Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах

,                                                               (11)

где Т_о -  расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности вечномерзлого грунта в основании сооружения, отвечающая проектному положению границы сезонного оттаивания грунтов, включая грунты подсыпки.

При равномерном расположении охлаждающих труб или каналов под всей площадью сооружения расчетные температуры грунтов в его основании Т_m, T_z и Т_е допускается определять как для сооружений с холодным подпольем (п. 4.13) при среднем по площади сооружения значении температуры Т_о.

4.16. Несущая способность основания одиночной сваи F_u по результатам полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой определятся по формуле

,                                                        (12)

где k -  коэффициент, учитывающий различие в условиях работы опытной и проектируемых свай и определяемый по формуле

k = F_u,p/F_u,t,                                                         (13)

здесь F_u,p и F_u,t - значение несущей способности соответственно проектируемой и опытной свай, рассчитанные по формулам (3) или (4) по значениям R и R_af, принимаемым по таблицам рекомендуемого приложения 2: для проектируемой сваи - при расчетных температурах грунта, устанавливаемых согласно указаниям пп. 4.8 и 4.12, а для опытной сваи - при температурах, измеренных при испытании;

F_u,n - нормативное значение предельно длительного сопротивления основания опытной сваи статической нагрузке, определяемое по данным испытания сваи в соответствии с ГОСТ 24546-81 с учетом требований ГОСТ 20522-75;

g_g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,1.

4.17. Несущую способность основания столбчатого фундамента, нагруженного внецентренно сжимающей нагрузкой, допускается определять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. При этом эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок на уровне подошвы фундамента следует определять с учетом смерзания грунта с боковой поверхностью нижней ступени фундамента по формулам:

e_l = (M_e - M_af)/F,                                                         (14)

e_b = (M_b - M_af)/F,                                                        (15)

где e_l и e_b -  соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок относительно осей прямоугольной подошвы фундамента со сторонами l и b, м (см);

M_e и M_b - моменты внешних сил от расчетных нагрузок относительно тех же осей, кН×м (кгс×см);

F - расчетная вертикальная нагрузка, кН (кгс), от сооружения на основание, включая вес фундамента и грунта, лежащего на его уступах;

M_af - часть момента внешних сил, кН×м (кгс×см), воспринимаемая касательными силами смерзания вечномерзлого грунта с боковыми поверхностями нижней ступени фундамента высотой h_p и вычисляемая по формуле

M_af = g_tg_cR_afh_plb,                                                          (16)

здесь g_t и g_c - обозначения те же, что в формуле (3);

R_af -  расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу, кПа (кгс/см²), принимаемое по п. 4.8.

При эксцентриситете нагрузки относительно одной оси фундамента (e_b = 0) допускается M_af, кН×м (кгс×см), определять по формуле

M_af = g_tg_cR_afh_pl(b + 0,5l),                                                 (17)

где l - сторона подошвы фундамента, параллельная плоскости действия момента, м(см).

Для мерзлых пылевато-глинистых грунтов, а также для мелких и пылеватых песков допускается принимать угол внутреннего трения j = 0 и определять несущую способность основания F_u, кН (кгс), при внецентренной вертикальной нагрузке по формуле

Fu = g_tg_c(R + q)lb,                                                       (18)

где R - расчетное давление на мерзлый грунт, кПа (кгс/см²), принимаемое по указаниям п. 4.8;

q -   пригрузка со стороны возможного выпора грунта, кПа (кгс/см²) за вычетом давления от веса грунта на глубине 2,5 м, принимаемого равным 50 кПа (0,5 кгс/см²);

l и b - приведенные размеры сторон прямоугольного фундамента, м (см), определяемые по формулам:

l = l - 2e_l;                                                               (19)

b = b - 2e_b.                                                             (20)

Значения e_l и e_b определяются соответственно по формулам (9) и (10).

4.18. Расчет свайных фундаментов на действие горизонтальных нагрузок и изгибающих моментов следует производить из условия совместной работы сваи и основания с учетом мерзлотно-грунтовых условий в соответствии с рекомендуемым приложением 6.

4.19. Расчет фундаментов, воспринимающих значительные горизонтальные усилия, следует производить на плоский сдвиг в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

4.20. Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) производится исходя из условия

s_f £ s_u,                                                                 (21)

где s_f -   деформация пластичномерзлого основания под нагрузкой от сооружения, определяемая согласно указаниям пп. 4.21 и 4.22;

s_u -  предельно допустимая деформация основания сооружения за расчетный срок его эксплуатации.

4.21. Осадки оснований фундаментов, возводимых на пластичномерзлых грунтах, следует определять:

а) для столбчатых фундаментов - в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83, применяя расчетную схему в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя конечной толщины с учетом указаний п. 4.22;

б) для свайных фундаментов - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой, а для кустов свай - согласно указаниям СНиП 2.02.03-85 с определением осадок условного фундамента по схеме линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя конечной толщины.

Расчетные деформационные характеристики пластичномерзлых грунтов (коэффициент сжимаемости d_f или модуль деформации E_f) следует принимать по данным компрессионных испытаний соответствии с ГОСТ 24586-81 при расчетной температуре грунта, устанавливаемой по формуле (10).

4.22. Осадки оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами и подземными льдами, а также в случаях загружения фундаментов при температуре грунтов основания выше расчетных значений, принятых для установившегося эксплуатационного режима (п. 4.11), следует определять с учетом изменения деформационных характеристик грунтов в зависимости от температуры и времени, а также развития пластических деформаций льда, согласно указаниям п. 5.8 и рекомендуемого приложения 7.

Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу II 4.23. Расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) надлежит производить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83, для свайных фундаментов - в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85, с учетом указаний пп. 4.37-4.39.

4.24. Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить, как правило, с учетом совместной работы основания и фундаментов (сооружения). Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы основания и сооружения следует производить в случаях, предусмотренных СНиП 2.02.01-83, а также для выбора принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и необходимых мероприятий для уменьшения деформаций основания.

4.25. Расчеты оттаивающих оснований по деформациям необходимо производить в пределах расчетной глубины оттаивания грунтов в основании сооружения за заданный срок его эксплуатации t_u с учетом развития зоны оттаивания во времени.

Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании сооружения следует определять на основании расчета теплового взаимодействия сооружения с вечномерзлым грунтом с учетом формы, размеров и теплового режима сооружения, температуры и теплофизических свойств грунтов основания.

Для простых по форме сооружений с равномерной по площади температурой, в том числе для заглубленных сооружений, расчетную глубину оттаивания грунтов в их основании Н допускается определять по рекомендуемому приложению 8.

4.26. Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения) надлежит производить исходя из условия

s £ s_u,                                                                   (22)

где s -    совместная деформация основания и сооружения при оттаивании грунтов в процессе эксплуатации сооружения под воздействием собственного веса грунта и дополнительной нагрузки от сооружения в пределах расчетной глубины оттаивания Н;

s_u -     предельно допустимое значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое согласно СНиП 2.02.01-83, а для мостов - СНиП 2.05.03-84.

4.27. Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом совместной работы основания и сооружения следует производить исходя из условия

,                                                              (23)

где F_f - расчетные усилия, возникающие в элементах конструкций фундаментов (сооружения) при неравномерных осадках оттаивающего основания;

F_fd - предельные значения сопротивления элементов конструкции сооружения, рассчитываемые по нормам проектирования соответствующих конструкций;

g_c -   коэффициент условий работы системы «основание-сооружение», принимаемый равным 1,25;

g_n -  коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,0; 0,95 и 0,9 соответственно для сооружений I, II и III классов ответственности.

Расчет усилий в элементах фундаментных конструкций и реактивных давлений грунтов следует выполнять, как правило, численными методами на основании уравнений строительной механики с учетом зависимостей реактивных давлений от неравномерных осадок основания. При этом оттаивающее основание допускается рассматривать как линейно-деформируемый слой конечной толщины. Допускается применять другие расчетные схемы, в том числе с использованием вероятностных методов расчета, учитывающих статистическую неоднородность основания. При расчете оснований и фундаментов по деформациям среднее давление на основание под подошвой фундамента от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного давления на основание R, определяемого в соответствии со СНиП 2.02.01-83 по расчетным характеристикам оттаивающих грунтов.

4.28. Осадку оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения основания следует определять по формуле

s = s_th + s_p,                                                            (24)

где s_th -  составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, определяемая по указаниям п. 4.29;

s_p -  составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, определяемая по указаниям п. 4.31.

4.29. Составляющую осадки основания s_th, м (см), надлежит определять по формуле

,                                                  (25)

где n - число выделенных при расчете слоев грунта;

A_th,i и d - коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, кПа^-1 (см²/кгс), i-го слоя оттаивающего грунта, принимаемые по экспериментальным данным согласно указаниям п. 4.30;

s_zg,i -  вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине i-го слоя грунта, кПа (кгс/см²), определяемое расчетом для глубины z_i от уровня планировочных отметок с учетом взвешивающего действия воды;

h_i -  толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м (см).

Примечание. Взвешивающее действие воды при определении s_th следует учитывать для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже расчетного уровня подземных вод, но выше водоупора.

4.30. Коэффициенты оттаивания A_th и сжимаемости оттаивающего грунта d надлежит устанавливать, как правило, по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом по методике ГОСТ 23253-78. Если значения A_th и d получены по данным лабораторных испытаний грунтов, то расчетные значения их при определении осадок оттаивающего основания следует умножать на поправочный коэффициент k_i = 1 + Di_i, где Di_i разность между суммарной льдистостью i-го слоя грунта и льдистостью испытанного образца, взятого из этого слоя. Допускается вводить поправки за неполное смыкание макропор и набухание оттаивающего грунта, если это подтверждено экспериментальными данными.

4.31. Составляющую осадки основания s_p, м (см), при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины следует определять по формуле

,                                             (26)

где p_o -  дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента, кПа (кгс/см²);

b -   ширина подошвы фундамента, м (см);

k_h -  безмерный коэффициент, определяемый по табл. 7 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до нижней границы зоны оттаивания или кровли непросадочного при оттаивании грунта, м (см);

d_i -  коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта, кПа^-1 (см²/кгс);

k_m,i -  коэффициент, определяемый по табл. 7 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до середины i-го слоя грунта, м (см);

k_i и k_i-1 - коэффициенты, определяемые по табл. 8 в зависимости от отношений l/b, z_i/b и z_i-1/b, где z_i и z_i-1 - расстояние от подошвы фундамента соответственно до подошвы и кровли i-го слоя грунта, м (см).

Примечание. Расчет развития осадок оттаивающего основания во времени следует производить по скорости протаивания грунтов под сооружением, определяемой теплотехническим расчетом.

Таблица 7

z/b

k_h

Коэффициент k_m,i для грунтов

крупнообломочных

песчаных и супесей

суглинков

глин

0 - 0,25

1,35

1,35

1,35

1,36

1,55

0,25 - 0,5

1,25

1,33

1,35

1,42

1,79

0,5 - 1,5

1,15

1,31

1,35

1,45

1,96

1,5 - 3,5

1,10

1,29

1,35

1,52

2,15

3,5 - 5,0

1,05

1,29

1,35

1,53

2,22

5,0

1,00

1,28

1,35

1,54

2,28

Таблица 8

z/b

Коэффициент k при l/b

1

1,4

1,8

2,4

3,2

5

10

0

0

0

0

0

0

0

0

0,2

0,100