5. Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по I принципу
5.1. Расчет температурного режима вентилируемого подполья начинается с выбора типа вентилируемого подполья: открытого или закрытого с продухами. Расчет ведется с соответствии с приложением 4 [8]. Фундаменты принимаются свайные с глубиной заложения в вечномерзлый грунт до 7 м.
Определяется
высота вентилируемого подполья или
необходимое количество продухов. Высота
подполья (
)
должна приниматься по условиям обеспечения
вентилирования, но не менее 1,2 м от
поверхности планировки грунта до низа
выступающих конструкций перекрытия;
при размещении в подполье коммуникаций
– не менее 1,4 м.
Под отдельными участками сооружения шириной до 6м при отсутствии коммуникаций высоту подполья допускается уменьшать до 0,6 м.
5.2. Выбор типа свайного фундамента и способа его установки зависит от веса надземных конструкций, температурного режима и состава грунтов основания. Выбрав марку свай, выбирают способ погружения в соответствии с рекомендациями п.3.20 [8].
5.3. Расчетная схема основания свайного фундамента составляется для назначения глубины заделки сваи в вечномерзлый грунт (z):
,
Где l – длина сваи, м;
– высота проветриваемого подполья, м;
–
расчетная глубина
сезонного оттаивания, м.
В зоне заделки свайного фундамента действуют силы сопротивления мерзлых грунтов сдвигу боковой поверхности фундамента (Raf) и силы сопротивления давления мерзлых грунтов под нижним концом сваи (R).
В случае неоднородного грунта в зоне заделки сваи в вечномерзлый грунт следует произвести разбивку на отдельные однородные слои толщиной 0,8÷1,4 м.
5.4.
Выбрав расчетную схему работы сваи в
вечномерзлом грунте, производим
определение расчетных температур
вечномерзлого грунта по глубине ниже
расчетной глубины сезонного оттаивания
расчетные температуры (
)
грунта вычисляют по формулам (6), (7), (8)
[8], предварительно назначив коэффициенты
)
и k
1,2,3 соответственно по таблице 4 [8].
Определив
температуры грунта на границах расчетных
слоев вычисляют температуру в середине
каждого слоя
),
по которой и назначают расчетные
сопротивления сдвигу мерзлого грунта
по поверхности смерзания с материалом
фундамента.
5.5. Определение несущей способности грунтов основания свайного фундамента производится по формуле (3) [8], назначив расчетные сопротивления по таблицам приложения 2[8], учитывая наличие засоленности, льдистости и пр. В результате должно быть соблюдено условие, что несущая способность мерзлого основания больше расчетной нагрузки.
5.6.
Расчет основания и фундаментов по
устойчивости на действие сил морозного
пучения следует производить как для
условий эксплуатации, так и для условий
период строительства, если до передачи
на фундаменты проектных нагрузок
возможно промерзание грунтов слоя
сезонного оттаивания. Устойчивость
фундамента на действие касательных сил
пучения следует проверить из условия
(34) [8]. Расчетную удельную касательную
силу пучения
можно
назначать по таблице 9 [8] в зависимости
от показателя текучести или степени
влажности грунта деятельного слоя и
глубины сезонного оттаивания.
5.7. В выводах по разделу следует указать, какие типы фундаментов приняты окончательно, их марку, способ установки.
Пример.
Расчет оснований фундаментов по I группе предельных состояний (по несущей способности) для мерзлых грунтов производится из условия:
F
≤
/
,
Где -коэффициент надежности по назначению сооружения: 1, 2 – для зданий I класса; 1,15 – для зданий II класса; 1,1 – для зданий III класса;
F –расчетная нагрузка на основание; в данном варианте под серединой здания I класса F = 87900кгс. Ширина здания В = 12 м, длина здания L = 24 м, в качестве фундамента принимаются сваи длиной 7м и сечением 40×40 см.;
– несущая способность основания, для висячих свай и столбчатого фундамента определяемая по формуле:
=
·
·(R
·
A+
),
где – температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, определяемый по указаниям п.4.10 [8]; в данном примере – = 1,1;
– коэффициент условий работы основания, принимаемый по указаниям п.4.9 [8]: в данном примере для свай, устанавливаемых буроопускным способом с заливкой известково-песчаным раствором = 1, 1;
R – Расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, кгс/см²;
-расчетное
сопротивление мерзлого грунта или
грунтового раствора сдвигу по боковой
поверхности смерзания фундамента в
пределах i–
го слоя, кгс /cм²;
–
площадь поверхности
смерзания i-
го слоя грунта с боковой поверхностью
сваи;
n – число выделенных при работе свай слоев вечномерзлого грунта.
Для середины здания расчетная глубина сезонного оттаивания в случае устройства асфальтовой отмостки будет равна:
=
’·
=
0, 8·3,
0 = 2, 4 м.
Тогда расчетная схема будет иметь следующий вид:
=
1, 2 м
= 2, 4 м
z = 7 – 1, 2 – 2, 4 = 3, 4 м 3,4м – супесь II – го слоя
Разбиваем всю зону заделки сваи в мерзлый грунт на 4 слоя со следующими толщинами:
I – 0,4м
II – 1, 0 м
III - 1, 0 м
IV - 1, 0 м
Расчет температур на границе каждого слоя производится по формуле для середины здания:
=
(
’
–
)
)
+ (
–
’)
+
,
Где
’
– cсреднегодовая
температура грунта на верхней поверхности
вечномерзлой толщи, назначаемая по
табл.2 прилож. 4 [8] в зависимости от
To,
ширины здания В,
,
°C;
– коэффициент сезонного изменения температуры, назначаемый по табл. 4
[8] в
зависимости от z
=
,
где z
– глубина от поверхности вечномерзлого
грунта;
– коэффициент теплового влияния сооружения, назначаемый по табл.5[8] в
зависимости от отношений z/B и L/B
все работы могут быть представлены в табличной форме:
Z, м |
z
=
|
|
,, °C |
’, °C |
z/B |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0,4 1,4 2,4 3,44 |
8,472 26,003 46,330 66,716 |
0,123 0,411 0,630 0,790 |
-0,07 -0,11 -0,11 -0,11
|
-1,5 -1,55 -1,55 -1,55
|
0,033 0,117 0,200 0,283 |
0,043 0,154 0,264 0,360
|
, °C |
°C |
, кгс/см² |
, см² |
· кгс |
R, кгс/см² |
A, см² |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
-0,28 -0,77 -1,17 -1,48 |
-0,19 -0,53 -0,97 -1,33 |
0,36 0,94 1,56 1,86 |
6440 16000 16000 16000
|
2304 15040 24960 29760 |
12,00 |
1600 |
,Σ 72064
Тогда
= 1, 1·1, 1· (12, 00·1600+72064) = 110429 кгс
/ = 110429/1, 2 = 92024, 2 кгс
Т.е несущая способность грунтов основания свайного фундамента обеспечена.
Проверка по устойчивости на действие сил морозного пучения производится из условия:
·
-
F≤
где -расчетная удельная касательная сила пучения, принимается по табл. 9[8] в зависимости от вида грунта, степени водонасыщенности и глубины сезонного оттаивания , = 0,9 кгс/см²;
-площадь
боковой поверхности смерзания фундамента
в пределах расчетной глубины сезонного
оттаивания грунта,
=
38400 см²;
F-расчетная нагрузка на фундамент, принимаемая с коэффициентом 0, 9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок. Этим условиям соответствует осенний период и отсутствие нагрузки от надземных конструкций, F = Pсв. = 2800 кг;
-
расчетная сила, удерживающая фундамент
от выпучивания:
= = 72064 кгс
- коэффициент условия работы, принимаемый равным 1, 0;
- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным1, 1;
Тогда, подставляя все полученные значения, имеем:
1,0
0,9·38400 – 2800 = 31760 кгс≤——72064 = 65513 кгс,
1,1
Т.е. устойчивость фундамента обеспечена.