СНиП 2.02.04-88 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ - Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу ii

Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу II

4.23. Расчет оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) надлежит производить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83, для свайных фундаментов - в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85, с учетом указаний пп. 4.37-4.39.

4.24. Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить, как правило, с учетом совместной работы основания и фундаментов (сооружения). Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы основания и сооружения следует производить в случаях, предусмотренных СНиП 2.02.01-83, а также для выбора принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и необходимых мероприятий для уменьшения деформаций основания.

4.25. Расчеты оттаивающих оснований по деформациям необходимо производить в пределах расчетной глубины оттаивания грунтов в основании сооружения за заданный срок его эксплуатации t_u с учетом развития зоны оттаивания во времени.

Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании сооружения следует определять на основании расчета теплового взаимодействия сооружения с вечномерзлым грунтом с учетом формы, размеров и теплового режима сооружения, температуры и теплофизических свойств грунтов основания.

Для простых по форме сооружений с равномерной по площади температурой, в том числе для заглубленных сооружений, расчетную глубину оттаивания грунтов в их основании Н допускается определять по рекомендуемому приложению 8.

4.26. Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения) надлежит производить исходя из условия

s £ s_u,                                                                                                                   (22)

где s - совместная деформация основания и сооружения при оттаивании грунтов в процессе эксплуатации сооружения под воздействием собственного веса грунта и дополнительной нагрузки от сооружения в пределах расчетной глубины оттаивания Н;

s_u - предельно допустимое значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое согласно СНиП 2.02.01-83, а для мостов - СНиП 2.05.03-84.

4.27. Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом совместной работы основания и сооружения следует производить исходя из условия

,                                                                                                    (23)

где F_f - расчетные усилия, возникающие в элементах конструкций фундаментов (сооружения) при неравномерных осадках оттаивающего основания;

F_fd - предельные значения сопротивления элементов конструкции сооружения, рассчитываемые по нормам проектирования соответствующих конструкций;

g_c - коэффициент условий работы системы "основание-со­о­ру­же­ние", принимаемый равным 1,25;

g_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,0; 0,95 и 0,9 соответственно для сооружений I, II и III классов ответственности.

Расчет усилий в элементах фундаментных конструкций и реактивных давлений грунтов следует выполнять, как правило, численными методами на основании уравнений строительной механики с учетом зависимостей реактивных давлений от неравномерных осадок основания. При этом оттаивающее основание допускается рассматривать как линейно-деформируемый слой конечной толщины. Допускается применять другие расчетные схемы, в том числе с использованием вероятностных методов расчета, учитывающих статистическую неоднородность основания. При расчете оснований и фундаментов по деформациям среднее давление на основание под подошвой фундамента от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного давления на основание R, определяемого в соответствии со СНиП 2.02.01-83 по расчетным характеристикам оттаивающих грунтов.

4.28. Осадку оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения основания следует определять по формуле

s = s_th + s_p,                                                                                                           (24)

где s_th - составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, определяемая по указаниям п. 4.29;

s_p - составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, определяемая по указаниям п. 4.31.

4.29. Составляющую осадки основания s_th, м (см), надлежит определять по формуле

,                                                                        (25)

где     n - число выделенных при расчете слоев грунта;

A_th,i и d - коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, кПа^-1 (см²/кгс), i-го слоя оттаивающего грунта, принимаемые по экспериментальным данным согласно указаниям п. 4.30;

 s_zg,i - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине i-го слоя грунта, кПа (кгс/см²), определяемое расчетом для глубины z_i от уровня планировочных отметок с учетом взвешивающего действия воды;

h_i - толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м(см).

Примечание. Взвешивающее действие воды при определении s_th следует учитывать для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже расчетного уровня подземных вод, но выше водоупора.

4.30. Коэффициенты оттаивания A_th и сжимаемости оттаивающего грунта d надлежит устанавливать, как правило, по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом по методике ГОСТ 23253-78. Если значения A_th и d получены по данным лабораторных испытаний грунтов, то расчетные значения их при определении осадок оттаивающего основания следует умножать на поправочный коэффициент k_i = 1 + Di_i, где Di_i разность между суммарной льдистостью i-го слоя грунта и льдистостью испытанного образца, взятого из этого слоя. Допускается вводить поправки за неполное смыкание макропор и набухание оттаивающего грунта, если это подтверждено экспериментальными данными.

4.31. Составляющую осадки основания s_p, м (см), при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины следует определять по формуле

,                                                              (26)

где p_o - дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента, кПа (кгс/см²);

    b - ширина подошвы фундамента, м (см);

  k_h - безмерный коэффициент, определяемый по табл. 7 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до нижней границы зоны оттаивания или кровли непросадочного при оттаивании грунта, м (см);

 d_i - коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта, кПа^-1 (см²/кгс);

 k_m,i - коэффициент, определяемый по табл. 7 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до середины i-го слоя грунта, м (см);

k_i и k_i-1 - коэффициенты, определяемые по табл. 8 в зависимости от отношений l/b, z_i /b и z_i-1/b, где z_i  и z_i-1 - расстояние от подошвы фундамента соответственно до подошвы и кровли i-го слоя грунта, м (см).

Примечание. Расчет развития осадок оттаивающего основания во времени следует производить по скорости протаивания грунтов под сооружением, определяемой теплотехническим расчетом.

Таблица 7

Таблица 8

4.32. Осадку основания s при предварительном оттаивании или замене льдистых грунтов до глубины h_b,th для уменьшения деформаций основания (п. 3.25), а также в случаях, когда слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с вечномерзлым грунтом, следует определять по формуле

s = s_p,th + s_ad,                                                                                                        (27)

где s_p,th - осадка уплотнения предварительно оттаянного, замененного или естественного немерзлого слоя грунта толщиной h_b,th под воздействием веса сооружения, определяемая в соответствии со СНиП 2.02.01-83;

s_ad - дополнительная осадка основания при оттаивании вечномерзлых грунтов в процессе эксплуатации сооружения, определяемая по формуле (25) для интервала глубин d - h_b,th, где d - расчетная глубина оттаивания грунта, считая от уровня планировки под зданием, устанавливаемая теплотехническим расчетом по указаниям рекомендуемого приложения 8.

Глубину предварительного оттаивания или замены грунтов основания h_b,th следует устанавливать исходя из условия

s_p,th + s_ad £ s_u,                                                                                                       (28)

где s_u - предельно допустимая для данного сооружения осадка основания, принимаемая по п. 4.26.

4.33. Крен фундамента i на оттаивающем основании, вызванный внецентренными нагрузками, неравномерным оттаиванием и неоднородностью грунтов, а также влиянием близко расположенных фундаментов, следует определять по формуле

i = (s_a - s_b)/b,                                                                                                     (29)

где s_a и s_b - осадка краев фундамента;

b - размер фундамента в направлении крена.

4.34. Расчет гибких ленточных фундаментов на оттаивающих в процессе эксплуатации сооружения грунтах надлежит производить с учетом переменной по длине фундамента осадки основания, обусловленной неравномерным оттаиванием грунтов под сооружением. При определении реактивных давлений оттаивающего грунта на подошву фундамента допускается рассматривать оттаивающий грунт как линейно-деформируемое основание, характеризуемое переменным по длине фундамента коэффициентом постели.

4.35. Осадку s свайных фундаментов из висячих свай, погруженных в предварительно оттаянные грунты, в том числе при их локальном оттаивании (п. 3.26), следует определять как для условного фундамента, границы которого принимаются согласно СНиП 2.02.03-85. При этом следует учитывать возможность проявления отрицательных (негативных) сил трения по периметру условного фундамента или по поверхности отдельных свай (п. 4.38), а также воздействие горизонтальных усилий на фундаменты в периферийных частях зоны оттаивания.

4.36. Расчет свай-стоек по несущей способности при опирании их на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты следует производить исходя из условия

,                                                                                         (30)

где F - расчетная нагрузка на сваю, кН (кгс);

F_u - несущая способность (сила предельного сопротивления) основания одиночной сваи, кН (кгс), определяемая по указаниям п. 4.37;

g_k - коэффициент надежности, принимаемый в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03-85 в зависимости от вида сооружения, конструкции фундаментов и принятого способа определения несущей способности свай;

g_p - коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности свай в пределах зоны оттаивания, определяемый по опытным данным с учетом способов погружения свай; допускается принимать: g_k = 1 - для буронабивных и буроопускных свай с цементно-песчаным заполнителем пазух и g_p = 0,7 - для буроопускных свай с пылевато-глинистым заполнителем пазух;

F_neg - отрицательная (негативная) сила трения, кН (кгс), определяемая по указаниям п. 4.38.

4.37. Несущая способность (силу предельного сопротивления) основания сваи-стойки F_u, кН (кгс), следует определять по формулам:

для защемленных свай-стоек, заделанных в невыветрелый скальный грунт не менее чем на 0,5 м

;                                                                                              (31)

для незащемленных свай-стоек

,                                                                                                    (32)

где R_c,n - нормативное значение временного сопротивления грунта под нижним концом сваи одноосному сжатию в оттаявшем водонасыщенном состоянии, кПа (кгс/см2);

А - площадь опирания сваи на грунт, м² (см²), принимаемая для незащемленных свай-стоек сплошного сечения или полых, нижний конец которых заполнен в пределах высоты трех диаметров бетоном, равной площади поперечного сечения брутто; для защемленных свай-стоек - площади поперечного сечения нижней части (забоя) скважины;

g_g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый: для незащемленных свай-стоек равным 1,0, для защемленных - 1,4;

l_d и d_r - соответственно глубина заделки сваи в скальный грунт и наибольшее поперечное сечение заделанной части сваи, м (см).

4.38. Отрицательную (негативную) силу трения оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи

,                                                                                       (33)

где u_p - периметр поперечного сечения сваи, м (см);

f_n,i - отрицательное трение i-го слоя оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи, кПа (кгс/см²), определяемое по опытным данным; допускается принимать расчетные значения f_n,i по табл. 2 СНиП 2.02.03-85;

h_i - толщина i-го слоя оттаивающего грунта.

4.39.  Расчет свайных фундаментов по прочности материала свай следует производить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85. Сваи-стойки по прочности материала следует рассчитывать с учетом воспринимаемых ими отрицательных сил трения F_neg.