книги / Механика мёрзлых грунтов (общая и прикладная)

фундамента или сваи сто глубине заделки их в вечномерзлый грунт) определяются по табл. 44 в зависимости от величины

где См' — объемная теплоемкость (определяемая в зависимости от содержания влажности за счет незамерзшей при данной отрица­ тельной температуре воды и суммарной влажности грунта).

Следует отметить, что, конечно, при проектировании капиталь­ ных зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, необходимо определять максимальную температуру вечномерзлых грунтов (температуру прогрева) на уровне подошвы фундаментов путем детального теплотехнического расчета, например, по методу Г. В. Порхаева или по приведенным в гл. VIII несложным форму­ лам С. В. Томирдиаро [формулы (VIII.3 и VIII.4)], дающим неко­ торый запас.

Приведем выражение для определения температуры вечномерз­ лого грунта на любой глубине z ниже глубины оттаивания (по В. В. Докучаеву) *, основанное на уравнении Фурье для периоди­ ческого установившегося движения тепла:

приближенно приниматься равной средней температуре на глубине нулевых годовых амплитуд температуры); о„ — температуропро­ водность мерзлых грунтов, м2/ч\ trод — время, равное году; t — вре­ мя, отсчитываемое от момента достижения максимального летнего оттаивания грунта.

Формула (IX.21) дает небольшие расхождения (до 6%) со значе­ ниями, полученными на гидроинтеграторе и натурных наблюде­

ниях.

Р а с ч е т ф у н д а м е н т о в по н е с у щ е й с п о с о б н о с т и вечномерзлых грунтов оснований производится на основе следую­ щих (известных заранее) данных:

1)глубины заложения фундаментов в вечномерзлом грунте — /гф=Лт+ /1м и их типа;

2)расчетной нагрузки на основание N в наиболее невыгодной

комбинации; 3) значений предельно-длительного сопротивления вечномерз­

лых грунтов основания сжатию пред Стсж и предельно-длительного сопротивления сдвигупред тдл по материалу фундаментов, соответ­ ствующих максимальной температуре вечномерзлых грунтов —бтах на расчетной глубине заложения фундаментов и эквивалент­ ной отрицательной температуре —0Эпо длине свай.

Отметим, что в случае наличия пластичномерзлых (высокотем­ пературных) вечномерзлых грунтов необходимо рассчитать фунда­ менты и по предельным деформациям (осадкам в мерзлом состоя­ нии) оснований, что потребует знания характеристик деформируе­

мости пластичномерзлых грунтов.

Определение глубины заложения фундаментов в вечномерзлых грунтах рассмотрено выше; выбор вида (или типа) фундаментов производится на основании следующих соображений.

Применяются различные виды фундаментов, возводимых по принципу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований: столб­ чатые бетонные, железобетонные и деревянные (иногда бутовые); свайные однорядные и двухрядные; фундаментные опоры глубо­ кого заложения и иногда ленточные бетонные или бутовые фунда­ менты.

Внастоящее время наибольшее распространение при возведе­ нии сооружений по принципу использования грунтов в мерзлом состоянии находят железобетонные (отдельные) столбчатые фунда­ менты и особенно свайные фундаменты, главным образом, железо­ бетонные вследствие их большей экономичности, лучшей сопротив­ ляемости морозному выпучиванию и большей индустриальности, позволяющей широко применить строительную механизацию работ

сограниченным объемом весьма трудоемких в мерзлых грунтах земляных работ.

Врасчетную нагрузку на основание фундаментов N входят: ве­ са надфундаментных конструкций сооружения с полезными нагруз­ ками, передающиеся на фундаменты при посредстве надфундамент­ ных конструкций, в наиболее невыгодной их комбинации, собст­ венный вес фундамента (от уровня потолка подполья до подошвы фундамента) и вес грунта засыпки пазух котлована, передающийся на уступы фундамента (рис. 147).

Значения предельно-длительных сопротивлений вечномерзлых грунтов на глубине заложения подошвы фундаментов зависят от

непосредственного измерения выдержанных по площади прослой­ ков льда) и величины отрицательной температуры —0. Определе­ ние величины предельно-длительного сопротивления мерзлых грун­ тов сжатию цред о™ подробно было рассмотрено в главах III и

IV настоящей работы. Напомним, что величина предельно-длитель-

Рис. 147. Расчетная схема столбчатого фундамен­ та, проектируемого по методу сохранения мерзло­ го состояния грунтов основания

ного сопротивления сжатию данного мерзлого грунта при данной его отрицательной температуре наиболее просто может быть опре­ делена непосредственными опытами: на динамометрическом прибо­ ре [формула (III.13')] или на приборе шаровой пробы [формула (111.11')], при этом, для глинистых вечномерзлых грунтов следует отдать предпочтение методу шаровой пробы Н. А. Цытовича, по­ зволяющему определить наиболее просто и автоматически не толь­

применимости формул для расчета осадок фундаментов пластично­ мерзлых ('высокотемпературных) грунтов.

Величина максимальной температуры вечномерзлых грунтов на уровне подошвы фундаментов —0т ах устанавливается на основе данных непосредственных измерений температуры вечномерзлых грунтов на заданной глубине в период начала замерзания верхних

слоев грунта деятельного слоя с учетом изменений температурного режима грунтов в процессе эксплуатации зданий или сооружений, или же вычисляется по вышеприведенным аналитическим зависи­ мостям: по известной средней температуре воздуха (наружной и в помещении), длительности периода положительных температур воздуха, данных о тепловых и физических свойствах грунтов слоя летнего оттаивания и верхнего слоя вечномерзлой толщи и др. До­ пускается, однако, определять максимальную температуру грунта

— 0тах на. глубине заложения фундаментов и по упрощенной фор­ муле (10) СНиП П-Б.6—66 в наших обозначениях — по формуле (IX.19) — п.о величине температуры —0о на глубине нулевых тем­ пературных амплитуд грунта ( — 10 ж) с учетом коэффициента про­ никания а о и коэффициента теплового влияния здания или соору­ жения кь, рекомендуемых СНиПом.

Величину длительных сопротивлений сжатию пред Одл и сдвигу пред тдл вечномерзлых грунтов при расчете фундаментов приравни­ вают: нормативному сопротивлению вечномерзлых грунтов нор­ мальному давлению RH и нормативному сопротивлению мерзлых

грунтов сдвигу по поверхности смерзания R ”л-

Зная температуру вечномерзлых грунтов на уровне подошвы фундаментов —0юах, состав грунтов (крупнообломочные, песчаные, глинистые, со значительным содержанием ледяных включений и пр.), их льдистость (г'об или Л в), по табл. 6 и 5, СНиП П-Б.6—66 определяют величину нормативных сопротивлений вечномерзлых

грунтов RH и Rc.%, необходимых для расчета фундаментов по несу­ щей способности.

Напомним здесь, что в случае затруднений в определении льдистости за счет ледяных включений Л в по сложной в применении формуле (4) СНиПа при пользовании табл. 5 и 6 для определения

Rcд и можно оценивать льдистость вечномерзлых грунтов по величине суммарной объемной льдистости г0б. причем границы 0,2^;</7вг<;0,4 следует сменить на 0 ,2 5 ^/Об^0,50.

Имея, перечисленные данные, можно рассчитать несущую спо­ собность столбчатых или свайных фундаментов для сооружений, возводимых по принципу использования грунтов в мерзлом сос­ тоянии.

Для столбчатых фундаментов мы рекомендуем начинать расчет с предварительного подбора размеров фундаментов, задаваясь вы­ сотой первого уступа башмака Лб (см. рис. 147) и учитывая внеш­ нюю нагрузку на фундамент N, собственный вес фундамента (от уровня потолка подполья до глубины заложения фундамента) и вес грунта на его уступах. Для предварительного подбора площади подошвы фундамента можно рекомендовать следующую простей­ шую зависимость, вытекающую из условия равновесия всех сил, приложенных к фундаменту (при этом силы смерзания по СНиПу

учитываются только по боковой поверхности первого уступа фун­ дамента) :

где FСд— площадь сдвига, которая принимается равной боковой поверхности первого уступа башмака, т. е. FCR=uhQ (и — периметр башмака, — его высота; при предварительном подборе размеров фундамента можно принимать Лб = 0,25 м, а и=4Ь, где Ь— ширина квадратной площади подошвы фундамента); уф— объемный вес кладки фундамента, Т/м3\ кзап— коэффициент заполнения, учиты­ вающий, что часть призмы с основанием F будет заполнена клад­ кой (бетона), а часть затрамбованным грунтом, имеющим мень­ ший объемный вес, что вызывает необходимость принимать вели­ чину /С3ап = 0,7-Н0,8.

Задаваясь площадью учитываемого сопротивления сдвигу Fсд, определяют необходимую площадь подошвы фундамента F, что по­ зволяет установить габаритные размеры проектируемого фунда­ мента.

Зная размеры фундамента и физико-механические характерис­ тики вечномерзлых грунтов, определяют несущую способность фун­ дамента.

Несущая способность фундамента в вечномерзлом грунте опре­

сопротивление сдвигу первого от подошвы уступа фундамента), и сопротивлением вечномерзлых грунтов нормальному давлению по подошве фундамента шириной Ь (см. рис. 147).

Несущая способность толщи вечномерзлых грунтов при взаимо­ действии их с фундаментами для всех видов столбчатых и свайных

принимаемые по СНиПу равными kl = k2 = 0,8, причем для'забив­

работы, определяемые по табл. 3 и 4 СНиП Н-Б.6—66, при этом значения тх изменяются от 0,9 до 1,1, а т 2=1,0—для всех видов фундаментов (кроме свайных) и изменяется от т2= 1,0 до т2 = = 2,5 — для свайных в зависимости от льдистости Л в, причем наи­ большее значение принимается для свайных фундаментов в круп­

нообломочных грунтах без значительных ледяных включений (при

п

Л„<0,03 или /об<0,05). 2 — знак суммы, который надо распро­

странять на все слои от 1 до д-го в пределах поверхности смерза­ ния фундамента или сваи с грунтом.

Нормативные сопротивления вечномерзлых грунтов нормально­ му давлению R11 и сопротивление сдвигу R по поверхности смер-

зания, как отмечалось ранее, определяются в зависимости от со­ става вечномерзлых грунтов, их льдистости i0б и температуры —0°, при этом сопротивление нормальному давлению определяется при температуре —0тах, вычисляемой по одной из вышеприведенных формул, например по формуле (IX. 19), а нормативное сопротивле-

ние сдвигу при температуре несколь­ ко более высокой ( —06, см. правый чертеж рис. 1 4 7 ) , которую с неко­ торым запасом без большой погреш­ ности можно определить, приняв из­

и определяется величина длительного (нормативного) сопротивле­

ния мерзлого грунта сдвигу R ”д *

Несущая способность свайных фундаментов (рис. 148) опреде­ ляется по той же формуле (IX.23), но при других величинах (нес­ колько больших) коэффициента условий работы, которые нормиру­ ются (см. СНиП). Для свайных фундаментов, возводимых на твер­ домерзлых грунтах (при температуре вечномерзлого грунта на

мативного сопротивления сдвигу мерзлого грунта по боковой по­