_ukazaniya_po_merzlotovedeniyu_pgs

ратуры t. Если t 0,2 трубопровод относят к низкотемпературному, в про-

тивном случае - к высокотемпературному.

При низкотемпературном трубопроводе величина t рассчитывается по формуле 5.6.

Глубина оттаивания вечномерзлого грунта под центром трубы, показанная на рис. 5.1 определяется по формуле 5.1.

h н	rT	m2 1	en	1	,	(5.1)
			en	1

где hн - глубина оттаивания под центром трубы, м; rт - радиус трубы, м;

m - отношение глубины заложения трубы h к её радиусу rт; n - безразмерный параметр, определяемый по формуле 5.5.

Рисунок 5.1. Схема к расчету ореола оттаивания

Мощность мерзлого грунта над центром трубы hв, м, вычисляется по фор-

муле 5.2.

					n
hв	rT m2		1		e	1	,	(5.2)
					n	1
					e

Радиус ореола оттаивания вокруг трубы rот, м, находится по формуле 5.3.

rот= 0,5 (hн- hв),

(5.3)

21

Смещение вниз центра ореола оттаивания по отношению к центру трубы определяется по формуле 5.4.

	с = 0.5. (hн+hв)-h,					(5.4)
	n	2 λTβt R t			,	(5.5)
		1 βt
где	т - теплопроводность грунта в талом состоянии, Вт/(м . оС);
	t - безразмерная температура, рассчитывается по формуле 5.6;
	Rt - термическое сопротивление теплопередаче, м.оС/Вт, определяется по
формуле 5.7.
	βt		λм t0	,		(5.6)
			λT tс
где	м- теплопроводность грунта в мерзлом состоянии, Вт/(м оС);
	tо - температура грунта на глубине 10 м, оС;
	tс - температура транспортируемой среды, оС;
	- коэффициент, учитывающий работу трубопровода неполным сечением,

безразм., определяется по таблице 5.1; для напорных трубопроводов принима-

ется равным =1.

			1
		R t		ln m		m2 1 ,			(5.7)
			2ππT
	Таблица 5.1. Значение коэффициента
to			Cтепень заполнения трубы, %
		10				30			100
0		0.8				0.95			1.0
-2		0.75				0.85			1.0
-4		0.70				0.80			1.0
-6		0.66				0.77			1.0

При высокотемпературном трубопроводе глубины оттаивания вечномерзло-

го грунта под центром hн, м и мощность мерзлого грунта над центром hв, м

трубы определяются по формулам 5.8 и 5.9.

hн=( t-m-1) rt,

(5.8)

22

Рис.5.2. Номограмма для определения коэффициента	t
23

h	в	= (h2-r 2)/h	н	,	(5.9)
		т

где t - безразмерная глубина оттаивания под центром трубы, определяемая по номограмме на рис. 5.2 в зависимости от параметров m, t, It;

It - безразмерное время, определяется по формуле 5.10.

It	ν	λT		t c	τ
	4	q		r 2	,		(5.10)
			f	t

где - расчетный период, ч;

qf - удельная теплота таяния мерзлого грунта, Вт ч/м3, рассчитывается по формуле 4.8 (см. задача № 4).

Радиус оттаивания rот и величина смещения центра ореола оттаивания вниз по отношению к центру трубы с определяются по формулам 5.3 и 5.4 при подстановке в них значений hн и hв, вычисленных по формулам 5.8 и 5.9.

Изложенная методика позволяет рассчитывать высокотемпературные трубопроводы, например, теплопроводы, прокладываемые в невентилируемых подземных каналах. Для этого используются формулы 5.8 - 5.10, а так же 5.3 - 5.4, в которые под радиусом трубы rt, понимается эквивалентный радиус rэкв,

под температурой среды tc - температура внешней поверхности канала tк, под глубиной заложения трубы h - расстояние от дневной поверхности до оси канала. При этом коэффициент принимается равным 1.0. Температура внешней поверхности канала, где прокладывается прямая и обратная магистраль теплопровода, определяется по данным таблицы 5.2.

Таблица 5.2. Значение tк

глубина за-

ложения до

Размеры канала hк

bк, м

верха

канала

0.4

0.5

0.4

0.6

0.4

0.75

0.5

1.0

0.65

1.0

0.8

1.5

0.5

12/20

12/20

13/22

16/27

24/41

27/46

0.7

12/20

14/24

14/24

20/34

28/41

30/51

1.0

13/22

15/25

15/25

21/35

28/47

30/51

1.5

14/25

17/30

17/30

22/38

31/53

35/60

Примечание: В числителе указана величина tк при температуре теплоносителя 95-79 оС, в знаменателе - при температуре 130-170 оС.

24

Величина rэкв, м, определяется по формуле 5.11.

rэкв=(hк+bк)/ ,

(5.11)

где hк, bк - высота и ширина канала, м.

6. Расчет вечномерзлых оснований по несущей способности

Основания и фундаменты рассчитываются на силовые воздействия по двум группам предельных состояний: по первой - по несущей способности и по второй - по деформациям (осадкам, прогибам и пр.), затрудняющим нормаль-

ную эксплуатацию конструкций и оснований или снижающим их долговеч-

ность.

При расчете по предельным состояниям несущая способность основания и его ожидаемые деформации устанавливаются с учетом принципа использова-

ния вечномерзлых грунтов. При использовании вечномерзлых грунтов по принципу I расчет производится по несущей способности для твердомерзлых грунтов, по несущей способности и деформациям для пластичномерзлых и сильнольдистых грунтов а также подземных льдов.

Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний

(по несущей способности) производится исходя из условия 6.1.

F Fu/ n,

(6.1)

где F - расчетная нагрузка на основание;

Fu - несущая способность (сила предельного сопротивления) основания,

определяемая по формуле 6.2;

n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимае-

мые в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 в зависимости от вида и класса ответственности сооружения, при этом значение n следует принимать равным 1,4 независимо от числа свай в фундаменте и от положения подошвы ростверка по отношению к поверхности грунта, кроме свай с высоким роствер-

25

ком для мостов, где он принимается равным в зависимости от числа свай в кус-

те 1,5 и 1,75.

Несущая способность основания Fu, кН, вертикально нагруженной висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле 6.2.

		n
Fu	t c RA		Raf ,i Aaf ,i
		i 1	,	(6.2)
где t - температурный коэффициент,		учитывающий изменение температуры

грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, допус-

кается принимать равным:

а) t = 1,1, если расчетная среднегодовая температура вечномерзлых грун-

тов То соответствует твердомерзлому состоянию грунта и не выше расчетной среднегодовой температуры на верхней поверхности вечномерзлого грунта То,

устанавливающейся в основании сооружения в процессе его эксплуатации;

б) t = 1,0, если расчетная среднегодовая температура вечномерзлых грун-

тов То соответствует пластичномерзлому состоянию грунта и выше значения температуры То, устанавливающейся в процессе эксплуатации сооружения.

При расчетах оснований трубопроводов, линий электропередач и других линейных сооружений коэффициент t следует принимать равным 0,8;

с- коэффициент условий работы основания, принимаемый по таблице 6.1

взависимости от вида и способов устройства фундаментов (кроме опор мос-

тов).

Значения коэффициента с, приведенные в таблице 6.1, допускается увеличи-

вать пропорционально отношению полной нагрузки на фундамент к сумме по-

стоянных и длительных временных нагрузок, но не более чем в 1,2 раза, если расчетные значения деформаций основания при этом не будут превышать пре-

дельно допустимых значений.

R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента, кПа. Для расчета оснований сооруже-

26

ний II и III классов ответственности, возводимых с сохранением мерзлого со-

стояния грунтов допускается принимать по их физическим характеристикам,

составу и температуре в соответствии с данными, приведенными в таблице 6.2

и 6.3.

При расчетах несущей способности оснований значения R следует прини-

мать: для свайных фундаментов - на глубине z, равной глубине погружения сваи; для столбчатых фундаментов - на глубине заложения подошвы фундамен-

та, показанного на Рис.6.1.

Таблица 6.1. Определение коэффициента с

Виды фундаментов и способы их устройства	Коэффициент с
Столбчатые и другие виды фундаментов на естественном основании	1,0
То же на подсыпках	0,9
Буроопускные сваи с применением грунтовых растворов, превы-	1,1
шающих по прочности смерзания вмещающие грунты
То же при равномерной прочности грунтовых растворов и вме-	1,0
щающего грунта
Опускные и буронабивные сваи	1,0
Бурозабивные сваи при диаметре лидерных скважин менее 0,8 диа-	1,0
метра свай
То же при большем диаметре лидерных скважин	0,9

А - площадь подошвы столбчатого фундамента или площадь опирания сваи на грунт, м2, принимаемая для сплошных свай равной площади их попе-

речного сечения (или площади уширения), для полых свай, погруженных с от-

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

Raf,i - расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах (i-го слоя грунта, кПа, Для расчета оснований сооружений II и III классов ответственно-

сти, возводимых с сохранением мерзлого состояния грунтов допускается при-

нимать по их физическим характеристикам, составу и температуре в соответствии с данными, приведенными в таблицах 6.4 и 6.5.

Расчетные сопротивления сдвигу Raf,i следует принимать: для свайных

27

фундаментов - на глубине середины i-го слоя грунта; для столбчатых фунда-

ментов - на глубине, соответствующей середине нижней ступени фундамента,

показанной на Рис. 6.1).

Для буроопускных свай расчетное сопротивление сдвигу необходимо прини-

мать наименьшим из значений сдвига по поверхности смерзания сваи Raf и

сдвига по грунту или буровому раствору Rsh; для буронабивных свай - по зна-

чению Rsh. При расчете несущей способности комбинированных свай (дерево-

металлических, сборно-монолитных и др.) значения Raf следует принимать с учетом неодинаковой прочности смерзания с грунтом их различных элементов;

Рис.6.1. Схема к расчету несущей способности фундамента при центральной нагрузке а) столбчатого ; б) свайного

Аaf,i - площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверх-

ностью сваи, а для столбчатого фундамента - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента, м2;

n - число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта.

28

Таблица 6.2. Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

				Глубина по-			Расчетные давления R, кПа (кгс/см3), при температуре грунта,									С
	Грунты			гружения свай,	-0,3	-0,5		-1	-1,5	-2	-2,5	-3	-3,5	-4	-6	-8	-10
				м
При льдистости ii <
0,2:
1. Крупнообломочные				При любой	2500	3000		3500	4000	4300	4500	4800	5300	5800	6300	6800	7300
				глубине	(25,0)	(30,0)		(35,0)	(40,0)	(43,0)	(45,0)	(48,0)	(53,0)	(58,0)	(63,0)	(68,0)	(73,0)
2.	Пески	крупной	и	То же	1500	1800		2100	2400	2500	2700	2800	3100	3400	3700	4600	5500
средней крупности					(15,0)	(18,0)		(21,0)	(24,0)	(25,0)	(27,0)	(28,0)	(31,0)	(34,0)	(37,0)	(46,0)	(55,0)
3.	Пески	мелкие	и	3-5	850	1300		1400	1500	1700	1900	1900	2000	2100	2600	3000	3500
пылеватые					(8,5)	(13,0)		(14,0)	(15,0)	(17,0)	(19,0)	(19,0)	(20,0)	(21,0)	(26,0)	(30,0)	(35,0)
				10	1000	1550		1650	1750	2000	2100	2200	2300	2500	3000	3500	4000
					(10,0)	(15,5)		(16,5)	(17,5)	(20,0)	(21,0)	(22,0)	(23,0)	(25,0)	(30,0)	(35,0)	(40,0)
				15 и более	1100	1700		1800	1900	2200	2300	2400	2500	2700	3300	3800	4300
					(11,0)	(17,0)		(18,0)	(19,0)	(22,0)	(23,0)	(24,0)	(25,0)	(27,0)	(33,0)	(38,0)	(43,0)
4. Супеси				3-5	750	850		1100	1200	1300	1400	1500	1700	1800	2300	2700	3000
					(7,5)	(8,5)		(11,0)	(12,0)	(13,0)	(14,0)	(15,0)	(17,0)	(18,0)	(23,0)	(27,0)	(30,0)
				10	850	950		1250	1350	1450	1600	1700	1900	2000	2600	3000	3500
					(8,5)	(9,5)		(12,5)	(13,5)	(14,5)	(16,0)	(17,0)	(19,0)	(20,0)	(26,0)	(30,0)	(35,0)
				15 и более	950	1050		1400	1500	1600	1800	1900	2100	2200	2900	3400	3900
					(9,5)	(10,5)		(14,0)	(15,0)	(16,0)	(18,0)	(19,0)	(21,0)	(22,0)	(29,0)	(34,0)	(39,0)
5. Суглинки и глины				3-5	650	750		850	950	1100	1200	1300	1400	1500	1800	2300	2800
					(6,5)	(7,5)		(8,5)	(9,5)	(11,0)	(12,0)	(13,0)	(14,0)	(15,0)	(18,0)	(23,0)	(28,0)
				10	800	850		950	1100	1250	1350	1450	1600	1700	2000	2600	3000
					(8,0)	(8,5)		(9,5)	(11,0)	(12,5)	(13,5)	(14,5)	(16,0)	(17,0)	(20,0)	(26,0)	(30,0)
				15 и более	900	950		1100	1250	1400	1500	1600	1800	1900	2200	2900	3500
					(9,0)	(9,5)		(11,0)	(12,5)	(14,0)	(15,0)	(16,0)	(18,0)	(19,0)	(22,0)	(29,0)	(35,0)
При льдистости грун-
тов 0,2 ii		0,4
6. Все виды грунтов,				3-5	400	500		600	750	850	950	1000	1100	1150	1500	1600	1700
указанные в поз. 1-5					(4,0)	(5,0)		(6,0)	(7,5)	(8,5)	(9,5)	(10,0)	(11,0)	(11,5)	(15,0)	(16,0)	(17,0)

Таблица 6.3. Расчетные давления на мерзлые грунты R под

подошвой столбчатого фундамента

	Грунты		Расчетные давления R, кПа (кгс/см3), при температуре грунта, С
			-0,3	-0,5	-1	-1,5	-2	-2,5	-3	-3,5	-4	-6	-8	-10
При		льдистости	550	950	1250	1450	1600	1800	1950	2000	2200	2600	2950	3300
грунтов ii		< 0,2	(5,5)	(9,5)	(12,5)	(14,5)	(16,0)	(18,0)	(19,5)	(20,0)	(22,0)	(26,0)	(29,5)	(33,0)
1.Крупнообломочные
и	пески	крупные и
средней крупности
2.	Пески мелкие и		450	700	900	1100	1300	1400	1600	1700	1800	2200	2550	2850
пылеватые			(4,5)	(7,0)	(9,0)	(11,0)	(13,0)	(14,0)	(16,0)	(17,0)	(18,0)	(22,0)	(22,5)	(28,5)
3.	Супеси		300	500	700	800	1050	1150	1300	1400	1500	1900	2250	2500
			(3,0)	(5,0)	(7,0)	(8,0)	(10,5)	(11,5)	(13,0)	(14,0)	(15,0)	(19,0)	(22,5)	(25,0)
4.	Суглинки и глины		250	450	550	650	800	900	1000	1100	1200	1550	1900	2200
			(2,5)	(4,5)	(5,5)	(6,5)	(8,0)	(9,0)	(10,0)	(11,0)	(12,0)	(15,5)	(19,0)	(22,0)
При		льдистости	200	300	400	500	600	700	750	850	950	1250	1550	1750
грунтов ii		0,26.	(2,0)	(3,0)	(4,0)	(5,0)	(6,0)	(7,0)	(7,5)	(8,5)	(9,5)	(12,5)	(15,5)	(17,5)
6.	Все виды грунтов,
указанные в поз. 1-4

Таблица 6.4. Расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхности смерзания Raf

	Грунты	Расчетные давления Raf, кПа (кгс/см3), при температуре грунта, С
		-0,3	-0,5	-1	-1,5	-2	-2,5	-3	-3,5	-4	-6	-8	-10
	Глинистые	40	60	100	130	150	180	200	230	250	300	340	380
		(0,4)	(0,6)	(1,0)	(1,3)	(1,5)	(1,8)	(2,0)	(2,3)	(2,5)	(3,0)	(3,4)	(3,8)
	Песчаные	50	80	130	160	200	230	260	290	330	380	440	500
		(5,0)	(8,0)	(1,3)	(1,6)	(2,0)	(2,3)	(2,6)	(2,9)	(3,3)	(3,8)	(4,4)	(5,0)
	Известково-	60	90	160	200	230	260	280	300	350	400	460	520
	песчаный раствор	(6,0)	(9,0)	(1,6)	(2,0)	(2,3)	(2,6)	(2,8)	(3,0)	(3,5)	(4,0)	(4,6)	(5,2)

Примечания:1. Значение Raf для известково-песчаного раствора даны для раствора следующего состава: на 1м3 раствора песка среднезернистого - 820 л, известкового теста плотностью 1,4 г/см3 - 300 л, воды - 230 л; осадка конуса - 10-12 см. При других составах известково-песчаного раствора, а также для цементно-песчаного раствора зна-

чения Raf определяются опытным путем.
2. Значения Raf в следует умножать на коэффициент	af зависящий от вида поверхно-
сти смерзания и принимаемый равным:
для бетонных поверхностей фундаментов, изготовляемых
в металлической опалубке	- 1,0
для деревянных поверхностей, не обработанных масляными
антисептиками	- 1,0
для деревянных поверхностей, обработанных масляными
антисептиками	- 0,9

для металлических поверхностей из горячекатаного проката - 0,7

Таблица 6.5. Расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh

Грунты

Расчетные давления Raf, кПа (кгс/см3), при температуре грунта, С