Расчет осадок оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземным льдом

Осадки оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземными льдами, а также в случаях загружения фундаментов при температуре грунтов основания выше расчетных значений, принятых для установившегося эксплуатационного режима (п. 7.2.5), следует определять с учетом изменения деформационных характеристик грунтов в зависимости от температуры и времени, а также развития пластических деформаций льда.

Составляющую осадки основания столбчатого фундамента на сильнольдистых грунтах s_p, м, обусловленную уплотнением оснований под нагрузкой, допускается определять по формуле

, (З.1)

где n и h_i – соответственно число выделенных слоев грунта и их толщина, м;

x_j – относительное сжатие j-го слоя грунта, доли единицы, определяемое опытным путем; для прослоев льда значение x_i,j допускается определять по формуле

, (З.2)

здесь nj -	пористость j-го слоя льда;
p -	среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа;
sa -	атмосферное давление, принимаемое равным 10,0 кПа;
sg,j -	природное (бытовое) давление в середине j-го слоя, кПа;
am,j -	безмерный коэффициент, принимаемый по табл. З.1 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента a/b и относительной глубины

(здесь z'_j–1 и z'_j – расстояния от подошвы фундамента соответственно до кровли и подошвы j-го слоя льда).

Таблица 4.31

Коэффициент a_m

z'/b	Значения коэффициента am при l/b
	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	3,0	10,0
0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	0,417 0,269 0,181 0,128 0,064 0,038 0,025 0,017	0,450 0,299 0,206 0,148 0,075 0,044 0,029 0,020	0,474 0,324 0,227 0,165 0,085 0,051 0,038 0,024	0,492 0,343 0,245 0,180 0,095 0,057 0,038 0,027	0,506 0,358 0,259 0,193 0,104 0,063 0,042 0,030	0,516 0,370 0,272 0,205 0,112 0,069 0,046 0,033	0,545 0,406 0,310 0,243 0,143 0,093 0,064 0,047	0,569 0,438 0,350 0,289 0,196 0,145 0,112 0,090

З.2 Скорость осадки сильнольдистых грунтов n, м/год (см/год), обусловленная их пластичновязким течением, определяется по формуле

, (З.3)

где m -	число месяцев в году, в течение которых развиваются деформации ползучести грунтов;
nj -	среднемесячная скорость осадки, м/мес (см/мес), определяемая согласно указаниям п. З.3.

З.3 Среднемесячная скорость осадки сильнольдистых грунтов основания n_j м/мес (см/мес), определяется по формуле

, (З.4)

где n -	число слоев грунта, в пределах которых определяется среднемесячная температура Tj,k;
hk -	толщина k-го слоя грунта, м; принимается не более 0,2b (b – меньший размер подошвы фундамента);
xk -	скорость относительной деформации k-го слоя грунта, 1/ч, при среднемесячной температуре грунта Tj,k, определяемая по формуле

, (З.5)

здесь hk -	коэффициент вязкости k-го слоя грунта основания, кПа×ч, определяемый согласно указаниям п. З.5;
sk -	напряжение, кПа, в k-ом слое грунта основания, определяемое по п. З.4;
sL,k -	предел текучести k-го слоя грунта основания, кПа, определяемый по п. З.5.

З.4 Напряжение s_k вычисляется по формуле

s_k = 0,5(s_z,k–1 + s_z,k), (З.6)

где s_z,k–1 и s_z,k – напряжения, кПа, на верхней и нижней границах k-го слоя, определяемые по формуле

s_z = a₀p₀, (З.7)

здесь a0 -	безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 4.32 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента а/b и от значения z'/b (здесь z' – расстояние от низа подошвы фундамента до уровня, на котором определяется напряжение);
p0 = p – sg -	дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента, кПа;
где p -	среднее давление на грунт под подошвой фундамента от постоянной и длительных долей временных нагрузок, кПа;
sg -	природное (бытовое) давление в грунте на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоев грунтов (до отметки природного рельефа), кПа.

Таблица 4.32

Коэффициент a₀

z'/b	Значения коэффициента a0 при а/b
		1,2	1,4	1,6	1,8
0,05 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0	0,089 0,171 0,298 0,382 0,337 0,268 0,208 0,115 0,071 0,047 0,034 0,019	0,090 0,159 0,281 0,356 0,352 0,290 0,231 0,133 0,083 0,056 0,040 0,023	0,077 0,150 0,269 0,373 0,359 0,304 0,248 0,147 0,094 0,064 0,046 0,027	0,074 0,144 0,259 0,366 0,360 0,307 0,261 0,160 0,104 0,071 0,052 0,030	0,072 0,140 0,252 0,360 0,359 0,318 0,270 0,171 0,113 0,078 0,057 0,033	0,070 0,137 0,247 0,354 0,357 0,321 0,276 0,180 0,121 0,085 0,062 0,037	0,066 0,129 0,232 0,334 0,342 0,316 0,282 0,204 0,148 0,109 0,083 0,051	0,063 0,123 0,221 0,312 0,316 0,291 0,260 0,198 0,158 0,132 0,112 0,085

Среднее дополнительное давление на грунт p₀ должно удовлетворять условию

, (З.8)

где kf -	безразмерный коэффициент, принимаемый по первой строке табл. 4.33 при hs /b = 0, hs - толщина грунтовой прослойки под фундаментом;
su -	наибольшее значение напряжения, кПа, при котором сохраняется линейная зависимость скорости установившегося течения от напряжения на начальном участке реологической кривой, определяемое по п. З.5.

Таблица 4.33

Коэффициент k_f

hs/b	Значения коэффициента kf при а/b
		1,2	1,4	1,6	1,8
0,5 1,0 1,5 2,0	2,6 3,3 3,8 10,0 16,2	2,65 3,35 4,40 8,70 13,8	2,7 3,4 4,8 7,7 12,1	2,7 3,4 4,8 7,1 11,0	2,75 3,45 4,60 6,70 10,2	2,8 3,5 4,4 6,4 9,5	2,9 3,6 4,3 5,6 7,7	3,2 3,8 4,6 5,8 7,5

Расчетные характеристики сильнольдистого грунта h, sL, su определяются при инженерных изысканиях из испытаний образцов мерзлого грунта на одноосное сжатие в соответствии с ГОСТ 12248.

Температуры T_j,k, в зависимости от которых устанавливаются значения h и s_L, следует определять по формулам (7.5) – (7.7) настоящих норм. Значения коэффициента a для определения температуры принимаются по табл. 4.34 для j-го месяца и глубины залегания середины k-го слоя z, измеряемой от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов. При этом за первый месяц (j = 1) принимается тот, в котором глубина сезонного протаивания достигает наибольшего значения. Для s_u температура принимается равной температуре на глубине ниже подошвы фундамента на 0,5b (здесь b – ширина подошвы фундамента).

Таблица 4.34

Коэффициент a_j,k

z, м	Значения коэффициента aj,k при j, мес
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0	0,34 0,62 0,83 0,96 1,03 1,06	0,31 0,51 0,70 0,84 0,94 1,00	0,46 0,53 0,65 0,77 0,87 0,94	0,76 0,68 0,70 0,76 0,83 0,90	1,12 0,91 0,82 0,81 0,84 0,88	1,45 1,17 1,00 0,91 0,89 0,90	1,66 1,38 1,17 1,04 0,97 0,94	1,69 1,49 1,30 1,16 1,06 1,00	1,54 1,47 1,35 1,23 1,13 1,06	1,24 1,32 1,30 1,24 1,17 1,10	0,88 1,09 1,18 1,19 1,16 1,12	0,55 0,83 1,00 1,08 1,11 1,10

Примечание - z – расстояние от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до уровня, на котором определяется температура.

З.6 Скорость осадки подземного льда n м/год (см/год), обусловленная его пластичновязким течением, определяется по формуле

, (З.9)

где p0 -	дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента, кПа, определяемое так же, как и в п. З.4.
b -	ширина подошвы фундамента, м;
ki -	параметр, характеризующий вязкость льда, определяемый из испытаний образцов льда на одноосное сжатие, °С/(кПа×ч) [см2×град/(кгс×ч)];
n -	число слоев, на которое разделяется толща льда (толщина слоя принимается не более 0,4b);
kt,j, kt,j–1 -	коэффициенты, 1/°С, принимаемые по табл. З.5 в зависимости от температуры основания (Т0 – Тb,f) и расстояний от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до кровли zj–1 и подошвы zj j-го слоя льда;
wj–1, wj -	безразмерные коэффициенты, определяемые по табл. 4.35 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента a/b и соответственно относительных глубин и (здесь z'j–1 и z'j) - расстояния от подошвы фундамента соответственно до кровли и подошвы j-го слоя льда).

Таблица 4.35

Значения коэффициента k_t

z, м	Коэффициент kt, 1/°С, при температуре T0 – Tbf, °C
	–2,5	–3	–3,5	–4	–5	–6	–8	–10
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0	0,408 0,327 0,316 0,307 0,299 0,295 0,289 0,288 0,287	0,377 0,295 0,279 0,269 0,263 0,259 0,255 0,252 0,251	0,353 0,266 0,251 0,241 0,235 0,231 0,227 0,225 0,223	0,333 0,242 0,227 0,218 0,213 0,208 0,204 0,202 0,200	0,301 0,206 0,192 0,184 0,178 0,174 0,170 0,168 0,167	0,277 0,179 0,166 0,158 0,153 0,150 0,146 0,144 0,143	0,243 0,143 0,131 0,124 0,120 0,117 0,114 0,112 0,111	0,218 0,118 0,108 0,102 0,098 0,096 0,094 0,092 0,091

Таблица 4.36

Коэффициент w

z'/b	Значения коэффициента w при a/b
		1,2	1,4	1,6	1,8
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0	0,070 0,145 0,181 0,204 0,218 0,228 0,236 0,241 0,249 0,254	0,068 0,145 0,189 0,216 0,232 0,244 0,253 0,259 0,269 0,275	0,066 0,145 0,194 0,224 0,243 0,257 0,267 0,274 0,285 0,292	0,065 0,145 0,198 0,230 0,262 0,267 0,278 0,286 0,299 0,307	0,063 0,145 0,200 0,235 0,258 0,275 0,287 0,297 0,310 0,319	0,062 0,144 0,201 0,238 0,263 0,281 0,295 0,305 0,320 0,330	0,059 0,139 0,200 0,243 0,275 0,299 0,317 0,332 0,353 0,368	0,058 0,136 0,196 0,242 0,277 0,305 0,326 0,344 0,370 0,389	0,055 0,130 0,186 0,231 0,267 0,297 0,323 0,346 0,384 0,414

Обозначение, принятое в табл. 4.36: z – расстояние от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до рассматриваемого уровня.

Среднее дополнительное давление p₀ должно удовлетворять условию (З.8), при этом значение k_f определяется по табл. З.3 в зависимости от толщины грунтовой прослойки под фундаментом h_s и размеров подошвы а и b. Значение s_u определяется из испытаний образцов льда на одноосное сжатие при температуре T_m (п. 7.2.7) на уровне кровли льда.