Основное отклонение характеризует рассеяние значений ряда распределений. Оно не зависит ни от генетической, ни от возрастной принадлежности обследуемого слоя грунта. Для приближенных расчетов количества проб грунта могут быть рекомендованы следующие значения допустимых основных отклонений: ρs -0,02 т/м3; для ρd - 0,07 т/м3; для w, wL и wp соответственно 4,5 и 3%. Существенно влияет на число n показатель точности определения εд. Чем точнее произведено исследование, тем меньше будет показатель εд. В зависимости от природы изучаемого явления показатель точности исследования считается достаточным, если он не превышает 3 - 5%. Рекомендуемые допустимые значения этого показателя, по А.А. Кагану, для ряда физических характеристик грунтов приведены в табл. 4. Значение показателя точности определения физических характеристик грунтов εд
Величины основных отклонений для исследуемого слоя грунта могут отличаться от значений, которые приведены выше. Поэтому в конкретных условиях число n должно уточняться в ходе исследований. 4.6. При оценке характеристик пучения следует различать два вида их прогноза - краткосрочный и долгосрочный. Краткосрочный прогноз предусматривает оперативное определение характеристик пучения с целью установления возможного влияния морозоопасности грунтов на конструктивный объект в предстоящий зимний период. Долгосрочный прогноз, предусматривает определение максимальных деформаций пучения, способных возникнуть при существующих условиях за длительный период эксплуатации сооружения. Эти значения могут предназначаться для учета пучинистых свойств грунтов как на конкретной строительной площадке, так и для района строительства в целом. При долгосрочном прогнозе исходные показатели подлежат обязательной статистической обработке. При этом для гражданских и промышленных сооружений согласно СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений рекомендуется задаваться следующей доверительной вероятностью (степенью надежности) при расчете оснований по несущей способности - 0,95; при расчете оснований по деформации - 0,85; для особо ответственных сооружений 1 класса - 0,99. Пример 3. При изысканиях под промышленное сооружение на стадии технического проекта исследован двухметровый слой суглинка, средняя влажность которого по определению 45 проб составила 25%. Определить для достоверной оценки данного показателя необходимое число проб n грунта на влажность при заданной степени надежности рассчитанное по формуле (53) основное отклонение σ составило 3%. Подставив полученные значения в формулу (52), найдем для характеристики влажности показатель точности определения ε: При влажности w = 25% показатель точности определения должен быть не более 1,2%. Таким образом, полученная по 45 пробам точность превышает табличную. Для выбора расчетного значения влажности в данном случае можно было бы ограничиться Назначение исходных данных при краткосрочном прогнозе4.7. При краткосрочном прогнозе характеристик пучения в первую очередь необходимо учитывать местные сведения об осенне-зимнем периоде обследуемой территории (погодные условия, режим увлажнения грунтов и т.п.), которые могут быть получены на ближайшей метеостанции на основании опыта местного строительства и проводимых ранее изысканий, а также в результате опроса населения. 4.8. Физические показатели грунтов допускается определить в летне-осенний период, предшествующий расчетному зимнему сезону. Лишь определение влажности грунтов, как правило, должно проводиться осенью или, как исключение, рассчитываться по данным разовых замеров в летний период с поправкой на осеннее увлажнение грунтов. Расчетное значение влажности определяется на основании обследования грунтов строительной площадки путем отбора проб из выработок, закладываемых в наиболее характерных точках площадки (на повышенных и пониженных участках, в углах проектируемого на площадке здания и т.п.). За расчетные значения w принимаются экспериментальные значения, полученные по ряду обследованных выработок, глубина которых назначается в зависимости от расчетной глубины промерзания и разновидности грунтов с учетом их обводнения грунтовыми водами. 4.9. Отбор проб грунта на влажность производится в выработках бороздковым методом, позволяющим охарактеризовать послойную влажность в пределах мощности слоя 20 - 25 см. Значение средней влажности w рассчитывается по формуле (54) где w1, w2, … , wi, … , wn - послойная влажность талого грунта в пределах сезоннопромерзающего слоя df; h1, ... , hn - мощность отдельных слоев талого грунта. Примечания: 1. В условиях влияния УПВ на грунты сезоннопромерзающего слоя глубина выработок для отбора проб на влажность увеличивается в соответствии с табл. 1, п. 3.14. 2. При наличии на площадке обследования подземных вод, уровень которых в предзимний период доходит до отметки, соответствующей более чем половине нормативного расстояния, указанного в табл. 1, и глубине сезонного промерзания df в качестве расчетного значения принимается влажность, соответствующая полному водонасыщению грунта. 4.10. Нормативная глубина сезонного промерзания df,n и расчетная температура поверхности грунта T0 определяются на основании климатологических данных районов обследования, а также данных ближайшей метеостанции в соответствии с рекомендациями пп. 3.34; 3.35; 3.40; 3.41; 3.43; 3.45. При наличии данных наблюдений за глубиной промерзания грунта в течение ряда лет и данных о средне зимних температурах воздуха за те же годы в качестве значений T0 и df,n принимаются данные того года, в котором отношение величин является максимальным. 4.11. При переходе от нормативной глубины промерзания грунта на оголенном от снега и дерна участке к глубине промерзания конструкции автомобильных дорог значение df,n умножается на коэффициент 1,2. При наличии на поверхности промерзающего грунта теплоизоляционного покрытия расчет параметров T0 и df,n производится в соответствии с рекомендациями п. 3.35. Назначение исходных данных при долгосрочном прогнозе4.12. При долгосрочном прогнозе характеристик пучения определение физических показателей, в частности расчетной влажности грунтов, следует производить в летне-осенний период после полного оттаивания грунтов, промерзающих в течение предшествующего зимнего сезона. При этом обследование грунтов строительной территории производится в соответствии с рекомендациями, приведенными в пп. 4.1 - 4.9. 4.13. Методика оценки расчетной (предзимней) влажности грунта при долгосрочном прогнозе основывается на том, что общее влагосодержание талого грунта в поверхностном слое ограниченной мощности df в любой момент летне-осеннего сезона может рассматриваться как функция осадконакоплений и испарения с поверхности грунта за определенный предшествующий период, длительность которого зависит от фильтрационных свойств исследуемого грунта. Согласно этому положению, значение расчетной влажности может быть определено по формуле где wn - средняя влажность грунта в пределах сезоннопромерзающего слоя df, полученная в результате проводимых в летне-осенний сезон изыскании; Ωe - расчетное (по многолетним данным) количество осадков, выпавших за некоторый летний период te, предшествующий моменту проведения изысканий; Ω0 - расчетное (по многолетним данным) количество осадков, выпавших в предзимний (до установления отрицательных температур воздуха) период t0, равный по продолжительности периоду tе; ke - коэффициент, учитывающий различие в условиях испарения с поверхности грунта в периоды te и t0, рассчитываемые по многолетним данным: (56) где pе, p0 - среднее атмосферное давление соответственно за периоды te и t0; U0, Ue - средняя скорость ветра соответственно за периоды te и t0; ∆le, ∆l0 - средняя абсолютная влажность воздуха соответственно за периоды te и t0; ∆Ue(0), ∆le(0) - средние разности скорости ветра и влажности воздуха на двух уровнях в пределах 2 м от поверхности грунта соответственно за периоды te и t0. При некотором запасе надежности расчета влажности w значение коэффициента kE в формуле (55) может быть принято равным единице. Примечания: 1. Формула (55) справедлива при допущении, что поверхностный сток на строительной площадке в периоды te и t0 остается неизменным. 2. Испарение с поверхности грунта, как правило, уменьшается по мере приближения зимнего сезона. Продолжительность периода te определяется по формуле Te = (df/kф) ≤ 90 сут, (57) где kф - коэффициент фильтрации исследуемого грунта, м/сут. Значение te может быть ограничено 90 сутками, поскольку при малой водопроницаемости морозных грунтов (kф < df/90) процесс изменения его влажностного режима за счет инфильтрата осадков протекает настолько медленно, что за 3-месячный период не выходит за пределы слоя df. Ориентировочные значения te для отдельных видов грунта составляют: для супеси - 0,5 - 1 мес; для суглинка - 2 мес; для глины - 3 мес. Расчетные величины Ωe и Ω0 определяются по формуле (58) где - среднее количество осадков, выпавших соответственно в периоды te и t0 за n лет наблюдений; - нормированное отклонение количества осадков за периоды te и t0 от среднего значения при заданной степени надежности (см. п. 4.5); σ - основное отклонение (см. п. 4.5). Расчет искомых величин по изложенной схеме правомерен при достаточно большом числе справочных данных об осадках, составляющих непрерывный ряд не менее чем за 20 лет (n > 20). Располагая данными о количестве осадков за 10 - 20 лет, расчет Ωe и Ω0 производится в соответствии с критериями значимости при малом объеме наблюдений. В этом случае основное отклонение заменяется в расчете его оценкой σs, определяемой из дисперсии по формуле (59) где Ωe(0)i - количество осадков, выпавших соответственно в периоды te и t0 за i-тый год наблюдений. При этом в зависимости от принятой обеспеченности и числа лет наблюдений n нормированное отклонение находят по таблице значений доверительных показателей (табл. 5). Значения при заданной обеспеченности
4.14. Расчетная температура поверхности грунта T0, определяется на основе обработки многолетних (не менее чем за 10 лет) климатологических данных об отрицательных температурах воздуха района обследования по следующей формуле: (60) где ∑Tmi - сумма значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в i-том году; tni - число месяцев с отрицательной температурой воздуха в i-том году; n - число наблюдений (n > 10). 4.15. Нормативная глубина промерзания df.n определяется на основе обработки многочисленных (не менее чем за 10 лет) данных о промерзании грунтов района обследования, а при их отсутствии - теплотехническим расчетом или по указаниям п. 3.40 с введением в расчетные формулы значения (см. п. 4.14). При наличии данных наблюдений за глубиной промерзания грунта dfx в течение ряда лет (в крайнем случае, за один год), а также данных о среднезимних температурах воздуха за те же годы, значение df.n может быть определено по формуле (61) где dfx - средняя глубина промерзания за ряд (x) лет (или, в крайнем случае, за один год) ; Tx - средняя за тот же ряд (х) лет наблюдений среднезимняя температура воздуха; - средняя многолетняя за n лет наблюдении (n = 10 - 20) среднезимняя температура воздуха; - нормированное отклонение, определяемое по данным табл. 4; σs - оценка основного отклонения, определяемая по формуле (62) здесь Toi - среднезимняя температура воздуха за i-тый год наблюдений. 4.16. Долгосрочный прогноз температуры поверхности и глубины промерзания грунта под стационарными слоями теплоизоляции и покрытиями автомобильных дорог производится с использованием расчетных параметров пп. 4.14 и 4.15 в соответствии с рекомендациями пп. 3.55 и 4.11. 5. ПРОГНОЗ ХАРАКТЕРИСТИК МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ РАСЧЕТОМ
|
h, м |
0,0 - 0,4 |
0,4 - 0,8 |
0,8 - 1,2 |
1,2 - 1,6 |
1,6 - 2,0 |
2,0 - 2,4 |
wL, % |
30,9 |
31,1 |
32,7 |
33,7 |
35,6 |
35,8 |
При числе дней с отрицательной температурой за отмеченный период t = 208 и ∑T = 3348 средняя температура на поверхности грунта Td = T0 = -16,1°С. Остальные данные: wp = 27%; wL = 38%; Ip = 11%; ρs = 2,83 т/м3; ρd = 1,46 т/м3; wsat = 33,2%. Согласно табл. 2, получим: Tup = -2,5°С; η = 5; Kw(Tup) = 0,575. Тогда ww = 0,575×27 = 15,5%. По формулам п.п. 3.19 - 3.22 определим значения kb, wpr, wcr, It, Topt, wopt, wmg, kb = w/wsat = 33,3/33,2 = 1; wpr = 0,92wsat + 0,08ww(Tup) = 0,92×0,332 + 0,0124 = 0,318. При ехр(-2,8Ip) = 0,733 (см. рис. 3).
Определив по рис. 4 при w/wcr = l,31 и Tup/T0 = 0,155 значение ψ = 0,95, получим
Значение |Topt| < |T0|, следовательно, It = 1.
При w > wpr избыточное льдовыделение ief определим по формуле
ief = 0,09[w - ww(Tup)] + 1,09wmg = 0,09(0,333 - 0,155) + 1,09 - 0,0438 = 0,0637.
Пренебрегая усадкой грунта (-sf = 0), величина пучения, согласно формуле (71), будет равна:
При этом средняя интенсивность пучения составит:
Пример 5. Определять величину hf и среднюю интенсивность пучения при тех же условиях, что в примере 4, но при действии давления от нагрузки на поверхности грунта pi = 0,12 МПа.
Согласно опытным данным, коэффициент пористости ненагруженного грунта, равный e0 = (ρs/ρd) - 1 = 0,94, изменится на глубине 1 - 1,1 м при давлении от нагрузки pi до epi = 0,86. При этом изменится плотность скелета ρd и начальная влажность w грунта до значений ρpi и wpi. По формулам (41) и (42) при w = wsat определим ρpi и wpi:
Определив по рис. 4 при w/wcr = 1,2 и Tup/T0 = 0,155 значение φ = 1,04, найдем В соответствии с формулой (17) |Topt| < |T0|, отсюда It = 1. По формулам (73) и (74) определим значения wpr(pi) и Bpi:
Для оценки усадки грунта sf при пучении определим в соответствии с указаниями СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений нормативное значение модуля деформации E в зависимости от коэффициента пористости epi и показателя консистенции IL:
при epi = 0,86; IL = 0,31; E = 10,7 МПа (107 кгс/см2).
Тогда усадка грунта sf при пучении sr = l, согласно формуле (45), будет равна:
При wpi > wpr(pi), величина пучения hf, согласно формуле (72), будет равна:
Средняя интенсивность пучения при этом будет равна:
Пример 6. При тех же условиях, что в примерах 4 и 2, определить величину hf и среднюю интенсивность пучения грунта при устройстве теплоизоляционного покрытия на его поверхности.
Согласно расчетным данным, приведенным в примере 2, средняя температура поверхности и глубина промерзания грунта под теплоизоляцией соответственно равны: Tb = -6,4°С; dfb = 1,51 м.
Средняя предзимняя влажность грунта до глубины 1,6 м составит w = 32,l%.
В соответствии с п. 3.21 определим значения kb, ψ, ψt, Topt и It. kb = w/wsat = 32,1/33,2 = 0,97 при w/wcr = 32,1/25,3 = 1,27 и Tup/T0 = 2,5/6,4 = 0,39, согласно рис. 4, ψ = 0,98. Отсюда
Значение |Topt| > |Tb|, следовательно, It = -Tb/-Topt = -6 4/-8,2 = 0,78.
При значениях kb и It, меньших, чем в примере 1, очевидно w < wopt.
Определим значения wmg и ief по формулам (14), (70):
Пренебрегая усадкой грунта (-sf = 0), величина пучения hf, согласно формуле (71), составит
а средняя интенсивность пучения
Расчет характеристик пучения песчаных и крупнообломочных грунтов
5.12. Пучинистые свойства несвязных крупнозернистых грунтов оцениваются на основе предварительного выявления их гранулометрического состава, в зависимости от которого эти грунты в порядке возрастания их возможной морозоопасности подразделяются на следующие группы:
1) крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, гравелистые, крупно- и среднезернистые пески, не содержащие включении пылевато-глинистых фракций;
2) пески первой группы, содержащие включения пылевато-глинистых фракций;
3) пески мелкие и пылеватые, а также супеси с Ip < 2%;
4) крупнообломочные грунты преимущественно с пылевато-глинистым заполнителем.
В приведенных группах степень пучинистости грунтов возрастает по мере увеличения в их состава пылевато-глинистых фракций.
5.13. Грунты первой группы п. 5.12 относятся к неморозоопасным грунтам. Как уже отмечалось (см. п. 3.3), лишь при залегании их в условиях замкнутого объема, где невозможен беспрепятственный отток воды из промерзающего массива, эти грунты переходят в категорию слабопучинистых грунтов. Если при этом минеральные частицы не испытывают взвешивающее действие воды, максимальное значение модуля пучения mf, соответствующее полной влагоемкости грунта (ief = 0,09wsat), определяется по формуле
(79)
5.14. Грунты последних трех групп п. 5.12 в зависимости от содержания в них пылевато-глинистых фракций, обусловливающих количество связанной воды, могут быть как морозоопасными, так и неморозоопасными грунтами. Поэтому прежде чем делать количественную оценку пучения таких грунтов, необходимо определить их критерий дисперсности Д (п. 5.15), на основании которого устанавливается принадлежность грунта к категории морозоопасных.
5.15. Способность грунта к связыванию количества влаги, необходимого для развития процесса пучения, может быть выражена через капиллярный потенциал, пористость и интегральную поверхность частиц в единице объема грунта. В обобщенном виде эти показатели представляют собой критерий морозоопасности грунта по степени дисперсности (критерий дисперсности) Д, определяемый по формуле
где σ - удельная поверхностная энергия [поверхностное натяжение (σ = 0,77·10-2 кг/м (0,077 г/см)]; k - коэффициент пропорциональности, равный 10-10; e - коэффициент пористости талого грунта; - плотность воды, ρw = 1000 кг/м3 (1 г/см3); d0 - средний диаметр частиц (агрегатов) грунта, м, определяемый по формуле
d0 = (p1/dl + p2/d2 + ... + pi/di)-1, (81)
где p1, p2, ..., pi - процентное содержание отдельных фракций грунта, доли единицы; dl, d2, ..., di - средний диаметр частиц отдельных фракций, м. В практических расчетах диаметры отдельных классифицированных фракций определяются по их минимальным размерам, умноженным на коэффициент 1,4. За расчетный диаметр последней наименьшей фракции принимается ее максимальный диаметр, деленный на коэффициент 1,4.
Граница перехода неморозоопасной системы в морозоопасную соответствует значению критерия дисперсности Д = 1.
При Д < 1 грунты относятся к неморозоопасным; пучение их возможно лишь в частном случае, отмеченном в п. 5.13.
При 1 < Д < 5 грунты относятся к слабопучинистым; модуль пучения их составляет не более 3,5 см/м промерзающего грунта.
При Д >5 грунты относятся к последующим, более высоким степеням морозоопасности; пучинистые свойства таких грунтов подлежат дополнительным расчетам.
Примеры расчета.
Пример 7. Оценить степень морозоопасности природного кварцевого песка из г. Надыма, имеющего коэффициент пористости e = 0,45¸0,7 и следующий гранулометрический состав:
Размер частиц |
Песок |
Пыль |
Глина |
отдельных фракций, мм . . . . |
< 0,1 |
< 0,05 |
< 0,005 |
Количество частиц, % . . . . . . |
10 |
3 |
0 |
В соответствии с рекомендациями п. 5.15 определим средний размер частиц отдельных фракций:
d1(> 0,1) = 0,1·1,4 = 0,14·10-3 м;
d2(> 0,05) = 0,05·1,4 = 0,07·10-3 м;
d3(< 0,05) = 0,05:1,4 = 0,035·10-3 м.
По формуле (81) рассчитаем средний диаметр песка d0:
Критерий дисперсности составит тогда, согласно формуле (80), при
при e =0,7 Д = 1,8
Следовательно, по расчету надымский песок относится к слабопучинистым грунтам (mf = 3,5). По экспериментальным данным ЛенЗНИИЭП значения модуля пучения этого песка достигают 1,2 - 2,5 см/м.
Пример 8. Минимальное содержание мелкозема, при котором наблюдается пучение элювиальных крупнообломочных грунтов Урала, составляет 5%. Если принять средний размер частиц мелкого заполнителя 0,01 мм, а крупных фракций 1 мм, то при их процентном соотношении 5:95 и минимальной пористости n = 0,3 (e = 0,43) критерий дисперсности
что подтверждают данные экспериментальных исследований.
5.16. Характеристики пучения морозоопасных крупнозернистых грунтов, имеющих Д > 5, рассчитываются с учетом так называемого "буферного эффекта" свободной воды, заключающегося в ее отжатии от границы промерзания в подстилающие слои талого грунта вследствие высоких фильтрационных свойств и малой влагоудерживающей способности песчано-гравелистых частиц. Учет "буферного эффекта" сводится к оценке количества влаги wy, удерживаемой скелетом грунта и вводимой в расчет вместо начальной влажности w. Являясь переменным значением, величина wy зависит от давления, возникающего в промерзающем грунте при кристаллизации воды.
В песчаных грунтах вся нагрузка воспринимается непосредственно их скелетом. Учитывая, однако, что в грунтах последних трех групп п. 5.12 находится то или иное количество пылевато-глинистого заполнителя (мелкозема), с некоторым допущением можно считать, что давление будет восприниматься как песчаными частицами, так и гидратными оболочками тонких фракций. Поэтому при свободной (незагруженной) поверхности водонасыщенного несвязного грунта
wy1 = wpi(pg) при pg = ρsdf, (82)
где wy1 - расчетное значение количества влаги, доли единицы, удерживаваемой скелетом несвязного грунта при действии давления, равного pg, МПа (кгс/см2); df - глубина промерзания грунта, м.
При действии внешней нагрузки pi на грунт
wy2 = wpi(pg,pi) при p(g,pi) = pg + pi, (83)
где wy2 - расчетное значение количества влаги, доли единицы, удерживаемой скелетом несвязного грунта при действии давления от грунта ph и внешней нагрузки pi, МПа (кгс/см2).
5.17. Изменение влажности крупнозернистых грунтов в процессе их уплотнения нагрузкой невозможно установить непосредственно опытом, поскольку в момент снятия нагрузки с испытываемого образца объем пор грунта увеличивается и быстро поглощает воду из чаши, в которой находится образец. Если же воду слить перед снятием нагрузки, то вода вытекает из пор грунта. Поэтому определение значения wpi для крупнозернистых грунтов (как и для других видов грунтов) может быть произведено по результатам изменения деформаций образца грунта при компрессионном испытании на основе оценки соответствующего коэффициента пористости epi, определяемого по формуле Н.А. Цытовича
(84)
при e = (ρs/ρd) - 1; ρd = ρ/(1 + w),
где l0 - начальная высота образца; ∆li - полная осадка образца в компрессионном приборе при данной ступени загружения pi, измеренная от начала загружения.
Значение wpi определяется по формуле (42) п. 3.48. Образцы грунта приготовляются к лабораторным испытаниям по обычной методике. Если испытанию подвергаются крупнообломочные грунты, то частицы размером более 10 - 20 мм заменяются в них по весу более мелкими частицами (3 - 5). Давление на грунт дается ступенями до конечной заданной нагрузки pg или pk = pg,pi + 0,05 МПа.
5.18. Характеристики пучения hf и крупнозернистых грунтов 2 - 4 групп п. 5.12 рассчитываются по формулам (68), (69) на основе оценки количества и качественных признаков мелкозема, принимаемого как некоторый эквивалент глинистого грунта. Учитывая, однако, что крупнозернистые грунты обладают малой сжимаемостью, особенно при достаточно высокой начальной плотности (e < 0,7¸0,8), в условиях отсутствия внешней нагрузки усадкой их можно пренебречь (-sf = 0). Тогда формула расчета величины пучения примет вид:
5.19. Избыточное льдовыделение ief крупнозернистых грунтов 2 - 4 групп п. 5.12 определяется в зависимости от их расчетного начального влагосодержания wy1, wy2, параметров пористости wpr1, wpr(pi)2, включающих начальную плотность ρd, ρpi, и наличия внешней нагрузки на промерзающий грунт. При этом в качестве исходных данных расчета удельного миграционного влагонакопления в промерзающем грунте принимаются физические свойства (wp, Ip и др.), температурные параметры (Tup, T0 и др.) мелкозема, к которому относятся частицы крупнозернистого грунта размером менее 0,25 мм.
5.20. Расчет избыточного льдовыделения ief и величины пучения hf промерзающего крупнозернистого грунта в условиях отсутствия внешней нагрузки производится по следующим двум схемам:
I. При
wy1 > wpr, pi = 0
ief = 0,09[wy1 - ww(Tup)] + 1,09wmg(m), (86)
где
(88)
при
(89)
где wy1 - расчетное начальное влагосодержание крупнозернистого грунта, доли единицы, определяемое в соответствии с п. 5,16; wmg(m) - средняя миграционная влажность мелкозема, к которому относятся частицы грунта размером менее 0,25 см, доли единицы; ww(Tup); ww(T0) - содержание незамерзшей воды в мелкоземе соответственно при значениях температуры 0,5Tup и 0,5T0, определяемой согласно п. 3.18; β - коэффициент, учитывающий пористость крупнозернистого грунта, приходящуюся на мелкозем; pm - процентное (по массе) содержание мелкозема в крупнозернистом грунте, доли единицы; wcr - критическая влажность мелкозема, доли единицы, определяемая по формуле (13) п. 3.20 при Ip ≥ 2% и принимаемая равной ww при 0 ≤ Ip < 2%, где wmn - максимальная молекулярная влагоемкость; Tup - температура прекращения пучения мелкозема, принимаемая при Ip ≥ 2% по табл. 2 или по 5.4. при 0 ≤ Ip < 2% Tup = 1°С; η - параметр, определяемый при Ip ≥ 2% в соответствии с пластичностью мелкозема по формуле (18) п. 3.21 или по табл. 2, а при 0 ≤ Ip < 2% принимаемый равным η/wp - 17 - 25 (в среднем 20).
Остальные параметры те же, что в п. 5.17.
Примечание. При 0 ≤ Ip < 2% содержание незамерзшей воды в крупнозернистом грунте может быть принято равным нулю.
Величина пучения по первой расчетной схеме (wy1 > wpr; pi = 0) определяется в соответствии с формулами (85) и (86).
5.21. Более широко распространено пучение крупнозернистых грунтов применительно ко второй расчетной схеме:
II. При
(91)
где wy1, ψt1, Bm1, wpr - те же параметры, что в формулах (87) - (90).
По второй расчетной схеме величина пучения определяется из выражения
(92)
5.22. Расчет избыточного льдовыделения ief и величины пучения hf в условиях действия внешней нагрузки на промерзающий крупнозернистый грунт производится по следующим двум схемам в соответствии с изменением физических свойств грунта:
III. При
Здесь
(94)
(95)
при
(96)
где индекс pi у параметров указывает на их зависимость не только от ph, , но и от pi (пп. 3.16, 3.17) , причем значение ρpi определяется по формуле (41).
Следует подчеркнуть, что для крупнозернистых грунтов, имеющих жесткий скелет, содержите воды в грунте, особенно при неполном насыщении пор водой, не влияет на характер компрессионной кривой (грунт с разным содержанием воды может иметь один и тот же коэффициент пористости). Поэтому значение epi может быть определено только на основании вышеуказанной методики (см. п. 5.17).
Величина пучения в условиях wy2 > wpr(pi)2; pi ≠ 0 с учетом усадки промерзающего грунта sf [формулы (45), (46)] определяется по формуле
(98)
5.23. При действии внешней нагрузки на промерзающий крупнозернистый грунт (pi ≠ 0) в условиях его водонасыщения wy2 ≤ wpr(pi)2 избыточное льдовыделение и величина пучения определяются по следующей схеме с учетом усадки грунта sf [формулы (45), (46)].
IV. При
(99)
где wy2, ψt(pi)2, Bm2, wpr(pi)2 - те же параметры, что в формулах (93) - (97).
Величина пучения определяется из выражения
(100)
Расчет характеристик пучения неоднородных по составу переслаивающихся грунтов
5.24, При наличии на площадке изысканий в пределах сезоннопромерзающего слоя песчано-гравелистых и глинистых грунтов расчет характеристик пучения многослойной толщи производится раздельно для каждого конкретного вида грунта.
В качестве исходных данных расчета принимаются:
а) характеристики, определяемые на основе результатов наблюдений и оценки физических свойств грунтов, а именно:
нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn;
время промерзания грунтов t0 ,
температурный режим и средняя зимняя температура у поверхности грунта T0;
осредненные физические характеристики отдельных видов грунтов в послойном залегании;
б) параметры, определяемые расчетом, в том числе средние расчетные температуры промерзания отдельных видов грунта, выявляемые графоаналитическим методом.
5.25. Для оценки расчетной температуры промерзания отдельных видов (или слоев) грунта в координатах "сумма градусо-суток - время" строится кумулятивная кривая отрицательных температур воздуха за зимний период (см. рис. 8), по которой определяется средняя зимняя температура промерзания грунтов T0:
T0 = ∑Tn/tn, (101)
где ∑Tn - сумма градусо-суток отрицательных температур воздуха за зимний период tn = t0.
Исходя из прямолинейного распределения температуры в мерзлом грунте, средняя температура T'i - , характеризующая количество незамерзшей воды в каждой грунтовой разности (или отдельном слое грунта), будет равна:
T'i = T0(1 - dfi/df), (102)
где T'i - средняя температура мерзлого грунта в слоях 1, 2, ..., i; dfi - расстояние от поверхности грунта до середины i-го слоя.
Сумма градусо-суток, соответствующая сезоннопромерзающему слою грунта dfn, может быть представлена выражением
где α0 - теплофизический коэффициент, определяемый из выражения (103) и принимаемый постоянным при промерзании грунтов в пределах слоя dcn, сут/м2; iic - среднее количество воды, кристаллизующейся в единице объема грунта в пределах слоя dfn, доли единицы; wi - средняя влажность грунта в пределах отдельных слоев (1, 2, ..., i, n) , доли единицы; ww(T'i) - количество незамерзшей воды (доли единицы) в грунте отдельных слоев (1, 2, ..., i, n); ww(T'i) определяется в соответствии с данными п. 3.18; dfi - мощность отдельных слоев грунта, см.
Полученные данные позволяют определить суммы градусо-суток ∑Ti, соответствующие промерзанию грунта отдельных слоев. Так, для первого верхнего слоя (считая от поверхности грунта)
(104)
для верхних двух слоев -
(105)
и т.д.
Расчетные значения суммы градусо-суток (∑T1, ∑T2 ,..., ∑Tn) будут соответствовать на кумулятивной кривой определенным точкам a, b, c. Если по оси ординат отложить значения слоев df1, df2, dfn, как это показано на рис. 8, и провести из точек a, b, c линии, параллельные оси ординат, то точки пересечения с осью абсцисс дадут периоды времени промерзания отдельных слоев грунта (t1, t2, tn), а точки пересечения с отметками залегания слоев - кривую промерзания грунтов.
В периоды времени t1, t2, tn средняя температура поверхности грунта может быть определена из выражений:
для поверхностного слоя
для слоя df2 и последующих нижележащих слоев
(107)
Зная значения температуры поверхности в отдельные периоды, оценка расчетных температур (T02, T03, T0n) при послойном промерзании грунтов, за исключением температуры поверхностного слоя T01 [см. формулу (106)], может быть определена из выражения
(108)
5.26. Оценка характеристик пучения отдельных видов или слоев грунта производится согласно методикам, приведенным в пп. 5.5 - 5.23, причем вместо значений df и T0 для каждого вида грунта принимаются соответственно мощность его слоя (df1, df2, ..., dfn) и расчетная температура промерзания (T01, T02, …, T0n).
Расчет интенсивности пучения по глубине слоя промерзающего грунта
5.27. Рассмотренные выше методы расчета интенсивности пучения дают представление лишь о среднеинтегральном ее значении для слоя промерзающего грунта в целом. Между тем при решении ряда задач, связанных с назначением глубины заложения фундаментов, и проведением противопучинных мероприятий, направленных на предупреждение морозных деформаций грунтов или уменьшение его силовых воздействий на фундаменты и конструкции сооружений, нередко возникает необходимость оценки фактической интенсивности пучения по глубине слоя промерзающего грунта. Наличие информации о смещениях промерзающего грунта на различных глубинах в условиях управления временем, температурой и глубиной промерзания грунта посредством назначения теплоизоляционных покрытий его поверхности или иных мероприятий позволяет уменьшить пучение до допустимых размеров или вовсе его устранить
5.28. Непосредственно определить расчетом фактическую интенсивность пучения практически невозможно, поскольку изменение ее по глубине промерзающего слоя подчиняется сложному закону и в каждом конкретном случае имеет свои особенности, зависящие от переменности многочисленных факторов.
Экспериментальные или расчетные данные о величинах hf и df позволяют получить осредненную по глубине интенсивность пучения , которая в соответствии с формулой (68) графически представляет прямоугольную эпюру рис. 9, 0, a, b, c, ограниченную прямой ab, проведенной параллельно оси ординат (df).
Рис. 9. Графическое построение эпюры интенсивности пучения грунта
1) - связь между средней и фактической эпюрами для сезоннопромерзающего слоя грунта в целом; 2) - построение фактической эпюры по данным о послойном пучении грунта
Если на график нанести фактическую эпюру интенсивности пучения, ограниченную кривой 0, a', b', c', c, то заштрихованные части площадей этой эпюры, лежащие справа и слева от прямой ab, будут равновелики между собой. В этом смысле связь между средней и фактической fi, интенсивностью пучения может быть выражена уравнением
из которого следует, что площади обеих эпюр равновелики и равны значению hf. Поэтому для расчетной оценки значения fi можно воспользоваться методом дифференциации значения , в соответствии с которым определяются средние интенсивности пучения отдельных слоев df1, df2, dfi, промерзающего грунта, а по их значениям графически выявляется фактическая интенсивность пучения для всего сезоннопромерзающего слоя df.
5.29. Определение средней интенсивности пучения в пределах отдельных элементов сезоннопромерзающего слоя df производится на основе исходных данных о послойной оценке физических свойств грунтов и степени его охлаждения в период промерзания t0 при соответствующей ему средней зимней температуре Т0 на поверхности грунта. При этом степень дифференциации средней интенсивности пучения будет зависеть от величины элементов, на которые расчленяется сезоннопромерзающий слой и для которых определяются указанные выше исходные данные
5.30. Методика прогноза фактической интенсивности пучения сводится к следующей расчетной схеме.
Сезоннопромерзающий слой df условно целится на ряд прослойков df1, df2, . . . , dfi, dfn, в которых определяется начальная влажность грунта - w1, w2, . . . , wi, wn, а при послойном изменении состава грунта - его пластичность и плотность.
На основе осредненных показателей физических свойств грунта по методам, изложенным в пп. 5.6 - 5.23, рассчитывается величина пучения hf всего сезоннопромерзающего слоя. Ее значение может быть представлено равенством
hf = hf1 + hf2 +...+ hfn = f1df1 + f2df2 +...+ fidfi +...+ fndfn, (110)
где hf1, hf2, . . . , hfn и f1, f2,..., fn - соответственно величины и интенсивности пучения промерзающего грунта в слоях мощностью df1, df2,..., dfn.
Если пренебречь деформациями промерзающего грунта за счет начального влагосодержания, которое в соответствии с основным условием пучения (пп. 2.4, 2.5) не выходит за пределы величины модуля слабопучинистых грунтов (mf ≤ 3,5 см/м), средняя интенсивность пучения в отдельных слоях составит
(111)
где в соответствии с п. 3.21:
Здесь в формуле (112) все параметры являются средневзвешенными величинами, отнесенными ко всему слою df, а в формуле (113) индексы 1, 2,..., i указывают на принадлежность параметров к определенным расчетным слоям df1, df2,..., dfi. Значения Tup(i) и ηi определяются в зависимости от вида грунта данного слоя по табл. 2 или по п. 5.1 и по формуле (18).
Примечание. При послойном изменении состава грунтов, имеющих значительные расхождения в плотности, значения параметров B0 и Bi в формулах (112) - (114) умножаются на плотность скелета, соответствующую данному слою грунта.
5.31. На основании полученных в п. 5.30 расчетных данных строится послойная эпюра интенсивности для всего сезоннопромерзающего слоя (см. рис. 9), на которую, согласно уравнению равных площадей (109), наносится огибающая кривая, характеризующая фактическую интенсивность пучения.
6. РАСЧЕТ МОРОЗООПАСНЫХ ОСНОВАНИЙ И ВОЗВОДИМЫХ НА НИХ
ФУНДАМЕНТОВ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Глубина заложения фундаментов
6.1. В соответствии со СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений обеспечение устойчивости и прочности зданий и сооружений, возводимых на морозоопасных основаниях, предопределяется решением следующих задач:
а) назначением глубины заложения фундамента с учетом предупреждения возможного промерзания и пучения грунтов основания под подошвой фундамента;
б) проверкой устойчивости и прочности фундамента на действие касательных сил пучения, возникающих в процессе промерзания и пучения грунта у боковой поверхности фундамента,
6.2. Глубина заложения фундаментов (от поверхности планировки) отапливаемых зданий и сооружений по условиям недопущения промерзания грунта и развития нормальных сил морозного пучения под подошвой фундамента (п. 2.12) для наружных стен и колонн назначается по указаниям СНиП но проектированию оснований зданий и сооружений
Глубина заложения фундаментов согласно табл. 6 назначается для зданий и сооружений, не допускающих вертикальных перемещений и рассчитываемых по первому предельному состоянию (по устойчивости).
Глубина заложения фундаментов из условий возможности пучения промерзающих грунтов основания*
№ пп |
Вид и критерий** оценки морозоопасности грунта |
Расстояние от поверхности планировки до уровня подземных вод в период промерзания грунта*** |
Глубина заложения фундамента |
1 |
Скальные, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние без пылевато-глинистых фракций |
Любое |
Не зависит от расчетной глубины промерзания |
2 |
Крупнообломочные грунты и все виды песков, включая пылеватые при D < 1 |
'' |
Не зависит от расчетной глубины промерзания |
3 |
Крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые, супеси с Ip < 2% при 1 < D < 5 |
Превышает расчетную глубину промерзания на 1,5 м и более |
Не менее 0,5 расчетной глубины промерзания |
4 |
Крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при D > 1 |
Меньше расчетной глубины промерзания или превышает ее не более чем на 1,5 м |
Не менее расчетной глубины промерзания |
|
|
|
|
5 |
Супеси, суглинки, глины при wpr ≥ w > wcr |
Превышает расчетную глубину промерзания в супесях, суглинках и глинах соответственно на 1,5; 2,5; 3,5 м |
Не менее 0,5 расчетной глубины промерзания |
6 |
Супеси, суглинки, глины при wpr < w |
Любое |
Не менее расчетной глубины промерзания |
*Действие нагрузки от сооружений на пучинистые свойства грунта данными таблицы не учитывается.
**Приведенные в табл. критерии D, wpr, wcr определяется в соответствии с рекомендациями пп. 3.19; 3.20; 5.15
***При оценке глубины залегания уровни подземных вод необходимо учитывать сезонные и многолетние его колебания, а также возможность его повышения или понижения, связанные с проведением технический и мелиоративных мероприятий (водопроводная и канализационная сеть на площадке, дренаж и т.п.).
6.3. Для зданий и сооружений, приспособленных к вертикальным перемещениям или сохраняющих нормальные эксплуатационные качества при возникновении некоторых допустимых перемещений, промерзание грунтов под подошвой фундаментов допускается при определенных грунтовых условиях (см. п. 6.28). В этом случае глубина заложения фундаментов назначается расчетом (см. п. 6.29) исходя из проектирования сооружения по второму предельному состоянию (по деформациям).
Условия развития и оценка касательных и нормальных сил морозного пучения
6.4. Формирование напряженного состояния между фундаментом и морозоопасным грунтом начинается с момента их смерзания. Развитие касательных напряжений с увеличением площади смерзания грунта с боковой поверхностью фундамента обусловливает среднеинтегральное (суммарное) значение силы пучения Tk (п. 2.12), величина которой зависит от многих переменных: температуры, влажности (льдистости) и вида грунта, глубины и характера его промерзания и пучения, конфигурации, материала и состояния поверхности фундамента геокриологических условий и других факторов
6.5. При сезонном промерзании грунтов, как и при геокриологических условиях "несливающегося типа", момент достижения Tk максимального значения приурочен к 0,6 полного периода промерзания грунта с открытой поверхностью, что по времени соответствует наступлению минимальной (из среднемесячных значений) температуры воздуха и глубине промерзания грунта, равной ~0,8df - (где df - глубина сезонного промерзания).
После достижения максимума значение Tk уменьшается еще до наступления положительных температур воздуха
С началом весеннего протаивания грунтов в районах с суровыми климатическими условиями зимнего периода рост касательных напряжений продолжается в нижних горизонтах сезоннопромерзающего слоя при общей тенденции уменьшения значения Tk.
6.6. При геокриологических условиях "сливающегося типа" касательная сила пучения Tk достигает максимальном величины на момент прекращения пучения грунта, т.е. при значении dact (п. 3.42), соответствующем 0,6 - 0,7 мощности слоя протаивающего грунта.
6.7. Значение отнесенное к площади смерзания грунта с фундаментом Afh, характеризует расчетное значение удельной касательной силы морозного пучения τfh, определяемой по формуле
где χ - коэффициент, учитывающий геокриологические условия участка; при сезонном промерзании грунтов в условиях отсутствия или глубокого залегания вечномерзлых пород χ = 0,8; при смыкании промерзающего слоя с вечномерзлыми (или скальными) породами χ = 0,6 ÷ 0,7; k0 - коэффициент, учитывающий материал и состояние поверхности фундамента в пределах слоя промерзающего грунта; значение k0 принимается по табл. 7; τfhn - значение удельной нормативной касательной силы пучения, МПа (кгс/см2), определяемое в зависимости от степени морозоопасности грунта по табл. 8; Afh - расчетная площадь боковой поверхности фундамента, м2, находящейся в пределах расчетной глубины слоя сезонного промерзания - оттаивания грунта.
Значение коэффициента k0, учитывающего материал и состояние боковой поверхности фундамента
Материал фундамента и характер его боковой поверхности |
Значение k0 |
Деревянные свайно-столбчатые фундаменты с гладкой поверхностью |
1,0 |
Железобетонные и бетонные фундаменты с гладкой поверхностью |
1,15 |
Железобетонные и бетонные фундаменты с шероховатой поверхностью (выступы и впадины до 5 мм) |
1,2 - 1,25 |
Железобетонные и бетонные фундаменты с выступами и впадинами на поверхности до 20 мм |
1,25 - 1,7 |
Бутобетонные фундаменты и фундаменты из бутовой кладки, закладываемые без опалубки |
2.0 и более |
Опоры с металлическими поверхностями (без специальной обработки) |
0,8 |
Примечание. При наличии выступили на фундаменте следует ориентироваться на максимальное значение k0.
Значения удельной нормативной касательной силы пучения
Степень пучинистости промерзающего грунта |
Значение τfhn, МПа (кгс/см2, при глубине сезонного промерзания грунта, м |
||
до 1,5 |
до 2,5 |
более 2,5 |
|
Чрезмерно и сильнопучинистые |
0,13(1,3) |
0,1(1,0) |
0,08(0,8) |
Среднепучинистые |
0,1(1,0) |
0,08(0,8) |
0,06(0,6) |
Слабопучинистые |
0,08(0,8) |
0,06(0,6) |
0,04(0,4) |
Примечание. Для промежуточных глубин промерзания значение принимается по интерполяции.
6.8. Промерзание морозоопасного грунта под подошвой фундамента (или под трубопроводом) вызывает развитие нормальных сил пучения (п. 2.12), среднеинтегральное значение Nσ которых зависит от мощности слоя грунта, промерзающего под фундаментом (трубопроводом), его температуры, скорости пучения, а также площади подошвы фундамента. Значение Nσ возрастает пропорционально понижению температуры, увеличению мощности слоя и скорости пучения промерзающего грунта, а также уменьшению площади подошвы фундамента (или диаметра трубопровода).
6.9. Значение Nσ, отнесенное к площади подошвы фундамента характеризует значение расчетной нормальной силы пучения σ, кгс/см2, определяемой по формуле
(116)
где pr - среднее давление на подошву фундамента, МПа (кгс/см2) при действии сил пучения, определяемое согласно п. 6.10; ka - коэффициент, зависящий от площади подошвы фундамента и мощности слоя грунта dfz, промерзающего под фундаментом; значение ka определяется по рис. 10; kr - коэффициент, принимаемый для плоской формы подошвы фундамента равным 1; для круглой формы трубы kr = 0,64; Af - площадь подошвы отдельно стоящего фундамента, а для трубопроводов - проекции 1 м трубы на горизонтальную плоскость, м2
Рис. 10. Зависимость коэффициента ka от площади Af подошвы фундамента и глубины промерзания dfz под ним
6.10. Значение давления на подошву фундамента морозоопасного грунта pz, промерзающего под фундаментом (трубопроводом) на глубину dfz, определяется в зависимости от формы подошвы по следующим формулам:
при круглой форме
(117)
при квадратной форме
(118)
при прямоугольной форме
(119)
где a, b, r - соответственно стороны и радиус подошвы фундамента (или трубы), м; dfz - мощность слоя грунта, промерзающего под фундаментом (или трубой, считая от нижней образующей), м; σs - сопротивление смещению (сдвигу) мерзлого грунта, МПа (кгс/см2), относительно фундамента (трубы), вызванному собственно силами пучения на площади массива, превышающей площадь подошвы фундамента:
σs = kvfexp0,525Tdmin, (120)
где vf - средняя скорость пучения грунта (м/сут), промерзающего под фундаментом; vf определяется в соответствии с рекомендациями 5-го разд.; Tdmin - абсолютное значение минимальной температуры мерзлого грунта под фундаментом (°С), определяемое в соответствии с рекомендациями пп. 3.36 - 3.38; k - коэффициент соответствия, равный 200 МПа·м/сут·e°С.
Значения σs в зависимости от параметров vf и Tdmin приведены в табл. 9.
Значения сопротивления сдвигу мерзлого грунта σs·103, МПа, относительно фундамента
Значение минимальной температуры промерзающего грунта под подошвой фундамента Tdmin. |
Средняя скорость пучения грунта vf ·102, м/сут, промерзающего под подошвой фундамента |
|||||||||||||||
0,02 |
0,04 |
0,06 |
0,08 |
0,1 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,18 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
|
-0,6 |
5 |
11 |
16 |
22 |
27 |
33 |
38 |
44 |
49 |
55 |
68 |
82 |
96 |
110 |
123 |
137 |
-0,8 |
6 |
12 |
18 |
24 |
30 |
36 |
42 |
48 |
54 |
60 |
76 |
91 |
106 |
121 |
136 |
152 |
-1,0 |
7 |
13 |
20 |
27 |
34 |
40 |
47 |
54 |
60 |
67 |
84 |
101 |
118 |
135 |
152 |
169 |
-1,2 |
7,5 |
15 |
22 |
30 |
38 |
45 |
52 |
61 |
67 |
75 |
94 |
112 |
131 |
150 |
169 |
188 |
-1,4 |
8 |
16 |
25 |
33 |
41 |
50 |
58 |
67 |
75 |
83 |
104 |
125 |
146 |
167 |
188 |
208 |
-1,6 |
9 |
18 |
28 |
37 |
46 |
56 |
65 |
74 |
83 |
93 |
116 |
139 |
162 |
185 |
208 |
232 |
-1,8 |
10 |
20 |
31 |
41 |
51 |
62 |
72 |
82 |
93 |
103 |
128 |
154 |
180 |
206 |
231 |
257 |
-2,0 |
11 |
23 |
34 |
46 |
57 |
69 |
80 |
91 |
103 |
114 |
143 |
171 |
200 |
228 |
257 |
286 |
-2,2 |
13 |
25 |
38 |
51 |
63 |
76 |
89 |
101 |
114 |
127 |
158 |
190 |
222 |
254 |
286 |
317 |
-2,4 |
14 |
28 |
42 |
56 |
70 |
85 |
98 |
113 |
127 |
141 |
176 |
211 |
247 |
282 |
317 |
352 |
-2,6 |
15 |
31 |
47 |
62 |
78 |
94 |
109 |
125 |
141 |
156 |
195 |
235 |
274 |
313 |
352 |
391 |
-2,8 |
17 |
35 |
52 |
69 |
87 |
104 |
121 |
139 |
156 |
174 |
217 |
260 |
304 |
248 |
391 |
435 |
-3,0 |
19 |
38 |
58 |
77 |
96 |
116 |
135 |
154 |
174 |
193 |
241 |
289 |
338 |
386 |
434 |
483 |
-3,2 |
21 |
42 |
64 |
86 |
107 |
129 |
150 |
172 |
193 |
215 |
268 |
322 |
376 |
429 |
483 |
537 |
-3,4 |
24 |
47 |
72 |
95 |
119 |
143 |
167 |
191 |
215 |
238 |
298 |
358 |
417 |
477 |
536 |
596 |
-3,6 |
26 |
53 |
79 |
106 |
132 |
159 |
185 |
212 |
238 |
265 |
331 |
397 |
463 |
530 |
596 |
662 |
-4,0 |
33 |
65 |
98 |
131 |
163 |
196 |
229 |
261 |
294 |
327 |
408 |
490 |
572 |
653 |
735 |
817 |
-4,2 |
36 |
72 |
109 |
145 |
181 |
218 |
254 |
290 |
327 |
363 |
454 |
544 |
635 |
726 |
816 |
907 |
-4,4 |
40 |
81 |
121 |
161 |
201 |
242 |
282 |
322 |
363 |
403 |
504 |
604 |
705 |
806 |
907 |
1007 |
-4,6 |
45 |
90 |
134 |
179 |
224 |
269 |
313 |
358 |
403 |
448 |
559 |
671 |
783 |
895 |
1007 |
1119 |
-4,8 |
50 |
99 |
149 |
200 |
249 |
298 |
348 |
398 |
447 |
497 |
621 |
746 |
870 |
994 |
1119 |
1243 |
-5,0 |
55 |
110 |
166 |
221 |
276 |
331 |
387 |
442 |
497 |
552 |
690 |
828 |
966 |
1104 |
1242 |
1380 |
-5,2 |
61 |
123 |
184 |
245 |
307 |
368 |
429 |
491 |
552 |
613 |
767 |
920 |
1073 |
1227 |
1380 |
1533 |
-5,4 |
68 |
136 |
204 |
272 |
341 |
409 |
477 |
545 |
613 |
681 |
852 |
1022 |
1192 |
1362 |
1533 |
1703 |
-5,6 |
76 |
151 |
227 |
303 |
378 |
454 |
5 30 |
605 |
681 |
757 |
946 |
1135 |
1324 |
1513 |
1702 |
1892 |
-5,8 |
84 |
168 |
252 |
336 |
420 |
504 |
588 |
672 |
756 |
840 |
1051 |
1261 |
1471 |
1681 |
1891 |
2101 |
-6,0 |
93 |
187 |
280 |
373 |
467 |
560 |
653 |
747 |
840 |
933 |
1167 |
1400 |
1634 |
1867 |
2100 |
2334 |
Примечание. Для промежуточных значений vf и Tdmin величина σs принимается по интерполяции.
Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения
6.11. Под условиями устойчивости фундамента в промерзающем морозоопасном грунте понимается равновесие сил, воспринимаемых грунтом через фундамент от внешней нагрузки (вместе с массой фундамента), и сил пучения, возникающих в зоне фундамента и противодействующих нагрузке от сооружения и сил заанкеривания фундамента в подстилающих мерзлых или талых грунтах.
6.12. Расчет устойчивости фундамента, закладываемого на расчетную глубину, нормированную табл. 6. производится исходя из возможности действия касательных сил пучения, величина которых устанавливается специальными исследованиями, а при их отсутствии - расчетом.
6.13. Определение касательных сил пучения расчетом производится на основании данных исследования грунтов строительной площадки, а также выявления характеристик промерзания и пучения грунтов.
6.14. В соответствии с условиями устойчивости фундаментов всех типов расчет их на воздействие касательных сил пучения производится согласно указаниям главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов па вечномерзлых грунтах по формуле
где τfh - расчетное значение удельной касательной силы пучения, определяемое по формуле (115); Afh - расчетная площадь боковой поверхности фундамента, м2, находящейся в пределах расчетной глубины слоя сезонного промерзания - оттаивания; F - расчетная постоянная нагрузка на фундамент. МН, определяемая с коэффициентом 0,9; Fr - расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие смерзания его с вечномерзлым грунтом Fr,af или трения его поверхности с талым грунтом Fr,f, МН; γc - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; γn - коэффициент надежности, принимаемый равным 1.
6.15. Расчетное значение силы Fr,f, МН (кгс), удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его поверхности с талым грунтом, определяется по формуле
где Rfj - расчетное сопротивление талого грунта сдвигу по боковой поверхности фундамента, МПа (кгс/см2) в j-том слое принимаемое согласно указаниям главы СНиП II-17-77; Afj - площадь вертикальной поверхности (фундамента, м2, ниже отметки промерзания; значение Afi для свай и столбов без анкерной плиты принимается равным произведению толщины j-го слоя на периметр их сечения, для фундаментов с анкерной плитой - произведению j-го слоя на периметр анкерной плиты; n - число слоев.
6.16. Расчетное значение силы Fr,af, МН (кгс), удерживающей фундамент от выпучивания за счет смерзания его с вечномерзлым грунтом, определяется но формуле
(123)
где Raf,j - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания, МПа (кгс/см2), в j-том слое, принимаемое по табл. 10; Aaf,j - площадь вертикальном поверхности смерзания, м2, расположенной в j-том слое; значение Aaf,j определяется так же, как Af,j в формуле (122).
Расчетное сопротивление мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхности смерзания
Наименование грунта |
Значение Raf, МПа (кгс/см2), при температуре грунта, °С |
|||||||||
-0,3 |
-0,5 |
-1 |
-1,5 |
-2 |
-2,5 |
-3 |
-3,5 |
-4 |
-6 |
|
Песчаные |
0,05 |
0,08 |
0,13 |
0,16 |
0,2 |
0,23 |
0,26 |
0,29 |
0,33 |
0,38 |
(0,5) |
(0,8) |
(1,6) |
(1,6) |
(2,0) |
(2,3) |
(2,6) |
(2,9) |
(3,3) |
(3,8) |
|
Глинистые включая пылеватые |
0,04 |
0,05 |
0,1 |
0,13 |
0,15 |
0,18 |
0,2 |
0,23 |
0,25 |
0,32 |
(0,4) |
(0,5) |
(1) |
(1,3) |
(1,5) |
(1,8) |
(2) |
(2,3) |
(2,5) |
(3,2) |
Примечание. Значение Raf при смерзании грунта с металлически ми поверхностями (если эти поверхности специально не обработаны) принимаются с коэффициентом 0,7.
6.17. При применении столбчатых фундаментов опорно-анкерного типа расчет сил, удерживающих фундамент от выпучивания, определяется в соответствии с рекомендациями п 7.19
6.18. При необходимости заложения фундаментов в пределах сезоннопромерзающего слоя устойчивость сооружения в условиях промерзания морозоопасных грунтов под подошвой фундамента обеспечивается при совместном учете касательных и нормальных сил пучения. В этом случае расчет отдельно стоящих фундаментов по устойчивости на воздействие касательных и нормальных сил пучения производится по формуле
(τfhAfh + σAf) ≤ F, (124)
где σ, Afh, Af, F - те же обозначения, что в пп. 6.9 - 6.14.
6.19. Проверка всех типов заанкеренных фундаментов на прочность при действии касательных сил пучения производится в соответствии с главой СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах по формуле
Ffh = τfhAfh - F, (125)
где Ffh - расчетное усилие, разрывающее заанкеренный фундамент; τfh, Afh, - те же обозначения, что в п. 6.14.
Обеспечение устойчивости малонагруженных свайно-столбчатых фундаментов
6.20. Назначение обоснованных значений сил пучения для фундаментов транспортных сооружений нередко бывает затруднительно по причине большой протяженности трассы, изменение природной обстановки на которой требует для каждого обследуемого района индивидуального решения противопучинной устойчивости сооружения. Особенно это касается сооружений с малонагруженными и непогруженными фундаментами (опоры мостов, эстакад, контактной сети, мачт линий электропередачи, трубопроводов и др.). Для этих сооружений основным условием устойчивости фундаментов, обеспечивающим противодействие касательным силам пучения, является заложение фундаментов на достаточно безопасную, в смысле выпучивания, глубину.
6.21. В зависимости от глубины заложения ненагруженного свайно-столбчатого фундамента в талых грунтах основания его устойчивость сохраняется до определенной глубины промерзания морозоопасного грунта, ниже которой касательная сила пучения будет превосходить по величине силу заанкеривания фундамента.
Зависимость глубины заложения свай d в чрезмерно пучинистых талых грунтах от мощности слоя промерзшего грунта df, соответствующей нарушению равновесного состояния фундамента, показывает (рис. 11), что устойчивое положение сваи сохраняется, если обеспечивается условие
(126)
Рис. 11. Зависимость глубины заложения свайно-столбчатых фундаментов d от мощности слоя промерзающего пучащегося грунта df, при которой наступает их выпучивание
6.22. Безопасная глубина промерзания любого пучинистого грунта d0, при которой сохраняется условие предельного равновесия свайного фундамента в талых грунтах (без учета массы фундамента и нагрузки), определяется уравнением
d0 = (d/4,4)2,15, (127)
где d - глубина заложения свайно-столбчатого фундамента в талом грунте, считая от его поверхности планировки
6.23. Устойчивость ненагруженного свайно-столбчатого фундамента в вечномерзлых грунтах может быть обеспечена, если в условиях сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии глубина заложения в них фундамента будет соответствовать удвоенному расчетному значению слоя сезонного оттаивания.
Расчет оснований и фундаментов по деформациям промерзающих морозоопасных грунтов
6.24. Опыт эксплуатации отдельных видов зданий и сооружений показывает, что при определенных грунтовых условиях строительной площадки и конструктивных особенностях возводимых сооружений последние в процессе эксплуатации способны претерпевать некоторые перемещения под воздействием сил пучения, сохраняя при этом свои нормальные эксплуатационные качества.
На основании этого опыта, а также исходя из технико-экономических соображений в ряде случаев представляется возможным проектировать фундаменты сооружений на морозоопасных основаниях не только по устойчивости стабильного положения сооружения, как этого требует глава СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах, но и по их допустимым деформациям от пучения промерзающих грунтов, т.е. по второму предельному состоянию. Проектирование сооружений по деформациям позволяет уменьшать глубину заложения фундаментов по сравнению с нормативными ее значениями, предусмотренными СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений и п. 6.1 настоящего раздела.
6.25. Закладывать фундаменты в пределах слоя сезонного промерзания - оттаивания морозоопасных грунтов допускается в случаях, когда наряду с требованием п. 6.28 соблюдаются следующие условия:
а) возможные деформации пучения под фундаментом не нарушают нормальной эксплуатации здания или сооружения;
б) возникающие в результате неравномерного поднятия и опускания фундаментов дополнительные усилия в конструкциях зданий (сооружений) не изменяют условий, предусмотренных расчетом их по предельным состояниям согласно СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.
6.26. Заложение фундамента в пределах слоя промерзающего морозоопасного грунта неизбежно вызывает под фундаментом развитие сил пучения, в результате действия которых сооружение способно подвергаться вертикальным, нередко неравномерным перемещениям до предельного значения, равного величине пучения грунта, промерзающего под фундаментом. Поэтому при ограничении перемещений сооружения некоторой допустимой деформацией необходимо иметь представление о мощности слоя грунта основания под фундаментом, в пределах которого пучение не превышало бы заданной допустимой деформации для сооружения. На мощность этого слоя уменьшается глубина заложения фундамента при проектировании его в пределах сезонномерзлой толщи.
6.27. В условиях восприятия капитальными сооружениями малых деформаций заложение фундаментов по второму предельному состоянию в сильнопучинистых грунтах, характеризующихся высокой интенсивностью и неравномерностью пучения, как правило, не гарантирует сохранность сооружения, а вместе с тем и экономически не оправдано ввиду незначительною сокращения нормативной глубины заложения фундамента. Проектирование фундаментов по второму предельному состоянию в сильнопучинистых грунтах допускается лишь для одно двухэтажных зданий 3-го и 4-го класса, сохраняющих свою эксплуатационную пригодность при наличии относительно больших вертикальных перемещений при сезонном промерзании и оттаивании грунтов основания
6.28. Основным требованием, ограничивающим возможность использования морозоопасных грунтов в качестве оснований при проектировании сооружений по деформациям, является выбор строительной площадки со слабопучинистым или среднепучинистым грунтом, однородным по составу в плане площадки и по глубине сезоннопромерзающего слоя.
6.29. Расчет фундаментов по допустимым деформациям сооружений от морозного пучения грунтов основания, промерзающих ниже подошвы фундамента, производится исходя из следующих двух условий:
где su - предельно допустимое вертикальное перемещение (деформация) фундамента, принимаемое в зависимости от конструктивных особенностей сооружения численно равным 0,25 от предельных величин осадок, приведенных в соответствии со СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений или по табл. 11; hfz - расчетное вертикальное перемещение (деформация) промерзающего грунта под подошвой фундамента от действия сил пучения; - предельно допустимая деформация сооружения при неравномерном пучении грунта, определяемая по табл. 12; ∆hf/L - расчетная относительная неравномерность пучения грунта, промерзшего под подошвой фундамента, определяемая в соответствии с рекомендациями разд. 5.
Значения предельно допустимой величины совместных вертикальных перемещений морозоопасного грунта оснований и сооружений su.
Краткая характеристика конструктивных особенностей сооружений |
Величина предельною вертикального перемещения su·102, м |
|
максимальная |
средняя |
|
1. Промышленные и гражданские здания с каркасом: |
|
|
железобетонные рамы |
2 |
- |
стальные рамы |
3 |
- |
2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникает дополнительных усилий от неравномерных деформаций основания |
4 |
- |
3. Промышленные и гражданские здания без каркаса с несущими стенами из: |
|
|
крупных блоков, панелей и кирпичной кладки без армирования |
- |
2,5 |
крупных блоков и кирпичной кладки с армированием или железобетонными поясами |
- |
3,5 |
4. Сооружения ограниченных размеров в плане, отдельные или разделенные на независимые блоки на железобетонных ленточных и сплошных плитных фундаментах |
6 |
- |
Значение предельно допустимой деформации сооружения при неравномерном пучении грунта основания
Тип сооружения |
Краткая характеристика сооружения (или его эксплуатации) |
Значение деформации (∆s/L)u·102 |
Промышленно-гражданские здания и сооружения |
1. Промышленные и гражданские здания с каркасом: |
|
железобетонные с заполнением |
0,1 |
|
железобетонные рамы без заполнения |
|
|
стальные рамы с заполнением |
0,2 |
|
стальные рамы без заполнения |
0,4 |
|
2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникает дополнительных усилий от неравномерных деформаций основания |
0,6 |
|
3. Промышленные и гражданские здания без каркаса с несущими стенами из: |
|
|
крупных панелей |
0,035 |
|
крупных блоков и кирпичной |
0,05 |
|
кладки без армирования |
|
|
крупных блоков и кирпичной кладки |
0,06 |
|
с армированием или железобетонными поясами |
|
|
Железные дороги |
Скорость движения подвижного состава, км/ч |
|
менее 100 |
0,01 |
|
более 100 |
0,005 |
|
Автомобильные дороги |
Покрытие дороги: |
|
цементобетонное |
0,043 |
|
асфальтобетонное |
0,085 |
|
усовершенствованное облегченное |
0,12 |
6.30. В качестве расчетного перемещения hfd следует принимать величину пучения ненагруженного грунта, промерзающего ниже подошвы фундамента в характерных по влажностному режиму точках площадки. При этом влияние нагрузки от сооружения на интенсивность пучения принимается в запас надежности работы фундамента в промерзающем грунте.
Значение hfz определяется по формуле
(129)
где - средняя по глубине интенсивность пучения грунта под подошвой фундамента (доли единицы), определяемая в соответствии с рекомендациями пп. 5.29 - 5.30; dfz - мощность слоя грунта, промерзающего под подошвой фундамента, м; df - расчетная глубина сезонного промерзания грунта у фундамента, м; d - глубина заложения фундамента, м.
При оценке в качестве расчетной влажности выборочно принимается влажность грунта в одной из характерных точек площадки
Значение dfz определяется по графику распределения интенсивности пучения грунта по глубине (см. рис. 9). На этом графике в нижней части промерзшего слоя у отметки df вычисляется площадь эпюры, численно равная значению Параллельная оси абсцисс линия отсекающая эту площадь, даст на пересечении с осью ординат отметку соответствующую мощности слоя dfz.
6.31. Проверка второго условия (128) производится на основе определения значения dfz и эпюр интенсивности пучения, построенных для двух характерных точек площадки. Согласно этим эпюрам, относительная неравномерность пучения рассчитывается по формуле
∆hf/Lx = (hfz1 - hfz2)/Lx, (130)
где ∆hf - разность между расчетными экстремальными величинами пучения грунта hfz1; hfz2 слоя d1z под фундаментом в двух характерных точках площадки, расположенных на расстоянии Lx.
В случае неподтверждения проверкой второго условия определение разности ∆hf производится повторно, но при этом ранее принятая в расчет мощность слоя грунта dfz уменьшается до величины, удовлетворяющей второму условию
6.32. В условиях однородных по составу грунтов и отсутствия грунтовых вод в пределах верхнего слоя, регламентированного данными табл. 1, интенсивность пучения с глубиной уменьшается и выражается эпюрой в виде треугольника. В этом случае в соответствии с первым условием (128) глубина заложения фундамента d может быть определена из выражения
(131)
где hfmax - величина пучения при расчетной глубине сезонного промерзания df в точке площадки, характеризуемой максимальной средней влажностью в пределах промерзающего грунта.
При этом второе условие (128) проверяется по формуле (130) исходя из оценки расчетных значений hf1 и hf2 определяемых из выражения
(132)
где hfj - величина пучения грунта в точке j при глубине сезонного промерзают df.
6.33. Расчет сооружения по деформациям от морозного пучения грунтов не исключает проверки фундаментов на воздействие касательных сил пучения, проводимой в этом случае по формуле
τfhAfh ≤ F, (133)
где τfh, Afh, F - те же обозначения, что в п. 6.14.
6.34. Проверка фундаментов на действие сил пучения должна производиться как для законченного здания (сооружения), так и для условий незавершенного строительства. Если при этой проверке силы пучения окажутся более удерживающей силы анкера, массы, фундамента и возведенной части здания (сооружения), то в процессе должны быть предусмотрены мероприятия по предохранению фундаментов от выпучивания. Мероприятия не должны вызывать коррозии материала фундамента.
7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И ВЫПУЧИВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
7.1. Противопучинные мероприятия для зданий и сооружений назначаются в том случае, если устойчивость сооружения, рассчитываемая на действие сил пучения (разд. 6), не обеспечивается нагрузкой от сооружения и силами заанкеривания фундамента в талых или мерзлых грунтах, а также в случае необходимости уменьшения деформаций пучения или их полной ликвидации.
7.2. Назначение противопучинных мероприятий производится на основе учета следующих факторов:
экономической значимости и условий эксплуатации проектируемого сооружения (здания);
степени его ответственности сроков эксплуатации;
геологических и гидрогеологических особенностей строительной площадки;
типа фундамента.
Кроме того, на территории распространения вечномерзлых пород необходимо также учитывать:
геокриологические условия строительной площадки;
требования, регламентирующие метод использования вечно мерзлых грунтов в качестве основания сооружения;
сезон работ нулевого цикла (производство земляных работ, устройство основания и фундаментов)
7.3. В зависимости от указанных в п. 7.2 факторов возможны противопучинные мероприятия следующих видов:
инженерно-мелиоративные (тепломелиорация и гидромелиорация); строительно-конструктивные; физико-химические (засоление, гидрофобизация грунтов и др.); комбинированные.
Из них по продолжительности действия следует различать:
кратковременные мероприятия (срок действия 1 - 2 года);
долговременные мероприятия (срок действия свыше двух лет).
Инженерно-мелиоративные мероприятия
А. Тепломелиорация
7.4. Эффективными противопучинными мероприятиями, обеспечивающими регулирование теплообмена промерзающих грунтов и управление процессом пучения и его силовыми воздействиями, являются в настоящее время мероприятия тепловой мелиорации. Тепловая мелиорация сводится к созданию в грунте в период промерзания температурного градиента горизонтального направления, что в условиях некоторого влагонакопления и осушения грунта позволяет: уменьшить или устранить промерзание грунта; повысить температуру мерзлого грунта, уменьшая тем самым значения касательных сил пучения; снизить интенсивность пучения грунта вследствие развития миграции влаги в сторону от фундамента.
Особенно важно предохранять грунты основания от промерзания при незавершенном к зимнему периоду строительстве возводимого объекта. В этом случае на поверхности грунтов необходимо устройство временных теплоизоляционных покрытий из сыпучих материалов (шлак, опилки и т.п.).
7.5. В качестве мероприятий тепловой мелиорации можно рекомендовать:
устройство термолокализаторов, обеспечивающих местное утепление грунта фундамента посредством теплоизоляции;
прокладку вблизи фундамента (по наружному периметру) подземных мало заглубленных коммуникаций, выделяющих в грунт тепло.
Термолокализатор представляет собой слой теплоизоляции, укладываемый, как правило, на поверхность грунта вокруг фундамента, если последний состоит из одиночных опор (рис. 12, а, б) или несет конструкции неотапливаемого здания (сооружения). При обеспечении у отапливаемых зданий положительной температуры в подпольев зимний период укладка теплоизоляции производится только по наружному периметру ограждающих конструкций (рис. 12, в). Последняя рекомендация не распространяется на здания, возводимые по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии.
Рис. 12. Тепломелиорация грунта у фундамента
а, б - у неотапливаемых зданий; в, г - у отапливаемых зданий; 1 - фундамент; 2 - теплоизоляция; 3 - промерзший грунт; 4 - утрамбованная поверхность грунта; 5 - покрытие теплоизоляции материалом с малой водопроницаемостью; 6 - труба теплоносителя для обогрева грунта
Перед укладкой теплоизоляции поверхность грунта непосредственно у фундамента должна быть тщательно утрамбована и спланирована с уклоном 3 - 5% в сторону от фундамента. Для отвода поверхностных вод от фундамента грунт и слой теплоизоляции целесообразно покрыть гидроизоляционным материалом с достаточной воздухопроводимостью во избежание образования конденсата в грунте. Ширина покрытий грунта материалом должна превосходить ширину обратной засыпки пазух фундамента, но не менее 1 м. В качестве одного из способов сохранения теплоизоляции от водонасыщения следует рекомендовать пропитку ее различными вяжущими (мазут, нефть, битум и т.п.), теплофизические свойства которых должны быть учтены при назначении коэффициента теплопроводности изоляции.
7.6. Расчет глубины промерзания грунта у фундамента db при наличии термолокализатора, имеющего радиус или ширину слоя теплоизоляции rb может быть приближенно произведен по формуле
db = df - (rb/df)(df - dfb) при 0 < rb ≤ df, (134)
где df - расчетная глубина промерзания грунта у фундамента при оголенной поверхности; dfb - расчетная глубина промерзания грунта под теплоизоляцией при отсутствии его бокового охлаждения; dfb определяется в соответствии с рекомендациями п. 3.35.
7.7. Обогрев грунта у фундаментов по наружному периметру сооружения (рис. 12, г) экономически целесообразен при возведении зданий на ленточных фундаментах. Для обогрева грунта системой центрального отопления следует использовать обратную линию труб теплоносителя, укладываемую на расстоянии 20 - 30 см от фундамента. В ряде случаев для предохранения грунта от промерзания могут быть использованы калориферные установки, дымовые газы, а также электрообогрев. Сечение трубопровода, количество труб и их расположение у фундамента определяются теплотехническим расчетом на основании климатических условий района строительства. При строительстве в суровых климатических условиях глубина заложения трубопровода не должна превышать 0,5 м. В районах распространения вечномерзлых пород применение обогрева грунтов возможно в случае, если мерзлые грунты основания используются по методу II.
Б. Гидромелиорация
7.8. Гидромелиоративные мероприятия, применяемые против пучения грунтов, зависят от условий источника увлажнения, рельефа местности и геологических особенностей грунта, характеризуемых их фильтрационной способностью Эти мероприятия сводятся:
к понижению уровня грунтовых вод и осушению грунтов в пределах сезонномерзлого слоя;
к предохранению грунтов от насыщения поверхностными - атмосферными и производственными водами.
Основным назначением рекомендуемых дренажных сооружений являются отвод и осушение грунтов оснований в летне-осенний сезон, а также в начальный период зимнего промерзания грунтов.
7.9. Осушение грунтов строительной площадки за счет понижения УПВ осуществляется посредством устройства водосборных канав, лотков, траншей (открытого и закрытого типа), дренажей (мелкого и глубокого заложения), дренажных песчаных прослоек и т.п. В качестве временных мероприятий для водопонижения грунтов могут быть использованы иглофильтровые установки (с применением в отдельных случаях электроосмотического управления), вакуумные дренажи и др.
7.10. Устройство дренажных сооружений у фундаментов (рис. 13) следует производить в средне- и крупнозернистых песках, укладываемых вместо пучинистых грунтов вдоль водоотводных каналов дрен.
Рис. 13. Виды дренажных сооружений у фундаментов
а - схема водоотвода при заложении канала ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта; б - схема водоотвода при наличии слоя теплоизоляции у фундамента; 1 - фундамент; 2 - слой теплоизоляции; 3 - промерзший грунт; 4 - отмостка; 5 - дренирующий слой грунта; 6 - водоотводная труба
Для обеспечения наибольшей пористости и водопроницаемости применяемые пески должны иметь, по возможности, однородный гранулометрический состав. Песчаные дренирующие засыпки, устраиваемые у фундаментов, предусматривают не только отвод воды от фундамента, но и предохранение ею от смерзания с пучинистым грунтом.
Расчет дренажей и их конструкций производится обычными методами.
7.11. Отметка заложения водоотводных каналов и закрытых лотков (рис. 14) определяется глубиной, на которую должен быть осушен грунт, а также условиями отвода грунтовых вод в систему сточно-ливневой канализации или в другие спускные сооружения и водоемы. При возможном соблюдении условий водоотвода каналы следует закладывать ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта
Рис. 14. Виды водоотводных сооружений
а - схема железобетонного лотка; б - схема закрытой траншеи; в - схема деревянного лотка; 1 - водоотводное сооружение; 2 - песчано-гравийная засыпка; 3 - подготовка из тощего бетона; 4 - трамбованная шина или тяжелый суглинок; 5 - слои теплоизоляции
7.12. При заложении дренажных систем в слое промерзающего грунта необходимо предусматривать меры по дополнительному отеплению теплоизоляции песчаных пазух дренажа, смотровых колодцев, а также водоотводных каналов и труб при расположении их выпусков на пологих склонах местности. В этом случае промерзание песчаных грунтов обратной засыпки у дренажных сооружений должно быть предусмотрено более замедленным, чем пучинистых грунтов ненарушенного сложения.
7.13. С целью предохранения грунтов основания от насыщении атмосферными и производственными водами следует производить вертикальную планировку территории у возводимого объекта с приданием последней необходимых уклонов для стока поверхностных вод, а также устраивать отмостки, предохраняющие от скопления этих вод у фундаментов Устраиваемые вокруг здания отмостки с глиняными водоизолирующими слоями в основании должны перекрывать перекопанный грунт, уложенный при обратной засыпке пазух фундаментов Глинистый грунт обратной засыпки надлежит укладывать с тщательным послойным уплотнением ручным или механическим трамбованием.
Открытые водосборные и водоотводные лотки и замощенные канавы следует устраивать от здания (сооружения) на расстоянии, которое не допускало бы возможного влияния водоотводных сооружений на промерзание грунтов у фундаментов
7.14. При укладке подземных коммуникаций (водопровода, канализации) особое внимание следует обращать на тщательное производство работ по стыкованию труб вблизи здания. Надежное соединение труб обеспечивает предохранение грунтов от их возможного местного увлажнения. При обнаружении вблизи здания стоячей воды или ее утечки из водопроводной системы необходимо принимать срочные меры к ликвидации причин увлажнения грунтов.
7.15. К общим мероприятиям по осушению грунтов строительной площадки относится предохранение котлованов от попадания в них сточных атмосферных и почвенных вод сопредельных территорий.
Строительно-конструктивные мероприятия
7.16. Конструктивные противопучинные мероприятия предусматривают главным образом повышение эффективности работы конструкций фундаментов и сооружений в морозоопасных грунтах. Эти мероприятия предназначаются:
для снижения величины усилий, выпучивающих фундаменты;
для заанкеривания фундаментов в талых или мерзлых грунтах, залегающих глубже сезоннопромерзающего слоя;
для приспособления фундаментов и надземной части сооружения к неравномерным деформациям пучинистых грунтов.
7.17. С целью снижения величины касательных сил пучения рекомендуется:
проектировать сооружения на столбчатых и свайных фундаментах (постоянного сечения и с уширением на конце), по возможности заменяя ими ленточные и массивные фундаменты;
уменьшать количество отдельно стоящих опор фундаментов с целью увеличения нагрузки на каждую опору. При заданной расчетной нагрузке от сооружения, очевидно, осуществление этой рекомендации возможно при условии увеличения глубины заложения фундамента, увеличения площади опорной плиты и т.п.;
уменьшать сечение столбчатых фундаментов и свай в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта. При этом установку деревянных столбов и забивку свай следует производить комлем вниз;
устраивать у железобетонных (сборных и монолитных) фундаментов наклонные боковые грани (до 1 - 2°), обеспечивающие в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта увеличение сопротивления фундамента действию касательных сил пучения по сравнению с фундаментом, имеющим вертикальные грани.
Во избежание попадания поверхностных вод в зазор между грунтом и фундаментом вокруг здания следует устраивать отмостку (с уклоном 3 - 5° в сторону от фундамента) или навесные цокольные козырьки;
уменьшать шероховатость боковой поверхности фундаментов в пределах слоя промерзающего пучащегося грунта (затирка и железнение железобетонных фундаментов, острожка поверхности и затирка щелей деревянных стоек и свай) или увеличить шероховатость анкерной части фундамента. Целесообразно применять и комбинированное решение;
применять для обмазки боковой поверхности фундаментов вязкие несмерзающиеся материалы (консистентные смазки), а также гидрофобизирующие пропитки. В качестве таких материалов могут быть применены смолы, мазут, деготь, нефть, битумные мастики, а также разработанные НИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова высокомолекулярные эпоксидные компаунды, кремнийорганические соединения и пластичные смазки. Смазки типа БАМ-3 и БАМ-4 не затвердевают при температуре минус 40 - 50°С и понижают касательные силы пучения на 50 - 60%. Покрытие фундаментов эластичными полимерными пленками снижает силы пучения до 8 раз, а рекомендуемые эпоксидные смолы ЭР-5 и ЭР-6 уменьшают шероховатость поверхности фундамента и ее смачиваемость, кроме того, способствуют большей сохранности материала фундамента от морозного разрушения Рецептура отмеченных веществ и технология обработки ими материала фундамента приведены в Рекомендациях [4 - 7].
7.18. Для заанкеривания фундаментов в талых или мерзлых грунтах, залегающих глубже сезоннопромерзающего слоя, рекомендуется использование:
деревянных и железобетонных свай, забиваемых на расчетную глубину, при которой обеспечивается их устойчивость в пучинистом грунте (см. пп. 6.20 - 6.23);
деревянных столбчатых фундаментов с опорно-анкерными коротышами (рис. 15). Использование анкерных устройств этого типа целесообразно при небольшом заглублении фундаментов в вечномерзлые грунты основания, сохраняющие свое мерзлое состояние в процессе эксплуатации здания (сооружения);
железобетонных столбчатых и рамно-стоечных фундаментов с опорно-анкерными плитами
Рис. 15. Виды деревянных столбчатых фундаментов с опорно-анкерными устройствами
а - составной фундамент; б - башмачный фундамент; в -фундамент-стойка с лежнем
7.19. При устройстве малонагруженных фундаментов с опорно-анкерными плитами необходимо учитывать силы, возникающие на верхней поверхности плиты и препятствующие выпучиванию фундамента. Для этого в левую часть формулы (121) вводится коэффициент kn, который определяется по формуле
где a - сторона сечения стойки, см; l - сторона квадратной анкерной плиты, см; β1, β2, - коэффициенты, определяемые но табл. 13 в зависимости от
m1 = z1/a; n1 = Вa/a - для β1;
m2 = z2/l; n2 = Вa/l - для β2;
z1 = d - hb;
для случая заложения фундамента в талые грунты Вa = df; для случая заложения фундамента в вечномерзлые грунты Вa = 0,71dth, где df - расчетная глубина промерзания у фундамента, м; dth - расчетная глубина сезонного оттаивания, м; d - глубина заложения фундамента; hb - высота нижней ступени анкерной плиты (башмака), м
Значения β1,2
m1,2 |
Значения n1,2 |
||||||
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
5 |
|
1 |
0,029 |
0,058 |
0,088 |
0,087 |
0,082 |
0,077 |
0,077 |
2 |
0,15 |
0,031 |
0,067 |
0,085 |
0,082 |
0,078 |
0,075 |
3 |
0,007 |
0,015 |
0,034 |
0,059 |
0,075 |
0,074 |
0,07 |
4 |
0,004 |
0,008 |
0,019 |
0,032 |
0,052 |
0,066 |
0,067 |
5 |
0,003 |
0,006 |
0,012 |
0,02 |
0,029 |
0,047 |
0,058 |
6 |
0,002 |
0,004 |
0,008 |
0,013 |
0,020 |
0,028 |
0,043 |
7 |
0,002 |
0,003 |
0,006 |
0,009 |
0,013 |
0,018 |
0,025 |
8 |
0,001 |
0,002 |
0,005 |
0,007 |
0,01 |
0,013 |
0,018 |
9 |
0,001 |
0,002 |
0,004 |
0,005 |
0,008 |
0,018 |
0,013 |
10 |
0,001 |
0,001 |
0,003 |
0,004 |
0,006 |
0,008 |
0,009 |
7.20. Дня приспособления конструкций фундаментов и наземной части зданий к неравномерным деформациям пучинистых грунтов рекомендуется применять:
фундаменты в виде стоек, опертых на лежни и закрепленных с последними болтами и натяжным хомутом (для облегченных деревянных зданий);
фундаменты в виде стоек, связанных поверху рандбалкой, являющейся частью рамной надземной конструкции зданий. Для ответственных сооружений целесообразно применение фундаментов рамной конструкции или в виде сплошной железобетонной плиты (рис. 16);
незаглубленные или малозаглубленные фундаменты в виде плит, лежней или блоков (для малоэтажных зданий в сельскохозяйственном строительстве, под оборудование открытых распределительных устройств электроподстанций и т.п.). При этом исключается накопление необратимых остаточных деформаций выпучивания, а для незаглубленных фундаментов - и касательных сил пучения;
устройство в каменных стенах и фундаментах железобетонных поясов, располагаемых на уровне междуэтажных перекрытий или перемычек над проемами, а также по обрезу подошвы фундамента;
устройство осадочных швов в сооружениях, имеющих сложное очертание в плане, с целью приведения сооружений к блокам простого очертания. Кроме того, осадочные швы устраиваются для разделения частей сооружений с резко отличным тепловыделением у наружных стен, а также при большой протяженности сооружения. В последнем случае осадочные швы назначаются не более чем через 18 - 20 м;
устройство под зданием (сооружением) сплошных подсыпок из местных строительных материалов (песок, гравий и др.), а под сельскохозяйственные здания малозаглубленных фундаментов на локально уплотненном основании [9]. Толщина подсыпки назначается в соответствии с расчетом интенсивности пучения грунта по глубине (пп. 5.30, 5.31), но не менее 0,5 расчетной глубины сезонного промерзания грунта.
Рис. 16. Схема жестких фундаментов
а - рамная конструкция фундамента; б - фундаменты-стойки, являющиеся частью рамной надземной конструкции здания; в фундамент-плита; 1 - гравийно-галечная подсыпка
7.21. При проектировании сооружений на морозоопасных основаниях следует назначать конструктивный зазор между планировочной отметкой грунта и выступающими над фундаментом несущими конструкциями сооружения. Величина этого зазора ориентировочно принимается равной величине пучения плюс 10 - 15 см
Физико-химические мероприятия (техническая мелиорация грунтов)
7.22. Применяемые в настоящее время физико-химические мероприятия стабилизации морозоопасных промерзающих грунтов в основном сводятся:
к специальной обработке грунта вяжущими, благодаря которым грунт становится водостойким (гидрофобным) и теряет свои пучинистые свойства;
к насыщению грунта солевыми растворами, понижающими его температуру замерзания и тем самым способствующими уменьшению глубины промерзания грунта
А. Гидрофобизация грунтов
7.23. Гидрофобизация грунтов, т.е. придание грунту водоотталкивающих свойств, производится посредством обработки его небольшим количеством вяжущего при определенных гидротермических условиях.
В качестве вяжущего могут применяться: жидкие нефтяные битумы (при весовом соотношении по массе твердого битума марки III к нефти 1:1,6), жидкие каменноугольные дегти, торфяные и древесные дегти, фурфурол-анилиновые смолы* в количестве 1 - 2% массы сухого грунта и другие материалы.
*Гидрофобизация грунтов фурфурол-анилином основана на взаимодействии с грунтом поверхностно-активных веществ - фурфурола и анилина с образованием в грунте при обычной температуре синтетической фурфурол-анилиновой смолы.
7.24. Дня придания грунту требуемой прочности и водостойкости в жидкие битумы целесообразно добавлять поверхностно-активные вещества органические, кислоты и фенолы в сочетании с добавками в грунт мелких доз свежегашеной извести (в последнем случае в виде молотой извести кипелки), В качестве поверхностно-активных веществ могут применяться органические и азотные основания, отходы канифольного производства, содержащие абиетиновые кислоты, каменноугольные масла, содержащие не менее 15% органических оснований, торфяные и древесные смолы, содержащие 15% высокомолекулярных фенолов и кислот
7.25. Жидкие нефтяные битумы могут быть как заводского приготовления, так и составленными на месте производства работ путем разжижения твердых битумов марок I - III.
Для получения жидких битумов классов А в качестве разжижения следует применять лигрино-керосиновые фракции нефти, а класса В - нефть, мазут, тяжелые крекинг-остатки и другие тяжелые разжижители. В качестве жидких битумов могут быть также использованы тяжелые высокосмолистые нефти.
Каменноугольные дегти могут применяться как сырые, так и составленные из песка, антраценового масла или из песка и сырого дегтя.
7.26. Прочность и водостойкость гидрофобного грунта зависят в основном от минералогического и гранулометрического составов грунта, коллоидно-химического состава его тонкодисперсной части, содержания легкорастворимых солей.
Неблагоприятно влияют на взаимодействие грунта с вяжущими материалами глинистые минералы типа монтмориллонита или гидрослюд. Гидрофобизация глин и суглинков с числом пластичности более 0,12 требует повышенного расхода битума или дегтя
Агрессивными легкорастворимыми солями для битума являются Na2CO3 и NaHCO3 даже в ничтожных количествах, а также Na2SO4 при содержании в грунте более 0,5%.
7.27. Наиболее пригодны для гидрофобизации супеси и пылеватые пески с преобладанием фракций от 0,5 до 0,05 мм. Песчаные и супесчаные грунты с Ip < 0,03 следует применять только с предварительным введением в них добавок пылеватых фракций.
Предпочтение следует отдавать карбонатным грунтам (лессы, морены и пр.), которые после укрепления битумом или дегтем приобретают большую водоустойчивость но сравнению с некарбонатными грунтами
В качестве гидрофобного грунта возможно также применение золы каменного угля, для гидрофобизации которой требуется около 70 л раствора твердого битума марки III с нефтью на 1 м3 золы.
7.28. Ориентировочный расход вяжущих материалов для супесчано-суглинистых грунтов приведен в табл. 14
Расход вяжущих материалов для придания гидрофобных свойств грунту
Наименование грунтов |
Оптимальная влажность, % массы сухого грунта |
Оптимальное количество жидкого вяжущего, % массы воздушно-сухого грунта |
|
битум (безводный) |
каменноугольный деготь (безводный) |
||
Супеси с Ip > 0,03 |
4 - 7 |
5 - 8 |
6 - 9 |
Суглинки |
6 - 10 |
5 - 12 |
6 - 14 |
Глины |
10 - 15 |
8 - 15 |
10 - 18 |
Примечание. 1. Под оптимальной влажностью понимается влажность, обеспечивающая наилучшее уплотнение слоев грунта. 2. Оптимальное количество жидкого битума или дегтя для пылеватых грунтов на 1,5 - 2% больше, чем для непылеватых.
7.29. Для придания грунту требуемой прочности и водостойкости важное значение имеет высококачественное выполнение работ по измельчению грунта, перемешиванию его с вяжущим и уплотнению смеси
При заготовке грунта производят его разрыхление, сушку (до воздушно-сухого состояния) и размельчение до требуемого агрегатного состава (количество агрегатов размером более 5 мм не должно превышать 10% общего объема грунта).
Размол сухих пылеватых и высокопластичных грунтов целесообразно производить в шаровых мельницах. Для перемешивания грунта с вяжущими используются смесительные установки - растворомешалки, грунтосмесители с двухвальной лопастной мешалкой, а также специальные установки, обеспечивающие приготовление однородной смеси.
Смешение грунта с вяжущими производится горячим способом при рабочей температуре компонентов около 120 - 150°С. При гидрофобизации сухой размолотый грунт подогревается до указанной температуры и в него вливается подогретый раствор вяжущего, температура которого обеспечивает его жидкое состояние.
7.30. Для предохранения фундаментов зданий и инженерных сооружений от выпучивания вокруг фундаментов следует устраивать рубашку из гидрофобного грунта толщиной 0,15 - 0,25 м в зависимости от напора грунтовых вод в пределах расчетного слоя сезонного промерзания (рис. 17). Перед укладкой гидрофобного грунта поверхность фундамента дважды покрывается жидкими вяжущими, после чего вдоль фундамента устанавливается опалубка. Гидрофобный грунт укладывается отдельными слоями толщиной 20 - 30 см с последующим уплотнением каждого слоя. Для повышения плотности сухую смесь необходимо перед укладкой увлажнять до оптимальной влажности (см. табл. 14).
Рис. 17. Схема предохранения фундамента от выпучивания посредством устройства рубашки из гидрофобного грунта
1 - фундамент; 2 - гидрофобный грунт; 3 - промерзший грунт; 4 - грунт обратной засыпки
Б. Засоление грунтов
7.31. Засоление грунтов относится к противопучинным мероприятиям кратковременного действия (срок действия 1 - 2 года), если грунты не защищены от воздействия поверхностных и грунтовых вод.
Наиболее пригодны для засоления грунты малыми коэффициентами фильтрации. Засоление песчаных и супесчаных грунтов нецелесообразно вследствие быстрого вымывания из них солей.
7.32. При строительстве по принципу использования грунтов основания в мерзлом состоянии засоление грунтов деятельного слоя не рекомендуется во избежание нарушения температурного режима основания.
7.33. Дня засоления грунтов применяют хлористый натрий, кальций и магний. Наиболее эффективными солями считаются хлористый натрий и кальций, понижающие температуру замерзания ниже - 20°С.
Расчет количества воды QВ, способного растворять соль в 1 м3 грунта, производится по формуле
(135)
где ρ - плотность талого грунта, кг/м3; wn - содержание прочносвязанной воды, %.
7.34, Концентрация раствора ct т/м3, зависимости от расчетной температуры, при которой не должен замерзать грунт, вычисляется по формуле
(136)
где Tfb - температура замерзания грунтового раствора, °С; a, n - коэффициенты, зависящие от температуры и применяемой соли; a и n определяются по табл. 15.
Коэффициенты a и n для NaCl и CaCl2
Интервалы температуры замерзания грунта, °С |
a |
n |
||
NaCl |
CaCl2 |
NaCl |
CaCl2 |
|
От 0 до -4 |
-0,0167 |
-0,023 |
1,0 |
0,92 |
От -4 до -14 |
-0,021 |
-0,033 |
0,86 |
0,68 |
От -14 до -21,2 |
-0,045 |
-0,037 |
0,59 |
0,65 |
От -21,2 до -32 |
- |
-0,051 |
- |
0,54 |
7.35. Относительное содержание чистой соли х в 1 т раствора выражается отношением
x = ct/ρr, (137)
где ρr - плотность, т/м3, раствора концентрации: для NaCl ρr = 1 + 0,65ct; для CaCl2 ρr = 1 + 0,78ct.
7.36. Расход соли при засолении грунта с плотностью скелета ρd, т/м3, и влажностью w, %, для получения концентрации раствора ct определяется требуемой засоленностью грунта cs по формуле
(138)
где k > 1 - коэффициент, учитывающий загрязненность и гигроскопичность соли; wn - содержание прочно связанной воды, %, равное (0,6 - 0,8)wm; здесь wm - максимальная гигроскопичность грунта.
Применение для сильно увлажненных грунтов солевых растворов вместо кристаллических безводных солей не рекомендуется во избежание быстрого вымывания введенных в грунт солей.
7.37. Работы по засолению грунтов у фундаментов могут производиться двумя методами:
засолением грунта обратной засыпки до укладки его в пазухи котлована (рис. 18, а);
устройством в незаселенных грунтах у фундамента шпуров (рис. 18, б), набиваемых кристаллической солью и в дальнейшем заливаемых насыщенным раствором той же соли.
Рис. 18. Схема предохранения фундамента от выпучивания посредством засоления грунта
а - засоление грунта обратной засыпки до укладки его в пазухи котлована; б - устройство в незасоленном грунте шпуров, набиваемых кристаллической солью; 1 - фундамент; 2 - засоленный грунт; 3 - отмостка; 4 - промерзший грунт
Уложенный в пазухи засоленный грунт тщательно уплотняется, а его спланированная поверхность защищается гидроизоляцией (слоем жирной глины, тощего бетона и т.п.).
Глубина заложения шпуров и расстояние между ними у фундамента определяются расчетной глубиной промерзания, а также скоростью проникновения соли из шпуров в окружающий грунт. В зависимости от вида грунта и его физико-механических свойств эта скорость может изменяться от 0,1 - 0,3 до 1 см/сут и более.
7.38. Засоление грунтов имеет и отрицательные стороны. Кроме кратковременности этого мероприятия соли также влияют и на начальную структуру грунта, вследствие чего в дальнейшем грунт может оказаться более морозоопасным, чем до засоления.
Наличие солей повышает температуропроводность грунта. В практике имели место случаи, когда грунт, находящийся под слоем непромерзшего засоленного грунта, промерзал на большую глубину, чем в обычных условиях.
Засоление грунтов ускоряет разрушение строительных материалов, усиливает коррозию подземных коммуникаций и т.п.
В. Физические противопучинные мероприятия
7.39. Перспективным физическим методом борьбы с морозным пучением грунтов может быть метод стабилизации грунтов посредством введения в них добавок противопучинных компенсирующих веществ (ПКД), обладающих определенными объемно-деформационными свойствами. Применение ПКД способно компенсировать пучение грунта при замерзании и его просадочность при оттаивании.
7.40. В качестве ПКД могут быть использованы полуфабрикаты твердых синтетических высокомолекулярных соединений (полимеры) следующих групп:
жесткие полимеры, имеющие большой коэффициент объемного расширения, изменяющие свой объем в соответствии с изменением температуры окружающего грунта;
высокоэластичные полимеры (типа резин), способные обратимо деформироваться при многократно действующем периодическом давлении, равном 0,05 - 0,1 МПа (0,5 - 1 кгс/см2);
полимеры, обладающие одновременно свойствами соединений первой и второй групп.
7.41. Начальный объем ПКД (v), необходимый для стабилизации грунта на площади А1 для каждой из отмеченных в п. 7.40 групп, может быть вычислен соответственно по формулам:
(140)
где hf - величина пучения, м; df - мощность промерзающего слоя, м; β - объемный коэффициент термического расширения ПКД; ∆T - разность между средней летней температурой, °С, грунта в пределах слоя df и температурой прекращения пучения Tup (табл. 2); σ - среднее значение главных напряжений (σx, σy, σz), возникающих в грунте при пучении, МПа. Значение σ приближенно принимается равным 0,1 МПа; μ0 - модуль объемной упругости ПКД, МПа, равный:
(142)
Здесь E - модуль Юнга, МПа; θ - объемная деформация ПКД, равная сумме относительных линейных деформаций εх, εy, εz; μ - коэффициент Пуассона.
Примечание. Формулы (139) - (141) учитывают влияние начального объема ПКД на пучение грунта.
К эффективным ПКД следует отнести соединения, имеющие порядок значений E < 0,01 МПа и β > 5·10°C-1
Особенности в назначении противопучинных мероприятий при строительстве по методу 1
7.42. Проектирование противопучинных мероприятий в районах распространения вечномерзлых грунтов должно производиться в каждом конкретном случае с учетом мерзлотно-грунтовых особенностей строительной площадки и требований, предъявляемых проектом к сохранению грунтов основания в мерзлом (или талом) состоянии при воздействии и эксплуатации сооружения.
Особое внимание следует уделять выбору типа противопучинных мероприятий при сохранении грунтов основания в мерзлом состоянии. Неверно принятое в этом случае решение может привести к нарушению температурного режима вечномерзлых грунтов, способствуя тем самым понижению верхней поверхности их залегания (процессу деградации) и осадке сооружения.
Одновременно следует учитывать возможное влияние температурного режима мерзлого грунта на работу противопучинных мероприятий и, в частности, на работу дренажных сооружений. При сохранении мерзлых грунтов в основании зданий и сооружений глубина заложения дренажных каналов и сборных коллекторов не должна превышать 2/3 расчетной глубины сезонного протаивания грунта.
7.43. Наиболее распространенным и эффективным средством обеспечения устойчивости сооружений при пучении грунтов сезонно оттаивающего слоя является заанкеривание фундаментов в вечномерзлых грунтах. При этом в качестве фундаментов целесообразно применять железобетонные сваи.
7.44. В условиях использования вечномерзлых грунтов в качестве основания при проектировании столбчатых и других типов фундаментов мелкого заложения производство котлованных работ и установку фундаментов необходимо вести в холодный период года, т.е. при отрицательных температурах воздуха.
Зимнее производство работ не только обеспечивает расчётную прочность мерзлых грунтов основания, но и позволяет провести предпостроечное охлаждение грунтов сезонно оттаивающего слоя с целью уменьшения его мощности в процессе эксплуатации сооружения. Повышение верхней границы вечномерзлых грунтов у фундаментов достигается посредством устройства на дневной поверхности грунта теплоизоляционных покрытий, предохраняющих грунты от оттаивания на полную мощность сезонно оттаивающего слоя в естественных условиях.
7.45. С целью наименьшего нарушения режима вечномерзлых грунтов в случае неизбежного производства котлованных работ в теплое время года необходимо предусматривать следующие мероприятия:
рытье котлована следует вести небольшими участками, углубляясь до проектной отметки вырубкой мерзлого грунта, но не оттаиванием; размер котлована не должен иметь излишних запасов;
котлован должен быть тщательно защищен от попадания в него поверхностных вод, а также от действия солнечных лучей и омывания его стенок теплым воздухом;
следует применять только сборные фундаменты, установка которых должна производиться сразу же после углубления котлована до проектной отметки;
под фундаментами должны устраиваться гравелисто-песчаные малосжимаемые подсыпки соответствующей толщины;
после установки фундаментов пазухи котлована сразу же должны засыпаться грунтом с послойным его трамбованием; обратная засыпка должна быть защищена от попадания в нее воды, а фундамент - от действия солнечных лучей.
7.46. С целью уменьшения мощности сезонно оттаивающего слоя и устранения влияния пучения грунтов на фундаменты вокруг последних рекомендуется устраивать термолокализаторы с теплопроводностью изоляции, обеспечивающей скорость промерзания грунта, примерно в 2 раза меньшую, чем скорость промерзания грунта при оголенной поверхности.
В качестве меры защиты фундамента от пучения возможно также применение гидрофобных грунтов.
Список литературы
1. Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. - М.: Стройиздат, 1973.
2. Рекомендации по определению морозной пучинистости грунтов оснований зданий и сооружений. - Свердловск: Уральский политехн. ин-т., 1979.
3. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1978.
4. Рекомендации по применению кремнийорганических соединений в борьбе с морозным выпучиванием фундаментов. - М.: Стройиздат, 1974.
5. Рекомендации по снижению сил примерзания грунта к строительным конструкциям физико-химическими методами. - М.: Стройиздат, 1975.
6. Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических смесей. - М.: Стройиздат, 1980.
7. Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМ. - М.: ВНИИ транспортного строительства, 1981.
8. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах. - М.: Стройиздат, 1980.
9. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах. - М.: Стройиздат, 1979.
Рекомендации расположен в сборниках: | Проектирование, строительство, ремонт и содержание искусственных сооружений на автомобильных дорогах |
Нравится
Твитнуть |