Расчет осадки оснований и фундаментов при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II

Расчеты оттаивающих оснований по деформациям необходимо производить в пределах расчетной глубины оттаивания грунтов в основании сооружения за заданный срок его эксплуатации t_u с учетом развития зоны оттаивания во времени.

Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании сооружения следует определять на основании расчета теплового взаимодействия сооружения с многолетнемерзлым грунтом с учетом формы, размеров и теплового режима сооружения, температуры и теплофизических свойств грунтов основания.

Для простых по форме сооружений с равномерной по площади температурой, в том числе для заглубленных сооружений, расчетную глубину оттаивания грунтов в их основании Н допускается определять по рекомендуемому приложению И.

Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения) надлежит производить исходя из условия

s £ s_u, (7.1)

где s – совместная деформация основания и сооружения при оттаивании грунтов в процессе эксплуатации сооружения под воздействием собственного веса грунта и дополнительной нагрузки от сооружения в пределах расчетной глубины оттаивания Н, м (см);

s_u – предельно допустимое значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое согласно СП 22.13330, а для мостов – СП 24.13330, м (см).

Осадку при оттаивании можно разделить на две части. Первая часть, собственно осадка, или, точнее, просадка оттаивания, возникает за счет вытаивания льда. Вторая часть осадки – это осадка уплотнения, которая вызывается уменьшением пористости под действием собственного веса оттаявшего грунта и нагрузки от сооружения. Суммарная осадка может составлять от 2–5 см до 20–30 см на 1 м оттаявшей толщи, а для сильнольдистого грунта (льда больше 40%) осадка может быть еще больше. Малопросадочными являются лишь маловлажные пески и крупнобломочные грунты с песчаным заполнителем. Осадки грунтов под сооружением, как правило, неравномерные, во-первых, из-за неравномерного оттаивания, во-вторых, из-за различной льдистости грунта под сооружениями в пределах зоны оттаивания. Таким образом, осадку оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения основания следует определять по формуле (СП 25.13330):

s_i = s_th + s_p, (7.2)

где s_th – составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, м (см);

s_p – составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, м (см).

Составляющую осадки основания s_th, м (см), надлежит определять по формуле

, (7.3)

где n – число выделенных при расчете слоев грунта;

A_th,i и d_i – коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, кПа^–1 (см²/кгс), i-го слоя оттаивающего грунта, принимаемые по экспериментальным данным;

h_i – толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м (см),

s_zg,i – вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине i-го слоя грунта, кПа (кгс/см²), определяемое расчетом для глубины z_i от уровня планировочных отметок с учетом взвешивающего действия воды; взвешивающее действие воды при определении s_th следует учитывать для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже расчетного уровня подземных вод, но выше водоупора.

s_zg,i =gr_d,th,i [d+0,5(z_i+z_i–1)]×10^-6, (7.4)

где g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²,

r_d,th,i – плотность оттаявшего i –го слоя грунта кг/см²,

d – глубина заложения фундамента, м,

z_i – расстояние от подошвы фундамента до подошвы i-го слоя, м,

z_i-1 – расстояние от подошвы фундамента до кровли i-го слоя, м.

Коэффициенты оттаивания A_th и сжимаемости оттаивающего грунта d надлежит устанавливать, как правило, по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом по методике ГОСТ 23253–78. Если значения A_th и d получены по данным лабораторных испытаний грунтов, то расчетные значения их при определении осадок оттаивающего основания следует умножать на поправочный коэффициент k_i = 1 + Di_i, где Di_i разность между суммарной льдистостью i-го слоя грунта и льдистостью испытанного образца, взятого из этого слоя. Допускается вводить поправки за неполное смыкание макропор и набухание оттаивающего грунта, если это подтверждено экспериментальными данными.

Составляющую осадки основания, s_p, м (см), при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины следует определять по формуле

, (7.5)

где p_o – дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента, кПа:

p_o= p–gr_d,th××d×10^-6, (7.6)

где p – давление под подошвой фундамента с учетом его веса, МПа;

B – ширина подошвы фундамента, м;

k_h – безмерный коэффициент, определяемый по табл. 7.1 в зависимости от отношения z/b, где z – расстояние от подошвы фундамента до нижней границы зоны оттаивания или кровли непросадочного при оттаивании грунта, м;

d_i – коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта, кПа^–1;

k_m,i – коэффициент, определяемый по табл. 4.37 в зависимости от отношения z/B, где z – расстояние от подошвы фундамента до середины i-го слоя грунта, м (см);

k_i и k_i–1 – коэффициенты, определяемые по табл. 4.40 в зависимости от отношений а/b, z_i /B и z_i–1/B, где z_i и z_i–1 – расстояние от подошвы фундамента, соответственно до подошвы и кровли i-го слоя грунта, м (см).

Таблица 4.37

Коэффициенты k_m,i [8]

Таблица 4.38

Коэффициенты k [8]

Осадку основания s при предварительном оттаивании или замене льдистых грунтов до глубины h_b,th для уменьшения деформаций основания, а также в случаях, когда слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с многолетнемерзлым грунтом, следует определять по формуле

s = s_p,th + s_ad,

где s_p,th - осадка уплотнения предварительно оттаянного, замененного или естественного немерзлого слоя грунта толщиной h_b,th под воздействием веса сооружения, определяемая в соответствии со СП 22.13330.2011;

s_ad - дополнительная осадка основания при оттаивании многолетнемерзлых грунтов в процессе эксплуатации сооружения, определяемая по формуле ( ) для интервала глубин d_th - h_b,th, где d_th - расчетная глубина оттаивания грунта, считая от уровня планировки под зданием, устанавливаемая теплотехническим расчетом.

Глубину предварительного оттаивания или замены грунтов основания h_b,th следует устанавливать исходя из условия

s_p,th + s_ad £ s_u,

где s_u - предельно допустимая для данного сооружения осадка основания.

Осадку s свайных фундаментов из висячих свай, погруженных в предварительно оттаянные грунты, в том числе при их локальном оттаивании следует определять как для условного фундамента, границы которого принимаются согласно СП 24.13330.2011 . При этом следует учитывать возможность проявления отрицательных (негативных) сил трения по периметру условного фундамента или по поверхности отдельных свай, а также воздействие горизонтальных усилий на фундаменты в периферийных частях зоны оттаивания.

Пример расчета осадки ленточного фундамента на оттаивающем основании [6, 10]. Глубина заложения фундамента – 3м, ширина – В=1,0 и длина a=32м (рис. 7.1). Глубина оттаивания многолетнемерзлого грунта в месте расположения фундамента составляет 11м, что соответствует мощности сжимаемой зоны H_s=11–3=8м. давление под подошвой фундамента составляет p= 0,4 МПа. Грунты основания до глубины 5 м сложены среднезернистыми песками с плотностью r_d,th××=1700кг/м³, коэффициентом сжимаемости d =0,02 МПа^-1 и оттаивания A_th=0,01;ниже 5 метров – суглинками с r_d,th×=1800кг/м³, коэффициентом сжимаемости d=0,03 МПа^-1 и оттаивания A_th=0,016.

Разбиваем сжимаемую толщу H_s=8м (рис. 7.1) на 7 слоев исходя из условий:

– толщина слоя в верхней части разреза под фундаментом не должна быть более 0,4B (в нашем случае B=1,0, следовательно, толщина первого слоя 0,4·1,0=0,4м), далее по разрезу вниз толщина слоев постепенно увеличивается;

– в пределах слоя свойства грунтов должны быть постоянны.

Затем составлятся таблица (пример – табл. 7.3), в которую будут заноситься результаты промежуточных расчетов для выделенных слоев.

Определяется напряжение s_zg,i в середине каждого слоя по формуле 7.4:

s_zg,i=9,81·1700·[3,0+0,5·(0,4+0,0]·10⁶, МПа.

Рассчитывается первая часть осадки s_th,i

s_th,i=(0,01+0,02·0,053)·0,4=0,004 м.

Результаты заносятся в 9 и 10 колонки табл. 7.3.

По формуле 7.6 рассчитывается дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента

p₀=0,4–9,8·1700·3,0·19^-6=0,35 МПа.

Далее по табл. 7.1 определяем коэффициенты k_h и k_m,i изаносим их в 11 колонку табл. 7.3. Так как z/B=8/1=8, то k_h=1,0 и k_m,=1,35 для песка и 1,54 для суглинка.

По условию задачи L/B=32/1>10, в этом случае коэффициенты k_i и k_i–1 определяются по последней колонке по табл. 7.2. и результаты записываются в табл. 7.3 в 12 и 13 колонки.

Часть осадки за счет дополнительного давления на грунт от действия веса сооружения – s_p определяется по формуле 7.5 для каждого слоя и заносится в 14 колонку табл. 7.3, например для 1-го:

s_p=0,35·1,0·1,0·[0,02·1,35·(0,208-0,0)]=0,002м.

s_i = s_th + s_p =0,004+0,002=0,006 м.

s=0,006+0,006+0,009+0,010+0,009+0,014+0,028+0,066=0,139 м.

Таблица 4.39

Результаты промежуточных расчетов

• ⇐ Назад
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 141516
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• Далее ⇒