МЕТОДИЧКА
.pdf7.Расчетные значения теплопроводности талого и мерзлого грунта [λth и
λf, Вт/(м·оС)], а также объемной теплоемкости талого и мерзлого грунта [Сth и
Сf, Вт·ч/(м3·оС)] принимаются по таблице 3, СНиП 2.02.04-88 в зависимости от плотности грунта в сухом состоянии (ρd) и влажности (wtot).
8.Значение температуры начала замерзания грунта (Тbf) принимается по таблице 2, СНиП 2.02.04-88, с учетом концентрации порового раствора (срs).
9.Значение удельной теплоты таяния (замерзания) грунта (Lv, Вт·ч/м3),
определяется по формуле (1.15). Размерность плотности сухого грунта (ρd)
берется в кг/м3.
10.Результаты расчетов представить в виде таблицы (пример таблица 1.4).
Таблица 1.2 - Номера грунтов по вариантам
№ варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, |
5, |
4, |
6, |
10, |
4, |
7, |
12, |
9, |
2, |
№ ИГЭ из таблицы 3 |
3, |
13, |
11, |
8, |
3, |
15, |
11, |
13, |
14, |
12, |
|
6 |
2 |
12 |
14 |
15 |
7 |
5 |
3 |
7 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.3 - Исходные данные для практической работы №1
|
|
|
|
|
|
Плотность |
Плотность |
Влажность, д.ед. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
|||||
ИГЭ |
Описание |
Мощность |
Температура |
частиц |
мерзлого |
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||||
на |
на границе |
влажность |
|||||||||||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ИГЭ |
слоя, м |
грунта Т, |
С |
грунта ρs, |
грунта ρ, |
|
||||||
№ |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
границе |
|
wtot, д.ед. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
раскатывания |
||||
|
|
|
|
|
|
г/см |
г/см |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
текучести |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wp |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wl |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
сетчатой |
3,2 |
-1,3 |
|
|
2,76 |
1,6 |
|
0,43 |
0,31 |
0,34 |
||
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
слоистой |
3,0 |
-2,5 |
|
|
2,71 |
1,65 |
0,47 |
0,27 |
0,37 |
|||
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
массивной |
1,1 |
-2,6 |
|
|
2,6 |
|
1,85 |
0,28 |
0,1 |
0,28 |
||
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
Продолжение таблицы 1.3
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
средние |
2,8 |
-1,0 |
2,77 |
1,82 |
0,39 |
0,23 |
0,33 |
|
|
пылеватые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
сетчатой |
3,4 |
-3,0 |
2,77 |
1,71 |
0,46 |
0,23 |
0,34 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
слоистой |
3,1 |
-2,5 |
2,78 |
1,63 |
0,41 |
0,21 |
0,35 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Озерно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
ледниковая |
3,0 |
-0,9 |
2,79 |
1,96 |
0,29 |
0,15 |
0,25 |
|
супесь |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
пылеватая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
массивной |
2,1 |
-2,5 |
2,7 |
1,84 |
0,29 |
0,16 |
0,31 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
слоистой |
2,9 |
-1,8 |
2,74 |
1,52 |
0,48 |
0,28 |
0,36 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
сетчатой |
3,4 |
-0,6 |
2,72 |
1,61 |
0,45 |
0,29 |
0,43 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Супеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
массивной |
1,6 |
-0,8 |
2,78 |
1,76 |
0,18 |
0,13 |
0,23 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
слоистой |
2,8 |
-1,0 |
2,75 |
1,52 |
0,44 |
0,29 |
0,43 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
сетчатой |
1,3 |
-1,5 |
2,74 |
1,59 |
0,43 |
0,3 |
0,4 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Супеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
массивной |
1,8 |
-1,0 |
2,7 |
1,64 |
0,26 |
0,2 |
0,34 |
|
|
текстуры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
массивной |
1,6 |
-0,8 |
2,7 |
1,75 |
0,2 |
0,14 |
0,28 |
|
|
текстры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
Таблица 1.4 - Значения физических и теплофизических свойств мерзлых пород
Описание |
|
Показатели физических и теплофизических свойств мерзлых грунтов |
|||||||||||||||
пород |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wm |
wi |
ww |
wic |
Ip |
itot |
iic |
ii |
ρd |
e |
Sr |
λf |
λth |
Cf |
Cth |
Tbf |
Lv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ ГРУНТОВ
Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта (dth,n, м)
определяется на основании данных натурных наблюдений по формуле:
|
|
|
2λ |
|
(T |
T |
) t |
|
|
Q |
|
2 |
Q |
|
d |
|
|
|
|
|
, |
||||||||
|
|
th |
th,c |
bf |
|
th,c |
|
|
|
|
||||
|
th,n |
|
|
|
q1 |
|
|
|
2q1 |
|
|
2q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(2.1)
где Q (Вт·ч/м2) – параметр, определяющий отток тепла в мерзлый грунт; q1 (Вт·ч/м3) – удельная теплота таяния многолетнемерзлого грунта;
Tth, c (оС) – расчетная температура поверхности грунта в летний период;
Tbf (оС) – температура начала замерзания грунта, определяемая по таблице 2,
СНиП 2.02.04-88.
Параметр, определяющий отток тепла в мерзлый грунт (Q, Вт·ч/м2)
определяется по формуле:
|
|
t |
th,c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.2) |
Q |
0,25 |
|
|
(T |
T |
) k |
|
|
λ |
C |
t |
|
, |
||
|
|
m |
th,c |
|
|||||||||||
|
|
|
t1 |
|
0 |
bf |
|
|
f |
f |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Tth,m (оС) и tth,m (ч) – соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, и
продолжительность этого периода, принимаемые по таблице 2,
СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология»;
tth, c (ч) – расчетная продолжительность летнего периода;
km – коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для пылевато-глинистых – по таблице 2, приложения 3, СНиП 2.02.04-88;
t1 – время, принимаемое равным (3600ч.);
Т0 (оС) – расчетная среднегодовая температура вечномерзлого грунта;
λth и λf [Вт/(м·оС)] – теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта;
Сth, и Сf [Вт·ч/(м3· оС)] – объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта.
14
Удельная теплота таяния многолетнемерзлого грунта (q1, Вт·ч/м3)
определяется по зависимости:
q |
|
L |
|
t |
|
|
|
(T |
T |
) C |
|
(T |
T |
) , |
|
|
|
th,c |
0,1 C |
|
|
||||||||
|
1 |
|
v |
|
t 2 |
|
th |
th,c |
bf |
|
f |
0 |
bf |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где t2 – время, принимаемое равным (7500ч.);
Расчетная температура поверхности грунта в летний период определяется по формуле:
Tth,c 1,4Tth,m 2,40 C.
(2.3)
(Tth, c, оС)
(2.4)
Расчетная продолжительность летнего периода (tth, c,ч) определяется по формуле:
t |
th,c |
1,15t |
th,m |
360ч. |
|
|
|
(2.5)
Средняя температура грунта , °С), определяется по формуле:
|
|
t |
th,c |
|
|
|
T (T |
- T |
) |
- 0,22 |
. |
||
|
||||||
0 |
bf |
|
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.6)
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта (df,n, м)
определяется по формуле:
d |
|
|
2 (T |
T |
)t |
|
, |
|
|
bf |
|
f,m |
|
f,m |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
f,n |
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.7)
где Tf,m (oC) и tf ,m (ч.) - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, и
продолжительность этого периода, принимаемые по таблице 1,
СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология».
Параметр (q2, Вт·ч/м3) определяется выражением:
q2 Lv 0,5Cf (Tf,m Tbf ). |
(2.8) |
Расчетная глубина сезонного оттаивания (dth , м) и расчетная глубина
сезонного промерзания грунта (df ,м) определяются по формулам:
15
d |
|
|
k |
' |
d |
|
, |
(2.9) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
th |
|
h |
|
th,n |
|
||
d |
|
k |
|
d . |
|
(2.10) |
||
|
|
f |
|
h |
|
f,n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где kh’ и kh – коэффициенты теплового влияния сооружения, определяемые по таблице 3, Приложения 3, СНиП 2.02.04-88.
Практическая работа № 2
Расчет глубины промерзания-оттаивания грунта.
Задание: Используя данные практической работы № 1, определите нормативную и расчетную глубину сезонного оттаивания грунта,
соответственно dth,n и dth, а также минимальную глубину заложения свайного фундамента у наружных стен здания с холодным подпольем и отмостками с асфальтовым покрытием при использовании грунтов основания по первому принципу.
Рассчитайте нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунта, соответственно df,n и df и минимальную глубину заложения столбчатого фундамента здания с подвалом при среднесуточной температуре воздуха в подвале 8о С, если грунт основания используется по второму принципу.
В случае многослойного грунтового основания, оценку глубины заложения фундамента нужно провести путем условной замены многослойного основания на однослойное. Для определения dth могут быть использованы максимальные значения λth, λf, Сf, ww и минимальные wtot, Cth,
ρdf, Tbf грунтов находящихся в зоне сезонного оттаивания. При расчете df
необходимо использовать максимальное значение Tbf, тогда как остальные параметры берутся как в первом случае.
Исходные данные:
1.Данные практической работы № 1;
2.Допускается принимать То=Топ.
16
3.Температурные условия участка района строительства (строительной площадки) приведены в таблице 2.1.
4.Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении,
примыкающем к наружным фундаментам 15 оС.
Таблица 2.1 - Температурные условия участка района строительства
Параметр |
|
|
Номера слоев грунта |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1, 4-7 |
2 |
|
3, 11-13 |
8,9,14,15 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
Tth,c, оС |
15,0 |
14,6 |
|
12,4 |
14,8 |
13,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Tf,m, оС |
-20 |
-25 |
|
-24 |
-22 |
-23 |
|
|
|
|
|
|
|
tth,c, ч. |
3450 |
4250 |
|
4200 |
3600 |
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
tf,m, ч. |
6010 |
4510 |
|
4560 |
5160 |
5260 |
|
|
|
|
|
|
|
Ton, оС |
-4,0 |
-2,0 |
|
-1,5 |
-2,0 |
-3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.1 – Положение границы зоны оттаивания грунта а – при значительном развитии зоны оттаивания; б – при малых размерах
зоны оттаивания; 1 – среднее положение; 2 – то же лето; 3 – то же зимой;
17
Нс – глубина оттаивания под серединой сооружения; Tin – температура в помещении; Tout – температура наружного воздуха; Tz – температура в основании сооружения в пределах зоны оттаивания; To – расчетная среднегодовая температура вечномерзлого грунта; Ro – сопротивление теплопередачи покрытия; df – глубина промерзания.
Ход работы:
1.Определяем по формуле (1.15) теплоту таяния (замерзания) грунта (Lv, Вт·ч/м3).
2.Рассчитываем количество удельной теплоты поглощаемой при плавлении льда содержащегося в грунте (q1, Вт·ч/м3).
3.Рассчитывается тепло, расходуемое на летний обогрев многолетнемерзлых грунтов (Q, Вт·ч/м3), предварительно определив коэффициент (km) по таблице 2, приложения 3, СНиП 2.02.04-88, в зависимости от значения теплоемкости (Сf, [Вт·ч/(м3· оС)]) и средней температуры грунта (̅, оС).
4.Определяем нормативную глубину сезонного оттаивания грунта (dth,n, м).
5.Определяем расчетную глубину сезонного оттаивания (dth, м).
6.Определяем нормативную глубину сезонного промерзания грунта (df,n, м)
предварительно определив (q2).
7. Определяем расчетную глубину сезонного промерзания (df, м).
2.1 Примеры расчета глубины сезонного оттаивания грунтов
Необходимо определить глубину сезонного оттаивания грунтов для г. Новый Уренгой. Средняя летняя температура воздуха по данным многолетних наблюдений Tth,m=10,1оС. Продолжительность летнего периода - tth,m=2920 ч. Грунт представлен суглинком, суммарная влажность грунта wtot=0,3 д.ед.; влажность за счет незамерзшей воды ww=0,08 д.ед., плотность сухого грунта ρd=1400 кг/м3. Коэффициент теплопроводности талого и мерзлого грунта равны λth=1,45 Вт/(м оС), λf=1,57 Вт/(м оС); соответственно
18
объемная теплоемкость Сth=835 Вт·ч/(м3·оС), Сf=603 Вт·ч/(м3·оС). Среднегодовая температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд То= -2 оС, температура начала замерзания Тbf=-0,2 оС. Понижение уровня грунтовых вод на участке не предусмотрено.
Определяем расчетную температуру поверхности грунта в летний
период: |
1,4 10,1 2,4 16,5 |
0 |
|
|
T |
C. |
|||
|
||||
th,c |
|
|
|
Значение средней температуры грунта слоя сезонного промерзания за летний период определяется по формуле:
T 2 ( 0,2) (36003718 0,22) -1,50 C.
Предварительно определяется расчетная продолжительность летнего периода по формуле:
t |
th,c |
|
1,15 2920 360 3718ч.
При средней температуре и объемной теплоемкости мерзлого грунта,
равной 603 Вт·ч/(м3· оС), по таблице 2, приложения 3, СНиП 2.02.04-88, km= 4,5.
Определяем теплоту таяния грунта (затраты тепла на фазовые переходы):
|
|
L |
|
|
|
|
3 |
. |
|
|
|
|
v |
93 (0,3 0,08) 1400 28644Вт ч / м |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем значение (Q): |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
3718 |
|
4,5 |
1,57 603 3718 11895Вт ч / м |
2 |
. |
|||
Q 0,25 |
|
|
|
( 2 ( 0,2) |
|
|||||
|
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
||
Определяем среднее значение (q1):
|
|
3718 |
|
835 (16,5 |
|
603 ( 2 ( 0,2)) |
q1 |
28644 |
|
0.1 |
( 0,2)) |
||
|
||||||
|
7500 |
|
|
|
|
|
34591,8Вт ч / м2 .
19
Нормативная глубина сезонного оттаивания определяется по
формуле (2.1):
|
|
|
21,45 (16,5 ( 0,2)) 3718 |
|
11895,6 |
|
2 |
11895,6 |
|
d |
|
|
|
2,1м. |
|||||
th,n |
|
|
2 34591,8 |
|
2 34591,8 |
||||
|
|
34591,8 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
По данным натурных наблюдений определить нормативную глубину сезонного оттаивания грунта (dth,n), нормативную глубину сезонного промерзания грунта (df,n), а также сравните полученные нормативные глубины с расчетными (dth) и (df), м. Тип задания с холодным подпольем,
имеющим у наружных стен отмостки с асфальтовым покрытием.
Таблица 2.1 - Теплофизические характеристики грунта
Город |
|
Салехард |
|
|
|
Вид грунта |
|
Суглинок |
|
|
|
ρd, кг/м3 |
|
1500 |
|
|
|
Ds, д.е |
|
0,3 |
|
|
|
wtot, д.е |
|
0,15 |
|
|
|
ww, д.е. |
|
0,05 |
|
|
|
Т0, оС |
|
-10,1 |
|
|
|
Tth,m,оС |
|
9,65 |
|
|
|
tth,m, ч |
|
3264 |
|
|
|
Tf,m, оС |
|
-14,41 |
|
|
|
tf,m, ч |
|
5496 |
|
|
|
λth, ккал/(м·ч·оС) |
|
1,25 |
|
|
|
λf, ккал/(м·ч· оС) |
|
1,50 |
|
|
|
Сth, ккал/(м3· оС) |
|
580 |
|
|
|
Сf, ккал/(м3· оС) |
|
440 |
|
|
|
Определяем расчетную температуру поверхности грунта в летний |
||
период: |
|
|
Тth,c |
1,4 9,65 2,4 15,910 С. |
|
Определяем расчетную продолжительность летнего периода:
20