2. Расчет осадки уплотнения оттаявшего грунта под действием собственного веса

Оттаивание вечномерзлых грунтов всегда сопровождается их деформацией, которая подразделяется на осадку и набухание. Основным видом деформации мелиорируемых грунтов является их осадка. Она складывается из осадки оттаивания, и осадки уплотнения.

Считается, что осадка оттаивания происходит одновременно с оттаиванием, а осадка уплотнения после его завершения. Осадка уплотнения глинистого грунта продолжается довольно долго (теоретически бесконечно долго). Поэтому, если оттаянный массив глинистого грунта в дальнейшем используется в качестве оснований инженерных сооружений, возводимых по принципу П, то совершенно необходимо знать долю этой осадки, которая будет реализована после передачи на грунт нагрузки от сооружения. Она вычисляется по формуле 2.1.

∆S = S_- S_ , (2.1)

где S_ - величина стабилизированной осадки уплотнения оттаянного массива грунта под действием собственного веса, м;

S_ - осадка уплотнения к моменту передачи на основание полезной нагрузки, м;

∆S - осадка уплотнения после передачи на основание полезной нагрузки (только от действия собственного веса), м.

Чем больше величина ∆S, тем эффект от предварительного оттавания будет меньше. Уменьшение ∆S достигается за счет увеличения S_. Существует несколько способов увеличения S_

• за счет увеличения времени выстойки  оттаянного массива грунта без полезной нагрузки;

• за счет отжатия оттаянного массива песчаной насыпью;

• за счет устройства вертикальных песчаных или бумажных дрен;

• за счет электроосмоса.

Последние три мероприятия часто применяются совместно. Недостатком первого мероприятия является увеличение времени строительства, последующих трех – увеличение стоимости подготовительных работ.

Стабилизированная осадка уплотнения вычисляется по формуле 2.2.

S_ = 0,5^. а_с ^. g ^. _взв^. Н², (2.2)

где а_с – коэффициент сжимаемости оттаянного грунта, м²/ч;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с²;

_взв – плотность грунта во взвешенном состоянии, кг/м³, рассчитывается по формуле 2.3.

, (2.3)

где _s , _с , _в– плотность, соответственно, частиц скелета грунта, сухого грунта и воды, кг/м³.

Н– мощность оттаянного слоя грунта, м.

Нестабилизированная осадка уплотнения на момент времени  определяется по формуле 2.4.

S_=S_^. U_z, (2.4)

где U_z– степень фильтрационной консолидации грунта при отторжении грунтовой влаги в вертикальном направлении, безразм., определяется по формуле 2.5.

,(2.5)

где N_в– безразмерный параметр, вычисляемый по формуле 2.6.

N_в=, (2.6)

где - время, отсчитываемое от окончания оттаивания, ч;

С_v - коэффициент консолидации, м²/ч, вычисляемый по формуле 2.7.

С_v=, (2.7)

где К_ф– коэффициент фильтрации оттаянного грунта, м/ч;

3. Расчет вентилируемого подполья

Вентилируемое подполье является основным видом охлаждающего устройства гражданских и промышленных зданий, возводимых на вечномерзлых грунтах. Его главное достоинство – надежность работы, недостаток – большие капитальные затраты на устройство подполья и технические сложности в случае передачи на полы первого этажа промышленных зданий значительных нагрузок от транспорта и оборудования.

Температурный режим вентилируемого подполья характеризуется среднегодовой температурой воздуха в подполье Т_с,а, устанавливаемой расчетом в зависимости от предусмотренного проектом значения среднегодовой температуры вечномерзлого грунта на его верхней поверхности Т_о, теплового режима сооружения и режима вентилирования подполья.

Среднегодовая температура воздуха в вентилируемом подполье Т_с,а, °С, обеспечивающая предусмотренную в проекте среднегодовую температуру вечномерзлого грунта на его верхней поверхности Т_о, °С, вычисляется по формуле 3.1.

, (3.1)

где k_o - коэффициент, принимаемый по таблице 3.1 в зависимости от значений t_f,n и l_f/l_th;

Таблица 3.1. Определение коэффициента k₀

lf/lth	Значения коэффициента k0 при tf,n, сут
	200	225	250	275	300
1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
1,1	0,87	0,96	0,98	0,99	1,0
1,2	0,78	0,93	0,97	0,99	1,0
1,3	0,72	0,90	0,96	0,99	1,0

где t_f,n - продолжительность периода с отрицательной среднесуточной температурой воздуха, сут, принимаемая по СНиП 2.01.01-82;

l_f и l_th - теплопроводность соответственно мерзлого и талого грунта.

Среднегодовая температура вечномерзлого грунта на его верхней поверхности Т_о, °С, определяется расчетом по условию обеспечения требуемых значений расчетной температуры грунтов в основании сооружения с учетом мерзлотно-грунтовых и климатических условий участка строительства. Допускается принимать значение Т_о по таблице 3.2 в зависимости от среднегодовой температуры грунта Т_о, ширины сооружения В и глубины заложения фундаментов z с учетом температуры начала замерзания грунта T_bf.

Таблица 3.2. Значения температур

Значения, ,°С	Ширина сооружения В, м	Значения , °С, для фундаментов
		столбчатых при глубине заложения z, м			свайных при глубине заложения z, м
		1	2	5	7	10
-0,5	12 24	-10 -8	-3,5 -2,5	-5 -3,5	-3 -2,5	-2,5 -2
-1	12 24	-10 -8	-3 -2,5	-4 -3,5	-2,5 -2	-1,5 -1,5
-2	12 24	-9 -7	-2 -2	-3 -3	-1,5 -2	-1 -1
-5	12 24	-6,5 -6	-1 -1	-1 -2	-1 -1	-1 -1
-8	12 24	-3 -4	-1 -1	-1 -1	-1 -1	-1 -1
Примечания: 1. Глубина заложения фундаментов z отсчитывается от уровня верхней поверхности вечномерзлого грунта. 2. При среднегодовой температуре наружного воздуха Tout выше табличных значений в расчетах следует принимать .

Установленная расчетом среднегодовая температура воздуха в подполье Т_с,а при естественном вентилировании подполья за счет ветрового напора обеспечивается подбором модуля его вентилирования М, определяемого соотношением по формуле 3.2.

M = A_n/A_b, (3.2)

где A_n - для подполий с продухами - общая площадь продухов; для открытых подполий - площадь, равная произведению периметра здания на расстояние от поверхности грунта или отмостки до низа ростверка свайного фундамента или фундаментных балок, м²;

A_b - площадь здания в плане по наружному контуру, м².

Модуль вентилирования М, необходимый для обеспечения расчетной температуры воздуха в подполье Т_с,а при его естественном вентилировании, вычисляется по формуле 3.3.

, (3.3)

где k_c - коэффициент, принимаемый в зависимости от расстояния между зданиями а и их высоты h равным:

1,0 при а ³ 5h

1,2 при а = 4h

1,5 при а £ 3h

T_in - расчетная температура воздуха в помещении, °С;

T_out - среднегодовая температура наружного воздуха, °С;

T_с,а - среднегодовая температура воздуха в подполье, °С; вычисляется по формуле 3.1.

R_o - сопротивление теплоотдаче перекрытия над подпольем, м²×°С/Вт, определяется по формуле 3.4;

(3.4)

T_х.з - температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, °С;

Δt^н – нормируемый температурный перепад между температурой пола и воздуха в помещении, принимается равным 2,5 ⁰С;

α_в – коэффициент теплоотдачи от поверхности пола к воздуху в помещении, принимается равным 6,5 м^{2 . 0}С/ Вт.

C_n - объемная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,31 (м³×°С);

k_a - обобщенный аэродинамический коэффициент, учитывающий давление ветра и гидравлические сопротивления, принимаемый равным: для сооружений прямоугольной формы - k_a = 0,37; П-образной формы - k_a = 0,3; Т-образной формы - k_a = 0,33 и L-образной формы - k_a = 0,29;

V_a - среднегодовая скорость ветра, м/с;

à - безмерный параметр, учитываюющий теплопотери через цоколь здания, для подполий без цокольного ограждения принимается равным 0; для подполий с продухами с цокольным ограждением определяется по формуле 3.5.

, (3.5)

где A_z - площадь цоколя для подполий (по наружному контуру) с продухами, м²;

R_z – термическое сопротивление теплопередаче цоколя, м²×ч×°С/ккал;

x - параметр, учитывающий влияние расположенных в подполье коммуникаций на его тепловой режим, °С, определяемый по формуле 3.6.

, (3.6)

где n - число трубопроводов;

l_pj - длина j-го трубопровода, м;

T_pj - температура теплоносителя в j-ом трубопроводе, °С;

t_pj - время работы j-го трубопровода в течение года, сут;

t_y - продолжительность года, равная 365 сут;

R_pj - сопротивление теплопередаче теплоизоляции j-го трубопровода м×ч×°С/ккал;

Ã_i - коэффициент потери напора на i-том участке подполья, принимаемый по таблице 3.3.

Таблица 3.3. Определение коэффициента

Участок подполья
Вход с сужением потока	0,50
Жалюзийная решетка	2,00
Поворот потока на 90°	1,32
Вход с расширением потока	0,64