книги / Механика мёрзлых грунтов (общая и прикладная)

где 2Pi — сумма вертикальных сосредоточенных сил, приложен­ ных на фундаментную балку; р — равномерно распределенная на­ грузка на балку; L, b — длина и ширина фундаментной балки.

Зная среднее значение коэффициента податливости оттаиваю­ щего основания су кГ/см3, по формуле (XI.22) вычисляем реактив­ ные давления рх, прикладываем их снизу фундаментной балки и по правилам строительной механики находим расчетные значения максимального изгибающего момента шах Мх и максимальной пе­ ререзывающей силы max Qx от действия всех сил на фундаментную балку (включая и реакции основания), по которым и подбираем поперечное сечение фундамента, удовлетворяющее условиям проч­ ности.

Отметим, что характер распределения давлений, получаемый по изложенному приближенному приему, не противоречит резуль­ татам непосредственных наблюдений и измерений.

Однако весь расчет гибких фундаментов на оттаивающих осно­ ваниях, конечно, требует еще усовершенствований и дальнейшей разработки.

§ 5. О конструировании фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах, с учетом оттаивания оснований

Оттаивание вечномерзлых грунтов под сооружениями, как было рассмотрено ранее, всегда вызывает осадки фундаментов соору­ жений, причем осадки эти будут неравномерными. Поэтому возво­ дить сооружения на сильнольдистых дисперсных грунтах с исполь­ зованием их в оттаивающем состоянии (даже с учетом осадок от­ таивания) не рекомендуется вследствие неизбежного возникнове­ ния значительных осадок и местных просадок грунтовой толщи. Только на относительно малосжимаемых непросадочных грунтах (галечных, гравелистых, крупнопесчаных и т. л.), осадки которых при оттаивании под фундаментами сооружений могут быть меньше предельных, и конечно, на прочных скальных породах в условиях оттаивания вечномерзлых грунтов можно возводить достаточно прочные и устойчивые сооружения.

Из анализа совместной работы сооружений и оттаивающих грун­ тов основания вытекает.

1.Вследствие разной глубины оттаивания грунтов под различ­ ными частями сооружений и их неоднородности при возведении сооружений на оттаивающих грунтах всегда имеют место неравно­ мерные осадки фундаментов во все время оттаивания мерзлой тол­ щи грунтов основания.

2.Наиболее интенсивная осадка фундаментов на оттаивающих грунтах наблюдается в начальный период существования сооруже­ ния, когда скорость оттаивания грунтов под сооружением наиболь­ шая, что обусловливает целесообразность предварительного отта­ ивания грунтов на некоторую глубину до возведения фундаментов сооружения как меру, уменьшающую последующие осадки и их не­ равномерность.

3. Наиболее целесообразной системой фундаментов при возве­ дении сооружений на оттаивающих грунтах с учетом осадок отта­ ивания будут жесткие массивные фундаменты3 способные воспри­ нимать значительные неравномерные осадки и перераспределять реактивные давления в основании.

При составлении проекта и возведении сооружений на оттаива­ ющих грунтах необходимо предусмотреть разбивку осадочными швами всего сооружения на от­ дельные жесткие отсеки, кото­ рые могут оседать независимо друг от друга. Чтобы обеспе­ чить жесткость таких отсеков, применяются сплошные фунда­ ментные .плиты под всем отсе­ ком или система жестких желе-

а

зобетонных ленточных фундаментов, или, наконец, коробчатые фундаменты, способные воспринять значительные неравномерные осадки оттаивающего основания.

Глубина заложения фундаментов в рассматриваемом случае возведения сооружений на оттаивающем основании принимается несколько большей глубины сезонного промерзания грунтов, при этом должны быть предусмотрены меры борьбы с морозным пуче­ нием грунтов.

На рис. 166 показаны схемы жесткого коробчатого фундамен­ та и фундамента, состоящего из жестких перекрестных железобе­ тонных лент, на которые опираются фундаментные стойки, поддер­ живающие рандбалки.

При сплошных фундаментных стенках (бетонных или бутобе­ тонных) целесообразно предусмотреть укладку в подушке фунда­ ментов железной арматуры и устройство поверху железобетонной обвязки.

В зданиях с кирпичными стенами необходимо также запроек­ тировать железобетонные пояса жесткости, которые ставятся на уровне верхнего обреза фундаментов (чем, в частности, может слу­ жить и железобетонная обвязка) и на уровне окон предпоследнего этажа. Последнее расположение поясов жесткости вызывает необ­ ходимость пригрузки их сверху, чтобы обеспечить совместную ра­ боту пояса с кладкой стен.

На рис. 167 приведены примеры усиления железобетонных поя­ сов жесткости в углах и пересечениях стен.

Рис. 168. Примеры проектных решений фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах с учетом их оттаивания:

а — фундаменты глубокого заложения под стены с частичной заменой грунта под полами н фундаментами легкого оборудо­ вания; б — фундаменты глубокого заложения под стены и уста­ новка оборудования на висячих полах; 1 — граница чаши протаивания; 2 — скальные породы; 3 — утрамбованная песчано-гра­

велистая подсыпка

Таким образом, при возведении сооружений на оттаивающих грунтах, дающих значительные неравномерные осадки (однако, по величине меньшие предельно допустимых), следует применять си­ стему жестких ‘массивных фундаментов (железобетонных), рассчи­ танных на восприятие значительных неравномерных осадок оттаи­ вания.

При наличии скальных пород на досягаемой глубине (порядка 4—8 м и менее) при возведении сооружений в условиях вечномерз­ лых грунтов всегда следует отдавать им предпочтение перед дру­ гими основаниями. В этом случае применяются столбчатые фунда­ менты глубокого заложения, а при очень неглубоком залегании прочных малосжимаёмых скальных пород (практически не глубже 4 м )— песчано-гравелистые подсыпки, заменяющие весь дисперс­ ный грунт, лежащий выше скальных пород.

Так, на рис. 168 показаны две схемы фундаментов глубокого заложения для сооружений, возводимых с допущением оттаивания мерзлых грунтов основания. Фундаменты сооружений, схематиче­

меры, увеличивающие жесткость отдельных частей сооружений, что бывает часто затруднительно и неэкономично. В рассматриваемом случае, т. е. когда осадки оттаивающих грунтов основания при сформировавшейся чаше протаивания будут больше предельных, необходимо использовать метод предпостроечного оттаивания грунтов основания, который уменьшил бы величину осадок осно­ ваний на необходимую величину до возведения сооружения.

В зависимости от свойств вечномерзлых грунтов (их состава, льдистости, текстуры и пр.) эффект предварительного оттаивания грунтов основания может быть различным, что должно учитывать при проектировании.

Наиболее целесообразно применять предпостроечное оттаива­ ние вечномерзлых грунтов в южных районах их распространения при залегании сильнольдистых грунтов слоем незначительной мощ­ ности (до 7—10 м) на малосжимаемых монолитных скальных по­ родах.

Опыт Дальстроя показывает, что экономично возводить соору­ жения по методу предпостроечного оттаивания грунтов основания при наличии распученных крупноскелетных грунтов, очень быстро уплотняющихся при предварительном оттаивании и имеющих в от­ таявшем состоянии достаточную несущую способность *.

Предпостроечное оттаивание с успехом применяется и на пес­ чаных грунтах, скорость уплотнения которых практически совпа­ дает со скоростью их оттаивания, тогда как без предварительного оттаивания эти грунты могут давать значительные и неравномерные осадки оттаивания.

Применение метода предпостроечного оттаивания в случае дис­ персных, например глинистых вечномерзлых, грунтов дает хорошие результаты, лишь в том случае, когда толща этих грунтов пересе­ кается водопроницаемыми (песчаными или гравелистыми) про­ слойками, которые способствуют быстрому удалению талой воды и уплотнению глинистого грунта, или же, когда одновременно с оттаиванием льдистых дисперсных грунтов применяются способы ускорения их консолидации или искусственного закрепления и упрочнения.

Строительство сооружений на вечномерзлых грунтах с приме­ нением метода предпостроечного оттаивания имеет следующие по­ ложительные стороны:

1)при предпостроечном оттаивании полностью снимается осад­ ка оттаивания вечномерзлых грунтов (ZAihi) на всю глубину пред­ построечного оттаивания, которое производится обычно на глуби­ ну, меньшую глубины установившейся чаши протаивания, причем осадка составляет часто 60—80% от всей осадки мерзлых грунтов на глубину установившейся чаши оттаивания;

2)при оттаивании вечномерзлых грунтов происходит их уплот­ нение под действием собственного веса и увеличение несущей спо­ собности вследствие отжатия воды из оттаявших объемов грунта;

*См. сноску *** на стр. 395.

3) при оттаивании сильнольдистых грунтов (особенно слоистой текстуры) намного увеличивается их фильтрационная способность, что ускоряет их консолидацию (уплотнение) под действием собст­ венного веса;

4)при гидрооттайке крупноскелетных грунтов происходит их интенсивное самоуплотнение;

5)при крупноскелетных грунтах метод предпостроечного отта­ ивания дает значительную экономию при строительстве фундамен­ тов (по данным Т. А. Айдлы, п,ри предпостроечном оттаивании зем­ ляные работы для рытья котлованов под фундаменты составляют около 9% от стоимости фундаментов, тогда как при устройстве столбчатых фундаментов без предварительного оттаивания стои­ мость земляных работ составляет около 59% от стоимости фунда­ ментов) ;

6)применение предпостроечного оттаивания позволяет увели­ чить полезную кубатуру зданий за счет устройства в них теплого подвала;

7)в условиях высокотемпературных вечномерзлых грунтов ме­

тод предпостроечного оттаивания имеет преимущественное приме­ нение и гарантирует (при правильной его организации) безаварий­ ность сооружений.

§ 2. О выборе глубины предпостроечного оттаивания

Прежде чем приступить к выбору глубины предпостроечного оттаивания Л0, необходимо рассчитать величину полной стабилизи­ рованной осадки грунтов для максимальной (установившейся) глубины чаши протаивания h х или для глубины кЭ1Ь соответству­ ющей периоду (времени эксплуатации (обычно принимаемому ран­ ным /ок = 50-т-60 лет).

Если расчетная осадка [например, по формуле (VI.9) или (VI.14)] будет больше осадки предельной по СНиП П-Б.1—62, т. е. 5 р а с ч ^ среди 5пр, то необходимо предпостроечное оттаивание грун­ тов основания.

Полученная величина расчетной осадки и ее составляющие (теп­ ловая осадка и осадка уплотнения) дают ориентировку для опре­ деления необходимой глубины предпостроечного оттаивания вечно­ мерзлых грунтов, так как на основе сопоставления суммарной осад­ ки и осадки уплотнения от собственного веса грунта можно пред­ варительно задаться первым значением глубины предпостроечного оттаивания h01, которая в дальнейшем должна быть оправдана рас­ четом.

Так как тепловая осадка составляет обычно большую часть всей осадки оттаивающих грунтов, то вначале задаемся ориенти­ ровочным значением такой глубины предпостроечного оттаивания ниже подошвы фундаментов h0\, чтобы разность между ранее вы­ численной полной и тепловой осадками была меньше предельной для данного вида сооружений (по СНиПу).

больше предельной, то задаются новой глубиной предпостроечного

Однако для того чтобы окончательно остановиться на той или иной глубине предпостроечного оттаивания h0u необходимо проверить

где s — осадка от уплотнения собственным весом грунтов [опре­ деляется но формулам (XI.1) или (XI.2)]; S<P>— осадка грунта под нагрузкой от фундаментов сооружения.

Последняя, согласно данным гл. VI, определяется следующими выражениями:

при нелинейности компрессии

где D" = f(M = a„p);

при расчете по теории линейно-деформируемых тел и методу

Для предварительных расчетов s<*>) можно пользоваться также упрощенной формулой элементарного суммирования (V.22).

то расчет заканчивается и останавливается на выбранной глубине предпостроечного оттаивания h0\.

Таким образом, глубина предпостроечного оттаивания опреде­ ляется путем пробных расчетов (задаваясь глубиной оттаивания и определяя соответствующие осадки), причем допускается пользо­ ваться и формулами элементарного суммирования [например, для тепловой осадки и осадки уплотнения формула (VI.9) и др.].

Подбор оптимальной глубины предпостроечного оттаивания об­

оптимальной глубины предпостроечного оттаивания грунта под зданием (с исполь­ зованием ЭВМ). «Труды VI совещания-семинара по строительству в суровых кли­ матических условиях». Красноярск, 1970.