книги / Механика мёрзлых грунтов (общая и прикладная)

тельной температуры и интенсивность промерзания грунтов и т. д., что не всегда позволяет оценить силы пучения и влияние на них отдельных факторов по результатам полевых определений. Поэто­ му согласно формуле (11.16) за величину сил морозного пучения грунтов тп во взаимодействии их с фундаментами сооружений час­ то принимают так называемую устойчивую прочность смерзания

тУс, т. е.

Схема сил, действующих на столбчатый фундамент, нижняя часть которого заделана в толщу вечномерзлых грунтов, а верхняя

глубину активной (в смысле пучения) части деятельного слоя /га.п;

длит т'м— средняя величина предельно-длительной прочности смер­ зания грунтов с материалом фундаментов по глубине Лм заделки фундамента в толщу вечномерзлых грунтов; hi — толщина отдель­ ных слоев грунта, отличных друг от друга по составу, льдистости и средней температуре.

Значения тп и длтсм должны выбираться с учетом свойств грун­ тов и величины их отрицательной температуры, причем в расчет­ ные формулы можно вставлять их средневзвешенные величины:

Величина слоя /ia.n — активного в смысле пучения грунтов, оп­ ределяется в результате опытов по исследованию распределения касательных сил пучения промерзающих грунтов по глубине, и в случае подстилания грунтов слоя ежегодного промерзания — протаивания вечномерзлой толщи без подтока воды извне может при­ ниматься равной, учитывая некоторое иссушение грунтов в нижней трети слоя зимнего промерзания (например, по наблюдениям Б. И. Далматова), от двух третей до трех четвертей от глубины летнего оттаивания /гт:

Обозначив, далее:

и\ — средний периметр фундамента по длине Аа.п; и2— то же, по длине Ам (рис. 149); Nj — вертикальная постоянная нагрузка, включая вес фундамента и грунта, лежащего на его уступах, соста­ вим уравнение равновесия всех сил, действующих на столбчатый фундамент, подвергающийся морозному пучению грунтов сезонно промерзающего слоя:

2 z = o

Для устойчивости фундамента при действии сил морозного пу­ чения, необходимо чтобы левая часть уравнения (IX.30') было больше правой:

■однородности, условий работы и перегрузки нет необходимости ввиду отсутствия уверенности в их достаточной обоснованности; необходимо получить лишь такую расчетную величину hMt чтобы она была на 10—15% больше предварительно запроектированной глубины заделки в вечномерзлый грунт.

Неравенство (IX.31) действующими нормами (СНиП П-Б.6—66) усиливается путем введения ряда коэффициентов однородности, ус­

циент условий работы; принимается km = 0,9; п — коэффициент пе­ регрузки (запаса) сил пучения, равный 1,2, если сезонномерзлый слой сливается с вечномерзлой толщей, и 1,4 — если не сливается; щ — коэффициент перегрузки (точнее недобора нагрузок), рав­

ный 0,9.

Отметим, что при отсутствии опытных данных о величине дли­ тельной прочности смерзания длит тсм допускается заменять ее нор­ мативным сопротивлением мерзлых грунтов сдвигу по поверхности

смерзания, т. е. R *K, а величину сил пучения принимать (по наше­ му мнению лишь в случае отсутствия подтока воды извне и тща­ тельного отвода поверхностных вод) по СНиПу в среднем равной

т!;р=0,8 кГ/см2 для районов с температурой грунтов на глубине

Юм 0о= —3° С и выше ит,с,р =0,6 кГ/см2— для районов с темпера­ турой на той же глубине ниже—3°С.

Однако надо иметь в виду, что при наличии некоторого подто­ ка грунтовых вод и пылеватых грунтов (суглинков, супесей и глин)

силы лучения могут достигать значительно 'большей величины (.по­ рядка 1,5—3 кГ/см*2у согласно данным табл. 8, гл. II), что и не­ обходимо учитывать в особых случаях.

Отметим также, что в случае заанкеривания фундамента (нали­ чия башмака) за расчетный периметр ц2 принимается периметр башмака (первого уступа) фундамента, а в случае заделки низа фундамента в немерзлый (талый) грунт следует в формуле (IX.33)

заменить удерживающую силу смерзания длитТсм на силу сопротив­ ления трению немерзлого грунта о фундамент, примерно равную: для глинистых грунтов 2—2,5 Т/м2 и для песчаных (в зависимости от их крупности) от 3 до 6 Т/м2.

Проверка устойчивости фундаментов на действие сил морозно­ го пучения должна производиться не только на нагрузки, соответ­ ствующие окончанию строительства, но и для незаконченного стро­ ительства (в случае перерыва работ на зиму) по фактическому весу построенных частей сооружений, и в случае недостаточной устойчивости должны быть предусмотрены меры по предохранению грунтов от промерзания.

При расчете удерживающей силы анкеров, запроектированных для увеличения устойчивости фундаментов на действие сил мороз­ ного пучения [если соотношение (IX.33) не выполняется], допуска­ ется учитывать нормальное давление на верхнюю поверхность ан­ кера (башмака фундамента), возникающее от действия сил мороз­ ного пучения грунтов и направленное вниз.

Учет добавочного (удерживающего) давления на верхнюю по­ верхность анкеров производится путем введения в первый член пра- еой части уравнения (IX.33) коэффициента снижения действую­

щих сил пучения /сп^ 1 , т. е. вместо выражения /гтнР/га.п^ 1 надо

подставлять М/СпТпРЛа.п^Ь Величину коэффициента снижения подъемной силы пучеиия для

заанкеренных фундаментов при сливающихся мерзлых грунтах и достаточно большой глубине заложения фундаментов при несливающихся (при Лт+ ^м—Лб> (5-т-10) а или >5-М 06, см. рис. 149) следует принимать .равной единице, т. е. /сп= 1,0; в остальных слу­ чаях значение кп определяется специальным расчетом, учитываю­ щим распределение добавочных давлений на верхнюю поверхность башмака фундамента (анкера) от пучения верхних слоев грунта

Расчет фундаментов на растяжение при действии сил морозно­ го пучения производится по величине усилий, определяемых пра­ вой частью основного уравнения (IX.33) устойчивости фундамен­ тов при действии сил пучения.

Обозначив величину растягивающей силы через Р, а нагрузку на фундамент, включая вес части его выше рассматриваемого се­ чения, через Л/2, будем иметь:

* 1. См. сноску на стр. 341.

2. Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооруже­ ний на вечномерзлых грунтах (применительно к СНиП П-Б.6—66), под ред. С. С. Вялова и Г. В. Порхаева. Госстройиздат, 1969.

Из анализа зависимостей (IX.33) и (XI.34) вытекает необходи­ мость возводить фундаменты в условиях вечномерзлых грунтов с учетом действия на них сил морозного пучения слоя ежегодного, промерзания из материалов, хорошо сопротивляющихся растяги­ вающим усилиям. Такими материалами будут: железобетон, дере­ во и в известной мере (с небольшой величиной допустимых растя­ гивающих напряжений) бетон; материалы же, не сопротивляю­ щиеся растяжению, такие как бутовая, каменная и кирпичная кладки, не могут применяться для фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах. Если же возводятся фундаменты в условиях вечномерзлых грунтов из бутового камня, то в них неизбежно воз­ никают трещины, которые при заполнении водой и последующем замерзании ее разрушают кладку фундаментов, вызывая недопу­ стимые деформации в сооружениях.

§6. Меры по уменьшению сил морозного пучения фундаментов

Втл. II, посвященной рассмотрению криогенных процессов в промерзающих влажных грунтах и оценке сил морозного пучения грунтов, отмечалось два основных направления в применении противопучинных мер: 1) противопучинная мелиорация грунтов (за­ соление различными растворами солей; комплексный метод одно­ временного засоления и уплотнения и др.), применяемая при зим­ них земляных работах (устройстве водонепроницаемых глиняных

ядер в плотинах из местных материалов, ликвидации пучинистых участков в насыпях и пр.); 2) противопученная стабилизация грун­ тов, обеспечивающая устойчивость фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов.

Первое направление было рассмотрено в § 7, тл. II, причем, как основная мера по мелиорации грунтов отмечалось их засоление, что применять при возведении сооружений по методу сохранения мерзлого состояния грунтов основания не допускается. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть другие противопучинные меры, которые могли бы содействовать уменьшению сил мороз­ ного пучения грунтов и их смерзания с фундаментами сооружений, и тем самым обеспечили бы устойчивость сооружений при дейст­ вии на них сил морозного пучения грунтов.

Общими мерами по уменьшению сил морозного пучения грун­ тов при воздействии их на фундаменты сооружений будут:

1) осушение грунтов, так как увеличениеобъема промерзаю­ щих грунтов пропорционально их влажности, причем уменьшение влажности может быть достигнуто устройством общего дренажа и отводом поверхностных вод с помощью широких водонепроница­ емых отмосток и, кроме того, понижением (если представится воз­ можность) уровня грунтовых вод для ликвидации их подтока к фронту промерзания, значительно увеличивающему пучение грун­ тов;

битумная мастика (рис. 150, в); кроме того, одной из мер, несколько уменьшающей вышучивание, будет устройство наклонных гра­ ней фундаментов и зажелезнение их после бетонирования.

Усиление заанкеривания фундаментов 'можно осуществить сле­ дующим путем:

1)заделкой части фундамента, находящейся в толще мерзлых грунтов, мелким увлажненным песком, силы смерзания которого после его промораживания будут наибольшими;

2)развитием в ширину фундаментной подушки, т. е. применением анкера, что, однако, удорожает фундаментные работы, так как требует увеличения размеров котлованов в вечномерзлых грун­ тах. Последнее является причиной более широкого применения свайных фундаментов, которые могут возводиться без земляных работ в вечномерзлых грунтах.

В.пластичномерзлых грунтах (по опыту Воркутстроя) железо­ бетонные сваи легко забиваются е поверхности грунта тяжелым вибромолотом, а в твердомерзлых (по опыту Норильскстроя) — сваи устраиваются в предварительно пробуреных колонковым бу­ рением скважинах с последующей заливкой пространства между цилиндрическим отверстием скважин и призматической сваей ох­ лажденным «грунтовым раствором» (увлажненным шламом от бу­ рения с добавлением мелкого песка).

§ 7. Примеры практических решений

Приведем наиболее характерные примеры зданий и сооружений, возведенных на вечномерзлых грунтах, запроектированных преиму­ щественно с сохранением мерзлого состояния грунтов оснований.

Как уже отмечалось выше, при строительстве зданий и соору­ жений без достаточного учета (или при принципиально неправиль­ ном учете) влияний вечномерзлых грунтов на их прочность и ус­ тойчивость, например, при применении для сохранения мерзлого состояния грунтов лишь малотеплопроводимых заводских полов, большего заглубления фундаментов по сравнению с сооружения­ ми, возводимыми в обычных условиях, и т. и., под зданиями или сооружениями формируется чаша протаивания, а в зданиях и со­ оружениях возникают недопустимые деформации.

Так, на рис. 151 дан разрез одноэтажного здания механических мастерских в г. Воркуте, построенного в 1939 г. (описанного Н. И. Салтыковым* и П. Д. Бондаревым**), с показанием грани­ цы протаивания мерзлых грунтов в процессе восьмилетней эксплу­ атации здания.

Несмотря на то что здание в плане было разрезано осадочны­