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

Расчет оснований фундаментов по 1 группе предельных состояний (по несущей способности) для мерзлых грунтов производится из условия:

где F – расчетная нагрузка на основание; 

g_n – коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в соответствии с требованиями СП 22.13330 в зависимости от вида и уровня ответственности сооружения;

F_u – несущая способность основания.

Несущая способность основания F_u, кН (кгс), определяется по формуле

где g_t – температурный коэффициент, учитывающий изменения температуры грунтов основания из-за случайных изменений температуры наружного воздуха, определяется по указаниям приложения П.

СП 25.13330.2012;

g_с – коэффициент условий работы основания, принимаемый по 7.2.4.

СП 25.13330.2012;

R – расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи кН/м² (кгс/см²), определяется согласно 7.2.3. СП 25.13330.2012;

А – площадь опирания сваи на грунт, м² (см²), принимаемая для сплошных свай равной площади их поперечного сечения;

R_af,i – расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i-го слоя, кН/м² (кгс/см²), определяемое согласно 7.2.3. СП 25.13330.2012;

А_af,i – площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, м² (см²);

n – число выделенных при работе свай, слоев вечномерзлого грунта.

Расчет температур на границе каждого слоя производится по формуле

под серединой здания

под краем здания

под углом здания

где Т’₀ – среднегодовая температура грунта на верхней поверхности вечномерзлого толщи, по приложению Д. СП 25.13330.25, в зависимости от Т₀, ширины здания В, Т_bf;

T_bf  – температура начала замерзания грунта, °С по приложению Б
СП 25.13330.12.

a_z  – коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания, принимаемых по табл.7.3. СП 25.13330.12 в зависимости от значения параметра

 с^0,5 (ч^0,5),

где z – глубина от поверхности вечномерзлого грунта, м;

С_f – объемная теплоемкость, Дж/(м³×°С) [ккал/(м³×°С);

l_f – теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м³×°С) по приложению Б. СП 25.13330.12

k₁, k₂, k₃ – коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по табл.7.2. СП 25.13330.12 в зависимости от отношений z/В и L/В, L и В -соответственно длина и ширина сооружения, м;

Определение температурного коэффициента:

Температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, определяется по приложению П в СП 25.13330 по формуле:

где τ - длительность эксплуатации сооружения, лет;

v - коэффициент вариации несущей способности, безразмерный

где Т_bf - температура начала замерзания грунта, °С;

T ₀ - расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения, °С, определяемая согласно приложению Д,

А - амплитуда сезонных колебаний температуры наружного воздуха, °С, определяемая как полуразность значений среднемесячной температуры самого теплого и самого холодного месяца по СП 131.13330;

A=(19,1+39,6)/2=29,35;

σ - среднее квадратическое отклонение среднегодовой температуры наружного воздуха, °С, определяемое по таблице П.2;

для г. Якутска σ=1,15;

D_m,e - коэффициент затухания случайных колебаний температуры с глубиной, безразмерный, определяемый по таблице П.1 и принимаемый равным D_e - для свайных;

Т_т,е - расчетная температура многолетнемерзлого грунта, °С, определяемая по указаниям 7.2.7: для оснований сооружений с холодным подпольем по формуле (7.4) и принимаемая равной Т_е - для свайных;

С - коэффициент, град^1/2, принимаемый равным 0,24 для свайных фундаментов.

4.7.1. Расчетная схема сваи с длиной 12 у внутренних опор:

h_п = 1,4 м; d_th = 2,6 м;

z = 12 - 1,4 - 2,6 = 8 м;

Зону заделки сваи в вечномерзлый грунт разбиваем на отдельные однородные слои:

1 – 1,2 м; 2 – 1,2 м; 3 – 1 м; 4 – 1 м;

5 – 1 м; 6 – 1 м; 7 – 1 м; 8 – 0,6 м;

 

 

Рис. 4.7.1.

4.7.2. Расчетная схема сваи с длиной 12 у наружных стен:

h_п = 1,4 м; d_th = 3,2 м;

z = 12 - 1,4 – 3,2 = 7,4 м;

Зону заделки сваи в вечномерзлый грунт разбиваем на отдельные однородные слои:

1 – 0,6 м; 2 – 1,2 м; 3 – 1 м; 4 – 1 м;

5 – 1 м; 6 – 1 м; 7 – 1 м; 8 – 0,6 м;

 

Рис. 4.7.2.

4.7.3. Расчетная схема сваи с длиной 10 м у внутренних опор:

h_п = 1,4 м; d_th = 2,6 м;

z = 10 - 1,4 - 2,6 = 6 м;

Зону заделки сваи в вечномерзлый грунт разбиваем на отдельные однородные слои:

1 – 1,2 м; 2 – 1,2 м; 3 – 1 м; 4 – 1 м;

5 – 1 м; 6 – 0,6 м;

 

Рис. 4.7.3.

4.7.4. Расчетная схема сваи с длиной 10 м у наружных стен:

h_п = 1,4 м; d_th = 3,2 м;

z = 10 - 1,4 – 3,2 = 5,4 м;

Зону заделки сваи в вечномерзлый грунт разбиваем на отдельные однородные слои:

1 – 0,6 м; 2 – 1,2 м; 3 – 1 м; 4 – 1 м;

5 – 1 м; 6 – 0,6 м;

 

 

Рис. 4.7.4.

4.7.5. Расчет несущей способности основания под серединой здания L=12 м

Рис. 4.7.5

4.7.6. Интерполяция расчетных значений для средней сваи L=12 м

Коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α_z:

Расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения T₀’

Коэффициент теплового влияния сооружения k1

Расчетные сопротивления R_af с континентальным типом засоления

Расчетные сопротивления R_af

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Рис. 4.7.6

4.7.7. Определение температурного коэффициента γt под серединой здания L=12 м

Рис. 4.7.7

4.7.8. Расчет несущей способности основания под краем здания L=12 м

Рис. 4.7.8

4.7.9. Интерполяция расчетных значений для крайней сваи L=12 м

Коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α_z:

Расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения T₀’

Коэффициент теплового влияния сооружения k2

Расчетные сопротивления R_af с континентальным типом засоления

Расчетные сопротивления R_af

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Рис. 4.7.9

4.7.10. Определение температурного коэффициента γt под краем здания L=12 м

Рис. 4.7.10

4.7.11. Расчет несущей способности основания под серединой здания L=10 м

Рис. 4.7.11

4.7.12. Интерполяция расчетных значений для средней сваи L=10 м:

Коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α_z:

Расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения T₀’

Коэффициент теплового влияния сооружения k1

Расчетные сопротивления R_af с континентальным типом засоления

Расчетные сопротивления R_af

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Рис. 4.7.12

4.7.13. Определение температурного коэффициента γt под серединой здания L=10 м

Рис. 4.7.13

4.7.14. Расчет несущей способности основания под краем здания L=10 м

Рис. 4.7.14

4.7.15. Интерполяция расчетных значений для крайней сваи L=10 м

Коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α_z:

Расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения T₀’

Коэффициент теплового влияния сооружения k2

Расчетные сопротивления R_af с континентальным типом засоления

Расчетные сопротивления R_af

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Рис. 4.7.15

4.7.16. Определение температурного коэффициента γt под краем здания L=10 м

Рис. 4.7.16

4.7.17. Расчет несущей способности основания под углом здания L=10 м

Рис. 4.7.17

4.7.18. Интерполяция расчетных значений для угловой сваи L=10 м

Коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α_z:

Расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения T₀’

Коэффициент теплового влияния сооружения k3

Расчетные сопротивления R_af с континентальным типом засоления

Расчетные сопротивления R_af

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Рис. 4.7.18

4.7.19. Определение температурного коэффициента γt под углом здания L=10 м

Рис. 4.7.19