Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по I принципу

При проектировании оснований с сохранением их мерзлого состояния использовать свайные фундаменты, устраиваемыми в грунт буроопускным способом с заполнением пазух известково-песчаным раствором, с устройством вентилируемых подполий с естественной вентиляцией.

Высота подполья должна приниматься по условиям обеспечения его вентилирования, но не менее 1,2 м от поверхности грунта в подполье до низа выступающих конструкций перекрытия; при размещении в подполье коммуникаций - по условиям свободного к ним доступа, но не менее 1,4 м.

 

5.1. Расчет температурного режима вентилируемого подполья начинается с выбора типа вентилируемого подполья: открытого или закрытого с продухами. Расчет ведется с соответствии с приложением 4 [8]. Фундаменты принимаются свайные с глубиной заложения в вечномерзлый грунт до 7 м.

Определяется высота вентилируемого подполья или необходимое количество продухов.

5.2. Выбор типа свайного фундамента и способа его установки зависит от веса надземных конструкций, температурного режима и состава грунтов основания. Выбрав марку свай, выбирают способ погружения в соответствии с рекомендациями п.3.20 [8].

5.3. Расчетная схема основания свайного фундамента составляется для назначения глубины заделки сваи в вечномерзлый грунт (z):

,

Где l – длина сваи, м;

– высота проветриваемого подполья, м;

– расчетная глубина сезонного оттаивания, м.

В зоне заделки свайного фундамента действуют силы сопротивления мерзлых грунтов сдвигу боковой поверхности фундамента (Raf) и силы сопротивления давления мерзлых грунтов под нижним концом сваи (R).

В случае неоднородного грунта в зоне заделки сваи в вечномерзлый грунт следует произвести разбивку на отдельные однородные слои толщиной 0,8÷1,4 м.

5.4. Выбрав расчетную схему работы сваи в вечномерзлом грунте, производим определение расчетных температур вечномерзлого грунта по глубине ниже расчетной глубины сезонного оттаивания расчетные температуры () грунта вычисляют по формулам (6), (7), (8) [8], предварительно назначив коэффициенты ) и k 1,2,3 соответственно по таблице 4 [8].

Определив температуры грунта на границах расчетных слоев вычисляют температуру в середине каждого слоя ), по которой и назначают расчетные сопротивления сдвигу мерзлого грунта по поверхности смерзания с материалом фундамента.

5.5. Определение несущей способности грунтов основания свайного фундамента производится по формуле (3) [8], назначив расчетные сопротивления по таблицам приложения 2[8], учитывая наличие засоленности, льдистости и пр. В результате должно быть соблюдено условие, что несущая способность мерзлого основания больше расчетной нагрузки.

5.6. Расчет основания и фундаментов по устойчивости на действие сил морозного пучения следует производить как для условий эксплуатации, так и для условий период строительства, если до передачи на фундаменты проектных нагрузок возможно промерзание грунтов слоя сезонного оттаивания. Устойчивость фундамента на действие касательных сил пучения следует проверить из условия (34) [8]. Расчетную удельную касательную силу пучения можно назначать по таблице 9 [8] в зависимости от показателя текучести или степени влажности грунта деятельного слоя и глубины сезонного оттаивания.

5.7. В выводах по разделу следует указать, какие типы фундаментов приняты окончательно, их марку, способ установки.

Пример.

Расчет оснований фундаментов по I группе предельных состояний (по несущей способности) для мерзлых грунтов производится из условия:

F ≤ / ,

Где -коэффициент надежности по назначению сооружения: 1, 2 – для зданий I класса; 1,15 – для зданий II класса; 1,1 – для зданий III класса;

F –расчетная нагрузка на основание; в данном варианте под серединой здания I класса F = 87900кгс. Ширина здания В = 12 м, длина здания L = 24 м, в качестве фундамента принимаются сваи длиной 7м и сечением 40×40 см.;

– несущая способность основания, для висячих свай и столбчатого фундамента определяемая по формуле:

 

= · ·(R · A + ),

где – температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, определяемый по указаниям п.4.10 [8]; в данном примере – = 1,1;

– коэффициент условий работы основания, принимаемый по указаниям п.4.9 [8]: в данном примере для свай, устанавливаемых буроопускным способом с заливкой известково-песчаным раствором = 1, 1;

R – Расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, кгс/см²;

-расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i– го слоя, кгс /cм²;

– площадь поверхности смерзания i - го слоя грунта с боковой поверхностью сваи;

n – число выделенных при работе свай слоев вечномерзлого грунта.

Для середины здания расчетная глубина сезонного оттаивания в случае устройства асфальтовой отмостки будет равна:

 

= ’· = 0, 8·3, 0 = 2, 4 м.

Тогда расчетная схема будет иметь следующий вид:

 

 

= 1, 2 м

 

= 2, 4 м

 

z = 7 – 1, 2 – 2, 4 = 3, 4 м 3,4м – супесь II – го слоя

 

Разбиваем всю зону заделки сваи в мерзлый грунт на 4 слоя со следующими толщинами:

I – 0,4м

II – 1, 0 м

III - 1, 0 м

IV - 1, 0 м

Расчет температур на границе каждого слоя производится по формуле для середины здания:

 

= ( ’ – ) ) + ( – ’) + ,

Где ’ – cсреднегодовая температура грунта на верхней поверхности вечномерзлой толщи, назначаемая по табл.2 прилож. 4 [8] в зависимости от To, ширины здания В, , °C;

– коэффициент сезонного изменения температуры, назначаемый по табл. 4

 

[8] в зависимости от z = , где z – глубина от поверхности вечномерзлого грунта;

– коэффициент теплового влияния сооружения, назначаемый по табл.5[8] в

зависимости от отношений z / B и L / B

все работы могут быть представлены в табличной форме:

 

Z, м	z =		,, °C	’, °C	z/B
1	2	3	4	5	6	7
0,4 1,4 2,4 3,44	8,472 26,003 46,330 66,716	0,123 0,411 0,630 0,790	-0,07 -0,11 -0,11 -0,11	-1,5 -1,55 -1,55 -1,55	0,033 0,117 0,200 0,283	0,043 0,154 0,264 0,360

 

, °C	, °C	, кгс/см²	, см²	· кгс	R, кгс/см²	A, см²
8	9	10	11	12	13	14
-0,28 -0,77 -1,17 -1,48	-0,19 -0,53 -0,97 -1,33	0,36 0,94 1,56 1,86	6440 16000 16000 16000	2304 15040 24960 29760	12,00	1600

Σ 72064

Тогда

= 1, 1·1, 1· (12, 00·1600+72064) = 110429 кгс

/ = 110429/1, 2 = 92024, 2 кгс

Т.е несущая способность грунтов основания свайного фундамента обеспечена.

Проверка по устойчивости на действие сил морозного пучения производится из условия:

 

· - F ≤

 

 

где -расчетная удельная касательная сила пучения, принимается по табл. 9[8] в зависимости от вида грунта, степени водонасыщенности и глубины сезонного оттаивания , = 0,9 кгс/см²;

-площадь боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания грунта, = 38400 см²;

F -расчетная нагрузка на фундамент, принимаемая с коэффициентом 0, 9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок. Этим условиям соответствует осенний период и отсутствие нагрузки от надземных конструкций, F = P св. = 2800 кг;

- расчетная сила, удерживающая фундамент от выпучивания:

= = 72064 кгс

- коэффициент условия работы, принимаемый равным 1, 0;

- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным1, 1;

Тогда, подставляя все полученные значения, имеем:

1,0

0,9·38400 – 2800 = 31760 кгс≤——72064 = 65513 кгс,

1,1

Т.е. устойчивость фундамента обеспечена.