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

женных в предварительно оттаянные грунты, в том числе при их локальном оттаивании, определяют как для условного фунда­ мента, границы которого принимаются согласно СНиП 2.02.0385. При этом следует учитывать возможность проявления отри­ цательных (негативных) сил трения по периметру условного фундамента или по поверхности отдельных свай, а также воз­ действие горизонтальных усилий на фундаменты в периферий­ ных частях зоны оттаивания.

Расчет свай-стоек по несущей способности при опирании их на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты следует про изводить исходя из условия

(15.43)

П

где F - расчетная нагрузка на сваю, кН; Fv - несущая

способность (сила предельного сопротивления) основания оди­

ночной сваи, кН, определяемая по указаниям п.4.37; ук - коэф­

фициент надежности, принимаемый в соответствии с указания­ ми СНиП 2.02.03-85 в зависимости от вида сооружения, конст­ рукции фундаментов и принятого способа определения несущей

способности свай; у р- коэффициент условий работы грунта по

боковой поверхности свай в пределах зоны оттаивания, опреде­ ляемый по опытным данным с учетом способов погружения

свай; допускается принимать: у р - 1 - для буронабивных и бу­

роопускных свай с цементно-песчаным заполнителем пазух и

у р = 0,7 - для буроопускных свай с пылевато-глинистым запол­

нителем пазух; Fneg - отрицательная (негативная) сила трения,

кН (кге), определяемая по указаниям п.4.38.

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых

-3 2 2 - объектов в условиях Севера

15.7.Особенности проектирования оснований и фун­ даментов на сильнольдистых мерзлых грунтах и под­ земных льдах

При проектировании оснований и фундаментов на сильг нольдистых вечномерзлых грунтах и подземных льдах следует предусматривать использование таких грунтов в качестве осно­ вания, как правило, по принципу I. В случаях необходимости использования сильнольдистых грунтов по принципу II должны обязательно предусматриваться мероприятия по их предвари­ тельному оттаиванию или замене льдистых грунтов на непросадочные на расчетную глубину.

Для предотвращения деформаций поверхности планировки у сооружений и развития термокарста вследствие оттаивания подземных льдов или сильнольдистых грунтов, залегающих на небольшой глубине от поверхности, необходимо предусматри­ вать устройство теплоизоляционной подсыпки в пределах всей

застраиваемой площадки. Толщина подсыпки hs определяется

теплотехническим расчетом из условия сохранения природного положения верхней поверхности вечномерзлого грунта или ее

повышение. Для сплошных подсыпок значение hs , м, допуска­

вания соответственно природного грунта и грунта подсыпки, м, определяемые согласно обязательному приложению 3 [47]; d'th

- допустимая глубина сезонного оттаивания природного грунта под подсыпкой, м.

Требования к материалу подсыпок, способам их укладки и уплотнения устанавливаются в проекте с учетом местных усло­ вий указаний пп. 3.23 и 3.34. СНиП 2.02.04-88.

Основания фундаментов, закладываемых в пределах тол­ щины подсыпки, следует рассчитывать по несущей способности и деформациям в соответствии с требованиями СНиП 2.02.0183. При этом расстояние от цоколя сооружения до бровки под-

сыпки должно быть не менее 3 м, а крутизна откосов подсыпки не более 1:1,5 для крупнообломочных грунтов, 1 1,75 - для песков и 1 :2 - для прочих материалов.

Если столбчатые или ленточные фундаменты устанавлива­ ются на вечномерзлые грунты, содержащие подземные льды, между их подошвой и слоем подземного льда должна быть про­ слойка природного грунта или искусственно уложенная с уп­ лотнением грунтовая подушка. Толщину этой прослойки (по­ душки) следует принимать исходя из расчета основания по де­ формации, но не менее четверти ширины подошвы фундамента.

При устройстве свайных фундаментов на участках с силь­ нольдистыми грунтами и подземными льдами следует приме­ нять буроопускные сваи с заливкой известково-песчаных или пементно-песчаных растворов с расстоянием в осях не менее двух диаметров скважины. Сваи не должны опираться на про­ слои льда, а под их торцом следует устраивать уплотненную грунтовую подушку толщиной не менее диаметра сваи.

Расчет оснований по несущей способности следует произ­ водить:

для столбчатых фундаментов на сильнольдистых грунтах и подземных льдах - по указаниям п.5.7 [47];

для свайных фундаментов в сильнольдистых грунтах - по указаниям п. 5.9 [47], а в подземных льдах - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.

Расчет оснований по деформациям следует производить: для столбчатых фундаментов на сильнольдистых грунтах и

подземных льдах - по указаниям п. 5.8 [47]; для свайных фундаментов в сильнольдистых грунтах и под­

земных льдах - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.

Силу предельного сопротивления (несущую способность) основания столбчатого фундамента на сильнольдистых грунтах и подземных льдах следует определять по указаниям п. 4.7. При

этом значения R и Raj- допускается принимать по таблицам 2

и 3 рекомендуемого приложения 2 СНиПа [47].

Осадку основания столбчатого фундамента на сильнольди­ стых грунтах и подземных льдах S следует определять по фор­ муле

где Sр - осадка, обусловленная уплотнением основания под нагрузкой, определяемая по выражению (приложение 7 СНиП 2.02.04-88); S t - осадка, обусловленная пластичновязким течет нием грунта за заданный срок эксплуатации сооружения, опре­ деляемая по формуле:

sf = t u - v,

где tu - заданный срок эксплуатации здания (сооружения)^

год; V - скорость осадки, м/год, (приложение 7 СНиП 2.02.04-

88).

Осадка основания столбчатого фундамента на сильнольди­ стых грунтах определяется согласно указаниям пп. 4.21, 4.22 и

5.8 СНиП 2.02.04-88. При этом составляющую осадк S p , м (см),

обусловленную уплотнением оснований под нагрузкой, допус­ кается определять по формуле

грунта, доли единицы, определяемое опытным путем; для про­ слоев льда значение допускается определять по формуле

давление, принимаемое равным 10,0 кПа (1 кгс/см2); <7g .

природное (бытовое) давление в середине j-ro слоя, кПа; (Хт j -

безразмерный коэффициент, принимаемый по табл.1 (Приложе-

ние 7 СНиП 2.02.04-88), в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента 1 1 Ь и относительной глубины

Z '_ ZM +ZJ

где z'j_x и z'j - расстояния от подошвы фундамента соот­

ветственно до кровли и подошвы j-ro слоя льда).

Скорость осадки сильнолъдистых грунтов V , м/год (см/год), обусловленная их пластичновязким течением, опреде­ ляется по формуле

скорость осадки, м/мес (см/мес), определяемая согласно указа­ ниям п.З.

Среднемесячная скорость осадки сильнольдистых грунтов основания V j, м/мес (см/мес), определяется по формуле

где п - число слоев грунта, в пределах которых определя­ ется среднемесячная температура Т -к ; hk - толщина k-ro слоя грунта, м (см); принимается не более 0,2 Ь (Ь - меньший размер подошвы фундамента); ^ - скорость относительной деформа­ ции k-го слоя грунта, 1/ч, при среднемесячной температуре Tj k

грунта определяемая по формуле

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -3 2 6 - объектов в условиях Севера

1 2 ^

где Г}к - коэффициент вязкости k-го слоя грунта основания^ кП-ч; Gk - напряжение, кПа (кгс/см2), в k-ом слое грунта осно­

вания; GL к - предел текучести k-го слоя грунта основания, кПа

(кгс/см).

Напряжение Gk вычисляется по формуле

(1551>

где Gzk _ x и <3г к - напряжения, кПа (кгс/см2), на верхней й

нижней границах k-го слоя, определяемые по формуле

где СС0 безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 2 (приложение 7 СНиП 2.02.04-88) в зависимости от отно­ шения сторон подошвы фундамента l i b и от значения гЧЪ

(здесь Z - расстояние от низа подошвы фундамента до уровня, на котором определяется напряжение); р 0 = p — Gg - допол­

нительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента, кП а (кгс/см2); р - среднее давление на грунт под подошвой фундамента от постоянной и длительных долей временных нагрузок, кПа (кгс/см2); Gg - природное (бы­

товое) давление в грунте на уровне подошвы фундамента от ве­ са вышележащих слоев грунтов (до отметки природного релье­ фа), кПа (кгс/см2).

Среднее дополнительное давление на грунт р 0

удовлетворять условию

наибольшее значение напряжения, кПа (кгс/см2), при котором сохраняется линейная зависимость скорости установившегося течения от напряжения на начальном участке реологической кривой, определяемое по п. 5 СНиП 2.02.04-88.

Расчетные характеристики сильнольдистого грунта

tj>G L,<7ll определяются при инженерных изысканиях из испы­

таний образцов мерзлого грунта на одноосное сжатие в соответ­ ствии с ГОСТ 24586-8 Г.

Температуры T jk в зависимости от которых устанавлива­

ются значения 7] и <JL следует определять по формулам (6) -

(8) приложения 7 СНиП 2.02.04-88 Значения коэффициента (X для определения температуры принимаются по табл. 4 [47] для j-ro месяца и глубины залегания середины k-ro слоя г, измеряе­ мой поверхности вечномерзлых грунтов. При этом за первый месяц (j=l) принимается тот, в котором глубина сезонного про-

таивания достигает наибольшего значения. Для <7и температура принимается равной температуре на глубине ниже подошвы фундамента на 0,5 Ъ (здесь Ъ - ширина подошвы фундамента).

Скорость осадки подземного льда I ) , м/год (см/год), обу­ словленная его пластичновязким течением, определяется по формуле

v = 4 3 S 0 p 0b k £ ( k tJ + ktJ A )(cOj -< о у ч ) , (15.54)

м

где р 0 - дополнительное (к природному) вертикальное

давление на грунт под подошвой фундамента, кПа; S( - осадка,

обусловленная пластичновязким течением грунта за заданный срок эксплуатации сооружения, определяемая по формуле (15.55)

где tu - заданный срок эксплуатации здания (сооружения),

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 3 2 8 - объектов в условиях Севера

год; и - скорость осадки, м/год (см/год), определяемая исходя* из модели линейноили нелинейновязкого полупространства; допускается определять по рекомендуемому приложению Ш СНиП 2.02.04-88.

Несущую способность основания свайного фундамента Fu

в сильнольдистых грунтах следует определять, как правило, по данным полевых испытаний свай. Допускается определять не­ сущую способность сваи расчетом в соответствии с указаниями

СНиП 2.02.04-88 по наименьшему значению Fu , полученному

по условиям ее сопротивления сдвигу по грунтовому раствору и сдвигу грунтового раствора по контакту с льдистым грунтом. В

последнем случае значение Fu , кН (кгс), следует рассчитывать по формуле

(15.561

где R - расчетное сопротивление сильнольдистого грунта или льда под нижним концом сваи, кПа (кгс/ /см2), определяе­ мое для сильнольдистых грунтов интерполяцией между значе­ ниями R по табл. 1 и 7 рекомендуемого приложения 2 СНиП

2.02.0488, а для льдов - по табл. 7 того же приложения; площадь поперечного сечения скважины, м2 (см2); fyльдистость за счет ледяных включений j -го слоя грунта;

R shj>Rsh,u ‘ расчетные сопротивления сдвигу грунтового рас­

твора по вечномерзлому грунту и грунтового раствора по льду для середины j-ro слоя, кПа (кгс/см2), принимаемые соответст­ венно по табл. 4 и 7 рекомендуемого приложения 2 СНиП

2.02.0488; A shj - площадь поверхности сдвига в j-ом слое, оп­ ределяемая в зависимости от диаметра скважины, м2 (см2).

Если прочность смерзания грунтового раствора с поверхно­ стью сваи R¥ < Rsh то расчет несущей способности сваи F

ВОПРОСЫ

1.В чем заключаются особенности расчетов и проектиро­ вания оснований и фундаментов по принципу II?

2.Что такое нормативная глубина оттаивания мерзлого грунта?

3.Как определяется расчетное сопротивление грунтов?

4.От чего зависит несущая способность сваи в условиях мерзлых грунтов?

5.Как происходит морозное пучение грунтов и какие фак­ торы определяют его величину?

6.Как производится расчет осадки сооружений при строи­ тельстве по принципу П?

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

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

НЕФТЕГАЗОВЫ Х ОБЪЕКТОВ В

УСЛОВИЯХ М ЕРЗЛЫ Х ГРУНТОВ

16.1. Общие положения. Особенности прокладки и взаимодействия трубопроводов с мерзлыми грунтами

Из существующих проблем трубопроводного транспорта наименее изученной и сложной является проблема взаимодейст­ вия трубопроводов с окружающим их грунтом. Причин сло­ жившейся ситуации две:

1)систему газопроводов много лет ошибочно считали сис­ темой технической, а на самом деле это система геотехническая. То есть безопасная и надежная эксплуатация трубопровода не­ зависимо от способа прокладки, определяется не только мате­ риалом и толщиной труб, качеством их изготовления и изоля­ ции, а в значительной степени инженерно-геологическими усло­ виями трассы, состоянием и свойствами грунтов.

2)сложность проблемы взаимодействия нефтегазопрово­ дов с грунтом, которая заключается: а) б постоянно меняющихся по длине трассы литологическим составом и свойствами грун­ тов; б) изменение состояния, свойств грунтов и гидрогеологиче­ ского режима носят вероятностный характер; в) грунты, с одной стороны, служат основаниями, а с другой - средой функциони­ рования нефтегазопроводов.

Прокладка нефте- и газопроводов в условиях мерзлых грун­ тов регламентирована требованиями СНиП 2.05.06-85* [48].

Так, уже при выборе трассы для подземных трубопроводов на мерзлых грунтах следует по возможности избегать участки с подземны ми льдами, наледями и буграми пучения, проявле­ ниями термокарста, косогоров с льдонасыщенными глинистыми