7.2. Определение нормативной глубины сезонного промерзания и сезонного оттаивания грунтов.

Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта определяется как наибольшая глубина, наблюдаемая в течение 10 и больше лет на участках без растительного, торфяного и снежного покрова, где слой сезоннопромерзающего-оттаивающего грунта сливается с верхней границей криолитозоны [76].

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по данным наблюдений, где слой сезоннопротаивающего-сезоннопромерзающего грунта не сливается с верхней границей криолитозоны или криолитозона отсутствует [37].

При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативная глубина сезонного оттаивания грунта определяется с использованием аналитических моделей [76].

Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта d_th,n, м. Определе­ния нормативной глубины сезонного оттаивания фунта по дан­ным натурных наблюдений, полученных непосредственно в период проведения инженерно-геологических изысканий, вычисляется по формуле:

(7.1)

где d'_th — максимальная глубина сезонного оттаивания грунта (м), полученная непосредственными наблюдениями в год проведения изысканий. Максимальных значений глубина сезонного оттаива­ния грунтов достигает к концу летнего периода. В том случае когда изыскания проводятся в начале или середине лета и глуби­на сезонного оттаивания грунтов еще не достигла максимальных значений, она должна приводиться к максимуму по существую­щим методикам [76]; Т_bf — температура начала замерзания фунта, °С определяется по таблице 7.2.;

Таблица 7.2.

Температура начала замерзания грунта с учетом концентрации порового раствора

Грунты		Температура начала замерзания грунта Tbf, оС при концентрации порового раствора д.ед
		0		0,005	0,01	0,02	0,03	0,04
Песчаные	0		-0,6	-0,8	-1,6	-2,2	-2,8
Пылевато-глинистые:
супеси	-0,1		-0,6	-0,9	-1,7	-2,3	-2,9
Суглинки и глины	-0,2		-0,6	-1,1	-1,8	-2,5	-3,2

Параметры указанные ка приведенных картах (рис. 7.2 и рис. 7.3) возможно получить и расчетным путем (формулы 7,2 и 7,3). T_th,с — расчетная температура поверхности грунта в летний период, °С, учитывающая различие температуры воздуха и ого­ленной поверхности грунта, определяется по формуле:

(7.2)

T_th,m, —соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур (°С), и продолжительность этого периода (ч).

_, — расчетная продолжительность летнего периода, ч, оп­ределяется с учетом увеличения времени прогрева грунта за счет удаления снежного покрова в весенний период по формуле:

(7.3)

Рис. 7.2. Карта изолиний суммарного времени за год в течении которого, среднесуточная температура поверхности грунта, выше температуры замерзания T_th,m[82]

Рис.7.3. Карта изолиний средней температуры поверхности грунта за летний период

[82]

Значения T_th,mи опре­деляются либо по данным ближайшей метеостанции за период не менее 10 лет, либо по СНиП [40], где приведены среднемноголетние значения среднемесячных и среднегодовых температур воздуха для опорных метеостанций России; T_thси — соответственно средняя температура воздуха (°С) за период положительных температур и продолжительность этого периода (ч) в год проведения изысканий, принимаемые по ближайшей метеостанции.

Таблица 7.3

Значения коэффициентов k_w и k_w,c

Грунты	Значения коэффициентов kw и kw,cпри суммарной влажности грунтаWtot
	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Песчаные		1,0	0,92	0,83	0,75	0,70	-
Пылевато-глинистые		-	1,03	0,94	0,88	0,85	0,83

При отсутствии данных натурных наблюденийнормативную глубину сезонного оттаивания грунта d_th,_п(м), согласно[37], допускается вычислять по формуле:

(7. 4)

где q— параметр, определяющий отток тепла в мерзлый грунт, Вт ∙ ч/м²:

(7.5)

q₁,— удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт ∙ ч/м³ вычисляется по формуле (7.6):

(7.6)

(7.7)

T_th,cи Т_bf–обозначения те же, что в формуле (7.1); если в расчетах размерность коэффициентов и принимается в ккал/(м^.ч∙° С) или в Вт (м∙° С) то время берется в часах;t₁– время, принимаемое равным (1,35^.10⁷c) 3600 ч; – время, принимаемое равным (2,7^.10⁷c) 7500 ч; _thи – коэффициенты теплопроводности соответственно талого и мерзлого грунта, Вт/(м ∙ °С); C_thи C_f– объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, Вт ∙ ч/(м³∙ °С); –коэффициент, для песчаных грунтов по таблице 7.3 рав­ный 1,0, а для пылевато-глинистых – по табл. 7.4 в зависимости от значения теплоемкости C_fи средней температуры грунта , °С, вычисляемой по формуле:

(7.8)

Т₀–среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на

глубине нулевых годовых амплитуд, °С, которая устанавлива­ется на основании прогнозных расчетов температур грунтов на застроенной территории. Это значение возможно вычислить и по формуле:

(7.9)

здесь – продолжительность года, числено равная 3,15^.10⁷ с (8760 ч); и – средняя по многолетним данным температура воздуха в период отрицательных температур, °С и продолжительность этого периода, с(ч,), принимаемые по СНиП 23-01-99; – термическое сопротивление снежного покрова,м^2.°С/Вт (м^2.ч^.°С/ккал), определяемое по формуле

(7.10)

здесь = 1,0т^.° С/(м^2.Вт), 1,16 т^.ч^.° С/(м^2.ккал) – коэффициент учета размерностей; -средняя высота снегового покрова, м, принимаемая по метеоданным; - средняя плотность снегового покрова, т/м3, принимаемая по метеоданным.

Если при расчете по формуле 7.9 получается T_o>T_bf, то следует приниматьТ_о = Т_оn. Нормативное значение среднегодовой температуры многолетнемерзлого грунта T_onопределяется по данным полевых измерений температуры грунтов в соответствии с ГОСТ 25358 на опытных площадках с естественными условиями. Допускается значение T_onпринимать равным температуре грунта на глубине 10 м от поверхности.

Таблица 7.4

Величина коэффициентов k_m

Температура,	Значение коэффициента kmпри объемной теплоемкости , Дж/(м3 . ºС); ккал/(м3×°С)
	1,3×106 (300)	1,7×106 (400)	2,1×106 (500)	2,5×106 (600)
-1 -2 -4 -6 -8 -10	6.8 5.2 3.7 3.0 2.5 1.8	5.9 4.5 3.2 2.6 2.2 1.6	5.3 4.4 2.8 2.3 1.9 1.9	5.0 3.7 2.5 2.1 1.6 1.2

Удельная теплота таяния мерзлого грунта , Вт·ч/м³, ккал/м³, Дж/м³,, вычисляется по формуле:

(7.11)

где = 93 Вт∙ч/кг, 80 ккал/кг, Дж/кг – удельная теплота фазовых пре­вращений вода – лед (затраты тепла на фазовые переходы); – суммарная влажность мерзлого грунта, д. ед., -плотность сухого грунта (скелета) грунта.

При отсутствии данных натурных наблюденийнормативную глубину сезонного промерзания грунтов, согласно [36, 37], допускается определять по формуле:

(7.12)

где и -соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур (°С) и продолжительность этого периода, ч. Значения и прини­маются либо по данным ближайшей метеостанции за период не менее чем 10 лет, либо по [37]; — удельные затраты тепла на замерзание талого грунта, (Вт^.ч)/м³ :

, (7.13)

где – удельная теплота замерзания грунта, (Вт^.ч)/м³, определяемая по формуле (7.10); содержание в формуле (7.10) определяется при температуре грунта ,°С. Остальные обозначения те же, что в формуле (7.4).

Расчетные глубины сезонного оттаивания и промерзания грунта определяются с учетом теплового влияния зданий и соору­жений и используются при решении задач механического взаи­модействия сооружений с многолетнемерзлыми грунтами, напри­мер при определении несущей способности оснований, расчете оснований и фундаментов по устойчивости на воздействие сил морозного пучения.

Таблица 7.5

Значения коэффициентов и

Сооружения
Здания и сооружения без холодного подполья	-	Табл. 7.6
Здания и сооружения с холодным подпольем: у наружных стен с твердым покрытием отмосток; у наружных стен с отмостками без твердых покрытий;	- 1.2 1.0	- - -
у внутренних опор	0.8	-
Мосты
Промежуточные массивные опоры с фундаментами мелкого заложения или фундаментами из свай и свай-столбов с плитой, заглубленной в грунт по ширине опор по фасаду:
от 2 до 4 м	1,3	1,2
4 и более м	1,5	1,3
промежуточные столбчатые и свайные опоры, рамностоечные опоры с фундаментами мелкого заложения	1.3	1,2
обсыпные устои	1,0	1,0

Примечание. Значения, приведенные в таблице, не распространяются на случаи теплоизоляции и др. теплозащитных мероприятий.

Таблица 7.6.

Коэффициенты теплового влияния сооружения

Особенности сооружения	Коэффициентkhпри расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающему к наружным фундаментам, °С [67]
	0	5	10	15	20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми: по грунту;	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
на лагах по грунту;	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
по утепленному цокольному перекрытию;	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
с подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Расчетная глубина сезонного оттаивания d_thи расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_fопределяются по формулам [37, 22]:

(7.14) (7.15)

где и –нормативные глубины соответственно сезонного оттаивания и сезонного промерзания грунта; и k_h–коэффи­циенты теплового влияния сооружения. Значения коэффициен­тов k'_hи k_hдля зданий и сооружений с холодным подпольем, когда многолетнемерзлые грунты используются по Принципу I, приведены в табл. 7.5, здесь же даны значения коэффициента k_hдля отапливаемых сооружений при использовании многолетнемерзлых грунтов по Принципу II.