Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера

..pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
30.62 Mб
Скачать

14;Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям

- 2 8 1 -

Ti„ =

25°С ; Том = -7,6°С; Ro =

3,5 м 2 °С / Вт; Cv =

1300

Дж/(м3 °С); к а = 0,37; V a = 7,93 м/с ;

для открытых подполий X

= 0.

 

 

 

1.Открытое подполье:

 

 

Av = 2 (L3d+ В3е) h„0i)„ = 2 (33м + 30м) 1,8м = 226,8м2,

 

Аь = 33м*30м = 990м2 - площадь здания в плане;

 

М= = 226,8м2/990м2 = 0,229.

 

 

Необходимый модуль вентилирования:

 

5

2 5 - ( - 1 .8 6 ) - ^ ,8 6 - ( - 7 ,6 )) .0 + 0

 

0,77 • 3,5 • 1300 • 0,37 • 7,93 • (-1,86 - (-7,6))

6,83-10^ < 0,229, следовательно, высота подполья йяоа>= 1,8м достаточна для обеспечения расчетной среднегодовой тем­ пературы воздуха в подполье.

2, Подполье с продухами:

А2 = 2 (Ьзъ + Взд) h,loк = 2 (33м + 30м) 1,8м = 226,8м2- пло­ щадь ограждения подполья (площадь цоколя),

Rz ~ 5 /X = 0,001м / 58(Вт/(м°С)) = 1,72■ Iff5 м2оС / В т -

Сопротивление теплопередаче цоколя (ограждения подполья) по СНиПП-3-79* «Строительная теплотехника», при условии, что ограждение подполья выполняется из профилированного листа НС44-1000-1Д

X =

(Az / Ab)(Rz / R0) =

(226,8 / 990)(1,72

* Iff5 /3,5)

=

^1,13-lff6;

 

 

 

5

25 -(-1,86)-(-1,86

-(-7,6)).1,13.1С И

 

0,77-3,5-1300-0,37-7,93 (-l,8 6 -(-7 ,6 )) Требуемая площадь продухов в ограждении:

АУ= М АЬ= 6,83 Iff4 ■990 = 0,68м2,

Например, если принять размеры отверстий 200x400мм, по­ требуется 10 шт.

14.4. Расчет оснований при строительстве по способу стабилизации верхней поверхности мерзлых грунтов

При строительстве по способу стабилизации верхней по­ верхности вечномерзлого грунта глубина заложения фундамен­ тов d , м, должна удовлетворять условию

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -2 8 2 - объектов в условиях Севера

 

hlh- 2 > d > d f n + l ,

(14.13)

где К

- глубина залегания верхней поверхности вечно­

мерзлого

грунта, м, на начало эксплуатации

сооружения;

d j n - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м.

Расчет оснований фундаментов по несущей способности и деформациям следует производить в соответствии с требова­ ниями СНиП 2.02.04-88.

Проверку фундаментов на устойчивость и прочность на воздействие сил морозного пучения грунтов необходимо произ­ водить согласно указаниям пп.4.40-4.44 СНиП 2.02.04-88, при­

нимая расчетную глубину сезонного промерзания грунта

 

d f = d f n + 1 , м.

(14.14)

Требуемый температурный режим грунтов оснований обес­ печивается холодным подполье, модуль вентилирования кото­ рого М определяется по формуле (14.10), принимая среднего­ довую температуру воздуха в подполье Тса , °С, равной

Тс,а = ~

г г { т0 - Т ь/) + Ть /+ 1 Х °С ,

(14.15)

A'thPf

 

 

где /Зу - коэффициент, определяемый по графикам рис. 13.1

в зависимости от значений параметров

и Iff^ , определяемых

по формулам;

 

 

 

 

 

 

(14.16)

 

~ T o)tu

 

(14.17)

W =

T V

 

 

 

где tu - расчетный срок эксплуатации сооружения, с (ч).

14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям

-283-

Рнс.14.1. Графики для определения коэффициента ^

Положение верхней поверхности вечномерзлого грунта под сооружением при принятой расчетной температуре воздуха в

подполье Тс д должно быть проверено расчетом по глубине от­

таивания грунта под сооружением Н

14.5. Расчет оснований и фундаментов по несущей способности

Расчет оснований фундаментов по первой группе предель­ ных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 8 4 - объектов в условиях Севера

F < — ,

(14.18)

Г„

 

где F - расчетная нагрузка на основание;

Fu - несущая

способность (сила предельного сопротивления) основания, оиределяемая расчетом, а для оснований свайных фундаментов

расчетом или по данным полевых испытаний свай; уп - коэф­

фициент надежности по назначению сооружения, принимаемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 в зависимости от вида и класса ответственности сооружения, а для оснований отпор мостов - согласно СНиП 2.05.03-84 и СНиП 2.02.04-88.

Расчет оснований и фундаментов по несущей способности мерзлых грунтов ведется на основе следующих, определенных заранее данных:

глубина заложения фундамента в мерзлом грунте и тип фундамента;

расчетная нагрузка на основание от здания или сооружения в наиболее выгодной их комбинации;

предельно-длительное сопротивление мерзлого грунта ос­ нования сжатию < 7 ^ и предельно длительное сопротивление сдвигу Хдл по материалу фундамента, соответствующие макси­ мальной температуре мерзлых грунтов # тах на реальной глуби­ не заложения фундамента и эквивалентной отрицательной тем­ пературе 0 Эпо длине свай.

Если основание здания или сооружения сложено пластич­ но-мерзлыми грунтами, при расчетах по деформациям требуют­ ся значения характеристик деформируемости мерзлого грунта.

Что касается вида (или типа) фундаментов, то в настоящее время при использовании принципа I применяются столбчатые,: бетонные, железобетонные свайные и фундаменты глубокого заложения (опоры).

Наиболее распространенными типами фундаментов в усло­ виях мерзлых грунтов являются железобетонные столбчатые и свайные.

В расчетную нагрузку N на основание фундаментов вклю­

14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям

- 2 8 5 -

чаются вес надфундаментных конструкций зданий и сооруже­ ний с учетом снеговой и ветровой нагрузок, собственный вес фундамента (от уровня потолка подполья до подошвы фунда­ мента) и вес грунта обратной засыпки (пазух котлована), пере­ дающийся на подушку фундамента.

Предельно-длительное сопротивление мерзлых грунтов на глубине заложения подошвы фундаментов зависят от состава мерзлых грунтов, их льдистости (объемной или льдистости за снег включений) и величины отрицательной температуры.

Максимальная температура грунтов на уровне подошвы

фундаментов д тах устанавливается на основе непосредствен­

ных измерений температуры мерзлых грунтов на заданной глу­ бине с учетом изменения температурного режима грунтов в процессе эксплуатации зданий.

Допускается определять максимальную температуру грунта на глубине заложения фундамента по упрощенной формуле:

Механика мерзлых грунтов н принципы строительства нефтегазовых - 2 8 6 - объектов в условиях Севера

(14.19)

где к 0 - коэффициент теплового влияния; ОС - безразмер­

ный коэффициент для усредненной температуры по поверхно­ сти столбчатого фундамента или сваи по глубине заложения их в мерзлый грунт, определяется в зависимости от величины

(14.20)

где Су - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоя­ нии; - глубина заложения фундамента в мерзлом грунте, ниже подошвы сезоннооттаивающего слоя; Ау - теплопровод­ ность грунта в мерзлом состоянии.

В соответствии со СНиП 2.02.04-88 несущая способность основания Fu, кН (кгс), вертикально нагруженной висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле

(14.21)

/=1 J

где Yt " температурный коэффициент, учитывающий изме­ нение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения; J с - коэффициент условий работы

основания, R - расчетное давление на мерзлый грунт под ниж­ ним концом сваи или под подопгвой столбчатого фундамента; кПа; А - площадь подошвы столбчатого фундамента или пло­ щадь опирания сваи на грунт, м2 (см2), принимаемая для сплош­ ных свай равной площади их поперечного сечения (или площа­ ди уширения), для полых свай, погруженных с открытым ниж­ ним концом, - площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором ли грун­

14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям

-2 8 7 -

том на высоту не менее трех диаметров сваи; R aj- ( - расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах Z-ro слоя грунта, кПа; A aj- - площадь поверхности смерзания i -го

слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента м2 (см2); П - число выделенных при рас­ чете слоев вечномерзлого грунта.

При однородных по составу вечномерзлых грунтах несу­ щую способность основания висячей сваи допускается опреде­ лять по формуле

^ , = У Л ( ^ + Л0 /+ Д ^ ) ,

(14.22)

где R aj- - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу на поверхности смерзания, кПа, при средней по длине сваи (эк­ вивалентной) температуре вечномерзлого грунта Те> Л>/

площадь смерзания сваи с вечномерзлым грунтом, м2(см2).

При расчете несущей способности основания столбчатого фундамента силы смерзания грунта, определяемые вторым сла­ гаемым формулы (14.21), учитываются только при условии вы­ полнения обратной засыпки пазух котлована влажным грунтом, что должно быть отмечено в проекте.

В случаях, когда слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с вечномерзлым грунтом, несущую способность свай в пределах немерзлого слоя грунта допускается учитывать по СНиП 2.02.03-85. При этом должны быть предусмотрены ме­ ры по стабилизации верхней поверхности вечномерзлого грунта.

Расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой фун­

дамента R ’1 и расчетные сопротивления мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания фунда­

мента R aj- устанавливаются по данным испытаний грунтов, проводимых в соответствии с ГОСТ 24586-81. При этом учиты-

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -2оо- объектов в условиях Севера

вается коэффициент надежности по грунту y g , который прини­

мается согласно указаниям СНиП 2.02.04-88 и расчетных темпе­

ратур грунта основания Тт,Тг ,Те принимаемых в соответствии

с п.4Л2 указанного СНиПа.

При расчетах вечномерзлых оснований по несущей способ: ности и деформациям расчетные температуры грунтов

Tm,Tr,Te следует принимать равными:

Тт - максимальной в годовом периоде температуре грунта

в установившемся эксплуатационном режиме на глубине зало­

жения фундамента Zd , отсчитываемой от верхней поверхности

вечномерзлого грунта;

Те - максимальной в годовом периоде средней по глубине

заложения фундамента z d температуре вечномерзлого грунта в

установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта);

Т2 - температуре вечномерзлого грунта на данной глубине

Z от его верхней поверхности, принимаемой на момент уста­

новления температуры Те .

Для оснований свайных, столбчатых и других видов фун­ даментов сооружений с холодным (вентилируемым) подпольем, опор трубопроводов, линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений, кроме оснований опор мостов, расчетные темпера­

туры грунтов Tm,Tz,Te допускается определять по формулам:

для оснований сооружений с холодным подпольем под серединой сооружения

Тт*, = (^о

)остг>е + ( г 0 - Т ^ к х + Т Ь/;

(14.23)

под краем сооружения

 

 

= { п - т « )а т1, + ( Г 0 - 3

J ) ( 0 . 5 a . „

( 1 4 .2 4 )

под углами сооружения

 

 

- ( П - Т „ ) а . „ + (Г ,-

2 J)(0 ,7 5 o .„ + *,) + Tt / ,

(14.25)

14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям

- 2 8 9 -

для оснований опор линий электропередач, антенно­ мачтовых сооружений и трубопроводов

(14.26)

где TQ - расчетная среднегодовая температура на верхней

поверхности вечномерзлого грунта в основании сооружения, °С, определяемая согласно обязательному приложению 4 СНиП

2.02.0488; Т у - температура начала замерзания грунта, °С, оп­

ределяемая согласно обязательному приложения 1 СНиП 2.02.0488; Т0 - расчетная среднегодовая температура грунта, °С, определяемая согласно обязательному приложению 3 СНиП

2.02.0488; <Лт,а _ ,а е коэффициенты сезонного изменения

температуры грунтов основания, принимаемые по табл. 14.5 в

зависимости от значения параметра z . с0 5 О*0 5), где Z

- глубина от поверхности вечномерзлого грунта, м; С^ - объем­

ная теплоемкость Дж/(м3 °С)[ккал/(м3 °С)], и Я у - теплопровод­

ность мерзлого грунта , Вт/(м3 °С)[ккал/(м ч °С)], определяемые согласно обязательному приложению 1 СНиП2.02.04-88;

к х,к 2,к г - коэффициенты теплового влияния ооружения,

принимаемые по табл. 14.7 в зависимости от отношений z l В и

ЫВ , L и В - соответственно длина и ширина сооружения, м;

k ls - коэффициент теплового влияния изменения поверхност­

ных условий при возведении фундаментов линейных сооруже­ ний, принимаемый по табл. 14.6 в зависимости от вида и глуби­ ны заложения фундаментов Z , м.

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 9 0 - объектов в условиях Севера

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

14.5

 

 

Коэффициент сезонного изменения температуры

 

Коэф-

 

 

 

грунтов основания

 

 

 

 

 

 

 

Значение у

 

 

 

 

 

фи-

0

1000

 

3000

ц

6000

8000

 

15000

20000

циен-

2000

4000

10000

ты

(0)

(25)

(50)

(75)

(100)

(125)

(150)

(175)

(250)

(3001

аш

0

0,28

0,47

0,61

0.71

0,85

0,92

0,96

0,99

i,ooi

(0)

(0,38)

(0,61)

(0.76)

(0,85)

(0,91)

(0,94)

(0,96)

(0,99)

0,оой

a z

0

0,30

0,52

0,67

0,80

0,95

1,02

1,03

1,01

t,oo:

(0)

(0,40)

(0,67)

(0,85)

(0.95)

a ,01).

(1.03)

(1,03)

(1,01)

(1,00)

 

а<

0

6,14

0,26

0,38

0,47

0,61

0,70

0,77

0,85

0,90/й

(0)

(0.21)

(0,38)

(0.51)

(0,61)

(0,68)

(0,74)

(0.78)

(0.58)

(0,88)

 

Коэффициент к а

Виды фундаментов

Массивные и свайные с ростверком, за­

до 2

0,7

глубленным в грунт

 

Свайные с высоким ростверком и сборные

0,9

под опоры рамно-стоечного типа

 

Т а б л и ц а

14.7

Z

 

от 2 до 6

C B .6

0,9

1,0

1.0

1,0

2. При z / 5 =0 коэффициенты k ^ k 2,k^ следует принимать

равными 0.

Расчетные температуры вечномерзлых грунтов основания без учета теплового влияния сооружения определяются по фор­ муле

r » « = ( r 0 - r v ) a „ , i, + r y .

(14.27)

По результатам испытаний грунтов шариковым штампом

или на одноосное сжатие расчетные значения R , кПа (кгс/см2), вычисляются по формуле

R = 5 ,7 — + y Id ,

(14.28)

r g

где Сп - нормативное значение предельного длительного

сцепления, кПа (кгс/см2), принимаемое равным: Сп — Cn eq при