Вечномерзлые грунты. Порядок проектирования при использовании грунтов по 1-му принципу. Проектирование при 2-ом принципе. Назначение глубины заложения фундаментов и длины сваи

10. Вечномерзлые грунты. Порядок проектирования при использовании грунтов по 1-му принципу

(общая последовательность).

   Мерзлый грунт-это массив грунта, находящийся под действием «-» температур. Среди мерзлых грунтов выделяют сезонно-мерзлые грунты, т.е. грунты, подвергающиеся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также вечномерзлые грунты, находящиеся в мерзлом состоянии более 3-х лет.

   К вечномерзлым относят грунты, внутри которых хотя бы часть воды превращается в лед (имеет кристаллическую структуру). При переходе воды из жидкого состояния в кристаллическое в грунте происходит изменение его структуры, влияющей на прочностные и деформативные характеристики.

    При этом в грунте выделяют след. процессы:

1. При замерзании воды в грунте возникают цементационные связи, при этом, в зависимости от кол-ва воды различают разную структуру грунта.

2. При замерзании воды, она увеличивается в объеме, при этом неравномерные деформации могут носить неравномерный характер.

3. При последующем оттаивании грунта, грунт, как правило, не возвращается в исходное состояние, при этом происходит ухудшение прочностных и деформативных свойств.

4. При замораживании грунта внутри него, а также в прилегающих массивах грунта происходит перераспределение или миграция влаги, при этом может происходить значительное увеличение влажности.

    По своей структуре мерзлые грунты яв-ся 4-х фазной системой, т.е. содержат в своём составе след-е компоненты: мин.частицы, жидкая фаза (незамерзшая вода), твердая фаза (лед или замерзшая вода), газообразная фаза (водяной пар или газы, находящиеся в грунте).

Расчет грунтового основания при использовании

грунтов по 1-му принципу:

   При расчетах оснований из вечномерзлых грунтов выполняются расчеты по 1-й группе предельных состояний (прочность и устойчивость). При этом выполняются расчеты для твердомерзлых грунтов.

   Расчеты оснований по прочности и устойчивости выполняют в соответствии с требованиями СНиП «Основания и фундаменты».

   Эти расчеты выполняют в 4-х случаях:

● передаются большие нагрузки;

● расположение на скальных грунтах;

● расположение на откосе или вблизи него;

● расположение под фундаментом водонасыщенных грунтов.

Расчеты по несущей способности:

 где: F-расчетная нагрузка на основание (т, кН);

  γ_n-коэф-т надежности по назначению сооружения

(по СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»).

F_U-величина предельной нагрузки или несущая способность основания грунта, определяемая расчетом по формуле; а для свайных фундаментов, кроме того, по результатам полевых испытаний.

   Несущая способность F_U определяется по формуле:

(используется для определения несущей способности столбчатых и свайных фундаментов).

где:  γ_t-температурный коэф-т, учитывающий изменение температуры грунта в период эксплуатации или строительства;

  γ_с-коэф-т условия работы грунтового основания (по СНиПу);

R-расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой столбчатого фундамента или под острием сваи;

  А-площадь опирания конструкции на грунт;

R_Af,i-расчетное сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности;

  А_Af,i-площадь боковой поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи или с боковой поверхностью нижней части фундамента.

11. Вечномерзлые грунты. Проектирование оснований при 1-ом принципе. Расчет оснований по 1-ой группе предельных состояний. Общая формула расчета. Определение несущей способности основания столбчатого фундамента и сваи при центральном нагружении. Особенности расчета по деформациям.

   Мерзлый грунт-это массив грунта, находящийся под действием «-» температур. Среди мерзлых грунтов выделяют сезонно-мерзлые грунты, т.е. грунты, подвергающиеся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также вечномерзлые грунты, находящиеся в мерзлом состоянии более 3-х лет.

   К вечномерзлым относят грунты, внутри которых хотя бы часть воды превращается в лед (имеет кристаллическую структуру). При переходе воды из жидкого состояния в кристаллическое в грунте происходит изменение его структуры, влияющей на прочностные и деформативные характеристики.

    При этом в грунте выделяют след. процессы:

1. При замерзании воды в грунте возникают цементационные связи, при этом, в зависимости от кол-ва воды различают разную структуру грунта.

2. При замерзании воды, она увеличивается в объеме, при этом неравномерные деформации могут носить неравномерный характер.

3. При последующем оттаивании грунта, грунт, как правило, не возвращается в исходное состояние, при этом происходит ухудшение прочностных и деформативных свойств.

4. При замораживании грунта внутри него, а также в прилегающих массивах грунта происходит перераспределение или миграция влаги, при этом может происходить значительное увеличение влажности.

    По своей структуре мерзлые грунты яв-ся 4-х фазной системой, т.е. содержат в своём составе след-е компоненты: мин.частицы, жидкая фаза (незамерзшая вода), твердая фаза (лед или замерзшая вода), газообразная фаза (водяной пар или газы, находящиеся в грунте).

Расчет грунтового основания при использовании

грунтов по 1-му принципу:

   При расчетах оснований из вечномерзлых грунтов выполняются расчеты по 1-й группе предельных состояний (прочность и устойчивость). При этом выполняются расчеты для твердомерзлых грунтов.

   Расчеты оснований по прочности и устойчивости выполняют в соответствии с требованиями СНиП «Основания и фундаменты».

   Эти расчеты выполняют в 4-х случаях:

● передаются большие нагрузки;

● расположение на скальных грунтах;

● расположение на откосе или вблизи него;

● расположение под фундаментом водонасыщенных грунтов.

Расчеты по несущей способности:

 где: F-расчетная нагрузка на основание (т,кН);

  γ_n-коэф-т надежности по назначению сооружения (по СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»).

F_U-величина предельной нагрузки или несущая способность основания грунта, определяемая расчетом по формуле; а для свайных фундаментов, кроме того, по результатам полевых испытаний.

   Несущая способность F_U определяется по формуле:

 (используется для определения несущей способности столбчатых и свайных фундаментов).

где:  γ_t-температурный коэф-т, учитывающий изменение температуры грунта в период эксплуатации или строительства;

  γ_с-коэф-т условия работы грунтового основания (по СНиПу);

R-расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой столбчатого фундамента или под острием сваи;

  А-площадь опирания конструкции на грунт;

R_Af,i-расчетное сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности;

  А_Af,i-площадь боковой поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи или с боковой поверхностью нижней части фундамента.

Расчеты по деформациям:

   Расчеты по деформациям для пластично-мерзлых и сыпуче-мерзлых грунтов выполняются по след. формуле:

  S-расчетная вертикальная деформация основания;

S_U-предельно допустимое значение вертикальной осадки основания.

   Величина расчетной осадки грунтового основания Sопределяется в зависимости от вида фундаментов:

● для столбчатых фундаментов- осадка определяется по указаниям СНиП «Основания зданий и сооружений» с использованием схемы линейно-деформированного слоя конечной мощности, либо расчетно-деформированного полупространства.

● для свайных фундаментов- расчетное значение осадки Sопределяется по результатам полевых испытаний свай на статическую вдавливающую нагрузку или расчетам по формулам, как для условного фундамента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

   Значение величины относительной деформации мерзлых грунтов δ и модуля деформации мерзлых грунтов Е принимается по результатам испытания компрессионных грунтов в лаборатории.

12. Вечномерзлые грунты. Проек-ние при 2-ом принципе. Методы предпостроечного оттаивания грунтов. Назнач-е глубины заложения фундаментов и длины сваи.

   Мерзлый грунт-это массив грунта, находящийся под действием «-» температур. Среди мерзлых грунтов выделяют сезонно-мерзлые грунты, т.е. грунты, подвергающиеся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также вечномерзлые грунты, находящиеся в мерзлом состоянии более 3-х лет.

   К вечномерзлым относят грунты, внутри которых хотя бы часть воды превращается в лед (имеет кристаллическую структуру). При переходе воды из жидкого состояния в кристаллическое в грунте происходит изменение его структуры, влияющей на прочностные и деформативные характеристики.

    При этом в грунте выделяют след. процессы:

1. При замерзании воды в грунте возникают цементационные связи, при этом, в зависимости от кол-ва воды различают разную структуру грунта.

2. При замерзании воды, она увеличивается в объеме, при этом неравномерные деформации могут носить неравномерный характер.

3. При последующем оттаивании грунта, грунт, как правило, не возвращается в исходное состояние, при этом происходит ухудшение прочностных и деформативных свойств.

4. При замораживании грунта внутри него, а также в прилегающих массивах грунта происходит перераспределение или миграция влаги, при этом может происходить значительное увеличение влажности.

    По своей структуре мерзлые грунты яв-ся 4-х фазной системой, т.е. содержат в своём составе след-е компоненты: мин.частицы, жидкая фаза (незамерзшая вода), твердая фаза (лед или замерзшая вода), газообразная фаза (водяной пар или газы, находящиеся в грунте).

Расчеты оснований при использовании

грунтов по 2-ому принципу.

   При использовании грунтов по 2-ому принципу следует предусматривать мероприятия по уменьшению деформаций или мероприятия по увеличению жесткости здания.

Для уменьшения деформации здания могут быть выполнены след. мероприятия:

   1. Предварительное оттаивание грунтов с их уплотнением;

   2. Замена льдистых грунтов с низкими модулями деформации на песчаные или крупнообломочные грунты;

   3. Ограничение глубины оттаивания грунтов или увеличение глубины заложения фундаментов;

   4. Мероприятия по увеличению жесткости здания:

● устройство монолитных ж/б или армокаменных поясов жесткости;

● устройство жестких дисков перекрытий, а также жестких рамных узлов и устройство ядер жесткости;

● постановка диафрагм.

   В случае, когда увеличение жесткости здания яв-ся нецелесообразно – для уменьшения влияния неравномерной осадки необходимо предусматривать след. мероприятия:

1. Разделение здания на отдельные секции с полной их разрезкой по вертикали;

2. Увеличение податливости здания для уменьшения влияний неравномерных деформаций.

Фундаменты, применяемые при стр-ве на грунтах,

 используемых по 2-ому признаку:

   Для зданий с жесткой конструктивной схемой: могут применяться перекрестные ленточные фундаменты, в виде сплошных плит или опирающиеся на несжимаемый грунт.

   Свайные фундаменты также применяются при проектировании по 2-ому признаку.

  Для зданий с гибкой конструктивной схемой: могут применяться ленточные, столбчатые ФМЗ, фундаменты на висячих сваях.

Расчеты оснований по деформациям:

   А. В случае совместного расчета деформаций основания должно выполняться след. условие:

где:   F_f-расчетное значение усилий, возникающих в элементах здания в случае возникновения неравномерных деформаций;

F_U,f-несущая способность конструктивных элементов здания, эта величина опред-ся по нормативным документам (СНиП) соотв-им материалам элементов и его конструктивной схемы;

   γ_с-коэф-т условия работы системы «основание-сооружение», принимаемый равным 1,25;

   γ_n-коэф-т надежности, принимаемый в зависимости от степени ответственности здания.

   Б. При расчете деформаций без учета совместной работы здания и основания должно выполняться след. условие:

S-значение расчетной осадки фундаментов, определяется в зависимости от способа оттаивания грунтов.

   В случае оттаивания грунтов в процессе эксплуатации здания величина деформации определяется по след. формуле:

S_th-расчетное значение деформаций, вызванная осадкой оттаивающего грунта от действия собственного веса;

   S_р- деформация грунтового основания, обусловленная доп. давлением на грунт.

   А_th,i;δ_i-коэф-т оттаивания и коэф-т сжимаемости, определяемые по рез-там непосредственных испытаний грунтов;

   σ_zg,i-давление от собственного веса грунта;

   h- мощность оттаивающего слоя грунта.

где:   р- доп. давление на грунт;

b-ширина подошвы фундамента;

k₀- безразмерный коэф-т, зависящий от соотношения

z-расстояние от подошвы фундамента до нижней границы оттаивающего грунта;

k_u,i-коэф-т, зависящий от соотношения

   z_i- расстояние от подошвы фундамента до середины каждого слоя;

   k_i-1;k_i- коэф-ты, зависящие от (по табл. СНиПа).

Назначение глубины заложения фундаментов:

   Выбор глубины заложения фундаментов на вечномерзлых грунтах осуществляется с учетом требований СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»; а также выбранного принципа использования грунтов и с учетом устойчивости фундаментов на действие сил морозного пучения.

   При использовании вечномерзлых грунтов по 2-му принципу глубина заложения принимается в зависимости от расчетной глубины промерзания d_fпо требованиям СНиП «Основания зданий и сооружений».

   При использовании грунтов по 1-му принципу глубина заложения фундаментов назначается в зависимости от расчетной глубины сезонного оттаивания грунта d_th.

   При этом должны быть выполнены след. условия:

   ● min глубина заложения, в зависимости от типа фундаментов должна приниматься не менее след. значений:

- для всех видов фундаментов, кроме свайных;

- для свайных фундаментов;

-не нормируется - для фундаментов возводимых на насыпных грунтах.

Назначение длины сваи:

   Длина свай выбирается в зависимости от грунтовых условий. Нижние концы свай заглубляются в плотные слои грунта. Как правило, такой слой залегает в глубине грунтовой толщи, а выше располагаются более слабые слои грунтов. Поэтому длина сваи применяется такой, чтобы свая могла прорезать слабые слои грунтов (насыпных, рыхлых песков, илов, текучих глин и т.п.) с заглублением острия свай по крайней мере на 0,5-1,0 м в прочный грунт.

   Ростверк чаще всего располагают ниже пола подвала. В пучинистых при промерзании грунтах ростверк закладывается ниже глубины промерзания. Оптимальные значения длины сваи и её сечения определяются технико-экономическим сопоставлением.