Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах

Расчет по несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения на вечномерзлых грунтах, используемых по принципу II, надлежит производить по СНиП 2.05.03-84.

9.15. Фундаменты береговых, переходных и промежуточных опор мостов на крутых склонах, а также фундаменты устоев при высоких насыпях в случаях расположения под несущим слоем пласта немерзлого или оттаивающего (в период эксплуатации моста) глинистого грунта или прослойки насыщенного водой песка, подстилаемого глинистым грунтом, необходимо рассчитывать по устойчивости против глубокого сдвига (смещения фундамента совместно с грунтом) по круглоцилиндрической или другой более опасной поверхности скольжения. Для указанных условий надлежит также проверять возможность появления местных оползневых сдвигов на ранее устойчивых склонах вследствие дополнительного их нагружения весом насыпи и опоры, нарушения устойчивости пластов грунта в процессе производства работ или изменения режима (уровня и скорости течения) подземных и поверхностных вод.

9.16. Фундаменты мостов, возводимых на вечномерзлых грунтах, используемых в качестве оснований по принципу II, следует рассчитывать для условий полного оттаивания грунтов основания независимо от их состояния (мерзлое или талое) в период строительства. Расчет по прочности и трещиностойкости свайных элементов следует производить на усилия в расчетных сечениях, возникающие как для мерзлого, так и оттаявшего состояния грунтов основания.

9.17. Свайные фундаменты надлежит рассчитывать на совместное действие вертикальных и горизонтальных сил и моментов, принимая перемещения фундаментов пропорциональными действующим усилиям. Независимо от принципа использования грунтов в качестве основания, не следует учитывать сопротивление грунтов перемещениям заглубленного в грунт ростверка фундаментов. В расчетах, включающих определение свободной длины свай, оттаявшие и пластичномерзлые грунты допускается рассматривать как линейно-деформируемую среду, характеризуемую коэффициентом постели, принимаемым как для немерзлых грунтов.

При использовании грунтов в качестве основания по принципу I в расчете допускается принимать, что каждый свайный элемент жестко заделан в твердомерзлом грунте на глубине d, считая от уровня, соответствующего расчетной (максимальной) температуре, при которой данный грунт переходит в твердомерзлое состояние; здесь d - диаметр или больший размер поперечного сечения элемента в направлении действия внешних нагрузок.

9.18. В сейсмических районах фундаменты мостов допускается проектировать на любых грунтах, используемых в качестве основания по принципу I. Если грунты используются по принципу II, то следует предусматривать опирание подошвы фундаментов или нижних концов свай преимущественно на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты. При учете сейсмических нагрузок расчет свайных фундаментов следует производить согласно указаниям пп. 8.4-8.8.

Приложение 1 Обязательное Физические и теплофизические характеристики вечномерзлых грунтов 1. В состав физических и теплофизических характеристик, определяемых для вечномерзлых грунтов, входят:

а) суммарная влажность мерзлого грунта w_tot и влажность мерзлого грунта между включениями льда w_m;

б) суммарная льдистость мерзлого грунта i_tot и льдистость мерзлого грунта за счет включений льда i_i;

в) степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и не замерзшей водой S_r;

г) влажность мерзлого грунта за счет не замерзшей воды w_w;

д) температура начала замерзания грунта T_bf;

е) теплофизические характеристики грунта (теплопроводность l и объемная теплоемкость С);

ж) теплота таяния (замерзания) грунта z_n;

2. Суммарная влажность мерзлого грунта w_tot и влажность мерзлого грунта между включениями льда w_m определяются в соответствии с ГОСТ 5180-84.

3. Суммарная льдистость мерзлого грунта i_tot, льдистость мерзлого грунта за счет включений льда w_m и степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и не замерзшей водой S_r определяются в соответствии с ГОСТ 25100-82.

4. Влажность мерзлого грунта за счет не замерзшей воды w_w определяется, как правило, опытным путем. В случаях, предусмотренных п. 2.10, значения w_w, доли единицы, для незасоленных мерзлых грунтов допускается определять по формуле

w_w = k_ww_p,                                                                (1)

где k_w -  коэффициент, принимаемый по табл. 1 в зависимости от числа пластичности I_p и температуры грунта Т, °С;

w_p - влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), доли единицы.

Таблица 1

Значения коэффициента k_w

Грунты

Число пластичности I_p, доля единицы

Коэффициент k_w при температуре грунта T, °C

-0,3

-0.5

-1

-2

-3

-4

-6

-8

-10

Пески и супеси

I_p £ 0,02

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Супеси

0,02 < I_p £ 0,07

0.6

0,50

0,40

0,35

0,33

0,30

0,28

0,26

0,25

Суглинки

0,07 < I_p £ 0,13

0,7

0,65

0,60

0,50

0,48

0,45

0,43

0,41

0,40

Суглинки

0,13 < I_p £ 0,17

*

0,75

0,65

0,55

0,53

0,50

0,48

0,46

0,45

Глины

I_p > 0,17

*

0,95

0,90

0,65

0,63

0,60

0,58

0,56

0,55

Примечание. В таблице знак «*» означает, что вся вода в порах грунта не замерзшая.

5. Температура начала замерзания грунта T_bf °С, характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Для незасоленных песчаных и крупнообломочных грунтов значение T_bf принимается по ГОСТ 25100-82 равным 0 °С. Температуру начала замерзания пылевато-глинистых, засоленных и биогенных (заторфованных) грунтов T_bf следует устанавливать опытным путем. Для предварительных расчетов мерзлых оснований значение T_bf допускается принимать по табл. 2 в зависимости от вида грунта и концентрации порового раствора с_ps, доли единицы, определяемой по формуле

,                                                               (2)

где D_s -  степень засоленности грунта, доли единицы, устанавливаемая по ГОСТ 25100-82;

w_tot -  суммарная влажность мерзлого грунта, доли единицы.

Таблица 2

Температура начала замерзания грунта T_bf

Грунты

Температура начала замерзания грунта T_bf, °С, при концентрации порового раствора c_ps, доли единицы

0

0,005

0,01

0,02

0,03

0,04

Песчаные

0

-0,6

-0,8

-1,6

-2,2

-2,8

Пылевато-глинистые:

супеси

-0,1

-0,6

-0,9

-1,7

-2,3

-2,9

суглинки и глины

-0,2

-0,6

-1,1

-1,8

-2,5

-3,2

6. Теплофизические характеристики грунта (теплопроводность l и объемная теплоемкость С) определяются опытным путем в соответствии с ГОСТ 26263-84. В случаях, предусмотренных п. 2.9, расчетные значения теплофизических характеристик песчаных и пылевато-глинистых грунтов, включая заторфованные и гравелистые, допускается принимать по табл. 3 в зависимости от влажности и плотности сухого грунта (скелета грунта) r_d.

Таблица 3

Расчетные значения теплофизических характеристик грунтов в талом и мерзлом состоянии

Плотность сухого грунта r_d,th, r_df, т/м³

Суммарная влажность грунта w_tot, доли единицы

Теплопроводность грунта, Вт/(м×°С), [ккал/(м×ч×°С)]

Объемная теплопроводность грунта, Дж/(м³×°С)10^-6 [ккал/(м³×°С)]

Пески разной крупности и гравелистые

Супеси пылеватые

Суглинки и глины

Заторфованные грунты и торфы

l_th

l_f

l_th

l_f

l_th

l_f

l_th

l_f

C_th

C_f

0,1

9,00

-

-

-

-

-

-

0,81

(0,70)

1,34

(1,15)

4,00

(950)

2,31

(550)

0,1

6,00

-

-

-

-

-

-

0,40

(0,35)

0,70

(0,60)

2,73

(650)

1,68

(400)

0,1

4,00

-

-

-

-

-

-

0,23

(0,20)

0,41

(0,35)

1,88

(450)

1,26

(300)

0,1

2,00

-

-

-

-

-

-

0,12

(0,10)

0,23

(0,20)

1,05

(250)

0,64

(200)

0,2

4,00

-

-

-

-

-

-

0,81

(0,70)

1,33

(1,15)

3,78

(900)

2,40

(570)

0,2

2,00

-

-

-

-

-

-

0,23

(0,20)

0,52

(0,45)

2,10

(500)

1,47

(350)

0,3

3,00

-

-

-

-

-

-

0,93

(0,80)

1,39

(1,20)

4,15

(990)

2,40

(570)

0,3

2,00

-

-

-

-

-

-

0,41

(0,35)

0,70

(0,60)

3,32

(750)

2,10

(500)

0,4

2,00

-

-

-

2,10

(1,80)

-

2,10

(1,80)

0,93

(0,80)

1,39

(1,20)

3,78

(900)

2,73

(650)

0,7

1,00

-

-

-

2,10

(1,80)

-

2,00

(1,75)

-

-

3,60

(855)

2,10

(500)

1,0

0,60

-

-

-

2,00

(1,75)

-

1,90

(1,65)

-

-

3,44

(820)

2,18

(520)

1,2

0,40

-

-

-

1,90

(1,65)

1,57

(1,35)

1,80

(1,55)

-

-

3,11

(740)

2,12

(505)

1,4

0,35

-

-

1,80

(1,55)

1,86

(1,60)

1,57

(1,35)

1,66

(1,45)

-

-

3,35

(800)

2,35

(560)

1,4

0,30

-

-

1,74

(1,50)

1,80

(1,55)

1,45

(1,25)

1,57

(1,35)

-

-

3,02

(720)

2,18

(520)

1,4

0,25

1,91

(1,65)

2,14

(1,85)

1,57

(1,35)

1,68

(1,45)

1,33

(1,45)

1,51

(1,30)

-

-

2,78

(660)

2,06

(490)

1,4

0,20

1,57

(1,35)

1,86

(1,60)

1,33

(1,15)

1,51

(1,30)

1,10

(0,95)

1,22

(1,05)

-

-

2,48

(590)

1,89

(450)

1,4

0,15

1,39

(1,20)

1,62

(1,40)

1,10

(0,95)

1,27

(1,10)

0,87

(0,75)

0,99

(0,85)

-

-

2,18

(520)

1,76

(420)

1,4

0,10

1,10

(0,95)

1,27

(1,10)

0,93

(0,80)

1,05

(0,90)

0,70

(0,60)

0,75

(0,65)

-

-

1,89

(450)

1,74

(415)

1,4

0,05

0,75

(0,65)

0,81

(0,70)

0,64

(0,55)

0,70

(0,60)

0,46

(0,40)

0,52

(0,45)

-

-

1,60

(380)

1,47

(350)

1,6

0,30

-

-

1,86

(1,60)

1,97

(1,70)

1,68

(1,45)

1,86

(1,55)

-

-

1,84

(835)

2,48

(590)

1,6

0,25

2,50

(2,15)

2,73

(2,35)

1,80

(1,55)

1,91

(1,65)

1,51

(1,30)

1,68

(1,45)

-

-

3,15

(750)

2,35

(560)

1,6

0,20

2,15

(1,85)

2,37

(2,05)

1,62

(1,40)

1,74

(1,50)

1,33

(1,15)

1,51

(1,30)

-

-

2,31

(670)

2,14

(510)

1,6

0,15

1,80

(1,55)

2,00

(1,75)

1,45

(1,25)

1,57

(1,35)

1,10

(0,95)

1,22

(1,05)

-

-

2,48

(590)

2,02

(480)

1,6

0,10

1,45

(1,25)

1,62

(1,40)

1,62

(1,00)

1,28

(1,10)

0,87

(0,75)

0,93

(0,80)

-

-

2,16

(515)

1,80

(430)

1,6

0,05

1,05

(0,90)

1,10

(0,95)

0,81

(0,70)

0,87

(0,75)

0,58

(0,50)

0,64

(0,55)

-

-

1,83

(435)

1,68

(400)

1,8

0,20

2,67

(2,30)

2,84

(2,45)

1,86

(1,60)

1,97

(1,70)

1,57

(1,35)

1,80

(1,55)

-

-

3,17

(755)

2,41

(575)

1,8

0,15

2,26

(1,95)

2,62

(2,25)

1,68

(1,45)

1,80

(1,55)

1,39

(1,20)

1,57

(1,35)

-

-

2,78

(600)

2,26

(540)

1,8

0,10

1,97

(1,70)

2,20

(1,90)

1,45

(1,25)

1,57

(1,35)

1,05

(0,90)

1,22

(1,05)

-

-

2,42

(575)

2,04

(485)

1,8

0,05

1,45

(1,25)

1,51

(1,30)

0,99

(0,85)

0,99

(0,85)

0,70

(0,60)

0,75

(0,65)

-

-

2,04

(485)

1,89

(450)

2,0

0,10

2,73

(2,35)

2,90

(2,50)

1,74

(1,50)

1,86

(1,60)

1,28

(1,10)

1,39

(1,20)

-

-

2,68

(640)

2,26

(540)

2,0

0,05

2,10

(1,80)

2,14

(1,85)

-

-

-

-

-

-

2,26

(540)

2,10

(500)

Обозначения, принятые в таблице:

l_th, l_f - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта;

C_th, C_f - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта;

r_d,th, r_df - плотность соответственно талого и мерзлого грунта в сухом состоянии.

7. Теплота таяния (замерзания) грунта z_n принимается равной количеству теплоты, необходимой для таяния льда (замерзания воды) в единице объема грунта. Значение z_n, Дж/м³ (ккал/м³), определяется по формуле

z_n = z₀(w_tot - w_w)r_d,                                                       (3)

где z_o = 3,35×10⁵ Дж/кг (80 ккал/кг) - удельная теплота фазовых превращений вода-лед в расчете на единицу массы;

r_d - плотность сухого грунта (скелета грунта), кг/м³.

Приложение 2 Рекомендуемое Расчетные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов 1. Расчетные давления на мерзлые грунты R, расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхностям смерзания фундаментов R_af и расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору R_sh определяются опытным путем. При определении значений R, R_af, R_sh в лабораторных условиях следует производить испытания на сдвиг в специальных приборах - для определения R_af и R_sh и на одноосное сжатие или на вдавливание шарикового штампа - для определения R.

При определении R_af шероховатость поверхности, по которой производится сдвиг смерзшегося в ней образца грунта, должна быть такой же, как у фундаментов, применяемых в строительстве.

2. При отсутствии опытных данных допускается принимать значения R, R_af и R_sh по табл. 1-8 настоящего приложения.

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи принимается по табл. 1, под подошвой столбчатого фундамента - по табл. 2, для мерзлых засоленных грунтов - по табл. 5, для льда - по табл. 7, для биогенных мерзлых грунтов - по табл. 8.

Расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхностям смерзания фундаментов принимаются по табл. 3, для мерзлых засоленных грунтов - по табл. 6, для мерзлых биогенных грунтов - по табл. 8.

Расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору R_sh принимаются по табл. 4, льдов по грунтовому раствору R_sh,i - по табл. 7, мерзлых биогенных грунтов по грунту или грунтовому раствору - по табл. 8. Значения расчетных сопротивлений мерзлых засоленных грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору R_sh допускается принимать равными R_sh = R_af с учетом указаний п. 4 настоящего приложения.

3. Значения R_af в табл. 3, 6 и 8 следует умножать на коэффициент g_af зависящий от вида поверхности смерзания и принимаемый равным:

для бетонных поверхностей фундаментов, изготовляемых

в металлической опалубке                                                                      - 1,0

для деревянных поверхностей, не обработанных масляными

антисептиками                                                                                         - 1,0

для деревянных поверхностей, обработанных масляными

антисептиками                                                                                         - 0,9

для металлических поверхностей из горячекатаного проката            - 0,7

4. Значения R_sh в табл. 4 и 8 следует умножать на коэффициент g_sh равный:

для буронабивных свай с добавлением в бетон

противоморозных химических добавок                                                 - 0,7

для всех видов свай при льдистости грунта

0,2 £ i_i £ 0,4                                                                                               - 0,9

в остальных случаях                                                                                 - 1,0

Примечание. При сочетании двух перечисленных в п. 4 условий коэффициент g_sh принимается равным 0,6.

Таблица 1

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи

Грунты

Глубина погружения свай, м

Расчетные давления R, кПа (кгс/см³), при температуре грунта, °С

-0,3

-0,5

-1

-1,5

-2

-2,5

-3

-3,5

-4

-6

-8

-10

При льдистости i_i < 0,2:

1. Крупнообломочные

При любой глубине

2500

(25,0)

3000

(30,0)

3500

(35,0)

4000

(40,0)

4300

(43,0)

4500

(45,0)

4800

(48,0)

5300

(53,0)

5800

(58,0)

6300

(63,0)

6800

(68,0)

7300

(73,0)

2. Пески крупной и средней крупности

То же

1500

(15,0)

1800

(18,0)

2100

(21,0)

2400

(24,0)

2500

(25,0)

2700

(27,0)

2800

(28,0)

3100

(31,0)

3400

(34,0)

3700

(37,0)

4600

(46,0)

5500