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

4.Максимальная глубина оттаивания грунта под заглублен­

5. На участках, где слой сезонного промерзания не сливает­ ся с верхней поверхностью вечномерзлого грунта, глубина от­

таивания грунта под серединой Н с и краем сооружения Н е, м,

(считая от верхней поверхности вечномерзлого грунта) за время t , с (ч ), определяется по формулам:

где кп - коэффициент, определяемый по п. 1, принимая (5

= 0 и y / = y / lh;

графикам черт. 5 и 6 в зависимости от значения параметров 4о = ht!l/ В и y/lh; hth - глубина залегания верхней поверхно­ сти вечномерзлого грунта, м.

6. В случаях проведения мероприятий по предварительному

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых “3 1 2 - объектов в условиях Севера

оттаиванию или замене грунтов до глубины hbth расчетная глу­

бина оттаивания Я , м, (считая от поверхности грунта под со­ оружением) за время t , с (ч); определяется по формуле

где hce - глубина оттаивания грунта под подошвой предва­ рительно оттаянного или замененного слоя грунта, определяе­ мая по формулам (15.25) или (15.26), принимая значения и по графикам черт. 5 и 6 [47] при значении параметра

15.5. Расчет оснований и фундаментов по устойчиво­ сти и прочности

Н.А. Цытовичем [60] изложены принципы механики мерз­ лых грунтов, в том числе и принцип миграции, в котором сфор­ мулирована зависимость, определяющая процесс миграции вла­ ги в промерзающих грунтах, а именно: «миграция воды в про­ мерзающих влажных грунтах есть результат действия молеку­ лярных сил (упругости, адссорции, осмотических давлений, на­ пряжений). При оценке движущих сил особое значение прида­ валось температурным градиентам, которые определяют равно­ весное или неравновесное состояние фаз грунта».

Сущность принципа миграции влаги в промерзающих грун­ тах заключается в том, что миграция воды в промерзающих влажных грунтах есть процесс переноса влаги, постоянно воз­ никающий при всяком нарушении равновесного состояния фаз грунта и изменения внешних воздействий. Так, перераспределе­ нием влаги в промерзающих грунтах объясняется нарушение равновесного состояния фаз грунта. Миграция воды в мерзлых грунтах возможна лишь при наличии в них незамерзшей воды.

Следует отметить, что именно увеличение влагосодержания в промерзающих грунтах является причиной морозного крио­ генного пучения грунтов. Под морозным пучением понимают местное увеличение объема грунта, вследствие замерзания со­ держащейся в них и подтянутой в процессе миграции влаги.

Одним из критериев оценки пучинистых свойств грунтов является интенсивность пучения f , которая представляет со­

бой дифференцированную по глубине ( z ) пучащего слоя аль­

тернативную сумму деформаций грунта (/г) за счет его расши­ рения.

dz

Еще одной характеристикой пучинистых грунтов является модуль пучения т - это величина пучения, отнесена к слою промерзающего пучинистого грунта мощностью 1 м. Величина модуля пучения вычисляется в зависимости от средней интен­

сивности пучения f

100- /

В зависимости от модуля пучения грунты по степени пучинистости (по В.О.Орлову) подразделяются на следующие виды:

потенциальнопучинистые - т = 0; слабопучинистые - 0 < т < 3,5 ; среднепучинистые- 3,5 < т < 7,0; сильнопучинистые - 7,0 < ТП< 12,0;

чрезмерно пучинистые - ТП > 1 2 .

Интенсивность пучения значительно зависит от физических свойств промерзающих грунтов и температуры. Подробно эти зависимости рассмотрены и освещены в монографии Л.Т.Роман [45].

Величина сил пучения, действующие на заглубленные со­ оружения, пропорциональна внутренним напряжениям, возни­ кающим в грунте в результате кристаллизации влаги.

Различают нормальные силы морозного пучения, дейст­ вующие перпендикулярно к поверхности заглубленных конст­ рукций, и касательные силы морозного пучения - направленные по касательной к боковой поверхности заглубленной в грунт

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 3 14 - объектов в условиях Севера

конструкции. Касательные силы морозного пучения возникают в результате смерзания и дальнейшего давления в объеме грун­ та, окружающего фундамент.

15.6. Расчет оснований и фундаментов по устойчиво* ста на воздействие сил морозного пучения

Расчет регламентирован СНиП 2.02.04-88 и производится как для условий эксплуатации сооружения, так и для условий периода строительства, если до передачи на фундаменты про­ ектных нагрузок возможно промерзание грунтов слоя сезонного оттаивания (промерзания). При необходимости в проекте долж­ ны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению вы­ пучивания фундаментов в период строительства.

Устойчивость фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов проверяют по условию

где Tyj, - расчетная удельная касательная сила пучения, кПа, принимаемая согласно указаниям СНиП 2.02.04-88; Ajh

площадь боковой поверхности смерзания фундамента в преде­ лах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта, м2 (см2); F - расчетная нагрузка на фундамент, кН (кгс), принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т. п.); Fr - расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания, кН (кгс). прини­ маемое по указаниям СНиП 2.02.04-88; у с - коэффициент усло­

вий работы, принимаемый равным 1,0; у п - коэффициент на­

дежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1, а для фундаментов опор мостов -1,3.

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых *310 - объектов в условиях Севера

где и - периметр сечения поверхности сдвига, м (см), при­ нимаемый равным: для свайных и столбчатых фундаментов без анкерной плиты - периметру сечения фундамента; для столбча­ тых фундаментов с анкерной плитой - периметру анкерной пли­

ты; R af j расчетное сопротивление i-го слоя вечномерзлого

грунта сдвигу по поверхности смерзания, кПа (кгс/см2); А

толщина i-ro слоя мерзлого или талого грунта, расположенного ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания, м (сШ:

f i - расчетное сопротивление г-го слоя талого грунта сдвигу по

поверхности фундамента, кПа (кгс/см2), принимаемое в соответ­ ствии с требованиями СНиП 2.02.03-85.

Заанкеренный столбчатый фундамент должен быть прове­ рен на отрыв силами морозного пучения стойки фундамента от

где Аф - площадь боковой поверхности стойки фундамен­

та, находящейся в пределах слоя сезонного промерзания - от­ таивания грунта, м2 (см2).

Поверхностные и малозаглубленные фундаменты, заклады­ ваемые в слое сезонного промерзания - оттаивания грунтов, следует рассчитывать по устойчивости на действие нормальных сил морозного пучения и по деформациям.

Устойчивость фундаментов на действие нормальных сил морозного пучения проверяется по формуле

(15.35)

где - удельное нормальное давление пучения грунта

на подошву фундамента, кПа (кгс/см2), устанавливаемое по

опытным данным; A j площадь подошвы фундамента, м2

(см2); остальные обозначения те же, что в формуле (15.31).

Расчет по деформациям следует производить с учетом со-

вмесхной работы сооружения и неравномерно выпучиваемого Основания. При этом возникающие в результате неравномерных поднятий и опусканий фундаментов дополнительные усилия в конструкциях сооружения не должны превышать предельно до­ пустимых значений, а крены и прогибы не препятствовать нор­ мальной эксплуатации сооружения.

Расчет осадки сооружений при использовании мерзлых грунтов по принципу И

Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) производят, как правило, с учетом совмест­ ной работы основания и фундаментов (сооружения). Расчет ос­ нований по деформациям без учета совместной работы основа­ ния и сооружения следует производить в случаях, предусмот­ ренных СНиП 2.02.01-83, а также при выборе принципа исполь­ зования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и необхо­ димых мероприятий для уменьшения деформаций основания.

Расчеты оттаивающих оснований по деформациям произво­ дят в пределах расчетной глубины оттаивания грунтов в основа­

нии сооружения за заданный срок его эксплуатации tu с учетом

развития зоны оттаивания во времени.

Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании соору­ жения определяют на основании расчета теплового взаимодей­ ствия сооружения с вечномерзлым грунтом с учетом формы, размеров и теплового режима сооружения температуры и теп­ лофизических свойств грунтов основания.

Для простых по форме сооружений с равномерной по пло­ щади температурой, в том числе для заглубленных сооружений, расчетную глубину оттаивания грунтов в их основании Н до­ пускается определять по рекомендуемому приложению 8 СНиП 2.02.04-88.

Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения) ведут исходя из условия

где S - совместная деформация основания и сооружения

где Sth - составляющая осадки основания, обусловленная

действием собственного веса оттаивающего грунта, определяе­

мая по указаниям п. 4.29 СНиП 2.02.04-88; S p - составляющая

осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, определяемая по указа­ ниям п. 4.31 СНиП 2.02.04-88.

Составляющую осадку основания Sth> м(см), определяют

по формуле

где п - число выделенных при расчете слоев грунта; Ath i

и сг - коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, кПа'1 (см2/кгс), i-ro слоя оттаивающего грунта, принимаемые по экспериментальным данным согласно указани­

ям п.4.30 СНиП 2.02.04-88; <Jxg { - вертикальное напряжение от

собственного веса грунта в середине i-ro слоя грунта, кПа

(кгс/см2), определяемое расчетом для глубины z ( от уровня

планировочных отметок с учетом взвешивающего действия во­

ды; hj - толщина i-ro слоя оттаивающего грунта, м (см).

Составляющую осадки основания S p , м (см), при расчет­

ной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной тол­ щины следует определять по формуле

П

/=i

где P Q - дополнительное вертикальное давление на осно­

вание под подошвой фундамента, кПа (кгс/см2); Ь - ширина по­

дошвы фундамента, м (см); k h - безразмерный коэффициент,

определяемый в зависимости от отношения z l b , где Z - рас­ стояние от подошвы фундамента до нижней границы зоны от­