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

тов перекрытия, усилением цокольно-фундаментной части, рав­ номерным расположением сквозных поперечных стен, а также разрезкой протяженных зданий на отдельные отсеки длиной до полуторной ширины здания;

увеличением податливости и гибкости сооружения путем разрезки его конструкций деформационными швами, устройст­ вом гибких сопряжений отдельных конструкций с учетом возкожности их выравнивания и рихтовки технологического обо­ рудования.

При использовании мерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II следует, как правило применять:

для сооружений с жесткой конструктивной схемой, возво­ димых на оттаивающих грунтах, - усиленные армопоясами лен­ точные фундаменты, в том числе в виде жестких перекрестных лент, воспринимающих и перераспределяющих усилия, вызван­ ные неравномерной осадкой оттаивающего основания, в необ­ ходимых случаях - плитные фундаменты; на предварительно оттаянных и уплотненных грунтах допускается применят столб­ чатые, ленточные и другие виды фундаментов на естественном основании, а также свайные фундаменты, если это обусловлено грунтовыми условиями;

для сооружений с гибкой конструктивной схемой - столб­ чатые и отдельно стоящие фундаменты под колонны, гибкие ленточные фундаменты, а в необходимых случаях также свай­ ные фундаменты.

В случаях, когда в основании сооружений залегают скаль­ ные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты, следу­ ет применять столбчатые фундаменты, свайные фундаменты из свай-сгоек, в том числе из составных и буронабивных свай.

Сваи следует погружать, как правило, буроопускным спо­ собом в скважины, диаметр которых не менее чем на 15 см пре­ вышает наибольшие размеры поперечного сечения сваи, с за­ полнением свободного пространства грунтовым, цементнопесчаным или другим раствором. Заделку свай-стоек в скальные грунты надлежит производить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85.

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых

-3 0 2 - объектов в условиях Севера

15.3.Определение глубины заложения фундамента на оттаивающих мерзлых грунтах

При проектировании и строительстве по принципу II, т.е. с оттаиванием грунтов, глубину заложена подошвы фундамента устанавливают с учетом глубины сезонного промерзания грун­ та.

При выборе глубины зложения фундамента учитывается ряд факторов, основными из которых являются инженерно­ геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, глубина сезонного промерзания грунтов, конструк­ тивные особенности возводимого сооружения, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину зало­ жения соседних фундаментов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определя­ ется:по формуле

(15.1)

где d f нормативная глубина сезонного промерзания

грунта; /сЛ - коэффициент теплового влияния сооружения при­ нимаемый по табл. 15.1.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d y n,

М, определяется по формуле

(15.2)

(15.3)

где Lv - теплота замерзания грунта, Дж/м3 (ккал/м3), опре­ деляемая по обязательному приложению 1 [42] при температуре грунта Т = 0,5(Г/ т — Т у), °С; Ху - теплопроводность мерзлого

грунта, Вт/м °С; Ту - температура начала замерзания грунта, ккал/м-ч °С; Ту m - средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С; ty m - про­ должительность периода отрицательных температур, ч, прини­ маем по СНиП 2.01.01-82; С у - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии, Дж/м3 °С.

15.4. Определение расчетного сопротивления грунта

Расчет оснований и фундаментов по первой группе пре­ дельных состояний (по несущей способности) при использова­ нии мерзлых грунтов по принципу II проводят в соответствии Г.П-50-101-2004, а для свайных фундаментов в соответствии с требованиями Сп-50-102-2003.

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 3 0 4 - объектов в условиях Севера

При оценке несущей способности оттаивающих грунтов; оснований следует иметь ввиду, что критические нагрузки на

грунт как начальная Р так и предельная Рпр определяются

сопротивлением грунтов сдвигу для данного физического со­ стояния грунта, т.е. непосредственно после его оттаивания. Со­ противление сдвигу оттаявших грунтов принимают, используя; теорию прочности Кулона-Мора, по уравнению:

где Р - величина внешней нагрузки; <ротт и Сотт - пара­

метры, определяемые экспериментально.

Таким образом, несущая способность оттаявшего мерзлого грунта оценивается теми же методами что и грунтов не мерз­ лых.

В соответствии с СП-50-101-2004 расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы фундамента определяется по форму­ ле

фициент, принимаемый равным единице, если прочностные ха­ рактеристики грунта <р и С определены непосредственными

испытаниями, и к = 1,1, если они приняты по таблицам прило­ жения СНиП 2.02.04-88; M y, M q,M c- коэффициенты несу­

тонной или щебеночной подготовке толщиной hn допускается

увеличивать Ъ на 2 h n); у п - осредненное расчетное значение

удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвеши­

вающего действия воды), кН/м3; у'п - то же, для грунтов, зале­

тающих выше подошвы фундамента, кН/м3; Си - расчетное зна­

чение удельного сцепления грунта, залегающего непосредст­

венно под подошвой фундамента , кПа; d x - глубина заложения

фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня плани­ ровки или приведенная глубина залегания.

В случае свайного фундамента несущую способность Fd ,

кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опи­ рающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле

(15.6)

где у с - коэффициент условий работы сваи в грунте, рав­

ный 1; R - расчетное сопротивление грунта под нижним кон­ цом сваи-стойки, кПа; А - площадь опирают на грунт сваи,м2 принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с за­ крытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек равной площади попоенного сечения брутто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой по­ лости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и мапосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, запол­ няемых бетоном и заделанных в невыветреяый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, - по формуле

Л

/

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -3 0 6 * объектов в условиях Севера

где R - нормативное значение предела прочности наядноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии* кПа; у - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4; ld - расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи-оболочки в скальный грунт, м; d ^ - наружный диа­

метр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м;

в) для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверх­ ность невыветрелого скального грунта, прикрытого слоем не­ скальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диа­ метров сваи-оболочки, - по формуле

(15.8)

г ,

где Rc n, у - то же, что и в формуле (15.7).

При наличии в основании набивных, буровых свай и свайоболочек выветрелых, а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испыта­ ний свай и свай-оболочек статической нагрузкой.

Несущую способность Fd , кН, висячей забивной и вдавли­

ваемой свай и сваи-оболочки, погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов основания под ниж­ ним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-

о|болочки нетто; и - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м; f i - расчетное сопротивление /-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа; Ь{ - толщина /-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; YCR 5 Ус/ ~ коэффициенты условий работы грунта соответст­

венно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учи­ тывающие влияние способа погружения сваи на расчетные со­ противления грунта.

В формуле (15.12) суммировать сопротивления грунта сле­ дует по всем слоям грунта, пройденным сваей, за исключением случаев, когда проектом предусматривается планировка терри­ тории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях сле­ дует суммировать сопротивления всех слоев грунта, располо­ женных соответственно ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.

Несущую способность (силу предельного сопротивления) основания сваи-стойки Fu , кН, следует определять по форму­

лам:

- для защемленных свай-стоек, заделанных в невыветрелый скальный грунт не менее чем на 0,5 м

\d r

-для незащемленных свай-стоек

ЛА

(15.11)

где R c„ - нормативное значение временного сопротивле­ ния грунта под нижним концом сваи одноосному сжатию в от­ таявшем водонасыщенном состоянии, кПа; А - площадь опирания сваи на грунт, м2 (см2), принимаемая для незащемленных свай-стоек сплошного сечения или полых, нижний конец кото­ рых заполнен в пределах высоты трех диаметров бетоном, рав­ ной площади поперечного сечения брутто; для защемленных

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 3 0 8 - объектов в условиях Севера

свай-стоек - площади поперечного сечения нижней части (забоя!

скважины; Ys - коэффициент надежности по грунту, прини­

маемый: для незащемленных свай-стоек равным 1,0, для защем­

ленных - 1,4; ld и d r - соответственно глубина заделки сваи в

скальный грунт и наибольшее поперечное сечение заделанной части сваи, м (см) .

Отрицательную (негативную) силу трения оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи F , кН (кгс), следует оп­ ределять по формуле

<15Л2>

м

где и р - периметр поперечного сечения сваи, м (см); f nj -

отрицательное трение /-го слоя оттаивающего грунта по боко­ вой поверхности сваи, кПа, определяемое по опытным данным;

допускается принимать расчетные значения f nj по табл. 2

СНиП 2.02.03-85; ht - толщина /-го слоя оттаивающего грунта.

Расчет глубины оттаивания грунтов под сооружениями

I. Расчет глубины оттаивания грунтов в основании соору­ жения Я, м (считая от поверхности грунта под сооружением), за время его эксплуатации t , с (ч), производится по формулам:

под серединой сооружения

под краем сооружения

где к п - коэффициент, определяемый по табл.1 [47] в зави­

симости от отношения Ы В (соответственно длина и ширина

сооружения, м) и значений параметров ($ и у/ (приложение 8)

графикам черт.1 в зависимости от значений параметров С£Л,/3 и V/ [47]:

где Xth и Яу - соответственно теплопроводность талого и мерзлого грунта, Вт/(м -°С) [ккал/(м -ч '“С)], принимаемые по табл.З обязательного приложения 1 [47]; R 0 - сопротивление

теплопередаче пола первого этажа или подвала сооружения, м2-°С/Вт (м2-°С-ч/ккал), определяемое в соответствии со СНиП

II-3-79*; Т0 - расчетная среднегодовая температура вечномерз­ лого грунта, °С, определяемая в соответствии с п.8 обязательно­ го приложения 3 [47]; Т у - температура начала замерзания грунта, °С, определяемая по п.5 обязательного приложения 1;

Ты - расчетная температура воздуха внутри сооружения, °С; Lv

- теплота таяния мерзлого грунта, Дж/м3 (ккал/м3), определяемая по формуле (3) обязательного приложения 1 [47].

2. Максимальная глубина оттаивания грунта Н теК, м, (считая от поверхности грунта под сооружением), соответст-

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых “3 1 0 - объектов в условиях Севера

вующая установившемуся предельному положению границы зоны оттаивания, определяется по формулам:

под серединой сооружения

‘эс.тах и max ' коэффициенты, определяемые по графикам [47].

3. Для заглубленного сооружения глубина оттаивания грун та Н , м (считая от поверхности грунта под заглубленной ча­ стью сооружения), за время t , с (ч), определяется по формулам:

под серединой сооружения

коэффициент, определяемый по графикам черт. 4 [47] в зависи­