Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 62

8.3.3 Особенности проектирования фундаментов без сохранения

мерзлого состояния грунтов основания (IIпринцип)

     Использование вечномерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II по своему существу приближает условия работы фундаментов сооружений к обычным условиям. Этот принцип проектирования и строительства сооружений применяется в южных районах области распространения вечномерзлых грунтов, сохранение которых в мерзлом состоянии требует дорогостоящих мероприятий.

     Проектные решения сооружений на таких основаниях должны применяться обязательно с учетом деформаций основания. Этот расчет является главным. Расчет же по несущей способности производится, если:

-  на основание передается значительная горизонтальная нагрузка;

-  сооружение находится на склоне;

-  основание сложено скальными грунтами.

     Развитие осадки протаивающего основания определяется скоростью и глубиной протаивания грунтов под сооружением. Если эти осадки не превосходят предельно допустимых величин, следует ориентироваться на протаивание грунтов основания в процессе эксплуатации сооружения. Если же ожидаемые осадки в основании оказываются больше предельных, выбор проектного решения может идти двумя путями:

     1. Путем уменьшения чувствительности сооружения к осадкам (разрезка сооружения деформационными швами на небольшие жесткие отсеки, устройство сплошных фундаментных плит и т. п.).

     2. Путем уменьшения осадки основания, что достигается сокращением глубины протаивания, увеличением глубины заложения подошвы фундамента, предпостроечным оттаиванием или заменой грунтов основания и т.п.

     При больших величинах ожидаемых осадок конструктивные меры часто оказываются неэкономичными. Наиболее целесообразно в этом случае предпостроечное оттаивание грунтов основания.

     Предпостроечное оттаивание грунтов основания осуществляют с использованием естественного солнечного тепла или положительной температуры воды (гидрооттайка), а также искусственными источниками тепла: огневое оттаивание с поверхности пожогами горючих материалов, водяными и паровыми иглами, электропрогревом.

     Основой расчета на оттаивающих основаниях является прогноз их осадки. В свою очередь этот расчет связан с определением глубины протаивания грунтов под сооружением. Таким образом, расчет оснований, проектируемых по принципу ΙΙ, включает в себя две группы расчетов:

-  теплотехнические расчеты, связанные с оценкой хода протаивания вечномерзлых грунтов в основании;

-  расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям.

     При использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по принципу II минимальную глубину заложения фундаментов d_min следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 в зависимости от расчетной глубины сезонного промерзания d_f.

     Предварительно площадь подошвы фундамента определяется как и для обычных немерзлых грунтов. Расчетное сопротивление R_o определяется с характеристиками грунтов, которые они будут иметь к моменту возведения сооружения.

     Вследствие тепловыделения зданий  и сооружений под ними будет формироваться чаша протаивания грунта. Вначале этот процесс протекает интенсивно, затем замедляется и на некоторой глубине прекращается. Глубина протаивания грунта под средней частью здания и под его краями неодинакова, поэтому она должна определяться как под центром здания, так и под его краями. Максимальная глубина оттаивания грунта под зданием, соответствующая установившемуся предельному положению границы зоны оттаивания может быть определена по формулам:

под серединой -;                                                    (8.35)

под краем - ,                                                           (8.36)

где kn - коэффициент, определяемый в зависимости от формы сооружения по прил. 8 /18/;

, - коэффициенты, определяемые по графикам того же приложения;

B – ширина здания.

     Для промежуточных сечений глубина протаивания приближенно может приниматься исходя из круглоцилиндрической формы очертания чаши протаивания.

     Эксплуатационное протаивание оснований предполагает приспособление сооружений к развитию их неравномерных осадок. Для неотапливаемых сооружений, к которым относятся и опоры мостов,  наиболее целесообразной фундаментной конструкцией в этом случае будет конструкция с опиранием на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании (не льдонасыщенные) грунты, осадка которых под фундаментом будет незначительной. При близком залегании таких грунтов (до 5–6 м) под массивные опоры мостов на реках с сильным ледоходом можно применять массивные фундаменты мелкого заложения с анкерующей плитой против действия сил морозного пучения (рис. 8.12, а). Устои  мостов на таких фундаментах можно устраивать рамно-стоечного типа (рис. 8.12, б).

Рис. 8.12Массивные фундаменты опор мостов

а) - промежуточной опоры, б) - устоя.

1 - анкерующая плита, 2 - массивная опора, 3 - устой рамно-стоечного типа.

Если скальные или другие малосжимаемые грунты залегают на большой глубине от поверхности, применяют сваи или столбы с заделкой в эти грунты. Ростверки свайных фундаментов могут быть как низкими, так и высокими (приподнятыми над поверхностью грунта не менее 15 см у промежуточных опор и не менее 50 см в устоях). Подошву плиты низкого ростверка назначают глубже мощности пучиноопасных грунтов слоя сезонного промерзания.

Рис. 8.13Схема к расчету свай с учетом отрицательного трения оттаивающего грунта 1- талый грунт, 2- мерзлый грунт, 3- малосжимаемый грунт.

          Несущую способность свай и столбов, опертых на скалу или другие мало сжимаемые грунты, определяют с учетом негативных сил трения, возникающих при оттаивании мерзлых грунтов выше кровли несущего слоя (рис. 8.13):