2980

624.13/15

С512

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Ю.П. Смолин, К.В. Востриков

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ

И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы

Новосибирск

2015

Введение

Вечномерзлые грунты занимают обширные территории. Их площадь составляет 35,2 млн км2 (23 % земной суши), из них 11 млн км2 находится на территории России (распространены на Крайнем Севере и северо-востоке Сибири и занимают около 65 %).

Вечномерзлыми называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру и содержащие в своем составе ледяные включения. В мерзлом состоянии грунт может оставаться в течение многих лет. Вечномерзлые толщи могут иметь сплошное распространение в северных районах и распологаться в виде островов в южных районах страны. Их мощность – от нескольких десятков метров в южных районах и более 800 м на севере.

В зависимости от состава, температуры, коэффициента водонасыщения и сжимаемости под нагрузкой мерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые, пластично-мерзлые и сыпучемерзлые.

Твердомерзлые грунты – прочно сцементированные льдом грунты, характеризуемые относительно хрупким разрушением и практически несжимаемые под действием нагрузок от зданий и сооружений. Температура твердомерзлых грунтов составляет от –1

до –9 °С.

Пластично-мерзлые грунты также сцементированы льдом, но они обладают вязкими свойствами и определенной сжимаемостью. Температура пластично-мерзлых грунтов составляет от 0 до –1 °С.

Сыпучемерзлые грунты – грунты, имеющие отрицательную температуру, но несцементированные вследствие их малой влажности. К таким грунтам относятся крупнообломочные и крупные пески.

Лед является важнейшей компонентой мерзлых грунтов, его своеобразные свойства в большей мере обуславливают физические и механические характеристики.

Подход к использованию вечномерзлых грунтов в качестве основания для проектируемых зданий и сооружений зависит от природных условий строительства. Существуют два разных подхода (принципа):

– принцип I предусматривает сохранение мерзлого состояния грунтов основания на весь период строительства и эксплуатации сооружения;

3

– принцип II предполагает использование вечномерзлых грунтов в основании в оттаивающем или оттаявшем состояниях.

Принцип Ι наиболее эффективен при наличии в основании твердомерзлых грунтов с устойчивым температурным режимом для тех сооружений, для которых технически и экономически целесообразнее выполнение мероприятий, обеспечивающих сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии. Использование пластично-мерзлых грунтов по принципу I допускается при осуществлении мероприятий, обеспечивающих искусственное понижение температуры грунтов до их твердомерзлого состояния.

Использование принципа II в строительстве на вечномерзлых грунтах рекомендуется при опирании фундаментов на грунты, осадка которых при оттаивании не превышает предельных значений для здания. При использовании вечномерзлых грунтов по этому принципу допускается постепенное протаивание оснований в процессе эксплуатации сооружения, если ожидаемые осадки и крены фундаментов не будут превосходить предельных величин.

Учебным планом для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» предусмотрено выполнение курсовой работы по дисциплине «Фундаменты зданий и сооружений», в рамках которой студенты выполняют проектирование двух вариантов фундаментов кирпичного жилого дома с проветриваемым подпольем: столбчатого и свайного. В разрезе на строительной площадке проектируемого жилого дома в г. Якутске залегает один инженерно-геологический слой с однородным грунтом.

1. Содержание курсовой работы

При выполнении курсовой работы студент проектирует основание и фундамент для площадки строительства по принципу Ι. В задачу проекта входят вопросы проектирования столбчатого фундамента мелкого заложения и свайного фундамента 3-этажного кирпичного жилого здания (рис. 1.1).

Проектирование должно осуществляться в соответствии с настоящими методическими указаниями, строительными нормами и правилами [1–4].

4

Цель курсовой работы:

–закрепить теоретические знания по указанной теме;

–научиться выполнять расчеты и вырабатывать практические навыки проектирования оснований и фундаментов в условиях вечной мерзлоты;

–ознакомиться с нормативной и справочной литературой по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки

ичертежей на листе формата А2. В расчетно-пояснительной записке объемом 20–25 с. приводятся обоснования технических решений; расчеты, выполненные в соответствии с методическими указаниями и строительными нормами; расчетные схемы с необходимыми размерами. Расчеты производятся с текстовыми пояснениями.

Порядок выполнения курсовой работы:

1. Рассчитать и запроектировать фундамент мелкого заложения.

2. Рассчитать и запроектировать свайный фундамент.

3. Оформить расчетно-пояснительную записку.

4. Выполнить чертежи фундаментов здания на листе формата А2. Каждый студент очного отделения выполняет расчеты по ин-

дивидуальному заданию, в котором указаны:

–номер нагрузки (см. план 1-го этажа блока здания на рис. 1.1)

идействующая на этот фундамент нагрузка, приведенная к обрезу фундамента;

–номер варианта основных расчетных физических свойств грунтов строительной площадки (табл. 1.1).

Студенты заочного отделения принимают исходные данные по вариантам в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Номер варианта расчетных физических свойств грунтов строительной площадки принимается по последней цифре, а вариант номера фундамента под стену, указанную на плане этажа,

инагрузку, действующую на обрез фундамента мелкого заложения при шаге колонн под стенами здания 3,0 м в плане (табл. 1.2), – по предпоследней цифре. Если в номере зачетной книжки одна цифра, то перед ней принять цифру «0». При расчете свайного фундамента погонная нагрузка, собранная с одного погонного метра стены здания, принимается по табл. 1.3.

6

Погонная нагрузка, собранная с 1 п.м. стены здания, для расчета свайного фундамента (для студентов заочного отделения)

* См. на плане жилого дома.

7

2. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

В пояснительной записке к работе необходимо вычислить следующие дополнительные характеристики грунтов площадки строительства [1] (по указанным в табл. 1.1 исходным инженерно-гео- логическим характеристикам):

1) ww – влажность за счет незамерзшей воды:

где kw – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа грунта и его температуры (табл. 2.1);

Таблица 2.1

2) γd – удельный вес мерзлого грунта в сухом состоянии:

где γt – удельный вес мерзлого грунта, кН/м3; wtot – суммарная влажность грунта;

3) e – коэффициент пористости мерзлого грунта:

8

6) ii – суммарная льдистость мерзлого грунта:

где γt – удельный вес мерзлого грунта, кН/м3; γi – удельный вес льда, принимается равным 9,0 кН/м3.

Для глинистых грунтов, кроме того, необходимо вычислить следующие классификационные показатели:

Ip – число пластичности:

где wp влажность на границе пластичности, д.е.; wL влажность на границе текучести, д.е.

Вычисленные значения физических свойств грунта занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Дополнительные физические свойства грунта основания

9

Температурные показатели территории проектирования, необходимые для расчета основных мерзлотных параметров грунтов основания, приняты по [2] и представлены в табл. 2.3.

Примечание. Термическое сопротивление принято при теплоизоляционном слое из пенобетона толщиной 50 см, уложенном на перекрытии над подпольем.

3. Последовательность расчета оснований, используемых по принципу Ι

Предохранение вечномерзлых грунтов от протаивания под жилым домом достигается путем устройства холодного вентилируемого подполья (рис. 1.1).

Проектирование фундаментов на вечномерзлых грунтах по принципу Ι включает в себя две группы расчетов:

1)теплотехнические расчеты холодного вентилируемого под-

полья;

2)расчеты фундаментов и их оснований по предельным состояниям.

3.1. Теплотехнический расчет холодного вентилируемого подполья

Охлаждение грунтов основания под домом осуществляется за счет вентилирования в зимнее время проветриваемого подполья

10