Расчет осадок оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземным льдом
Осадки оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземными льдами, а также в случаях загружения фундаментов при температуре грунтов основания выше расчетных значений, принятых для установившегося эксплуатационного режима (п. 7.2.5), следует определять с учетом изменения деформационных характеристик грунтов в зависимости от температуры и времени, а также развития пластических деформаций льда.
Составляющую осадки основания столбчатого фундамента на сильнольдистых грунтах sp, м, обусловленную уплотнением оснований под нагрузкой, допускается определять по формуле
, (З.1)
где n и hi – соответственно число выделенных слоев грунта и их толщина, м;
xj – относительное сжатие j-го слоя грунта, доли единицы, определяемое опытным путем; для прослоев льда значение xi,j допускается определять по формуле
, (З.2)
| здесь nj - | пористость j-го слоя льда; |
| p - | среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа; |
| sa - | атмосферное давление, принимаемое равным 10,0 кПа; |
| sg,j - | природное (бытовое) давление в середине j-го слоя, кПа; |
| am,j - | безмерный коэффициент, принимаемый по табл. З.1 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента a/b и относительной глубины |
(здесь z'j–1 и z'j – расстояния от подошвы фундамента соответственно до кровли и подошвы j-го слоя льда).
Таблица 4.31
Коэффициент am
| z'/b | Значения коэффициента am при l/b | |||||||
| 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 3,0 | 10,0 | |
| 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 | 0,417 0,269 0,181 0,128 0,064 0,038 0,025 0,017 | 0,450 0,299 0,206 0,148 0,075 0,044 0,029 0,020 | 0,474 0,324 0,227 0,165 0,085 0,051 0,038 0,024 | 0,492 0,343 0,245 0,180 0,095 0,057 0,038 0,027 | 0,506 0,358 0,259 0,193 0,104 0,063 0,042 0,030 | 0,516 0,370 0,272 0,205 0,112 0,069 0,046 0,033 | 0,545 0,406 0,310 0,243 0,143 0,093 0,064 0,047 | 0,569 0,438 0,350 0,289 0,196 0,145 0,112 0,090 |
З.2 Скорость осадки сильнольдистых грунтов n, м/год (см/год), обусловленная их пластичновязким течением, определяется по формуле
, (З.3)
| где m - | число месяцев в году, в течение которых развиваются деформации ползучести грунтов; |
| nj - | среднемесячная скорость осадки, м/мес (см/мес), определяемая согласно указаниям п. З.3. |
З.3 Среднемесячная скорость осадки сильнольдистых грунтов основания nj м/мес (см/мес), определяется по формуле
, (З.4)
| где n - | число слоев грунта, в пределах которых определяется среднемесячная температура Tj,k; |
| hk - | толщина k-го слоя грунта, м; принимается не более 0,2b (b – меньший размер подошвы фундамента); |
| xk - | скорость относительной деформации k-го слоя грунта, 1/ч, при среднемесячной температуре грунта Tj,k, определяемая по формуле |
, (З.5)
| здесь hk - | коэффициент вязкости k-го слоя грунта основания, кПа×ч, определяемый согласно указаниям п. З.5; |
| sk - | напряжение, кПа, в k-ом слое грунта основания, определяемое по п. З.4; |
| sL,k - | предел текучести k-го слоя грунта основания, кПа, определяемый по п. З.5. |
З.4 Напряжение sk вычисляется по формуле
sk = 0,5(sz,k–1 + sz,k), (З.6)
где sz,k–1 и sz,k – напряжения, кПа, на верхней и нижней границах k-го слоя, определяемые по формуле
sz = a0p0, (З.7)
| здесь a0 - | безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 4.32 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента а/b и от значения z'/b (здесь z' – расстояние от низа подошвы фундамента до уровня, на котором определяется напряжение); |
| p0 = p – sg - | дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента, кПа; |
| где p - | среднее давление на грунт под подошвой фундамента от постоянной и длительных долей временных нагрузок, кПа; |
| sg - | природное (бытовое) давление в грунте на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоев грунтов (до отметки природного рельефа), кПа. |
Таблица 4.32
Коэффициент a0
| z'/b | Значения коэффициента a0 при а/b | |||||||
| 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | |||||
| 0,05 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 | 0,089 0,171 0,298 0,382 0,337 0,268 0,208 0,115 0,071 0,047 0,034 0,019 | 0,090 0,159 0,281 0,356 0,352 0,290 0,231 0,133 0,083 0,056 0,040 0,023 | 0,077 0,150 0,269 0,373 0,359 0,304 0,248 0,147 0,094 0,064 0,046 0,027 | 0,074 0,144 0,259 0,366 0,360 0,307 0,261 0,160 0,104 0,071 0,052 0,030 | 0,072 0,140 0,252 0,360 0,359 0,318 0,270 0,171 0,113 0,078 0,057 0,033 | 0,070 0,137 0,247 0,354 0,357 0,321 0,276 0,180 0,121 0,085 0,062 0,037 | 0,066 0,129 0,232 0,334 0,342 0,316 0,282 0,204 0,148 0,109 0,083 0,051 | 0,063 0,123 0,221 0,312 0,316 0,291 0,260 0,198 0,158 0,132 0,112 0,085 |
Среднее дополнительное давление на грунт p0 должно удовлетворять условию
, (З.8)
| где kf - | безразмерный коэффициент, принимаемый по первой строке табл. 4.33 при hs /b = 0, hs - толщина грунтовой прослойки под фундаментом; |
| su - | наибольшее значение напряжения, кПа, при котором сохраняется линейная зависимость скорости установившегося течения от напряжения на начальном участке реологической кривой, определяемое по п. З.5. |
Таблица 4.33
Коэффициент kf
| hs/b | Значения коэффициента kf при а/b | |||||||
| 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | |||||
| 0,5 1,0 1,5 2,0 | 2,6 3,3 3,8 10,0 16,2 | 2,65 3,35 4,40 8,70 13,8 | 2,7 3,4 4,8 7,7 12,1 | 2,7 3,4 4,8 7,1 11,0 | 2,75 3,45 4,60 6,70 10,2 | 2,8 3,5 4,4 6,4 9,5 | 2,9 3,6 4,3 5,6 7,7 | 3,2 3,8 4,6 5,8 7,5 |
Расчетные характеристики сильнольдистого грунта h, sL, su определяются при инженерных изысканиях из испытаний образцов мерзлого грунта на одноосное сжатие в соответствии с ГОСТ 12248.
Температуры Tj,k, в зависимости от которых устанавливаются значения h и sL, следует определять по формулам (7.5) – (7.7) настоящих норм. Значения коэффициента a для определения температуры принимаются по табл. 4.34 для j-го месяца и глубины залегания середины k-го слоя z, измеряемой от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов. При этом за первый месяц (j = 1) принимается тот, в котором глубина сезонного протаивания достигает наибольшего значения. Для su температура принимается равной температуре на глубине ниже подошвы фундамента на 0,5b (здесь b – ширина подошвы фундамента).
Таблица 4.34
Коэффициент aj,k
| z, м | Значения коэффициента aj,k при j, мес | |||||||||||
| 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 | 0,34 0,62 0,83 0,96 1,03 1,06 | 0,31 0,51 0,70 0,84 0,94 1,00 | 0,46 0,53 0,65 0,77 0,87 0,94 | 0,76 0,68 0,70 0,76 0,83 0,90 | 1,12 0,91 0,82 0,81 0,84 0,88 | 1,45 1,17 1,00 0,91 0,89 0,90 | 1,66 1,38 1,17 1,04 0,97 0,94 | 1,69 1,49 1,30 1,16 1,06 1,00 | 1,54 1,47 1,35 1,23 1,13 1,06 | 1,24 1,32 1,30 1,24 1,17 1,10 | 0,88 1,09 1,18 1,19 1,16 1,12 | 0,55 0,83 1,00 1,08 1,11 1,10 |
Примечание - z – расстояние от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до уровня, на котором определяется температура.
З.6 Скорость осадки подземного льда n м/год (см/год), обусловленная его пластичновязким течением, определяется по формуле
, (З.9)
| где p0 - | дополнительное (к природному) вертикальное давление на грунт под подошвой фундамента, кПа, определяемое так же, как и в п. З.4. |
| b - | ширина подошвы фундамента, м; |
| ki - | параметр, характеризующий вязкость льда, определяемый из испытаний образцов льда на одноосное сжатие, °С/(кПа×ч) [см2×град/(кгс×ч)]; |
| n - | число слоев, на которое разделяется толща льда (толщина слоя принимается не более 0,4b); |
| kt,j, kt,j–1 - | коэффициенты, 1/°С, принимаемые по табл. З.5 в зависимости от температуры основания (Т0 – Тb,f) и расстояний от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до кровли zj–1 и подошвы zj j-го слоя льда; |
| wj–1, wj - | безразмерные коэффициенты, определяемые по табл. 4.35 в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента a/b и соответственно относительных глубин и (здесь z'j–1 и z'j) - расстояния от подошвы фундамента соответственно до кровли и подошвы j-го слоя льда). |
Таблица 4.35
Значения коэффициента kt
| z, м | Коэффициент kt, 1/°С, при температуре T0 – Tbf, °C | |||||||
| –2,5 | –3 | –3,5 | –4 | –5 | –6 | –8 | –10 | |
| 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 | 0,408 0,327 0,316 0,307 0,299 0,295 0,289 0,288 0,287 | 0,377 0,295 0,279 0,269 0,263 0,259 0,255 0,252 0,251 | 0,353 0,266 0,251 0,241 0,235 0,231 0,227 0,225 0,223 | 0,333 0,242 0,227 0,218 0,213 0,208 0,204 0,202 0,200 | 0,301 0,206 0,192 0,184 0,178 0,174 0,170 0,168 0,167 | 0,277 0,179 0,166 0,158 0,153 0,150 0,146 0,144 0,143 | 0,243 0,143 0,131 0,124 0,120 0,117 0,114 0,112 0,111 | 0,218 0,118 0,108 0,102 0,098 0,096 0,094 0,092 0,091 |
Таблица 4.36
Коэффициент w
| z'/b | Значения коэффициента w при a/b | ||||||||
| 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | ||||||
| 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 | 0,070 0,145 0,181 0,204 0,218 0,228 0,236 0,241 0,249 0,254 | 0,068 0,145 0,189 0,216 0,232 0,244 0,253 0,259 0,269 0,275 | 0,066 0,145 0,194 0,224 0,243 0,257 0,267 0,274 0,285 0,292 | 0,065 0,145 0,198 0,230 0,262 0,267 0,278 0,286 0,299 0,307 | 0,063 0,145 0,200 0,235 0,258 0,275 0,287 0,297 0,310 0,319 | 0,062 0,144 0,201 0,238 0,263 0,281 0,295 0,305 0,320 0,330 | 0,059 0,139 0,200 0,243 0,275 0,299 0,317 0,332 0,353 0,368 | 0,058 0,136 0,196 0,242 0,277 0,305 0,326 0,344 0,370 0,389 | 0,055 0,130 0,186 0,231 0,267 0,297 0,323 0,346 0,384 0,414 |
Обозначение, принятое в табл. 4.36: z – расстояние от верхней поверхности многолетнемерзлых грунтов до рассматриваемого уровня.
Среднее дополнительное давление p0 должно удовлетворять условию (З.8), при этом значение kf определяется по табл. З.3 в зависимости от толщины грунтовой прослойки под фундаментом hs и размеров подошвы а и b. Значение su определяется из испытаний образцов льда на одноосное сжатие при температуре Tm (п. 7.2.7) на уровне кровли льда.