МЕТОДИЧКА

Определяем концентрацию порового раствора:

По таблице 2, приложения 1 СНиП 2.02.04-88 определяем температуру начала замерзания грунта Tbf =-3,2 оС.

Определяем среднюю температуру грунта:

Определяем теплоту таяния грунта:

Определяем удельную теплоту таяния многолетнемерзлого грунта (q1, Вт·ч/м2):

коэффициент km =2,4.

Определяем параметр (Q, Вт·ч/м2):

Определяем количество тепла, выделяемое при замерзании воды

(q2, Вт·ч/м2):

21

22

3 РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПО ПРИНЦИПУ I

Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия:

где F (кН) - расчетная нагрузка на основание;

Fu (кН) - несущая способность (сила предельного сопротивления) основания;

грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения.

Значения γt допускается принимать равными:

-γt=1,1, если расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлых грунтов То соответствует твердомерзлому состоянию грунта и не выше расчетной среднегодовой температуры на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта Т’о, устанавливающейся в основании сооружения

впроцессе его эксплуатации;

-γt=1,0, если расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлых грунтов То соответствует пластичномерзлому состоянию грунта и выше значения температуры Т’о, устанавливающейся в процессе эксплуатации сооружения;

-γc – коэффициент условий работы основания, принимаемый по

указаниям п.4.9, СНиП 2.02.04-88;

- R (кПа) – расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента, определяемое согласно указаниям приложения 2, таблицы 2, СНиП 2.02.04-88;

- A (м2) – площадь подошвы столбчатого фундамента или площадь опирания сваи на грунт, принимаемая для сплошных свай равной площади их поперечного сечения (или площади уширения), для полых свай,

погруженных с открытым нижним концом, - площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором или грунтом на высоту не менее трех диаметров сваи;

- Raf,i (м2) – расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i -го слоя грунта, определяемое согласно указаниям приложения 2, таблица 3,

СНиП 2.02.04-88;

- Aaf,i (м2) - площадь поверхности смерзания -го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента;

- n – число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта. При однородных по составу многолетнемерзлых грунтах несущую способность основания висячей сваи допускается определять по формуле:

теплового взаимодействия с многолетнемерзлыми грунтами основания в периодически установившемся тепловом режиме с учетом переменных в годовом периоде условий теплообмена на поверхности, формы и размеров сооружения, глубины заложения и расположения фундаментов в плане, а

также теплового режима сооружения и принятых способов и средств сохранения мерзлого состояния грунтов основания.

24

Рисунок 3.1 – Расчетная схема для проверки несущей способности основания вертикально нагруженной висячей сваи: а - схема для расчета несущей способности основания висячей сваи; б - график распределения расчетной температуры грунтов Те, по глубине заложения сваи в мерзлом грунте: 1- дневная поверхность; 2 – свая; 3 – верхняя граница многолетнемерзлых грунтов; 4 – границы выделенных для расчета слоев грунта.

При расчете многолетнемерзлых оснований по несущей способности и деформациям расчетные температуры грунтов Тm, Tz, и Te следует принимать равными:

Тm - максимальной в годовом периоде температуре грунта в установившемся эксплуатационном режиме на глубине заложения фундамента zd, отсчитываемой от верхней поверхности многолетнемерзлого грунта;

Te - максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения фундамента zd температуре многолетнемерзлого грунта в установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта);

25

k1, k2, k3 – коэффициенты теплового влияния сооружения,

принимаемые по таблице 5, СНиП 2.02.04-88 в зависимости от отношений z/B и L/B, L и B – соответственно длина и ширина сооружения, м. Глубина заложения фундаментов отсчитывается от уровня верхней поверхности многолетнемерзлого грунта;

kts – коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений, принимаемых по таблице 6 СНиП 2.02.04-88.

3.1 Пример расчета основания свайного фундамента по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I

Необходимо определить несущую способность основания под вертикально нагруженной висячей сваей сечением 0,3х0,3 м. Ширина здания В=12 м, длина L=150 м. Глубина погружения сваи в мерзлый грунт – 7 м.

Расчетная нагрузка 800 кН. Грунт мерзлый суглинок, коэффициенты

Сth=777 Вт·ч/(м3·оС), Сf=592 Вт·ч/(м3· оС). Среднегодовая температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд То = -1,2 оС, температура начала замерзания Тbf= -0,2 оС. Коэффициент принять γn=1,1.

тогда по таблице 4, СНиП 2.02.04-88, αz = 1,1 и αe= 0,73.

Определяем параметр z/B= 7/12=0,58 и по таблице 5 СНиП 2.02.04-88

получаем коэффициенты теплового влияния здания на эквивалентную температуру k1= 0,31, k2=0,18, и на температуру под торцом сваи k1= 0,53, k2=0,33.

По формуле (3.4) вычисляется эквивалентная температура и температура грунта под концом сваи:

27

Тe = (-2,5+0,2)·0,73+(-1,2+2,5)·0,31-0,2=-1,47 оС;

Тz= (-2,5+0,2)·1,10+(-1,2+2,5)·0,53-0,2=-2,06 оС.

По расчетным температурам находим расчетное давление на мерзлый грунт (таблица 1, приложение 2, СНиП 2.02.04-88), расчетное сопротивление грунта по поверхности смерзания (таблица 3, приложение 2

СНиП 2.02.04-88) R=11,6·105 Па, Raf=1,28 ·105 Па. Fu=1,1·1·(11,6·105·0,09+1,28·105·8,4)=11,79·105 Н,

8·105 Н˂11,79·105/1,1=10,72·105 Н.

Вывод: условие выполнено, несущую способность основания под вертикально нагруженной висячей сваей обеспечена.

Практическая работа № 3

Определение несущей способности сложенного многолетнемерзлыми грунтами основания свайного фундамента.

Задание: Определить несущую способность основания свайного фундамента под серединой, краем и под углами здания с холодным подпольем. Дать ответ о возможности строительства в данных условиях здания с заданной расчетной нагрузкой (таблица 3.1).

Исходные данные:

Длина буронабивной сваи – 6 м, площадь сечения 0,35х0,35 м. Длина и ширина здания, соответственно L и B равны 20 м. Принять γt=1,0, γn=1,1.

Разрез на участке строительства представлен переслаивающимися грунтами, характеристики и мощности которых даны в таблице 1.3.

Таблица 3.1. - Расчетная нагрузка

Рисунок 3.1. Схема расположения сваи в многослойном разрезе.

Порядок расчета:

1.Нарисовать схему расположения сваи в многослойном разрезе для своего варианта по аналогии с рисунком 3.1.

2.Расчетное давление R на мерзлый грунт определяется по таблице

1, приложения 2, СНиП 2.02.04-88 при температуре Тz на глубине равной глубине погружения сваи в многолетнемерзлый грунт. Для расчета Тz

определяем αz по таблице 4, СНиП 2.02.04-88 по значению параметра

√ , (ч0,5), где z (м) – глубина от поверхности многолетнемерзлого грунта до конца сваи, м.

3. По формулам 3.4 – 3.6 определяем Тz под серединой, краем и углами здания, определив k1, k2 и k3 – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по таблице 5, СНиП 2.02.04-88 в зависимости от отношений z/B и L/B, где (L и B, м) – соответственно длина и ширина сооружения, здесь (z, м) - глубина заложения фундамента по таблице 2,

приложения 4, СНиП 2.02.04-88 определяем (Т’о – Тbf).

29

4. Расчетное сопротивление мерзлого грунта по боковой поверхности смерзания (Raf,i, кПа) в пределах каждого i-го слоя грунта,

определяется по таблице 3, приложения 2, СНиП 2.02.04-88 при эквивалентной температуре (Те,оС) на глубине от поверхности многолетнемерзлого грунта до поверхности i-го слоя грунта. Для расчета (Те)

определяем коэффициент (αе) по таблице 4, СНиП 2.02.04-88 по значению параметра √ (ч0,5), где z (м) – глубина от поверхности многолетнемерзлого грунта до точки в которой определяется температура

(т.е. – ze1, ze2, ze3 рисунок 3.1).

5.По формулам 3.3 - 3.5 определяем (Те,оС) под серединой, краем и углами здания.

6.Определяем площадь опоры сваи на грунт (А, м2).

7.Определяем площадь поверхности смерзания каждого i-го слоя ММГ с боковой поверхностью сваи (Aaf, м2).

8.Определяем несущую способность свайного основания (Fu, кН)

по формуле (3.2).

9.Сравниваем результат с заданной расчетной нагрузкой таблица

3.1(вариант по последней цифре зачетной книжки) и по условию 3.1 делаем вывод о возможности строительства здания в данных условиях.

3.2Примеры расчета основания столбчатого фундамента по несущей способности при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I

Требуется определить несущую способность основания столбчатого одноступенчатого фундамента на вечномерзлых грунтах.

Исходные данные для решения задачи приведены на рисунке 3.2.

30