Значение безразмерного коэффициента k.

I	
	0.0	0.2	0.4	0.6	1.0
0.5	1.00	0.91	0.83	0.74	0.60
1.0	1.00	0.88	0..77	0.66	0.50
3.0	1.00	0.82	0.65	0.50	0..38
5.0	1.00	0.78	0.57	0.43	0.35
7.0	1.00	0.74	0.52	0.39	0.32

(1.48)

где s_u – предельно допустимая средняя осадка основания под зданием, м; s_p,th - осадка основания под действием полезной нагрузки, м; k_for – то же, что и формуле (1.39);  - относительная сжимаемость мерзлых грунтов при оттаивании, определяется испытанием, при его отсутствии для предварительных расчетов может быть найдена по его физическим характеристикам, например, по табл. 1.16.

Осадка предварительно оттаянного основания под действием полезной нагрузки определяется методом эквивалентного слоя (Цытович, 1970):

(1.49)

где – коэффициент эквивалентного слоя, принимается в зависимости от вида грунта под подошвой фундамента и отношения длины фундамента к его ширине (табл. 1.15); - коэффициент сжимаемости предварительно оттаянного грунта, 1/Па; p₀ – среднее дополнительное давление на грунт под подошвой фундамента, определяется по формуле (1.37).

Таблица 1.15

Значение коэффициента эквивалентного слоя .

Вид грунта	Отношение длины подошвы фундамента к ширине
	1.0	1.5	2.0	3.0	5.0	 10.0
Гравий и галька	0.89	1.09	1.23	1.46	1.74	2.15
Пески	0.94	1.15	1.30	1.54	1.84	2.26
Супеси и суглинки	0.99	1.21	1.37	1.62	1.94	2.38
Глины	1.24	1.52	1.72	2.01	2.42	2.98

В случае, если основание здания представлено неоднородными грунтами, то входящие в расчет грунтовые показатели усредняются с учетом толщины слоя (принимается средневзвешенное по слоям значение). При этом осреднение производится в интервале глубин: для параметров L_v и  - от H_p,th до H_p,th + 3 м, для параметров _f и _th - от 0. м до H_p,th + 3 м, для параметра - от h_ф до h_ф + 2.5b_ф.

Способ обеспечения устойчивости путем локального предварительного оттаивания ВМГ. Целью расчета является определение длины свай l, диаметра предварительно оттаянной зоны вокруг сваи D и глубины предварительного оттаивания H_p,th. Расчет заимствован из нормативной литературы (Рекомендации, 1983), где он разработан для случая крупнообломочных и песчаных грунтов, осадка которых происходит практически одновременно с оттаиванием (s_con = 0.0). Расчетная схема задачи показана на рис. 3.24. Расчет ведется по первой и второй группе предельных состояний в соответствии с предельными условиями:

Таблица 1.16

Зависимость относительной просадки грунтов при оттаивании от льдосодержания (CТО Газпром 2-3.1-233-2008).

Льдосодержание, кг/м3	180	200	225	250	275	300	325	350
Просадочность, б.р.	0.001	0.002	0.005	0.008	0.012	0.015	0.018	0.022
Льдосодержание, кг/м3	375	400	425	450	485	500	525	550
Просадочность, б.р.	0.025	0.029	0.032	0.035	0.040	0.073	0.029	0.184
Льдосодержание, кг/м3	575	600	625	650	700	730	750	775
Просадочность, б.р.	0.240	0.296	0.351	0.407	0.518	0.584	0.629	0.685
Льдосодержание, кг/м3	800	825	850	875	900	917
Просадочность, б.р.	0.740	0.796	0.851	0.907	0.962	1.00

Примечание: Льдосодержание = ( плотность грунта, кг/м³; суммарная влажность, количество незамерзшей воды, д.е.)

F ≤ F_u / γ_n , (1.50)

σ_x,a ≤ σ_x,p / γ_n1 , (1.51)

s ≤ s_u , (1.52)

где F – расчетная нагрузка на сваю, Н; F_u – несущая способность сваи, Н; σ_x,a – горизонтальная составляющая активного напряжения в грунте (распор) на глубине заложения острия сваи, Па; σ_x,p – горизонтальная составляющая пассивного напряжения в грунте (отпор) на глубине заложения острия сваи, Па; s – осадка основания, м; s_u – предельно допустимая максимальная осадка основания, определяется по табл. 1 Приложения 5, м; γ_n – коэффициент надежности, принимается равным γ_n =1.2, если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой, γ_n = 1.25, если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний динамической нагрузкой, γ_n = 1.4, если несущая способность сваи определена расчетом;

γ_n1 – коэффициент надежности для горизонтальных нагрузок, принимается равным γ_n1 = 1.2.

Рис. 1.22 Схема к расчету основания здания, возводимого по способу локального оттаивания ВМГ.

1 – предварительно оттаянный грунт; 2 – грунт, оттаявший до окончания периода эксплуатации здания; 3 – мерзлый грунт, оттаивание которого произойдет при дальнейшей эксплуатации здания.

Несущая способность сваи определяется по формуле (СНиП 2.02.03-85):

F_u = γ_cR∙R∙A_ф + (1.53)

где R –расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимается по Приложению к СНиП 2.02.04-88, Па; А_ф – площадь поперечного сечения сваи, м²; u_p – наружный периметр поперечного сечения сваи, м; f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимается по Приложению к СНиП 2.02.03-85, Па; h_i – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи,м; m – число слоев грунта до глубины l (l – длина подземной части сваи в м); γ_cR, γ_сf – коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижним концом и боковой поверхностью сваи, принимаются по табл. 1.17.

Горизонтальные составляющие активного и пассивного напряжения в грунте определяются по формулам (Рекомендации, 1983):

(1.54)

(1.55)

где p – давление на предварительно оттаянный грунт под нижним концом сваи, вычисляемое: p = F / (π∙D²/4), Па; p_neg – давление за счет сил негативного трения оттаивающего грунта, (D – диаметр зоны предварительно оттаянного грунта, м; - сила трения грунта по грунту, принимается равной = 0.1∙10⁵ Па), Па; g – ускорение силы тяжести, g =9.81 м/c²; ρ_th , ρ_sb – плотность предварительно оттаянного грунта и плотность этого же грунта во взвешенном водой состоянии, кг/м³; l – длина сваи, м; с – сцепление оттаянного грунта, Па; φ – угол внутреннего трения оттаянного грунта, град.; - безразмерный параметр, определяемый по табл. 1.18.

Таблица 1.17

Коэффициенты условий работы грунта

Способы погружения сплошных и полых свай с закрытым нижним концом	γcR	γсf
Непосредственной забивкой в грунт	1.0	1.0
Забивкой или вдавливанием в лидерную скважину при ее диаметре равном стороне квадратной сваи	1.0	0.5
Забивкой или вдавливанием в лидерную скважину при ее диаметре менее 0.05 м стороны квадратной сваи	1.0	0.6
Забивкой или вдавливанием в лидерную скважину при ее диаметре менее 0.15 стороны квадратной сваи	1.0	1.0

Таблица 1.18

Значения безразмерного параметра

φ,град.	5	10	15	20	25	30	35	40
	0.85	1.65	2.20	2.85	3.90	5.70	8.50	14.00

Осадка свай определяется по формуле компрессионного уплотнения грунта:

(1.56),

где - глубина предварительного оттаивания грунта в месте расположения сваи, принимается равной = , где - то же, что и в формуле (1.38), м.

При расчете учитывается ускорение оттаивания грунта в процессе эксплуатации здания за счет наличия в основании зон предварительно оттаянного грунта. Это осуществляется умножением безразмерного времени I, вычисляемого по формуле (1.42), на безразмерный коэффициент , вычисляемый по формуле:

(1.57)

где n_p – общее количество свай под зданием; b_зд, l_зд – ширина и длина здания, м.

Опишем алгоритм расчета. Вначале подбором из условия (1.50) определяем длину сваи l, при этом следует помнить, что она согласно нормативным требованиям не должна быть меньше глубины сезонного оттаивания грунта в естественных условиях плюс 2 м. Далее подборм из условия (1.51) находим диаметр оттаиваемой зоны D, последний по условиям погружения сваи не может быть меньше удвоенной величины диаметра круглой или диагонали прямоугольной сваи. Затем находят глубину оттаивания грунта в месте расположения сваи, используя формулы (1.38) – (1.42), (1.57) и номограмму на рис. 1.20. После этого по формуле (1.56) вычисляем осадку сваи и проверяем условие (1.52). Если последнее не выполняется увеличиваем длину сваи на величину, обеспечивающую выполнение этого условия, и расчет повторяем.

Способ обеспечения устойчивости путем стабилизации начального положения верхней границы ВМГ с помощью вентилируемого подполья. Целью расчета является определение глубины заложения свайного фундамента l, мощности талого слоя Н и модуля вентиляции подполья М (если глубина залегания верхней границы ВМГ в естественных условиях Н₀ оказывается меньше Н, то производится предварительное оттаивание до глубины Н). Расчетная схема задачи показана на рис. 1.23. Расчет ведется по первой и второй группе предельных состояний, исходя из условий:

, (1.58)

, (1.59)

Рис. 1.23 Схема к расчету основания здания, возводимого по способу стабилизации с вентилируемым подпольем.

1 – слой многолетнего промерзания; 2 – вентилируемое подполье;

3 – фундамент; 4 – слой талого грунта; 5 – ВМГ.

, (1.60)

, (1.61)

где n₁ – коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1.1; - нормативная нагрузка, передаваемая на сваю, Н; - несущая способность сваи, Н; коэффициент надежности, принимаемый равным 1.4; нормативное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания, Н; - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 0.9;

действующая на сваю касательная сила пучения при многолетнем промерзании грунта, Н; s – осадка сваи, расположенной под серединой здания, м; предельно допустимая максимальная осадка здания, определяется по Приложению к СНиП 2.02.01-83, м; l – длина подземной части сваи, м.

Несущую способность сваи рассчитывают по формуле (1.53), действующую на сваю силу пучения – по формуле (1.62), силу, удерживающую сваю от выпучивания, - по формуле (1.63):

(1.62)

(1.63)

где периметр сваи, м; удельная касательная сила пучения, принимается по табл. 1.19, Па; y – допустимая глубина многолетнего промерзания у края здания в м, назначается равной y = H_f + 1 м (Н_f – глубина сезонного промерзания грунта на оголенной площадке); - нормативное значение удельного сопротивления сдвигу талого грунта основания по боковой поверхности фундамента, определяется по

Рис. 1.24 Номограмма для определения глубины оттаивания под серединой здания, расположенного на участке с ВМГ сливающегося типа.

результатам опытных исследований, при их отсутствии значение для песчаных грунтов можно принимать равным 0.310⁵ Па, для глинистых - 0.210⁵ Па.

Таблица 1.19