книги / Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера

испытаниях грунтов шариковым штампом и Сп — 0 ,5сги - при

испытаниях на одноосное сжатие, где с и <ТП - соответст­

венно предельно длительное эквивалентное сцепление и сопро­

Для расчета оснований сооружений II и Ш ответственности, возводимых по принципу сохранения мерзлого состояния грун­ тов, а также для выполнения предварительных расчетов и про­ верки типовых критериев к местным условиям, расчетные зна­

чения характеристик мерзлых грунтов R,Raj и Rshдопускает­

ся принимать по их физическим характеристикам, составу и температуре по таблицам приложения 2 СНиП 2.02.04-88, а рас­ чётные значения теплофизических характеристик - по таблице приложения 1.

Для свай, опираемых на песчано-щебеночную подушку вы­ сотой не менее трех диаметров скважины, расчетное значение R допускается принимать для грунта подушки, а значение А - равным площади забоя скважины. При отпирании свай на льди­ стые грунты льдистостью ij > 0,2 расчетные значения R следу­

ет принимать с понижающим коэффициентом П{ = 1 — is .

Для кратковременных нагрузок с временем действия t , равным или меньшим продолжительности перерывов между ними, расчетные значения R и Raj- допускается принимать с

повышающим коэффициентом п( (кроме опор мостов) в соот­ ветствии с следующими данными:

ливающейся в основании сооружения в процессе его эксплуата­ ции;

б) Yt ~ 1Д> - если расчетная среднегодовая температура

вечномерзлых грунтов Т0 соответствует пластичномерзлому

состоянию грунта и выше значения температуры Т$, устанав­

ливающейся в процессе эксплуатации сооружения.

При расчетах оснований трубопроводов, линий электропе­ редач и других линейных сооружений коэффициент у , следует

принимать равным 0,8.

Несущую способность основания столбчатого фундамента, нагруженного внецентренно сжимающей нагрузкой, допускает­ ся 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:

(14.29)

'F

. ( " . - " Л

(14.30)

F ’

где et и еь - соответственно эксцентриситеты приложения

равно-действующей всех нагрузок относительно осей прямо­

угольной подошвы фундамента со сторонами / и Ь , м (см);

М е и М ь - соответственно моменты внешних сил от расчет­

ных нагрузок относительно тех же осей, F - расчетная верти­ кальная нагрузка кН, от сооружения на основание, включая вес

[фундамента и грунта, лежащего на его уступах; M aj - часть

момента внешних сил кН-м(кгс-см), воспринимаемая касатель­ ными силами смерзания вечномерзлого грунта с боковыми по­

верхностями нижней ступени фундамента высотой hp и вычис­

ляемая по формуле

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 9 4 - объектов в условиях Севера

Ма/=У,УсКА1Ь' (14-3ti

где y t и у с - обозначения те же, что и в формуле (14.21);

R aj - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу, кПа

(кгс/см2).

При эксцентриситете нагрузки относительно одной оси фундамента (еь = 0 ) допускается Мау, кН-м(кгс-см), опреде­

где / - сторона подошвы фундамента, параллельная плос­ кости действия момента, м (см).

Для мерзлых пылевато-глинистых грунтов, а также для мелких и пылеватых песков допускается принимать угол внут­ реннего трения <р=0 и определять несущую способность осно­

вания Fu , кН (кгс), при внецентренной вертикальной нагрузке

где R - расчетное давление на мерзлый грунт, кПа; q

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

V и Ъ' - приведенные размеры сторон прямоугольного фундамента, м(см), определяемые по формулам:

Расчет свайных фундаментов на действие горизонтальных нагрузок и изгибающих моментов следует производить из усло­ вия совместной работы сваи и основания с учетом мерзлотно­ грунтовых условий в соответствии с рекомендуемым приложе­ нием 6 СНиП 2.02.04-88.

Расчет фундаментов, воспринимающих значительные гори­

зонтальные усилия, следует производить на плоский сдвиг в со­ ответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

14.6. Расчет оснований по деформациям

Расчет оснований по второй группе предельных состояний too деформациям) производится исходя из условия

где S j - деформация пластичномерзлого основания под на­

грузкой от сооружения, определяемая согласно указаниям пп.

4Ш и 4.22 СНиП 2.02.04-88; Su - предельно допустимая дефор­

мация основания сооружения за расчетный срок его эксплуата­

ции

Осадки оснований фундаментов, возводимых на пластично­ мерзлых грунтах, следует определять:

для столбчатых фундаментов - в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83, применяя расчетную схему в виде линейнодеформируемого полупространства или линейнодеформируемого слоя конечной толщины с учетом указаний п.4.22 СНиП 2.02.04-88;

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 по­ лупространства или линейно-деформируемого слоя конечной толщины.

Расчетные деформационные характеристики пластично­ мерзлых грунтов (коэффициент сжимаемости Sj- или модуль

деформации Е ^ ) следует принимать по данным компрессорных

Испытаний при расчетной температуре грунта, устанавливаемой по формуле.

Осадки оснований, сложенных сильнольдистыми грунтами й подземными льдами, а также в случаях загружения фундамен­ тов при температуре грунтов основания выше расчетных значе­

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых “2 9 6 - объектов в условиях Севера

ний, принятых для установившегося эксплуатационного рея® ма, следует определять с учетом изменения деформационных характеристик грунтов в зависимости от температуры и време­ ни, а также развития пластических деформаций льда согласно указаниям п.5.8 и приложения 7 СНиП2.02.04-88.

При проектировании сооружений на искусственных осно­ ваниях (насыпях или подсыпках) следует предусматривать уст­ ройство фундаментов мелкого заложения (столбчатые, ленточ| ные, плитные, с вентилируемыми каналами и др.). Фундаменты следует закладывать в пределах высоты подсыпки, определяе­ мой теплотехническим расчетом с учетом дополнительных ме­ роприятий по сохранению мерзлого состояния грунтов основа­ ний, предусмотренных п.3.12 СНиП 2.02.04-88.

Подсыпку следует устраивать из непучинистого песчаного или крупнообломочного грунта, укладываемого после промер­ зания сезоннооттаивающего слоя; допускается для устройства подсыпок применять шлаки или другие отходы производства; если они не подвержены пучению и морозному разрушению.

При устройстве фундаментов на подсыпках основания и фундаменты следует рассчитывать по несущей способности и деформациям в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

ВОПРОСЫ

1.По каким предельным состояниям рассматриваются ос­ нования из мерзлых грунтов?

2.От каких параметров зависит глубина залегания фунда­ ментов?

3.Что такое модуль вентилирования М проветриваемого подполья?

4.Какова цепь расчета оснований и фундаментов по несу­ щей способности?

5.Какова цель расчета оснований и фундаментов по де­ формациям?

УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ИСПОЛЬ­ ЗОВАНИИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПО ПРИНЦИПУН

15.1.Общие положения

Метод предпостроечного оттаивания и улучшения свойств грунтов основания применяется в случаях, когда необходимо уменьшить ожидаемую осадку оттаивающих и оттаявших грун­ тов путем предварительного предпостроечного их уплотнения собственным весом или другими техническими способами, а также в случаях необходимости уменьшить неравномерность осадки при наличии в основаниях грунтов, неоднородных по сжимаемости в мерзлом и талом состояниях.

Особенно эффективным метод предпостроечного оттаива­ ния является при сплошном, но неглубоком (5-10 м) залегании практически не сжимаемых грунтов, а применение свай-стоек по каким-либо причинам нецелесообразно, или когда сооруже­ ние имеет места с сосредоточенными источниками тепла, спо­ собствующими неравномерному оттаиванию основания.

Следует отметить, что до недавнего времени большинство сооружений возводилось с оттаиванием мерзлых грунтов осно­ ваний без учета величины и неравномерности осадок оттаиваю­ щего слоя. Однако это неизбежно приводило к деформациям зданий и сооружений, нарушающим их эксплуатацию, а иногда приводящим их к разрушению.

Чтобы грамотно запроектировать фундаменты сооружения с учетом осадок оттаивания основания, необходимы данные о физических и механических свойствах грунтов оснований в мерзлом и оттаивающем состояниях, определение которых рас­

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 9 8 - объектов в условиях Севера

смотрено ранее и регламентировано СНиП 2.02.04-88. Напомним о них еще раз.

1. Тепловые свойства:

■^7 И \ h коэффициенты теплопроводности грунта в

мерзлом и талом состоянии;

R0 - сопротивление теплопередаче перекрытиям над под­

польем;

Ты,Т 1ше - температуры промерзания мерзлого грунта на

глубине нулевых амплитуд (~10 м), °С;

L v теплота таяния мерзлого грунта, Дж/м3 (ккал/м3)

(Приложение 1, стр.27, СНиП 2.02.04-88); 2. Прочностные свойства:

Comm - сцепление оттаивающего грунта, кг/см2;

<pomm - угол внутреннего трения оттаявшего грунта, град.

3. Деформативные свойства:

А- относительный коэффициент оттаивания;

а- относительный коэффициент уплотнения при оттаива­

нии.

Кроме того, по предварительному подбору площади фун­ дамента на действие нагрузки от сооружения необходимо знать размеры площади фундамента и давления на грунты основания.; При этом следует помнить, что по принципу II могут быть ис­ пользованы не все грунты, а лишь имеющие достаточную несу­ щую способность, поддающиеся уплотнению и после оттаива­ ния дающие осадку, меньшую допустимой нормами для данного класса здания или сооружения.

К таким грунтам, кроме скальных, относятся крупнообло­ мочные, галечные и крупнозернистые пески, а при определен­ ных условиях (достаточной плотности и незначительной льдистости) - другие дисперсные грунты.

Таким образом, критерием применимости метода предпостроечного оттаивания оснований являются его деформации. Поэтому проектные решения фундаментов выбираются с учетом ожидаемых деформаций основания после оттаивания. Абсолют­ ная величина осадки определяет проектные отметки полов, уст­

раиваемых по грунту, верхних образцов фундаментов и пр. Дальнейший расчет и проектирование фундаментов на от­

таивающих грунтах по предельным состояниям включает в себя: определение глубины оттаивания мерзлых грунтов под со­ оружением для различных промежутков времени и предельно

установившейся; определение расчетного сопротивления (несущей способ­

ности) оттаивающих грунтов оснований; определение реакций основания фундаментов с учетом не­

равномерности осадок оттаивающих грунтов оснований; определение размеров фундаментов и их конструирование; проверку фундаментов на действие морозных сил пучения

грунтов.

При этом отметим, что общие зависимости для определения глубины оттаивания мерзлых грунтов под сооружением и про­ верка фундаментов на воздействие сил морозного пучения при­ ведены в соответствии с [47].

15.2. Особенности проектирования оснований и фун­ даментов при использовании мерзлых грунтов по принципу II

При проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых с использованием вечномерзлых грун­ тов по принципу П, следует предусматривать мероприятия по уменьшению деформаций основания (п.3.25 СНиП 2.02.04-88) или мероприятия по приспособлению конструкций сооружения к восприятию неравномерных деформаций основания (п.3.28 СНиП 2.02.04-88), назначаемые по результатам расчета основа­ ния по деформациям.

Выбор одного из указанных мероприятий или их сочетания производится на основании технико-экономического расчета. При этом мероприятия по уменьшению деформаций основания следует предусматривать в любом случае, если расчетные осад­ ки сооружения превышают значения, допустимые по архитек­ турным и технологическим требованиям, а для сооружений, возводимых по типовым проектам, - также установленные для них предельные значения деформаций по условиям прочности и

Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 3 0 0 - объектов в условиях Севера

устойчивости конструкций.

Для уменьшения деформаций оснований в зависимости от конкретных условий строительства следует предусматривать:

предварительное (до возведения сооружения) искусственг ное оттаивание и уплотнение грунтов основания;

замену льдистых грунтов основания талым или непросадочными при оттаивании песчаным или крупнообломочным грунтом;

ограничение глубины оттаивания мерзлых грунтов основав ния, в том числе со стабилизацией верхней поверхности вечное мерзлого грунта в процессе эксплуатации сооружения;

увеличение глубины заложения фундаментов, в том числе с прорезкой льдистых грунтов и опиранием фундаментов на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты.

Глубину предварительного оттаивания или замены льди­ стых грунтов основания на малосжимаемые при оттаивании грунты следует устанавливать по результатам расчета основания по деформациям согласно указаниям п.4.32 СНиП 2.02.04-88.

Оттаивание грунтов оснований можно производить спосо­ бами электрооттаивания, парооттаивания или за счет других ис­ точников тепла. При этом должны быть предусмотрены меры по обеспечению установленной проектом степени уплотнения от­ таянного грунта.

Для ограничения глубины оттаивания грунтов в основании сооружения следует предусматривать устройство теплоизолит рующих подсыпок, увеличение сопротивления теплопередаче полов первых этажей и другие мероприятия по уменьшению теплового влияния сооружения на грунты основания, а также стабилизацию верхней поверхности вечномерзлого грунта (в том числе при не сливающемся сезоннопромерзающем слое) ниже глубины заложения подошвы фундаментов путем регули­ рования температуры воздуха в подпольях или технических этажах здания согласно обязательному приложению 5 [47].

Приспособление конструкций сооружений к неравномер­ ным деформациям основания должно обеспечиваться:

увеличением прочности и пространственной жесткости здания, достигаемой устройством поэтажных, связанных с пере­ крытиями железобетонных и армокирпичных поясов, усилением армирования конструкций, замоноличиванием сборных элемен­