книги / Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты

Не допускаются отапливаемые подвалы, теплые подполья, заглубленные выгребные ямы и другие устрой­ ства, способствующие повышению температуры и оттаи­ ванию мерзлых оснований.

Для защиты основания от протаивания, а бетона от замерзания до набора проектной прочности предусмат­ ривается устройство песчаных подушек.

б) Расчетная толщина деятельного слоя

симальную по многолетним данным с учетом возможного уменьшения влажности грунтов после застройки пло­ щадки;

3) р а с ч е т н у ю Л, определяемую через норматив­ ную с учетом теплового влияния сооружения.

песчаных — при W = 5%. В случае иной влажности нор­ мативную глубину сезонного протаивания находят по формуле

по карте;

k w — коэффициент, определяемый по графику (там же).

При расчете h" влажность грунтов деятельного слоя следует принимать с учетом возможного осушения пло­ щадки:

где т/ — коэффициент теплового влияния сооружения. Для обычных гражданских зданий, возводимых с сохранением вечномерзлого состояния грунтов в осно­ ваниях, значения /и^ могут приниматься равными еди­ нице при определении h под наружными стенами и 0 , 8 —

под внутренними [5].

Вычисляя h, необходимо учитывать возможность ее изменения под влиянием местных факторов (вблизи во­ доемов, в полосах стока грунтовых вод при фильтрующих грунтах, в местах скопления снега, на крутопадающих южных склонах [1 1]).

в) Определение размеров подошвы фундаментов

Твердомерзлые грунты рассматриваются как не­ сжимаемые, если давления иа них не превосходят нор­ мативных значений и размеры подошв фундаментов под­ бираются так, чтобы соблюдалось это условие. Норматив­ ное давление 1 уменьшается с повышением температуры. Температура грунтов (до глубины 10—15 м) изменяется

Рис. 16.11. Схема фундамента

в течение года, а поэтому нормативное давление R K должно выбираться в соответствии с максимальной сред­ немесячной температурой ?макс на рассматриваемом горизонте (рис. 16.11).

то же, при подвеске в подпольях трубопро­ водов — 0 ,6 ;

tCT — среднегодовая температура грунта, которая может приближенно приниматься равной тем­ пературе вечномерзлых грунтов на глубине 10—15 м t0 (см. рис. 16.1) [5 и 8 ].

Нормативные давления на твердомерзлые грунты приведены в табл. 16.1 [14]. Они могут быть повышены

Рис. 16.12. График для определения расчетных температур

/ — о для (макс; 2 — ос для *э (при расчете свай)

на основании многолетнего местного опыта строительства или данных испытаний грунтов. Поскольку R н опреде­ лены в зависимости от предельно длительной прочности мерзлых грунтов, при действии кратковременных на­ грузок они могут быть увеличены в зависимости от уве­ личения сцепления [см. § 3, формулу (16.8)]. Нормы до­ пускают их повышение на 2 0% при расчете на дополни­ тельные, а также особые сочетания нагрузок.

Наибольшее нормативное краевое давление на грунт внецентренно нагруженных фундаментов также не дол­ жно быть более 1,2 RH.

В отличие от нормативных давлений для немерзлых грунтов нормативные давления на твердомерзлые грунты не зависят от размеров подошвы фундамента и увеличи­ ваются с глубиной только в связи с уменьшением /макс (табл. 16.1). Требуемая несущая способность основания может быть обеспечена как фундаментом мелкого зало­ жения с развитой подошвой, так и глубоким фундамен­ том с подошвой меньших размеров.

Для сильно нагруженных железобетонных столбо­ вых фундаментов на слабых грунтах экономически целе­ сообразно принимать глубину их заложения больше нормированных минимальных значений. Выбор глубины заложения производится путем сравнения стоимости ?>ундаментных работ или по вспомогательным графикам 5].

Если проектом предусматривается засыпка пазух с уплотнением и промораживанием грунта, то могут быть учтены реакции касательных сил по боковым граням нижней ступени башмака фундамента, обусловленные смерзанием,

В этом случае площадь подошвы подбирается так,

F — площадь подошвы в мг;

п/п

П р и м е ч а н и е . Нормативные давления на засоленные и торфянистые грунты должны определяться по данным спе-

цилльных исследований.

1 1ри внецентренной нагрузке на основание передается момент

М2 = М " - Л С

Fi — наименьшая возможная площадь смерзания боковых поверхностей фундамента с вечно­ мерзлым слоем грунта в см2\

х— количество слоев грунта;

—нормативная удельная сила трения талого и сыпучемерзлого грунтов по боковой поверх­

ности фундамента в кг/см2, принимаемая при отсутствии опытных данных равной для гли­

т“ — нормативная относительная сила выпучивания

Н о р м а т и в н а я о т н о с и т е л ь н а я си л а в ы п у ч и в а н и я

Нормативная относительная

сила выпучивания тн, кг/см,

периметра фундамента при Районы мощности пучнинстых грун-

тов деятельного слоя

г) Расчет фуидамеитов иа выпучивание

При замерзании деятельного слоя, сложенного пучннистыми грунтами, фундаменты рассчитываются по условиям:

1 ) устойчивости против поднятия силами выпучи­ вания;

2 ) прочности на разрыв.

Значение^- принимается равным 1,2—1,3 в зависи­

мости от чувствительности конструкций сооружения

кнеравномерным перемещениям.

Врайонах сливающихся вечномерзлых грунтов, температура которых на глубине 10—15 м не выше

—2°С, необходимая глубина заанкеривания фундамента в вечномерзлый грунт вычисляется по формуле [5]

заанкеривание происходит в немерзлом грунте и величина удерживающей фундамент силы может быть определена по Б. И. Далматову [4], а также по Указаниям НИИ оснований [16].

что превышает фактическую нормативную нагрузку менее чем па 5%, и принятые размеры подошвы могут быть сохранены.

В этом случае расход бетона на фундамент сократился на 1 2%.

Пример 2. Определить глубину забивки железобе­ тонной сваи в вечномерзлый грунт, погружаемой с пред­

й = 2,0 м\ /сг — —3°С; тп — 150 кг/см\ а„ = 0,003 м2/ч.

Q = 0,7 (17,5-0,94-5,4 + 200-0,07) = 0,7 (89 + 14) = 72 от

Проверка несущей способности сваи по ее прочности производится как указано в гл. 1 1.

§ 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВАНИЯХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПО МЕТОДУ III

При проектировании фундаментов по методу III следует учесть, что протаиваиие основания происходит неравномерно не только в связи с неоднородностью грун­ тов, но и под влиянием температурных условий на по­ верхности. В связи с этим предусматриваются меры по регулированию глубины и формы чаши протаивания.

Для предупреждения местного ускоренного разви­ тия протаивания под тепловыделяющим оборудованием устраиваются вентилируемые шанцы; по возможности избегают блокировки помещений с разными тепловыми режимами; принимают меры по предупреждению всякой возможности проникновения производственных вод в

2 ) сооружения разделяются осадочными швами на блоки, рассчитанные на неравномерное распределение реакций оснований;

3)предусматриваются статически определимые схемы сооружений;

4)увеличиваются пролеты конструкций и уменьша­ ется количество опор;

5)применяются более гибкие деревянные и металли­ ческие конструкции вместо железобетонных;

6 ) используются сборные конструкции, допускающие их выравнивание при эксплуатации сооружения;

7) здания проектируются простой формы в плане, без входящих углов;

8 ) оборудование, вызывающее значительное распро­ странение вибраций, устанавливается в отдельных, спе­ циально приспособленных к этому зданиях;

9) устраиваются подушки из уплотненного крупно­ скелетного грунта или применяется частичное предпостроечное протаивание грунтов под фундаментами для уменьшения скорости развития осадок в начальный пе­ риод существования сооружения.

При непучинистых грунтах деятельного слоя СН 91—60 рекомендуют также применять возможно меньшую глубину заложения фундаментов.

Схемы некоторых проектных решений зданий на оттаивающих основаниях приведены на рис. 16.13 и 16.14.

Проектирование фундаментов по методу III произ­ водится примерно в следующем порядке:

4) если S и vs больше предельных, то намечаются

конструктивные меры по их уменьшению до допустимых размеров либо изменяется конструктивная схема (кате­

кренов, перекосов и относительных прогибов, которые сопоставляются с предельными (§ 6 , п. «в»);

7) фундаменты рассчитываются на прочность под действием реактивных сил основания.

Дополнительные усилия в конструкциях, вызван­ ные неравномерными осадками протаивающего основа­ ния, могут быть вычислены для рам по К. Е. Егереву [6 ], для абсолютножестких сооружений — по Н. И. Сал­ тыкову [И и 13].

а) Расчет глубины протаивания

Мощность деятельного слоя у фундаментов наружных стен зданий при методе III определяется глубиной се­ зонного промерзания, которую находят как указано в гл. 4.

Глубина протаивания под сооружением может быть вычислена по номограмме М. Д. Головко [2] или по фор­ муле В. П. Ушкалова [14 и 19].

Порядок расчета по номограмме следующий:

и глубина протаивания под краем сооружения

вапия наступает при t0 от —2 до —4° через 20—24 года.

2) по графику (рис. 16.15, а) находят , откуда

вычисляется глубина протаивания под серединой зда­

Рис. 16.15. Графики для расчета глубины протаивания

о — по М. Д. Головко; 6 — по В. ГГ Ушкалову

при ta от —4 до —6 ° — через 14—20 лет, при t0 от — 6 до —8 ° через — 12—14 лет, а при более низких значе­ ниях t„ — через 8 —12 лет. Учитывая, что для сооруже­ ния решающее значение обычно имеет развитие чаши протаивания в первые годы его существования, СН 91—60 допускают определять hc по формуле (16.22) за первые 1 0 лет.

Инструкция Ленморниипроекта рекомендует ком­ бинированный метод расчета: максимальная глубина протаивания определяется по номограмме М. Д. Головко, а ее скорость — по формуле (16.23).

Максимальная скорость протаивания vh, необхо­ димая для расчета скорости осадки vs, принимается

равной глубине продвижения нулевой изотермы от по­ дошвы. фундаментов за 1 год. Для определения vh можно воспользоваться формулой (16.23), заменив величину

величиной Л’(Л т+ -^>- и подставив тт = 8760 ч.

Здесь Аф — глубина заложения фундаментов в м.

б) Несущая способность оттаивающих грунтов

Размеры подошв фундаментов на протаивающих ос­ нованиях определяются, как указано в гл. 4, по тем фи­ зическим характеристикам грунтов, которые они при­ обретают после протаивания [14]. Необходимо при этом

грунта может произойти либо в результате его разжатия под фундаментом, если поверхность несжимаемого грунта (мерзлого или скального) находится неглубоко, либо в результате выпирания из-под подошвы фундамента, если подстилающий слой лежит на большой глубине. Предель­ ная нагрузка разжатия меньше нагрузки выпирания.

где с — сцепление оттаявшего грунта в кг/см1;

п— сопротивление бокового отпора разжима­

Из таблицы следует, что минимум рразж имеет место, когда протаивание достигает глубины (1 -5- 3 )6 .

Предельная нагрузка выпирания вычисляется по формулам гл. 4 при значениях ф н с, найденных лабора­ торным путем для оттаивающего грунта.

в) Расчет основания по деформациям

Установление скорости и конечной глубины протаиваиня основания позволяет рассчитать его осадки. Пре­ дельные осадки, их скорости, крены, перекосы и относи­ тельные прогибы для сооружений разных конструктивных типов приведены в табл. 16.8.

Для зданий со стенами из крупных блоков предель­ ные значения величин протаивания и деформаций рекомендуется принимать по первой категории жест­ кости.

Скорости развития осадок и нх максимальные зна­ чения могут определяться по обычным формулам механи­ ки грунтов (см. гл. 6 ) с добавлением осадки оттаивания и осадки обжатия грунта под действием его собственного веса. Обычно осадка оттаивания значительно больше осадки обжатия, и поэтому допустимо пользоваться наи­ более простым методом расчета.

СН 91—60 допускают определять осадки просадочных при протаивания грунтов по физическим характе­ ристикам [8 , 14]

ПX

п — число обжимаемых слоев;

х— количество ледяных прослоек в пределах зоны протаивания под фундаментом;

б— относительное сжатие, определяемое по фор­ мулам:

1) для песчаных просадочных и рыхлых грунтов не­ зависимо от давления

YT.II

2 ) для глинистых грунтов, оттаивающих под давле­ нием ст в кг/см1;

к— коэффициент уплотняемости, прини­ маемый по табл. 16.7 в зависимости от

ст .

Т а б л и ц а 16.7

Коэффициент уплотняемости

k При уплотняющем давлении а, кг/см2

Т а б л и ц а 16.8

П р е д е л ь н ы е з н а ч е н и я д е ф о р м а ц и й о т т а и в а ю щ и х о с н о в а н и й [14, 20]

Для глинистых грунтов со степенью заполнения пор льдом и незамерзшей водой g > 0 ,9 5 СН 91—60 допус­ кают определять 6 по физическим характеристикам об­ разцов, отобранных из скважин с нарушением струк­

туры.

В этом случае

воды, в долях единицы (см. § 2 ). Сопоставление рассчитанных S, vs, i и f с предель­

ными величинами (табл. 16.8) позволяет выбрать кон­ структивное решение сооружения или обосновать необ­ ходимые меры по уменьшению возможных деформаций путем регулирования прогрева основания, частичного предпостроечного протаивания и уплотнения грунтов, замены верхних просадочных слоев, устройства насыпи и др.

Пример 4. Определить возможное конструктивное решение здания на протаивающем основании при сле­ дующих данных: размеры здания в плане 12x60 м; размеры подошв фундаментов 1,5X1,5 м, глубина их заложения 1 м; давление от нормативных нагрузок на подошву р — 2 кг/см3; термическое сопротивление пола R 0 - 1 м3-ч-°С/ккал; среднегодовая температура внутри помещения tВ|1 = +10°С; температура грунта на глу­ бине нулевых годовых амплитуд /0 — —5°С. Данные о

По графику (рис. 16.15, а) -- 0,46; Лс;—0,46-12 =

= 5,5 м.

б) Определим глубину протаивания под серединой здания по формуле СП 91—60 при iK - („ - —5“С, для чего установим вначале дополнительные характеристики: по тому же графику на рис. 16.3 С„ = 470 ккал/м3-"С;

Учитывая незначительное колебание ga по глубине, принимаем средневзвешенное значение

допустима для любых конструктивных решений, но при полученной величине осадки целесообразно не делать рамные железобетонные конструкции. Если же отка­ заться от средних опор, то величина расчетной осадки будет меньше и в этом-случае могут быть допущены лю­ бые конструктивные решения по табл. 16.8. Можно было

бы также уменьшить осадку увеличением термоизоляции пола.

Пример 5. Определить осадку двухслойного осно­ вания при следующих данных:

Глубина заложения подошвы ленточного фундамента

только по физическим характеристикам [формула (16.27)].

§ 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВАНИЯХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПО МЕТОДУ IV

Предпостроечное протаивание производится с целью уменьшения осадки основания, большая часть которой (осадка оттаивания) происходит в этом случае до возве­ дения фундаментов.

Протаивание со свободным выходом пара или воды в грунт приводит к его разжижению, которое может со­ провождаться дифференциацией минеральных фракций с оседанием более крупных нли суффозией. Грунты ока­ зываются рыхлыми, и возникает необходимость их уплот­ нения или закрепления.

Протаивание производится полное — на глубину расчетной чаши протаивания или частичное — для со­ кращения скорости развития осадок в первые годы экс­ плуатации сооружения.

Глубина предпостроечного протаивания определя­ ется расчетом исходя из условия снижения осадки и ее скорости до предельных значений, указанных в табл. 16.8. Методы расчета осадок н глубины протаивания приве­ дены в § 6 .

Предпостроечное протаивание должно быть рас­ пространено в плане на большую площадь, чем площадь застройки сооружения.

По СН 91—60 граница предпостроечного протаи­ вания должна находиться на расстоянии от фундаментов не менее чем 0,5 Л, где h — глубина предпостроечного протаивания под подошвой фундамента.

Во избежание восстановления мерзлого состояния грунтов рекомендуется немедленное выполнение фунда­