , (4.12)

где gt – температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения из-за случайных изменений температуры воздуха;

gс – коэффициент условий работы основания (табл. 4.6);

Таблица 4.6

Коэффициенты условий работы основания [8]

Виды фундаментов и способы их устройства Коэффициент gс
Столбчатые и другие виды фундаментов на естественном основании 1,0
То же на подсыпках 0,9
Буроопускные сваи с применением грунтовых растворов, превышающих по прочности смерзания вмещающие грунты 1,1
То же при равномерной прочности грунтовых растворов и вмещающего грунта 1,0
Опускные и буронабивные сваи 1,0
Бурозабивные сваи при диаметре лидерных скважин менее 0,8 диаметра свай 1,0
То же при большем диаметре лидерных скважин 0,9

R – расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента (табл. 4.7), кПа (кгс/см2);

А – площадь подошвы столбчатого фундамента или площадь опирания сваи на грунт, м2 (см2), принимаемая для сплошных свай равной площади их поперечного сечения, для полых свай, погруженных с открытым нижним концом, – площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором или грунтом на высоту не менее трех диаметров сваи;

Raf,i – расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i-го слоя грунта (табл. 4.8), кПа (кгс/см2);

Аaf,i – площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента – площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фун­дамента, м2 (см2);

n – число выделенных при расчете слоев многолетнемерзлого грунта.

При однородных по составу многолетнемерзлых грунтах несущую способность основания висячей сваи допускается определять по формуле [8]:

Fu = gtgc(RA + Raf Aaf) (4.13)

Расчетные температуры грунтов Tm, Tz и Те определяются расчетом теплового взаимодействия сооружения с многолетнемерзлыми грунтами основания в периодически установившемся тепловом режиме с учетом переменных в годовом периоде условий теплообмена на поверхности, формы и размеров сооружения, глубины заложения и расположения фундаментов в плане, а также теплового режима сооружения и принятых способов и средств сохранения мерзлого состояния грунтов основания.

Расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой фундамента R и расчетные сопротивления мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания фундамента Raf устанавливаются по данным испытаний грунтов, проводимых в соответствии с ГОСТ 12248, с учетом расчетных температур грунта основания Тm, Tz и Те, определяемых теплотехническим расчетом, и коэффициента надежности по грунту gg, принимаемому:

а) для расчета оттаивающих оснований по деформациям с учетом совместной работы сооружения (фундаментов) и деформируемого основания - в соответствии с ГОСТ 20522 при доверительной вероятности a, принимаемой в соответствии с нормами проектирования конструкций сооружения, но не менее 0,95;

б) для расчета оттаивающих оснований по деформациям без учета совместной работы основания и сооружения, а также при предварительном оттаивании грунтов - при доверительной вероятности a, принимаемой согласно СП 22.13330.2011.

При определении расчетных значений физических и теплофизических характеристик грунтов коэффициент надежности по грунту gg допускается принимать равным 1,0.

По результатам испытаний грунтов шариковым штампом или на одноосное сжатие расчетные значения R, кПа, вычисляются по формуле

R = 5,7cn/gg + gId,

– где cn - нормативное значение предельно длительного сцепления, кПа, принимаемое равным: cn = cegn при испытаниях грунтов шариковым штампом и cn = 0,5Rcn - при испытаниях на одноосное сжатие, где cegn и Rcn - соответственно предельно длительное эквивалентное сцепление и сопротивление грунта одноосному сжатию;

– gI - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3;

– d - глубина заложения фундамента, м.

Для расчета оснований сооружений II и III уровней ответственности, возводимых с сохранением мерзлого состояния грунтов, а также для выполнения предварительных расчетов оснований и привязки типовых проектов к местным условиям, расчетные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов R, Raf допускается принимать по их физическим характеристикам, составу и температуре в соответствии с табличными данными (табл. 4.7, 4.8).

Таблица 4.7

Расчетные давления на мерзлые незасоленные грунты R под нижним концом сваи

Грунты Глубина погру-жения свай, м Расчетные давления R, кПа (при температуре грунта, °С
–0,3 –0,5 –1 –1,5 –2 –2,5 –3 –3,5 –4 –6 –8 –10
При льдистости ii < 0,2:
1. Крупно-обломочные При любой глубине   6800)
2. Пески крупной и средней крупности 4600)
3. Пески мелкие и пылеватые 3–5
15 и более
4. Супеси 3–5
1600)
15 и более 1600)
5. Суглинки и глины 3–5
15 и более
При льдистости грунтов 0,2 £ ii £ 0,4
6. Все виды грунтов, указанные в поз. 1–5 3–5
15 и более

Таблица 4.8

Расчетные сопротивления мерзлых незасоленных грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхности смерзания Raf [8]

Грунты   Расчетные сопротивления мерзлых грунтов Raf, кПа (кгс/см3), при температуре грунта, ° С
–0,3 –0,5 –1 –1,5 –2 –2,5 –3 –3,5 –4 –6 –8 –10
Глинистые   Песчаные (0,4) (0,6) (1,0) (1,3) (1,5) (1,8) (2,0) (2,3) (2,5) (3,0) (3,4) (3,8)
(5,0) (8,0) (1,3) (1,6) (2,0) (2,3) (2,6) (2,9) (3,3) (3,8) (4,4) (5,0)

Температурный коэффициент gt определяется по формуле

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru ,

t - длительность эксплуатации сооружения, лет; v - коэффициент вариации несущей способности, безразм.:

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru ,

– где Tbf - температура начала замерзания грунта, °С,

– T0' - расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения, °С (для оснований опор линий электропередач, антенно-мачтовых опор и трубопроводов Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru принимается равной среднегодовой температуре многолетнемерзлого грунта Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru );

– A - амплитуда сезонных колебаний температуры наружного воздуха, °С, определяемая как полуразность значений среднемесячной температуры самого теплого и самого холодного месяца по СП 131.13330;

– s - среднее квадратическое отклонение среднегодовой температуры наружного воздуха, °С, определяемое по табл. 4.10;

– Dm,e - коэффициент затухания случайных колебаний температуры с глубиной, безразм., определяемый по табл. 4.9 и принимаемый равным Dm для столбчатых и ленточных фундаментов и De – для свайных; Tm,e - расчетная температура многолетнемерзлого грунта, °С,

– C – коэффициент, град 1/ 2, принимаемый равным 0,24 для свайных фундаментов, а для столбчатых и ленточных – в зависимости от вида грунта под подошвой фундамента: 0 - для крупнообломочных и песчаных грунтов, 0,19 - для супесей и 0,29 - для суглинков и глин.

Таблица 4.9

Коэффициенты затухания случайных колебаний температуры с глубиной

Коэффициенты Значения Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru
(0) (25) (50) (75) (100) (125) (150) (175) (250) (300)
Dm (0) 0,86 (0,80) 0,75 (0,66) 0,66 (0,54) 0,58 (0,46) 0,46 (0,39) 0,37 (0,34) 0,31 (0,29) 0,21 (0,21) 0,16 (0,18)
De (0) 0,93 (0,90) 0,86 (0,79) 0,79 (0,73) 0,71 (0,66) 0,66 (0,60) 0,58 (0,55) 0,52 (0,50) 0,41 (0,41) 0,34 (0,36)
Условные обозначения: z - глубина заложения подошвы фундамента от поверхности многолетнемерзлого грунта, м; cf - объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м3 0С) [ккал/(м3 0С)]; γf - теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м.0С) [ккал/(м.ч.0С)]

Таблица 4.10

Среднее квадратическое отклонение средней годовой температуры наружного воздуха ( Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru ) (с сокращениями)

Метеостанция Широта, град Долгота, град Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , 0С Метеостанция Широта, град Долгота, град Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , 0С
Иркутская область
Алыгджер 53,6 98,2 0,82 Качуг 54,0 105,9 0,78
Балаганск 53,7 106,3 0,84 Киренск 57,8 108,1 1,29
Бодайбо 57,9 114,2 1,15 Мама 58,3 112,8 1,13
Братск 56,3 101,8 1,19 Нижнеудинск 54,9 99,0 0,91
Верхняя Гутара 54,2 100,0 0,81 Орлинга 56,1 105,8 1,06
Ербогачен 61,3 108,0 1,44 Тайшет 56,0 98,0 1,12
Жигалово 54,8 105,2 0,98 Тангуй 55,4 101,0 0,99
Зима 53,9 102,1 0,93 Танхой 51,5 105,0 0,71
Инга 53,0 102,0 0,65 Усть-Илимск 58,0 102,7 1,35
Иркутск 52,3 104,4 1,10 Усть-Уда 54,5 103,3 0,87
Казачинск 56,3 107,5 1,20 Хамар-Дабан 51,5 103,6 0,78
Красноярский край
Агата 66,9 93,5 1,31 Ессей 68,5 102,4 1,28
Байкит 61,7 96,4 1,42 Игарка 67,5 86,6 1,33
Ванавара 60,3 102,3 1,50 Норильск 69,5 88,3 1,49
Верхне-Имбатское 63,2 88,1 1,47 Туруханск 65,9 88,1 1,23
Волочанка 71,0 94,5 1,41 Тура 64,3 100,2 1,17
Ханты-Мансийский а.о.
Сургут 61,4 73,5 1,16 Ханты-Мансийск 61,1 69,1 1,10
Читинская область
Акша 50,3 113,3 0,78 Кыра 49,6 112,0 0,63
Амазар 53,7 120,7 0,78 Нерчинский з-д 51,3 119,6 0,70
Борзя 50,4 116,5 0,75 Хилок 51,4 110,5 0,76
Калакан 55,1 116,8 0,92 Чара 56,9 118,3 1,07
Красный Чикой 50,3 108,8 0,78 Чита 52,0 113,3 0,98
Республика Саха (Якутия)
Алдан 58,6 125,0 1,11 Оленек 68,5 112,4 1,21
Амга 60,9 132,0 1,17 Сангар 64,0 127,5 1,00
Верхоянск 67,5 133,3 1,07 Саханджа 69,8 128,1 1,20
Витим 59,5 112,6 1,43 Сеген-Кюель 64,0 130,3 0,90
Делянкир 63,8 145,6 1,00 Сухана 68,8 117,9 1,32
Жилинда 70,1 113,8 1,15 Тикси 71,7 128,7 1,26
Западная 62,9 138,5 1,07 Туой-Хая 62,5 111,2 1,45
Зырянка 65,8 150,8 0,91 Усть-Мая 60,4 134,5 1,00
Маак 67,8 115,5 1,49 Чульман 56,8 124,9 0,96
Мирный 62,5 114,0 1,29 Чумпурук 64,2 116,9 1,20
Мянгкяра 68,0 123,0 1,22 Шелагонцы 66,3 114,3 1,12
Нюрба 63,3 118,3 1,34 Якутск 62,1 129,5 1,15
Оймякон 63,3 143,2 0,98 Ярольин 67,1 108,5 1,54
Ямало-Ненецкий а.о.
Гыдояма 70,9 78,5 1,40 Салехард 66,6 66,6 1,46
Марре-Сале 69,7 66,8 1,39 Тазовский 67,5 78,8 1,33
Надым 65,6 72,5 1,22 Тамбей 71,5 71,8 1,14
о.Белый 73,3 70,7 1,47 Тарко-Сале 64,9 77,8 1,27
Ныда 66,6 73,0 1,46 Уренгой 66,0 78,4 1,50
Полуй 66,0 68,7 1,44 Харасавэй 71,2 66,9 1,59
                 

При расчетах многолетнемерзлых оснований по несущей способности деформациям расчетные температуры грунтов Tm, Tz и Те следует принимать равными:

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru Тm – максимальной в годовом периоде температуре грунта в установившемся эксплуатационном режиме на глубине заложения фундамента zd, отсчитываемой от верхней поверхности многолетнемерзлого грунта;

– Те – максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения фундамента zd температуре многолетнемерзлого грунта в установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта) (рис. 4.1);

– Tz – температура многолетнемерзлого грунта на данной глубине z от его верхней поверхности, принимаемой на момент установления температуры Те.

Для оснований свайных, столбчатых и других видов фундаментов сооружений с холодным (вентилируемым) подпольем, опор трубопроводов, линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений, кроме оснований опор мостов, расчетные температуры грунтов Tm, Tz и Те допускается определять по формулам для оснований сооружений с холодным подпольем [8]:

под серединой сооружения

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru ; (4.14)

под краем сооружения

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru ; (4.15)

под углами сооружения

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , (4.16)

где Т’0 – расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения, ° С; определяется расчетом по условию обеспечения требуемых значений расчетной температуры грунтов в основании сооружения с учетом мерзлотно-грунтовых и климатических условий участка строительства. Допускается принимать значение Т’0 – Tbf по табл. 4.9 в зависимости от среднегодовой температуры грунта, Т0, и температуры начала замерзания грунта Tbf, ° С; с учетом ширины сооружения В и глубины заложения фундаментов z. Значение Т’0 находится как разница между табличным значением (табл. 4.11) и Tbf.

Таблица 4.11

Расчетная среднегодовая температура Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ruна верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения [8]

Значения Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru, °С Ширина сооруже­ния В, м Значения Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru°С, для фундаментов
столбчатых при глубине заложения z, м свайных при глубине заложения z, м
–0,5 –10 –8 –3,5 –2,5 –5 –3,5 –3 –2,5 –2,5 –2
–1 –10 –8 –3 –2,5 –4 –3,5 –2,5 –2 –1,5 –1,5
–2 –9 –7 –2 –2 –3 –3 –1,5 –2 –1 –1
–5 –6,5 –6 –1 –1 –1 –2 –1 –1 –1 –1
–8 –3 –4 –1 –1 –1 –1 –1 –1 –1 –1

– am, az, ae – коэффициенты сезонного изменения температуры грунтов основания, принимаемых по табл. 4.12 в зависимости от значения параметра Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , с0,5 0,5), где z – глубина от поверхности многолетнемерзлого грунта, м; Cf – объемная теплоемкость, Дж/ (м3×°С) и lf – теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м3×°С), am – для расчета столбчатого фундамента, az и ae для свайного;

– k1, k2 и k3 – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по табл. 4.13 в зависимости от отношений z/В и L/В, L и В – соответственно длина и ширина сооружения, м. Глубина заложения фундаментов z отсчитывается от уровня верхней поверхности многолетнемерзлого грунта.

– kts – коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений, принимаемый по табл. 4.14 в зависимости от вида и глубины заложения фундаментов z, м.

Таблица 4.12

Коэффициенты сезонного изменения температуры грунтов основания [8]

Коэф-фици-­ енты Значения Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru0,5)
(0) (25) (50) (75) (100) (125) (175) (175) (250) (300)
am (0) 0,28 (0,38) 0,47 (0,61) 0,61 (0,76) 0,71 (0,85) 0,85 (0,91) 0,92 (0,94) 0,96 (0,96) 0,99 (0,99) 1,00 (1,00)
az (0) 0,30 (0,40) 0,52 (0,67) 0,67 (0,85) 0,80 (0,95) 0,95 (1,01) 1,02 (1,03) 1,03 (1,03) 1,01 (1,01) 1,00 (1,00)
ae (0) 0,14 (0,21) 0,26 (0,38) 0,38 (0,51) 0,47 (0,61) 0,61 (0,68) 0,70 (0,74) 0,77 (0,78) 0,85 (0,85) 0,90 (0,88)

Таблица 4.13

Коэффициенты теплового влияния сооружения [8]

Форма здания в плане L B Коэффициенты k для определения Tm, Tz, Te
k1при z/B k2при z/B k3при z/B
0,25 0,5 1,0 2,0 0,25 0,5 1,0 2,0 0,25 0,5 1,0 2,0
Прямо-угольная 0,41 0,21 0,67 0,38 0,87 0,57 0,96 0,75 0,17 0,09 0,28 0,16 0,39 0,25 0,47 0,34 0,06 0,03 0,10 0,05 0,17 0,09 0,22 0,14
0,33 0,17 0,56 0,31 0,80 0,50 0,93 0,68 0,15 0,08 0,26 0,14 0,37 0,23 0,45 0,32 0,04 0,02 0,08 0,04 0,14 0,08 0,20 0,12
0,32 0,16 0,53 0,30 0,76 0,47 0,91 0,65 0,15 0,08 0,25 0,14 0,36 0,22 0,44 0,31 0,04 0,02 0,08 0,04 0,13 0,07 0,19 0,12
³ 5 0,29 0,14 0,50 0,27 0,71 0,44 0,84 0,62 0,15 0,07 0,25 0,14 0,35 0,22 0,42 0,30 0,03 0,02 0,07 0,04 0,12 0,07 0,18 0,11
Круглая 0,45 0,23 0,71 0,41 0,89 0,62 0,97 0,78 0,22 0,13 0,32 0,20 0,40 0,28 0,45 0,36 _ _ _ _
Примечания:В числителе указаны значения коэффициентов k для температур Tm и Tz, в знаменателе – для Te. При z/B = 0 коэффициенты k1, k2 и k3 равны 0.

Таблица 4.14

Коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений [8]

Виды фундаментов Коэффициент kts при z, м
до 2 от 2 до 6 св. 6
Массивные и свайные с ростверком, заглубленным в грунт Свайные с высоким ростверком и сборные под опоры рамно-стоечного типа 0,7   0,9 0,9   1,0 1,0   1,0

Пример расчета основания свайного фундамента по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I.Необходимо определить несущую способность основания под вертикально нагруженной висячей сваей сечением 0,3х0,3 м. Ширина здания В =12м, длина L=150м. Глубина погружения сваи в мерзлый грунт – 7м. Расчетная нагрузка – 1800 кН. Грунт – мерзлый суглинок, T0 = –1,2 оС, коэффициент теплопроводности талого и мерзлого грунта равны λth =1,33 Вт/(м·ºС), λf =1,51 Вт/(м·ºС);соответственно объемная теплоемкость Сth=777 Вт·ч/(м3ºС), Сf=592Вт·ч/(м3ºС). Среднегодовая температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд T0 = –1,2ºC,температура начала замерзания Tbf= –0,2ºC.Принять gn=1,1.

В начале расчетов определяется параметр z =7√(592/1,51)=138,6 тогда по табл. 4.12 az=1,1 и ae=0,73

Определяем параметр z/B= 7/12=0,58 и по табл. 4.13 получаем коэффициенты теплового влияния здания на эквивалентную температуру k1=0,31, k2 =0,18, и на температуру под торцом сваи k1=0,56, k2 =0,33.

По формуле (4.14) вычисляется эквивалентная температура и температура грунта под концом сваи:

Tе=(–2,5+0,2)∙0,73+(–1,2+2,5)∙0,31–0,2= –2,15 оС;

Tz=(–2,5+0,2)∙1,10+(–1,2+2,5)∙0,53-0,2= –2,00 оС.

По расчетным температурам находим расчетное давление на мерзлый грунт (табл. 4.7), расчетное сопротивление грунта по поверхности смерзания (табл. 4.8): R=11,6∙105 Па, Raf=1,34∙105 Па.

Fu=1∙1∙(11,6∙105∙0,09+1,68∙105∙8.4)=15,25∙105 Н,

18∙105Н > 15,25∙105/1,1=13,81∙105 Н.

Вывод: условие не выполнено и следует увеличить длину сваи до тех пор, пока условие (4.11) не будет соблюдено.

Несущую способность основания свайного фундамента Fu в сильнольдистых грунтах следует определять по данным полевых испытаний свай. Допускается определять несущую способность сваи расчетом в соответствии по наименьшему значению Fu, полученному по условиям ее сопротивления сдвигу по грунтовому раствору и сдвигу грунтового раствора по контакту с льдистым грунтом. В последнем случае значение Fu, кН, следует рассчитывать по формуле

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru , (4.17)

– R - расчетное сопротивление сильнольдистого грунта или льда под нижним концом сваи, кПа, определяемое для сильнольдистых грунтов интерполяцией между значениями R по табл. 4.8, а для льдов – по табл. 4.16;

– Aw - площадь поперечного сечения скважины, м2;

– ii,j - льдистость за счет ледяных включений j-го слоя грунта;

– Rsh,j; Rsh,i,j - расчетные сопротивления сдвигу грунтового раствора по многолетнемерзлому грунту и грунтового раствора по льду для середины j-го слоя, кПа, принимаемые соответственно по табл. 4.15 и 4.16;

– Ash, - площадь поверхности сдвига в j-ом слое, определяемая в зависимости от диаметра скважины, м2.

Таблица 4.15

Расчетные сопротивления мерзлых незасоленных грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh

Грунты Расчетные давления Rsh, кПа, при температуре грунта, °С
  –0,3 –0,5 –1 –1,5 –2 –2,5 –3 –3,5 –4 –6 –8 –10
Песчаные
Глинистые

Таблица 4.16

Расчетные давления на лед R под нижним концом сваи и расчетные сопротивления льда сдвигу по поверхности смерзания с грунтовым раствором Rsh,i

Температура льда, Расчетные давления, кПа (кгс/см2)
°С R Rsh,i
–1 50 (0,5) 20 (0,2)
–1,5 100 (1,0) 30 (0,3)
–2 140 (1,4) 35 (0,35)
–2,5 190 (1,9) 45 (0,45)
–3 230 (2,3) 50 (0,5)
–3,5 260 (2,6) 60 (0,6)
–4 280 (2,8) 65 (0,65)

Если прочность смерзания грунтового раствора с поверхностью сваи Raf < Rsh, то расчет несущей способности сваи Fu по формуле (4.17) следует производить при значениях Rsh = Raf, принимая площадь поверхности сдвига в j-ом слое грунта Ash,j равной площади поверхности сваи в этом слое.

Особенности проектирования оснований и фундаментов на склонах. При строительстве на склонах мерзлых пород следует применять преимущественно принцип I использования многолетнемерзлых грунтов, при условии, что в течение всего периода эксплуатации будет обеспечена отрицательная температура, требуемая по расчету устойчивости склона и несущей способности оснований.

Проектирование оснований и фундаментов на склонах (откосах) в районах распространения многолетнемерзлых грунтов следует выполнять по первой группе предельных состояний в соответствии с указаниями СП 22.13330.2011, с учетом снижения прочности мерзлых грунтов при увеличении температуры и длительности воздействия нагрузки, а также влияния геокриологических условий.

При проектировании оснований и фундаментов на склонах многолетнемерзлых грунтов и присклоновой территории следует рассматривать термодинамическое равновесие системы «сооружение-основание-склон» с учетом нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям для строительства (СНиП 11-02-96, СП 11-103-97, СП 11-105-97 (ч.I-IV)), а также следующих факторов:

- крутизна, высота, протяженность, ширина и экспозиция склона;

- проявление глубинных и солифлюкционных оползаний и нарушение растительного покрова, наледеобразование, бугры пучения, термокарст, термоэрозия;

- мощность слоя и характер распространения многолетнемерзлых грунтов (сплошное, прерывистое, островное), наличие жильного и пластового льда, таликов, криопэгов;

- температура мерзлого грунта во времени по глубине и простиранию склона (изотермы) на стадии строительства, эксплуатации и ликвидации объектов;

- особенности природных криогенных форм рельефа (глетчеры, курумы и др.), а также формирования техногенных форм (отвалы, карьеры, котлованы, выемки, насыпи и др.);

- геокриологические условия (текстура, влажность, льдистость физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов), а также характер напластования пород;

- наличие сооружений на склонах, имеющиеся деформации сооружений, а также мероприятия по противооползневой защите;

- интенсивность и характер техногенной нагрузки, особенности теплового и силового воздействия на склоне проектируемых сооружений по продолжительности, охвату территории, количественным значениям температуры, конструктивным особенностям сооружений.

Расчеты устойчивости склонов (откосов) и сооружений на них в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, в отличие от талых грунтов, следует осуществлять с учетом температурного состояния грунтового массива. В зависимости от температурного состояния грунтового массива следует рассматривать два основных типа криогенных оползней:

1 - мерзлые;

2 - оттаивающие.

Кроме того, существуют различные типы смешанных криогенных оползней.

Прогноз устойчивости склонов и сооружений на них необходимо осуществлять на основании выполнения прогнозных теплотехнических расчетов, схематизации природных условий и определения поверхностей скольжения в мерзлых породах, а также возможности возникновения и развития солифлюкции.

Поверхность скольжения в массиве мерзлых однородных грунтов, в основном, определяется положением изотермы наиболее высокой отрицательной температуры грунта, а в массиве неоднородных грунтов - наименьшими предельно-длительными значениями сопротивления сдвигу мерзлого грунта. Поверхность скольжения оттаивающего грунта (на солифлюкционных склонах и откосах) следует за границей оттаивания, которая практически параллельна поверхности склона и мощность оползающего слоя равна глубине оттаивания, определяется при геокриологических изысканиях и уточняется теплотехническим расчетом.

В теплое время года в некоторых случаях одновременно могут развиваться солифлюкция и глубинный оползень мерзлого грунта, что следует учитывать в расчетах по несущей способности оснований и при назначении противооползневых мероприятий.

Сила предельного сопротивления основания, сложенного дисперсными грунтами должна определяться, исходя из условия, что соотношение между нормальными и касательными напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I - student2.ru

где φ и c - расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления. Для мерзлых грунтов определяются предельно-длительные значения угла внутреннего трения φL и удельного сцепления cL при проведении испытаний на срез мерзлого грунта, для оттаивающих грунтов φsh и csh при проведении испытаний на неконсолидированный быстрый срез оттаивающего грунта по мерзлому слою в соответствии с ГОСТ 20276, ГОСТ 12248 и ГОСТ Р 53582-2009.

Расчетные значения φ и с определяются по опытным данным. Для сооружений III уровня ответственности и предварительных расчетов устойчивости оснований допускается расчетные значения φL, cL, φsh и csh принимать по таблице 4.17 и 4.18.

Таблица 4.17

Нормативные предельно длительные значения удельного сцепления сL (кПа) и угла внутреннего трения jL (град) для мерзлых грунтов и контакта грунта со скалой

Грунты Обозначения характеристик грунтов Характеристики грунтов при температуре грунта, 0С
-0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 -4,0 -5,0 -6,0 -8,0
Песчаные сL
jL
Контакт песчаных грунтов со скалой сL 70
jL
Глинистые сL
jL

Таблица 4.18

Нормативные значения удельного сцепления сsh (кПа) и угла внутреннего трения jsh (град) оттаивающего глинистого грунта

Обозначения характеристик грунтов Характеристики грунтов при значении показателя текучести IL, д.е.
0,25 0,35 0,5 0,625 0,75 1,00
сL, кПа
jL , град

Предельное сопротивление оттаивающих глинистых грунтов сдвигу (τth) после их промерзания существенно снижается по сравнению с предельным сопротивлением сдвигу тех же грунтов до промерзания (τ). Между этими величинами существует закономерная связь, которую можно представить в виде выражения:

τth = τ(a – bwV), (4.18)


где a и b – параметры, зависящие от вида, состава грунта и условий его промерзания; wV – объемная влажность оттаивающего грунта [117].

На основании зависимости (4.18) разработана методика определения величины угла внутреннего трения φth и удельного сцепления cth оттаивающего грунта путем уменьшения аналогичных характеристик грунтов до промерзания (φ и c) за счет следующих коэффициентов:

jth = j/gg(j)th gm (4.19)

и

cth = c/gg(c)th gm (4.20)

где gg(j)th – коэффициент надежности по грунту при его оттаивании для угла внутреннего трения, определяется по табл. 4.19; gg(c)th – коэффициент надежности по грунту при его оттаивании для удельного сцепления, определяется по табл. 4.20; gm – коэффициент, учитывающий влияние интенсивности миграции влаги и морозного пучения грунта на формирование посткриогенной структуры оттаивающего грунта и его прочностные свойства, определяется по табл. 4.21 [117].

Показатели прочностных свойств оттаивающих водонасыщенных песчаных грунтовв порядке первого приближения можно определить по формулам:

jth = j/gg ,

cth = c/g’g(c)th g’m

где gg – коэффициент надежности по грунту, учитывающий снижение угла внутреннего трения, обусловленное формированием посткриогенной структуры песков, определяемый по табл. 4.22; g’g(c)th и g’m – понижающие коэффициенты, принимаемые как для супесей по табл. 4.20 и 4.21.

Таблица 4.19

Значения коэффициентов gg(j)th

Наименование грунтов Коэффициенты gg(j)th для грунтов с показателем IL равным
0<IL£0,25 0,25<IL£0, 5 0,5<IL£0,75 IL>0,75
Глины 1,05 1,15 1,20 1,05
Суглинки 1,10 1,25 1,25 1,10
Супеси 1,02 1,10 1,10 1,05

Таблица 4.20

Значения коэффициентов gg(c)th

Наименование грунтов Коэффициенты gg(c)th для грунтов с показателем IL равным
0<IL£0,25 0,25<IL£0, 5 0,5<IL£0,75 IL>0,75
Глины 1,20 1,40 1,60 1,30
Суглинки 1,15 1,35 1,50 1,20
Супеси 1,10 1,20 1,30 1,10

Таблица 4.21

Значения коэффициентов gm в зависимости от их пучинистости (εf)

Коэффициенты морозного пучения εf, д. ед. Коэффициенты gm
εf£0,01 1,00
0,01<εf£0,03 1,15
0,03<εf£0,07 1,30
0,07<εf£0,10 1,50
εf>0,10 1,80

Величина предельного сопротивления оттаивающего грунта сдвигу по всем поверхностям скольжения определяется из выражения:

τth =pthtgjth+cth,

где pth – нормальное напряжение по поверхности скольжения, кПа; gth и cth вычисляются по формулам (8.20, 8.21) [117].

Таблица 4.22

Значение коэффициента gg

Наши рекомендации