Расчет основания по деформациям морозного пучения производится, исходя из расчетной величины поднятия массива грунта, нагруженного внешними усилиями от здания или сооружения. Методика расчета величины подъема фундамента весьма громоздкая и приведена в данной статье в виде расчетного алгоритма пошагово. Методика изложена в Рекомендациях по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах.
Рис. 1 - Рассматриваемое сооружение
Размеры сооружения приведены на рис. 1. Глубина сезонного промерзания df превышает глубину заложения подошвы d. Также можно учесть толщину подушки под подошвой hП из заранее известного непучинистого материала. Уровень грунтовых вод (расстояние от поверхности земли до установшегося или прогнозируемого их уровня) - dw.
1. Определяем время предзимнего периода накопления влаги в грунте te по формуле:
где dfn - глубина промерзания грунта нормативная, вычисляемая по п. 5.5.3 СП 22.13330.2016
Кф - коэффициент фильтрации грунтов слоя промерзания, принимаемый по данным ИГИ или, при отсутствии этих данных, по таблицам, например по табл. 1:
Табл. 1 - Значения коэффициентов фильтрации некоторых грунтов
Ориентировочно значение te можно принимать равным 0,5-1 мес. для супесей, 2 мес. для суглинков и 3 мес. - для глин.
2. Определяем расчетную предзимнюю влажность слоя промерзающего грунта по формуле:
где ΩОС - среднегодовое количество осадков, выпавшее за лето (принимается по климатическим справочникам),
Ωе - среднегодовое количество осадков, выпавшее за предзимний период tе(принимается по климатическим справочникам),
W0 - природная влажность промерзающего грунта
3. Определяем критическую влажность Wcr в зависимости от влажности на границе текучести WL и числа пластичности Jp по графику рис. 2.
Рис. 2 - Определение критической влажности Wcr
4. Определяем температуру у поверхности открытого грунта Т0, равную средней многолетней температуре за зимний период (из СП 131.13330.2018).
5. Определяем коэффициент содержания незамерзшей воды в мерзлом грунте КW по табл. 2 в зависимости от температуры грунта под фундаментом Td, вычисляемой в статье Как определить силы нормального пучения.
6. Определяем минимальную температуру, при которой прекращается пучение Тup по табл. 2.
7. Определяем параметр связи между температурой и содержанием незамерзшей воды в зоне промерзания η по табл. 2.
Табл. 2 - Значения КW, Тup, η
8. Определяем влажность предела пучения Wpz по формуле:
где ρs, т/м³, - плотность твердых частиц грунта, которую при отсутствии данных можно принять равной 2,65 т/м³,
ρd, т/м³, - плотность сухого грунта, которую при отсутствии данных можно принять равной 1,5 т/м³,
Wp - влажность на границе раскатывания.
9. Определяем полную влагоемкость грунта Wsat по формуле:
где e - пористость грунта,
ρw, т/м³, - плотность воды, которую можно принять равной 1,0 т/м³
10. Определяем коэффициент отношения параметров влагоемкости КВ по формуле:
11. Определяем параметр, характеризующий зону одновременного пучения ψ, по рисункам 3 для разных видов грунтов в зависимости от числа пластичности Jp, отношения W к Wcr и Tup к T0.
Рис. 3 - Определение параметра ψ
12. Определяем температурный импульс движения влаги в промерзающем грунте Jt по формуле (значение dfn принимать в метрах):
13. Сравниваем значения W и Wpz. Из результатов сравнения выбираем одну из формул величины подъема hf при пучении ненагруженного массива грунта.
При W > Wpz величина подъема hf вычисляется по формуле:
При W < Wpz величина подъема hf вычисляется по формуле:
14. Выбираем наименьшее расстояние z от границы промерзания до уровня грунтовых вод, при котором грунтовые воды не влияют на увлежнение промерзающего грунта, по табл. 3.
15. Определяем величину подъема основания ненагруженного сооружения hfi при пучении грунта ниже его подошвы, по одной из формул табл. 4, соответствующей привденным в ней условиям.
16. Определяем давление нормального пучения грунта Р, методика расчета которого приведена в статье Как определить силы нормального пучения. При этом скорость пучения, принимаемую в указанной статье по примерной таблице, можно вычислить из формулы:
в которой продолжительность периода td необходимо принимать в месяцах.
17. Определяем коэффициент β, учитывающий влияние непуичнистой подушки толщиной hП на напряженно-деформированное состояние пучинистого грунта, по графикам рис. 4.
18. Определяем величину подъема самой подошвы нагруженного давлением Р0 (от внешней нагрузки) сооружения по формуле:
Закрыть