ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
КОМИТЕТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РАСПОРЯЖЕНИЕ
от 12 октября 2004 г. N 20
О ТЕРРИТОРИАЛЬНОМ МЕТОДИЧЕСКОМ ДОКУМЕНТЕ
"МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК МОРОЗООПАСНЫХ СВОЙСТВ
ГРУНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА"
1. Одобрить территориальный методический документ "Методика
оценки характеристик морозоопасных свойств грунтов в строительстве
Санкт-Петербурга" (далее - ТМД), разработанный Санкт-Петербургским
государственным архитектурно-строительным университетом, и
рекомендовать его к применению в качестве нормативного документа в
строительстве Санкт-Петербурга.
2. Нормативно-техническому отделу организовать издание ТМД и
обеспечить хранение его подлинника.
3. Распоряжение вступает в силу через 10 дней с момента его
официального опубликования.
4. Контроль за выполнением распоряжения возложить на
заместителя председателя Комитета по строительству Глебова А.Б.
Председатель
Комитета по строительству
Е.В.Яцышин
СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МЕТОДИКА
ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК МОРОЗООПАСНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Предисловие
В настоящее время весьма актуальной задачей в области
фундаментостроения является проблема повышения надежности зданий и
сооружений различного назначения, возводимых с использованием в
основаниях сезоннопромерзающих грунтов. Такие основания имеют
специфические особенности, обусловленные сложными процессами,
происходящими в грунтах при их промерзании и оттаивании. Эти
процессы (миграция влаги, морозное пучение, образование морозной
текстуры, формирование посткриогенной структуры, изменение
деформационных и прочностных свойств в период весеннего
оттаивания) и определяют морозоопасные свойства грунтов оснований,
оценка характеристик которых является сложной задачей, остающейся
пока недостаточно разработанной.
Фундаменты и подземные конструкции сооружений в рассматриваемых
условиях при промерзании грунтов подвергаются воздействию
деформаций и сил морозного пучения, а при последующем оттаивании
основания испытывают влияние деформаций обратного знака - осадок
оттаивания и существенного снижения прочности оттаивающих грунтов.
Надежность оснований и фундаментов в условиях пучинистых
грунтов должна быть обоснована расчетами при проектировании с
использованием достоверных значений характеристик морозоопасных
свойств грунтов. Определение показателей, характеризующих степень
морозоопасности пучинистых грунтов с учетом возможного изменения
гидрогеологических условий, по результатам испытаний, как этого
требует СНиП 2.02.01-83*, практически невозможно вследствие малого
временного периода для организации и проведения трудоемких,
дорогостоящих и сложных исследований, при выполнении которых
необходимы специальное оборудование и квалифицированные
специалисты-мерзлотоведы. Такие исследования не под силу
большинству производственных изыскательских и строительных
организаций. Это обстоятельство и предопределило необходимость
разработки и использования для практических целей научно
обоснованного метода прогноза характеристик морозоопасности
грунтов в строительстве. Во многих случаях такой подход -
единственно возможный способ определения значений характеристик
морозоопасных свойств грунтов. Для оценки значений этих
характеристик используются данные обычных стандартных инженерно-
геологических изысканий, выполняемых на строительной площадке.
В результате многолетних теоретических и экспериментальных
исследований взаимодействия малозаглубленных фундаментов с
сезоннопромерзающими грунтами, выполненных в Санкт-Петербургском
государственном архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ),
были установлены закономерности развития деформаций и сил
морозного пучения грунтов при промерзании и формировании прочности
и устойчивости грунтов оснований в процессе последующего
оттаивания. Обоснована тесная взаимосвязь между характеристиками
физико-механических свойств грунтов в талом, промерзающем и
оттаивающем состояниях, обусловленная криогенными процессами
(главным образом - миграцией влаги в промерзающий слой грунта).
Полученные регрессивные уравнения, отображающие эту взаимосвязь,
были положены в основу настоящей Методики оценки характеристик
морозоопасных свойств грунтов в строительстве Санкт-Петербурга.
Для практического использования Методики составлены таблицы
параметров и коэффициентов с целью определения показателей
прочности оттаивающих грунтов по величине аналогичных показателей
грунтов в талом состоянии с учетом условий промерзания зимнего
влагонакопления и интенсивности морозного пучения.
Методика разработана под научным руководством д-ра техн. наук,
профессора В.Д.Карлова.
1. Общие положения
1.1. Настоящая Методика, составленная в развитие ТСН 50-302-04,
СНиПа 2.02.01-83*, СНиПа 3.02.01-83, других нормативных
документов, не отменяет и не входит в противоречие с действующими
строительными нормами и правилами.
1.2. Целью Методики является геокриологическое обеспечение
проектных, конструктивных и технологических решений по устройству
оснований и фундаментов в условиях пучинистых при промерзании
грунтов (морозоопасных).
1.3. Геокриологическое обеспечение включает определение
расчетными методами следующих характеристик морозоопасных свойств
грунтов:
- относительную ([эпсилон]f) и абсолютную (ff) величины
деформаций морозного пучения грунтов и оснований;
- давление морозного пучения (pfh), нормального к подошве
фундамента или иной конструкции, взаимодействующей с промерзающим
грунтом;
- удельного значения ([тау]fh) касательной силы морозного
пучения, действующей вдоль боковой поверхности фундамента или
стены, заглубленной в грунт;
- предельного сопротивления сдвигу оттаивающего грунта
([тау]fh.u);
- угла внутреннего трения оттаивающего грунта ([фи]th)
сезоннопромерзающего слоя;
- удельного сцепления оттаивающего грунта (сth)
сезоннопромерзающего слоя.
1.4. Перечисленные характеристики используются при разработке
проекта малозаглубленных и поверхностных фундаментов легких зданий
и сооружений, а также при составлении проекта производства работ
(ППР) по устройству фундаментов с целью принятия инженерных
решений по:
- обеспечению устойчивости откосов котлованов или креплений их
стенок в процессе промерзания и последующего оттаивания грунтов;
- установлению несущей способности и темпов нагружения
оттаявшего естественным или искусственным путем грунта основания;
- обеспечению устойчивости и надежности фундаментов и подземных
конструкций при возведении их в зимних условиях;
- оценке морозоопасных свойств сезоннопромерзающих или
искусственно замораживаемых грунтов при изменении гидрологических
условий площадки строительства.
1.5. Инженерно-геокриологическое обоснование условий
строительных площадок в связи с необходимостью учета морозоопасных
свойств грунтов при проектировании и устройстве оснований и
фундаментов в условиях пучинистых при промерзании грунтов отвечает
требованиям п. 14* СНиПа 2.02.01-83*, п. 1.1 СНиПа 3.02.01-83 и
направлено на реализацию требований ТСН 50-302-04 по обеспечению
высокого качества работ и повышения надежности строящихся и
реконструируемых зданий и сооружений.
1.6. Для оценки значений характеристик морозоопасных свойств
грунтов исходными данными являются:
- природная влажность w и плотность [ро] грунта до промерзания;
- угол внутреннего трения [фи] и удельное сцепление с грунта до
промерзания;
- расстояние от границы сезонного промерзания до уровня
подземных вод z;
- максимальное значение этого расстояния zmax, при котором
можно не учитывать влияние подземных вод на интенсивность
морозного пучения грунта;
- величина среднего напряжения [сигма] в слое промерзающего
грунта, если поверхность слоя испытывает внешнее давление p;
- глубина сезонного промерзания грунта.
1.7. В соответствии со СНиПом 2.02.01-83* расчетные значения
характеристик морозоопасных свойств грунтов X определяются по
формуле:
X = Xn/[гамма]g, (1.1)
где: Xn - нормативное значение данной характеристики,
определяемой в соответствии с настоящей Методикой;
[гамма]g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый со
следующими значениями (СНиП 2.02.01-83*): в расчетах оснований по
деформациям [гамма]g = 1; в расчетах оснований по несущей
способности: для угла внутреннего трения [гамма]g(c) = 1,15, для
удельного сцепления [гамма]g(c) = 1,50.
1.8. Нормативная глубина промерзания грунтов dfn в Санкт-
Петербурге принимается для глин и суглинков dfn = 1,2 м; супесей,
песков мелких и пылеватых dfn = 1,45 м; песков крупных и средней
крупности dfn = 1,55 м; крупнообломочных грунтов dfn = 1,75 м.
Значение dfn для грунтов неоднородного сложения определяется как
средневзвешенная величина.
2. Определение характеристик деформаций и сил морозного пучения
грунтов и промерзающих оснований
2.1. Величина относительной деформации морозного пучения
(коэффициент морозного пучения) промерзающего слоя глинистого
грунта при ненагруженной его поверхности в естественных условиях
для случая отсутствия подземных вод их глубокого расположения
определяется по формуле:
- ¬
[эпсилон]f = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ х
L -
х [гамма]т, (2.1)
где: [эпсилон]f - коэффициент морозного пучения грунта, отн.
ед.;
w - природная влажность грунта перед его промерзанием, отн.
ед.;
[ро]d = [ро] / (1 + w) - плотность скелета грунта при его
естественной (природной) плотности [ро], кг/куб. м;
[ро]w - плотность воды, находящейся в порах грунта, [ро]w =
1000 кг/куб. м;
[гамма]т - коэффициент, учитывающий влияние скорости и
продолжительности грунта в районе строительства, для Санкт-
Петербурга;
[альфа] и [бета] - параметры пучинистых свойств грунтов,
определяемые по табл. 2.1, в зависимости от вида глинистого
грунта, величины числа пластичности Ip и значения влажности грунта
на границе текучести wL.
2.2. Коэффициент морозного пучения слоя глинистого грунта
основания, воспринимающего внешнее давление от сооружения
[эпсилон]f.p при отсутствии подземных вод или их глубокого
расположения определяется по формуле:
- ¬
[эпсилон]f.p = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета] - [пси] х [сигма]¦ х
L -
х [гамма]т (2.2)
Здесь помимо величин, указанных в разд. 2.1, [сигма] - среднее
дополнительное вертикальное напряжение в промерзающем слое грунта,
МПа;
[пси] - коэффициент, учитывающий влияние внешнего давления на
интенсивность морозного пучения грунта, МПа, определяется по табл.
2.1.
Таблица 2.1
ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПУЧИНИСТЫХ СВОЙСТВ
ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ [АЛЬФА], [БЕТА] И [ПСИ]
---------------------T-------------------T---------------------------¬
¦Наименование грунта ¦Влажность грунта на¦ Параметры ¦
¦и число пластичности¦ границе текучести,+---------T---------T-------+
¦ ¦ wL, отн. ед. ¦ [альфа] ¦ [бета] ¦ [пси] ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Супеси ¦ 0,15 ¦ 0,216 ¦ 0,025 ¦ 0,028 ¦
¦ 0,02 < Ip <= 0,07 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,25 ¦ 0,174 ¦ 0,037 ¦ 0,029 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,33 ¦ 0,155 ¦ 0,043 ¦ 0,030 ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Супеси пылеватые ¦ 0,15 ¦ 0,302 ¦ 0,041 ¦ 0,034 ¦
¦ 0,02 < Ip <= 0,07 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,25 ¦ 0,245 ¦ 0,058 ¦ 0,035 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,33 ¦ 0,228 ¦ 0,071 ¦ 0,036 ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Суглинки ¦ 0,20 ¦ 0,310 ¦ 0,048 ¦ 0,050 ¦
¦ 0,07 < Ip <= 0,17 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,30 ¦ 0,242 ¦ 0,054 ¦ 0,052 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,40 ¦ 0,202 ¦ 0,056 ¦ 0,054 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,50 ¦ 0,168 ¦ 0,058 ¦ 0,056 ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Суглинки пылеватые ¦ 0,20 ¦ 0,268 ¦ 0,029 ¦ 0,056 ¦
¦ 0,07 < Ip <= 0,13 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,30 ¦ 0,237 ¦ 0,046 ¦ 0,058 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,40 ¦ 0,224 ¦ 0,062 ¦ 0,060 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,50 ¦ 0,206 ¦ 0,070 ¦ 0,062 ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Суглинки пылеватые ¦ 0,20 ¦ 0,234 ¦ 0,015 ¦ 0,059 ¦
¦ 0,13 < Ip <= 0,17 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,30 ¦ 0,199 ¦ 0,026 ¦ 0,061 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,40 ¦ 0,189 ¦ 0,039 ¦ 0,064 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,50 ¦ 0,184 ¦ 0,050 ¦ 0,068 ¦
+--------------------+-------------------+---------+---------+-------+
¦ Глины ¦ 0,25 ¦ 0,176 ¦ 0,017 ¦ 0,050 ¦
¦ Ip > 0,17 +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,35 ¦ 0,149 ¦ 0,021 ¦ 0,052 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,45 ¦ 0,141 ¦ 0,029 ¦ 0,054 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,55 ¦ 0,134 ¦ 0,035 ¦ 0,056 ¦
¦ +-------------------+---------+---------+-------+
¦ ¦ 0,65 ¦ 0,131 ¦ 0,040 ¦ 0,058 ¦
L--------------------+-------------------+---------+---------+--------
2.3. Коэффициент морозного пучения слоя глинистого грунта при
отсутствии на его поверхности нагрузки в условиях близкого
расположения уровня подземных вод у границы промерзания
определяется по формуле:
- ¬
[эпсилон]f = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ х
L -
х [гамма]т х [хи] (2.3)
Здесь помимо величин, указанных в разд. 2.1, [хи] -
коэффициент, учитывающий влияние подземных вод на интенсивность
процесса миграции влаги и морозного пучения, определяемый по
формуле:
[хи] = (zmax + dws) / (z + dws), (2.4)
где: z - расстояние от границы сезонного промерзания до уровня
подземных вод, м;
zmax - то же, когда влияние подземных вод можно не учитывать (z
>= zmax), устанавливается в зависимости от вида грунта по табл.
2.2;
dws - глубина зоны всасывания, в пределах которой происходит
миграция влаги к границе промерзания, равная 0,30 м.
Таблица 2.2
ЗНАЧЕНИЕ zmax
----------------------------------------------T--------------------¬
¦Наименование грунта ¦ Значение zmax, м ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Глины с монтмориллонитовой и плитной основой ¦ 3,5 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Глины с каолинитовой основой ¦ 2,5 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Суглинки пылеватые с Ip > 0,13 ¦ 2,5 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Суглинки с Ip > 0,13 ¦ 2,0 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Суглинки пылеватые с Ip <= 0,13 ¦ 2,0 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Суглинки с Ip <= 0,13 ¦ 1,8 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Супеси пылеватые с Ip > 0,02 ¦ 1,5 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Супеси с Ip > 0,02 ¦ 1,3 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Супеси с Ip <= 0,02, пески пылеватые ¦ 1,0 ¦
+---------------------------------------------+--------------------+
¦Пески мелкие ¦ 0,8 ¦
L---------------------------------------------+---------------------
2.4. Коэффициент морозного пучения слоя глинистого грунта
основания, воспринимающего внешнее давление от сооружения
[эпсилон]f.p в условиях близкого расположения уровня подземных вод
у границы промерзания, определяется по формуле:
- ¬
[эпсилон]f.p = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета] - [пси] х [сигма]¦ х
L -
х [гамма]т х [хи] (2.5)
В формулу (2.5) входят величины, обозначение которых приведено
выше.
2.5. Коэффициент морозного пучения слоя песка крупного или
средней крупности при невозможности отжатия влаги от границы
промерзания определяется по формуле:
[эпсилон]f = 0,09 х Sr х e х ([ро]d / [ро]s), (2.6)
где: [ро]s - плотность минеральных частиц, величина которой
может быть принята равной 2650 кг/куб. м;
Sr = w х [ро]s / e х [ро]w - степень влажности песка перед
промерзанием, отн. ед.;
е = ([ро]s - [ро]d) / [ро]d - коэффициент пористости песка,
отн. ед.;
обозначение остальных величин указано выше.
В условиях промерзания крупных и средней крупности песков с
отжатием воды от фронта промерзания коэффициент морозного пучения
может быть менее 0,01 (табл. Б.27 ГОСТа 25100-97).
2.6. Коэффициент морозного пучения слоя пылеватого и мелкого
песка определяется по формуле:
[эпсилон]f = 0,09 х Sr х e х ([ро]d / [ро]s) х [хи] (2.7)
Здесь, помимо величин, входящих в формулу (2.6), [хи] -
коэффициент, учитывающий влияние подземных вод на интенсивность
морозного пучения песков вследствие миграции влаги к границе
промерзания, определяемый из выражения (2.4). Глубина зоны
всасывания dws принимается равной 0,4 м, а zmax - по табл. 2.2 в
зависимости от разновидности песка.
2.7. Величина абсолютной деформации морозного пучения ff
(величина пучения) слоя грунта при отсутствии на его поверхность
внешней нагрузки определяется из выражения:
ff = [эпсилон]f х df, (2.8)
где: [эпсилон]f - коэффициент морозного пучения слоя грунта при
ненагруженной поверхности, величина которого определяется по
формулам (2.1) или (2.3) в зависимости от положения уровня
подземных вод, отн. ед.;
df - глубина промерзания грунта, м.
2.8. Величина абсолютной деформации морозного пучения ff.p
грунта основания в пределах сжимаемой толщи (при местной нагрузке
на основание) определяется по формуле:
ff.p = [эпсилон]f.р х hf, (2.9)
где: [эпсилон]f.p - средневзвешенное значение коэффициента
морозного пучения грунта, определяемое по формуле (2.2) с учетом
средней величины дополнительного напряжения в промерзшем слое
грунта толщиной hf.
2.9. Величина максимального значения нормального давления
морозного пучения глинистого грунта по подошве фундамента или к
поверхности иной конструкции определяется по формуле:
- ¬
pf.p,max = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ / [пси], (2.10)
L -
где: pf.p,max - максимальное значение удельного нормального
давления морозного пучения грунта, МПа; остальные значения указаны
выше.
Величина удельного нормального давления морозного пучения песка
пылеватого и мелкого может быть вычислена по формуле:
- ¬
pf.p,max = ¦0,09 х Sr х e х ([ро]d / [ро]s)¦ / [пси], (2.11)
L -
где помимо величин, входящих в формулу (2.6), [пси] -
коэффициент, величина которого принимается для песка пылеватого
0,042, а для мелкого песка - 0,049.
Величина удельного давления морозного пучения рfh зависит от
степени ограничения деформации морозного пучения промерзающего
слоя грунта. При свободном перемещении ненагруженной поверхности
промерзающего грунта ff значение рfh можно принять равным нулю. В
условиях полного исключения деформации морозного пучения (ff.p =
0) величина рfh будет максимальной (pfh.max). В случае частичного
ограничения деформации пучения (ff.0 - sk) за счет податливости
системы "основание - сооружение" удельное нормальное давление
морозного пучения рfh будет определяться пропорционально степени
стеснения (ограничения) возможного деформирования промерзания слоя
грунта (рис. 2.1).
Рис. 2.1. К определению величины удельного давления морозного
пучения pfh путем расчета по формуле (2.8) с учетом допустимого
(возможного) перемещения фундамента на величину ff.p
2.10. Величина удельной касательной силы морозного пучения
определяется в соответствии с рекомендациями СНиПа 2.02.04-88 и
рекомендациями проф. Далматова Б.И. и для условий Санкт-Петербурга
- табл. 2.3.
Таблица 2.3
ЗНАЧЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ КАСАТЕЛЬНОЙ СИЛЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ
------------------------------------T---------------------------T------------¬
¦ Виды грунтов и их состояние ¦ Коэффициент морозного ¦ Значение ¦
¦ ¦пучения в рассматриваемых ¦ удельной ¦
¦ ¦ условиях [эпсилон]f, ¦касательной ¦
¦ ¦ отн. ед. ¦силы пучения¦
¦ ¦ ¦[тау]fh, кПа¦
+-----------------------------------+---------------------------+------------+
¦Глинистые грунты при показателе те-¦ [эпсилон]f > 0,7 ¦ 120 ¦
¦кучести IL > 0,50; пески мелкие¦ ¦ ¦
¦и пылеватые при степени влажности¦ ¦ ¦
¦sr > 0,95 ¦ ¦ ¦
+-----------------------------------+---------------------------+------------+
¦Глинистые грунты при ¦0,035 <= [эпсилон]f <= 0,07¦ 90 ¦
¦0,25 < IL <= 0,50; пески мелкие¦ ¦ ¦
¦и пылеватые при sr <= 0,95; крупно-¦ ¦ ¦
¦обломочные грунты с пучинистым за-¦ ¦ ¦
¦полнителем свыше 30% ¦ ¦ ¦
+-----------------------------------+---------------------------+------------+
¦Глинистые грунты при IL <= 0,25;¦0,01 <= [эпсилон]f <= 0,035¦ 70 ¦
¦пески мелкие и пылеватые при¦ ¦ ¦
¦0,6 < sr <= 0,95; крупнообломочные¦ ¦ ¦
¦грунты с пучинистым заполнителем от¦ ¦ ¦
¦10 до 30% ¦ ¦ ¦
L-----------------------------------+---------------------------+-------------
Приведенные в табл. 2.3 значения [тау]fh относятся к бетонному
фундаменту с гладкой поверхностью. При шероховатой поверхности
бетона: с выступами до 5 мм и с выступами до 20 мм значения
[тау]fh следует умножить на коэффициент [гамма]af, соответственно
[гамма]af = 1,15 и [гамма]af = 1. Для фундаментов из других
материалов [тау]fh следует умножить на коэффициенты [гамма]af: для
деревянных поверхностей, не обработанных масляными антисептиками,
[гамма]af = 1,0; для деревянных поверхностей, обработанных
масляными антисептиками, [гамма]af = 0,9; для металлических
поверхностей из прокатной стали [гамма]af = 0,7.
3. Определение характеристик прочности оттаивающих грунтов и
устойчивости оснований
3.1. Предельное сопротивление оттаивающих глинистых грунтов
сдвигу ([тау]fh.u) после их промерзания существенно снижается по
сравнению с предельным сопротивлением сдвигу тех же грунтов до
промерзания ([тау]u). Между этими величинами существует
закономерная связь, которую можно представить в виде выражения:
[тау]fh.u = [тау]u (a - b х w[ню]), (3.1)
где: а и b - параметры, зависящие от вида, состава грунта и
условий его промерзания;
w[ню] - объемная влажность оттаивающего грунта.
На основании зависимости (3.1) разработана методика определения
величины угла внутреннего трения [фи]th и удельного сцепления cth
оттаивающего грунта путем уменьшения аналогичных характеристик
грунтов до промерзания ([фи] и с) за счет следующих коэффициентов:
[фи]th = [фи] / [гамма]g([фи])th х [гамма]m.f
и
cth = c / [гамма]g(c)th х [гамма]m.f, (3.2)
где: [гамма]g([фи])th - коэффициент надежности по грунту при
его оттаивании для угла внутреннего трения, определяется по табл.
3.1;
[гамма]g(c)th коэффициент надежности по грунту при его
оттаивании для удельного сцепления, определяется по табл. 3.2;
[гамма]m.f - коэффициент, учитывающий влияние интенсивности
миграции влаги и морозного пучения грунта на формирование
посткриогенной структуры оттаивающего грунта и его прочностные
свойства, определяется по табл. 3.3.
Таблица 3.1
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ [ГАММА]g([фи])th
-------------T-----------------------------------------------------------¬
¦Наименование¦Коэффициенты [гамма]g([фи])th для грунтов с показателем IL,¦
¦ грунтов ¦ равным: ¦
¦ +---------------T----------------T----------------T---------+
¦ ¦0 <= IL <= 0,25¦0,25 < IL <= 0,5¦0,5 < IL <= 0,75¦IL > 0,75¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Глины ¦ 1,05 ¦ 1,15 ¦ 1,20 ¦ 1,05 ¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Суглинки ¦ 1,10 ¦ 1,25 ¦ 1,25 ¦ 1,10 ¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Супеси ¦ 1,02 ¦ 1,10 ¦ 1,10 ¦ 1,05 ¦
L------------+---------------+----------------+----------------+----------
Таблица 3.2
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ [ГАММА]g(c)th
-------------T-----------------------------------------------------------¬
¦Наименование¦ Коэффициенты [гамма]g(c)th для грунтов с показателем IL, ¦
¦ грунтов ¦ равным: ¦
¦ +---------------T----------------T----------------T---------+
¦ ¦0 <= IL <= 0,25¦0,25 < IL <= 0,5¦0,5 < IL <= 0,75¦IL > 0,75¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Глины ¦ 1,20 ¦ 1,40 ¦ 1,60 ¦ 1,30 ¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Суглинки ¦ 1,15 ¦ 1,35 ¦ 1,50 ¦ 1,20 ¦
+------------+---------------+----------------+----------------+---------+
¦Супеси ¦ 1,10 ¦ 1,20 ¦ 1,30 ¦ 1,10 ¦
L------------+---------------+----------------+----------------+----------
Таблица 3.3
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ [ГАММА]m.f
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ПУЧИНИСТОСТИ ([ЭПСИЛОН]f)
-------------------------------------------T-----------------------¬
¦Коэффициенты морозного пучения [эпсилон]f,¦Коэффициенты [гамма]m.f¦
¦ отн. ед. ¦ ¦
+------------------------------------------+-----------------------+
¦ [эпсилон]f <= 0,01 ¦ 1,00 ¦
+------------------------------------------+-----------------------+
¦ 0,01 < [эпсилон]f <= 0,03 ¦ 1,15 ¦
+------------------------------------------+-----------------------+
¦ 0,03 < [эпсилон]f <= 0,07 ¦ 1,30 ¦
+------------------------------------------+-----------------------+
¦ 0,07 < [эпсилон]f <= 0,10 ¦ 1,50 ¦
+------------------------------------------+-----------------------+
¦ [эпсилон]f > 0,10 ¦ 1,80 ¦
L------------------------------------------+------------------------
3.2. Показатели прочностных свойств оттаивающих водонасыщенных
песчаных грунтов в порядке первого приближения можно определить по
формулам
[фи]th = [фи] / [эта]
и
cth = с / ([гамма]'g(c)th х [гамма]'m.f), (3.3)
где: [эта] - коэффициент надежности по грунту, учитывающий
снижение угла внутреннего трения, обусловленное формированием
посткриогенной структуры песков, определяемый по табл. 3.4;
[гамма]'g(c)th и [гамма]'m.f, - понижающие коэффициенты,
принимаемые как для супесей по табл. 3.2 и 3.3.
Таблица 3.4
ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА [ЭТА]
------------------T--------------------------------------------------¬
¦ Наименование ¦ Коэффициент надежности [эта] оттаивающих песков ¦
¦ песчаных грунтов¦ при плотности их сложения ¦
¦ +----------------T------------------T--------------+
¦ ¦ Плотное ¦Средней плотности ¦ Рыхлое ¦
+-----------------+----------------+------------------+--------------+
¦Крупные ¦ 1,05 ¦ 1,10 ¦ 1,15 ¦
+-----------------+----------------+------------------+--------------+
¦Средней крупности¦ 1,15 ¦ 1,20 ¦ 1,25 ¦
+-----------------+----------------+------------------+--------------+
¦Мелкие ¦ 1,20 ¦ 1,25 ¦ 1,35 ¦
+-----------------+----------------+------------------+--------------+
¦Пылеватые ¦ 1,25 ¦ 1,30 ¦ 1,45 ¦
L-----------------+----------------+------------------+---------------
3.3. Величина предельного сопротивления оттаивающего грунта
сдвигу по всем поверхностям скольжения определяется из выражения:
[тау]fh.u = pth х tg[фи]th + cth, (3.4)
где: pth - нормальное напряжение по поверхности скольжения,
кПа;
[фи]th и cth - вычисляются по формулам (3.2).
3.4. Расчетное сопротивление оттаивающего грунта основания
определяется по формуле 7 СНиПа 2.02.01-83* с использованием
значений [фи]th и cth.
3.5. Несущая способность оттаивающих оснований определяется на
основании расчетных значений характеристик прочностных свойств по
СниПу 2.02.01-83* (пп. 2.57-2.66).
3.6. Устойчивость оттаивающих откосов, давление оттаивающего
грунта на ограждения рассчитывается известными методами с
использованием значений характеристик прочностных свойств грунтов
при их оттаивании, установленных по изложенной выше методике.
4. Числовой пример определения характеристик морозоопасных
свойств глинистого грунта
Грунт - суглинок, плотность которого [ро] = 2000 кг/куб. м,
естественная влажность w = 0,25; влажность на границе текучести и
раскатывания wL = 0,30 и wp = 0,15; показатель текучести IL =
0,67; число пластичности Iр = 0,15; плотность скелета (сухого
грунта) [ро]d = 1600 кг/куб. м; угол внутреннего трения [фи] = 19-
и удельное сцепление с = 25,0 кПа. Глубина промерзания суглинка df
= 1,2 м.
Рассматриваются два условия промерзания:
I условие - при отсутствии подземных вод (или расположении их
уровня ниже границы промерзания на z >= zmax).
Для рассматриваемых условий [гамма]т = 1,2; [хи] = 1,0.
Параметры пучинистых свойств грунтов определяются по табл. 2.1:
[альфа] = 0,242; [бета] = 0,054; [пси] = 0,052.
1. Коэффициент морозного пучения суглинка определяется по
формуле (2.1):
- ¬
[эпсилон]f = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ х [гамма]т =
L -
= [0,242 х 0,25 х (1600/1000) - 0,054] х 1,2 = 0,051
2. Величина морозного пучения суглинка при глубине промерзания
df= 1,2 м определяется по формуле (2.6):
ff = [эпсилон]f х df= 0,051 х 1,2 = 0,061 м = 6,1 см
3. При среднем напряжении в промерзающем слое 0,15 Мпа (150
кПа), вызванном внешней нагрузкой, коэффициент морозного пучения
суглинка составит (формула 2.2):
- ¬
[эпсилон]f.p = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета] - [пси] х [сигма]¦ х
L -
х [гамма]т = [0,242 х 0,25 х (1600/1000) - 0,054 - 0,052 х 0,15] х 1,2 =
= 0,042
4. Максимальная величина удельного нормального давления
морозного пучения вычисляется по формуле (2.8):
- ¬
pf.р,max = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ / [пси] =
L -
= [0,242 х 0,25 х (1600/1000) - 0,054] / 0,052 = 0,94 МПа =
= 940 кПа = 9,4 кгс/кв. см
5. Величина удельной касательной силы морозного пучения
суглинка при показателе текучести IL = 0,67 и коэффициенте
морозного пучения [эпсилон]f = 0,051 согласно табл. (2.3) равна
[тау]fh = 120 кПа, как максимальное значение по одному из двух
признаков.
6. Величина угла внутреннего трения при оттаивании промерзшего
суглинка вычисляется по формуле (3.2) и в соответствии с данными
табл. 3.1 и табл. 3.3:
[фи]th = [фи] / [гамма]g([фи])th х [гамма]m.f = 19 / 1,25 х 1,3 =
= 12-
7. Величина удельного сцепления при оттаивании промерзшего
суглинка вычисляется по формуле (3.2) и согласно данным табл. 3.2
и табл. 3.3:
cth = c / [гамма]g(c)th х [гамма]m.f = 25 / 1,5 х 1,3 = 13 кПа
II условие - при расположении уровня подземных вод на глубине z
= 1,0 м ниже границы промерзания
Согласно данным табл. 2.2 zmax = 2,0 м. Величина коэффициента
[хи] = (zmax + dws) / (z + dws) = (2 + 0,3) / (1 + 0,3) = 1,77
8. Коэффициент морозного пучения суглинка определяется по
формуле (2.3):
- ¬
[эпсилон]f = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета]¦ х [гамма]т х
L -
х [хи] = [0,242 х 0,25 х (1600/1000)- 0,054] х 1,2 х 1,77 = 0,09
9. Величина морозного пучения суглинка при глубине промерзания
df= 1,2 м определяется по формуле (2.6):
ff = [эпсилон]f х df = 0,09 х 1,2 = 0,108 м = 10,8 см
10. При среднем напряжении 0,15 Мпа в промерзшем слое
коэффициент морозного пучения суглинка составляет (формула 2.5):
- ¬
[эпсилон]f.p = ¦[альфа] х w х ([ро]d / [ро]w) - [бета] - [пси] х [сигма]¦ х
L -
х [гамма]т х [хи] = [2,42 х 0,25 х (1600 / 1000) - 0,054 - 0,052 х 0,15] х
х 1,2 х 1,77 = 0,07
11. Величина угла внутреннего трения при оттаивании промерзшего
суглинка для рассматриваемых условий ([эпсилон]f = 0,09) составит
(табл. 3.1 и табл. 3.3):
[фи]th = [фи] / [гамма]g([фи])th х [гамма]m.f = 19 / 1,25 х 1,5 =
= 10-
12. Величина удельного сцепления при оттаивании промерзшего
суглинка для рассматриваемых условий ([эпсилон]f = 0,09) составит
(табл. 3.2 и табл. 3.3):
cth= с / [гамма]g(c)th х [гамма]m.f = 25 / 1,5 х 1,5 = 11 кПа
Литература
1. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов (общая и прикладная).
М.: Высшая школа, 1973.
2. Далматов Б.И., Бронин В.Н., Карлов В.Д., Мангушев Р.А.,
Сахаров И.И., Сотников С.Н., Улицкий В.М., Фадеев Н.Б. Основания и
фундаменты. Ч. 2. Основы геотехники. М.; СПб.: Изд-во АСВ, 2002.
3. Карлов В.Д. Основания и фундаменты в районах распространения
вечномерзлых грунтов. М.; СПб.: Изд-во АСВ, 1997.
4. Карлов В.Д. Новые методы оценки влияния промерзания и
оттаивания на изменение механических свойств сезоннопромерзающих
грунтов оснований сооружений. Сб. "Инж.-геолог. изыскания и
исследования в криолитозоне - теория, методология, практика" (ИГК-
2000). СПб., 2000.
5. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на
пучинистых грунтах. М.: Стройиздат, 1979.
6. Невзоров А.А. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. М.:
Изд-во АСВ, 2000.
7. Карлов В.Д. Геокриологическое обеспечение технологических
решений при устройстве оснований, фундаментов и реконструкции
сооружений в зимних условиях. "Реконструкция городов и
геотехническое строительство", N 2/2000. (Internet:
www.georec.spb.ru).
|
