МЕТОДИЧКА

Сваи диаметром D=0,32м. Глубина погружения сваи от верхней поверхности ММГ z=3м. Расчетная нагрузка на сваю F=10 кН. Грунт представлен суглинком мягкопластичной консистенции, показатель текучести IL=0,6. Расчетная глубина сезонного оттаивания - dth=1,8 м.

Расчетная температура ММГ То=-1,5оС. Коэффициент теплопроводности мерзлого грунта λf=1,4 Вт/(м оС), объемная теплоемкость Сf=522 Вт/(м3 оС).

При показателе текучести суглинка IL=0,6 и dth=1,8 м интерполируя данные таблицы 9, СНиП 2.02.04-88, получаем значение τfh=114 кПа.

Определяем площадь боковой поверхности смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания грунта:

A		Dd		2	.
	fh		th	3,14 0,32 1,8 1,8м

Прежде чем определять расчетное значение силы удерживающей фундамент от выпучивания определяется расчетная температура ММГ по длине сваи, по которой определяется сопротивление сдвигу по поверхности смерзания Raf.

Поскольку разрез сложен однородным грунтом, в формуле 48

используем коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания αе, для чего находим параметр:

z	C	f	/	f	3	522 /1,4 57,9ч0,5.

Значение коэффициента αе по данным таблицы 4 СНиП 2.02.04-88

равно 0,42, значение коэффициента kts по таблице 6 СНиП 2.02.04-88, kts=1.

Отсюда по формуле 9, СНиП 2.02.04-88, для оснований опор линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений и трубопроводов расчетная эквивалентная температура грунта (Те, оС) определяется по формуле:

Te (T0 Tbf ) e k ts Tbf 1,5 ( 0,3) 0,42 1 ( 0,3) 0,80 C.

По таблице 3, СНиП 2.02.04-88 при расчетной температуре Те=-0,8оС

определяем среднее значение расчетного сопротивления сдвигу по поверхности смерзания. Для глинистых грунтов получаем Raf=84 кПа.

41

Определяем расчетное значение силы, удерживающей фундамент от

выпучивания:

	n
F u		R	af ,i	h	, D R	af	d	th	3,14 0,32 84 3 253,2кПа.
r				i
	i 1

Устойчивость фундамента на действие касательных сил морозного пучения оценивается по условию (4.1).

Рассчитываются силы выпучивания фундамента:

	fh	A	fh

F 114 1,8 100

95кН

,

и силы удерживающие фундамент от выпучивания:

	c	F		1	253,2 230,2кН.
		r		1,1
	n

Так как 95,2 (кН) < 230,2 (кН), то условие устойчивости фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов соблюдено,

следовательно, свайное основание надземного трубопровода будет устойчивым к действию сил пучения.

Проверить устойчивость столбчатого фундамента на воздействие нормальных сил морозного пучения.

Рисунок 4.5 – Расчетная схема: 1 – граница промерзания деятельного слоя; 2 – уровень надмерзлотных вод; 3 – верхняя граница ММГ.

42

Размеры подошвы фундамента в плане 180х200 (см), высота башмака hb =70 cм, удельное нормальное давление пучения грунта на подошву фундамента и ростверка pfh=300 кПа

Проектом предусматривается обратная засыпка пазух котлована с

уплотнением и промораживанием засыпанного грунта.

Расчетная нагрузка на основание, включая собственный вес

фундамента и вес грунта на его уступах, N=1500 кН.

Вычисляем площадь подошвы столбчатого фундамента (Аf, м2):

A		2	.
	f	1,8 2,0 3,6м

Проверяем условие устойчивости фундаментов на действие нормальных сил морозного пучения по формуле (4.4):

	300 3,6	1,0	1500,
		1,1
	1080кН 1363,3кН.

Вывод: устойчивость столбчатого фундамента на воздействие нормальных сил морозного пучения обеспечена.

43

5 РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

Расчет оснований и фундаментов по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения)

надлежит производить исходя из условия:

s s	u	,	(5.1)

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

su (см) – предельно допустимое значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое согласно таблицы Д 1, СП 22.13330.2011.

Расчет осадки (s, см) отдельных фундаментов, возводимых на оттаивающих в процессе эксплуатации зданий и сооружений вечномерзлых

грунтах, определяется по формуле:

n

n

s

(1 i

)

i

h

i

k

В

i

i

h

,

(5.2)

i

i

i 1

i 1

где ii (д.ед.) – льдистость за счет ледяных включений в долях единицы i-го слоя грунта;

εi - относительное сжатие мерзлого грунта, заключенного между ледяными включениями в этом слое при его оттаивании под нагрузкой;

hi (м) – толщина i-го слоя грунта;

kВ – коэффициент, учитывающий неполное смыкание макропор при оттаивании мерзлого грунта и принимаемый в зависимости от средней толщины ледяных включений ( в, см) :

при	B 1см, kВ 0,4;
при	1см B 3см,kВ 0,6;
при	B 3см, kВ 0,8; где

n – число слоев, на которые разделяется при расчете толща оттаявшего грунта.

44

Суммирование осадки по формуле (5.2) вне зависимости от толщины сжимаемой зоны, допускается производить в пределах расчетной глубины оттаивания, которая определяется теплотехническим расчетом по аналитическим формулам, а также по данным натурных наблюдений за аналогичными сооружениями.

Значение относительного сжатия εi вечномерзлого грунта основания,

оттаивающего в процессе эксплуатации определяется по формуле:

	i	A	th,i		f ,i		,	(5.3)
						i

где Аth,i – коэффициент оттаивания i-го слоя грунта, характеризующий осадку грунта при его оттаивании под действием собственного веса;

δf,i (см2/кг)– коэффициент сжимаемости;

σi (кПа) – давление, возникающее в середине i – го слоя оттаивающего грунта от нагрузки, передаваемой фундаментом и от воздействия собственного веса оттаявшего грунта.

Давление от фундамента и собственного веса грунта (σi кПа) надлежит определять по формуле:

	p	i		0	(H z	i,ср	),	(5.4)
i

где рi (кПа) – полусумма вертикальных нормальных давлений, возникающих на верхней и нижней границах i – го слоя;

γ0 (кН/м3) – объемный вес оттаявшего грунта;

Н (м) – глубина заложения фундамента;

zi,ср – расстояние от подошвы фундамента до середины i – го слоя грунта, см.

Вертикальное нормальное давление (рi, кПа) определяется по формуле:

p			p	z(i)	p
	i				2

z(i 1)	,

(5.5)

где рz(i), рz(i+1) (кПа) – вертикальные нормальные давления, возникающие соответственно на верхней и нижней границах i – го слоя.

Давление, передаваемое фундаментом (рz, кПа), определяется по зависимости:

45

p	z	(p p	0	),	(5.6)

где α – коэффициент изменения дополнительного давления в грунте,

определяется по таблице 5.8, СП 22.13330.2011;

р (кПа) – среднее давление под подошвой фундамента;

р0 (кПа) – природное бытовое давление грунта на уровне подошвы фундамента.

Природное бытовое давление грунта на уровне подошвы фундамента.

p	0		0	h,	(5.7)

где h (м) – расстояние от поверхности природного рельефа до подошвы фундамента.

5.1 Пример расчета осадки основания отдельно стоящего жесткого фундамента

Рисунок 5.1 – Расчетная схема определения осадки фундамента на вечномерзлых грунтах, оттаивающих в процессе эксплуатации сооружения.

Требуется определить размер и осадку прямоугольного фундамента в здании, возводимом на вечномерзлых грунтах с их последующим оттаиванием в процессе эксплуатации.

46

Основание сложено следующими грунтами:

– от поверхности до глубины 3 м – песок средней плотности мелкий мерзлый; объемный вес мерзлого грунта γ0=18,7 кН/м3; объемный вес скелета мерзлого грунта γм=15 кН/м3. Характеристики грунта после его оттаивания:

объемный вес γт.п.=15,4 кН/м3; нормативное значение угла внутреннего трения φn=340; коэффициент оттаивания Аth=0,0184; коэффициент сжимаемости δf=0,00006 м2/кН;

–от глубины 3 – 5,4 м – суглинок пылеватый, мерзлый, массивной текстуры с объемным весом в мерзлом состоянии γ0=18,4 кН/м3; объемным весом скелета грунта в мерзлом состоянии γм=13,8 кН/м3; удельным весом частиц γч=27,3 кН/м3; коэффициентом оттаивания Аth=0,016; коэффициент сжимаемости оттаявшего грунта δf=0,00008 м2/кН;

–от глубины 5,4 м и ниже – глина слоистой текстуры с объемным весом в мерзлом состоянии γ0=17 кН/м3; объемным весом скелета грунта в мерзлом состоянии γм=12,8 кН/м3; льдистостью за счет ледяных включений

ii=0,05 при средней толщине ледяных прослоек в=0,3 см. Коэффициенты сжимаемости и оттаивания, определенные опытным путем из испытаний грунтов в одометрах составляют: коэффициент оттаивания Аth=0,014;

коэффициент сжимаемости оттаявшего грунта δf=0,00005 м2/кН;

Конечная глубина оттаивания грунта под фундаментом

(расположенным у наружной стены здания) составляет 8,6 м. Глубина заложения фундамента 1 м. Нормативная нагрузка на уровне подошвы фундамента с учетом собственного веса фундамента и грунта на его обрезах

(10% внешней нагрузки) N=1110 кН.

Предварительные размеры фундамента назначаем, пользуясь данными таблицы В 2 рекомендуемого приложения В СП 22.13330.2011. Согласно этим данным для мелкого влажного песка средней плотности, давление на грунт должно быть р≤200 кПа.

Принимаем размеры фундамента b=2 м и l=2,8 м, при этом давление на грунт основания будет равно:

47

	p		1110		198,2кПа 200кПа.
			2,0	2,80

Осадку фундамента определяем по формуле (5.2).

Разделим основание на горизонтальные слои толщиной равные 0,2b:

h	i	0,2 200 40см

Давление pz определяем следующим образом:

p	z	(198,2 18,7) 179,3кПа.

На уровне подошвы фундамента при z=0, m=0 и α=1 pz=179 кПа.

Промежуточные вычисления давлений σi для основания сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Результаты расчета

				pz= α(p-					σi=
					pz,ср,	H+z,	P0i=γ0(H+z),	P0ср,	pzср+
	z, см	m	α	p0),
					кПа	см	кПа	кПа	P0ср,
				кПа
									кПа
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	0	0	1	179	-	100	19	-	-
					177			23	200
	40	0,4	0,972	174		140	26
					163			30	193
	80	0,8	0,848	152		180	34
					137			37	174
	120	1,2	0,682	122		220	41
					1,09			45	154
	160	1,6	0,532	95		260	49
					085			52	137
	200	2,0	0,414	74		300	56
					066			59	125
	240	2,4	0,325	585		300+40	61
					53			65	118
	280	2,8	0,26	47		300+80	68
					43			72	115
	Продолжение таблицы 5.1
	320	3,2	0,21	38		300+120	76
					35			79	114
	360	3,6	0,173	31		300+160	83
					29			87	116
	400	4,0	0,145	26		300+200	9
						48

					24				94	118
440	4,4	0,122		22		300+240		100
					21				104	125
480	4,8	0,105		19		540+40		107
					18				110	128
520	5,2	0,091		16		540+80		114
					15				117	132
560	5,6	0,079		14		540+120		120
					0,13				1,24	1,37
600	6,0	0,07		0,13		540+160		1,27
					0,12				1,31	1,43
640	6,4	0,062		0,11		540+200		1,34
					0,1				1,38	1,49
680	6,8	0,055		0,09		540+240		1,41
					0,09				1,45	1,54
720	7,2	0,049		0,09		540+280		1,48
					0,08				1,51	1,59
760	7,6	0,044		0,08		540+320		1,54
	Формула (5.2) для расчета осадки первого слоя при ii									примет
следующий вид:
				5	5	5
			sI	i	hi Ath,i hi i			i hi ,
				1	1	1

sI 0,0184 (0,4 0,4 0,4 0,4 0,4) 0,00006 (200 193 174 154 137) 0,4

5,8см

Вычисляя аналогично осадку второго слоя, получаем SII=6,2см.

Осадка третьего слоя будет равна:

			8	8	8	8
sIII		(1 ii ) i hi		kв ii hi	(1 ii ) ( Ath,i hi	i i hi )
		8	1	1	1	1
kв ii hi ,
		1
s	III	(1 0,05) (0,014 40 8 0,005 11,27 40) 0,4 0,05 40 8 12,8cм

.

Общая осадка фундамента равна:

S SI SII SIII 5,8 6,2 12,8 24,8cм.

49

Вывод: согласно таблицы Л. 1 СП 22.13330.2011 для отдельно стоящих жестких фундаментов гражданских и производственных зданий с полным железобетонным каркасом величина предельной осадки составляет 5,0 см.

Таким образом, условие (5.1) расчета по деформациям неудовлетворено.

Практическая работа № 4

Расчет осадки в оттаивающих грунтах

Определить осадку прямоугольного ленточного фундамента,

возводимого на мерзлых грунтах с их последующим оттаиванием во время эксплуатации.

Исходные данные: Глубина заложения фундамента – 2,5 м, среднее давление на грунт под подошвой фундамента p=0,35 МПа, коэффициент оттаивания, Ath,i, и коэффициент сжимаемости δ, кПа-1, i-го слоя оттаивающего грунта приведены в таблице 5.2. Для нижнего слоя грунта

строительной площадки принять льдистость	за счет ледяных включений
ii=0,08 при средней толщине ледяных прослоек	в=1,6 см.

Таблица 5.2 - Исходные данные для практической работы № 4.

			В,	Hs,	Название	Глубина	w,	e,	ρd,th,i,	Ath,i,	δi,
	Вариант	L, м				подошвы	д.е.	д.е.	кг/м3	д.е.	кПа-1
			м	м	грунта
						слоя, м

50