ПРАКТИКУМ ПО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЮ. Практикум по мерзлотоведению учебное пособие
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Пример расчета устойчивости свайного основания наземного трубопровода на воздействие касательных сил морозного пучения. Сваи диаметром D=0,32м. Глубина погружения сваи от верхней поверхности многолетнемерзлого грунта z=3м. Расчетная нагрузка на сваю – F=10 кН. Грунт представлен суглинком мягкопластичной консистенции, показатель текучести I L =0,6.Расчетная глубина сезонного оттаивания – d th =1,8м. Расчетная температура многолетнемерзлого грунта Т 0 =–1,5ºС. Коэффициент теплопроводности мерзлого грунта λ f =1,4Вт/(м·ºС), объемная теплоемкость С f =522 Вт/ (м 3 ·ºС). При показателе текучести грунта I L =0,6 и d th =1,8м интерполируя данные табл. 6.5, получаем значения τ fh =114 КПа. Определяем площадь боковой поверхности смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания грунта: A fh = π Dd th =3,14·0,32·1,8=1,8 м 2 Прежде чем определять расчетное значение силы удерживающей фундамент от выпучивания определяется расчетная температура многолетнемерзлых грунтов по длине сваи, по которой определяется сопротивление сдвигу по поверхности смерзания. R af Таблица 6.4 92 Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек С ре дн яя г лу би на с ло я г ру нт а, м Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай и свай- оболочек f i , кПа (тс/м 2 ) песчаных грунтов средней плотности крупных и средней крупности мел- ких пыле- ватых – – – – – – пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести I L равном 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1 35(3,5) 23 (2,3) 15(1,5) 12(1,2) 8(0,8) 4(0,4) 4(0,4) 3(0,3) 2(0,2) 2 42(4,2) 30 (3,0) 21(2,1) 17(1,7) 12(1,2) 7(0,7) 5(0,5) 4(0,4) 4(0,4) 3 48 (4,8) 35(3,5) 25 (2,5) 20 (2,0) 14(1,4) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 5(0,5) 4 53(5,3) 38(3,8) 27 (2,7) 22 (2,2) 16(1,6) 9(0,9) 8(0,8) 7(0,7) 5(0,5) 5 56 (5,6) 40(4,0) 29 (2,9) 24 (2,4) 17(1,7) 10(1,0) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 6 58(5,8) 42(4,2) 31 (3,1) 25 (2,5) 18(1,8) 10(1,0) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 8 62(6,2) 44(4,4) 33 (3,3) 26 (2,6) 19(1,9) 10(1,0) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 10 65 (6,5) 46 (4,6) 34(3,4) 27 (2,7) 19(1,9) 10(1,0) 8(0,8) 7 (0,7) 6(0,6) 15 72(7,2) 51 (5,1) 38(3,8) 28 (2,8) 20 (2,0) 11(1,1) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 20 79(7,9) 56 (5,6) 41 (4,1) 30(3,0) 20 (2,0) 12(1,2) 8(0,8) 7 (0,7) 6(0,6) 25 86(8,6) 61 (6,1) 44 (4,4) 32(3,2) 20 (2,0) 12(1,2) 8(0,8) 7(0,7) 6(0,6) 30 93 (9,3) 66(6,6) 47 (4,7) 34(3,4) 21 (2,1) 12(1,2) 9(0,9) 8(0,8) 7(0,7) 35 100 (10,0) 70 (7,0) 50(5,0) 36(3,6) 22 (2,2) 13(1,3) 9(0,9) 8 (0,8) 7(0,7) Примечания: 1. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f i пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м. 3. Значения расчетного сопротивления плотных песчаных грунтов на боковой поверхности свай f i следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведенными в таблице. 4. Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е < 0,5 и глин с коэффициентом пористости е < 0,6 следует увеличивать на 15 % по сравнению со значениями, приведенными в таблице, при любых значениях показателя текучести. Поскольку разрез сложен однородным грунтом, в формуле 4.14 используем коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания α е ., для чего находим параметр: z√C f /λ f = 3√522/1,4=57,9 ч 0,5 Значение коэффициента α е по данным табл. 4.10 равно 0,42, значение коэффициента k ts по табл. 4.12 равно 1. Отсюда: T e = (T 0 – T bf ) α m,z,e k ts + T bf =[–1,5–(–0,3)]·0,42·1+(–0,3)= –0,8ºC. 93 По табл. 4.8 при расчетной температур Т е = –0,8ºC определяем среднее значение расчетного сопротивления сдвигу по поверхности смерзания. Для глинистых грунтов получаем R af =84 КПа. По формуле 6.7 определяется расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания: F u R h r af i i i n = = ∑ , 1 = π D R af d th =3,14·0,32·84·3=253,2 КПа. Устойчивость фундамента на действие сил касательных сил морозного пучения оценивается по условию 6.5. Рассчитываются силы выпучивания фундамента: ; 2 , 95 100 8 , 1 114 êÍ F A fh fh = − ⋅ = − τ и силы, удерживающие фундамент от выпучивания: 19 , 230 2 , 253 1 , 1 / 1 êÍ F r n c = ⋅ = γ γ Так как 95,2 < 230,19 условие 6.5 соблюдено, следовательно, свайное основание надземного трубопровода будет устойчивым к действию сил пучения [6, 12]. Лабораторная работа 6.1. Характеристики пучинистости грунтов Цель работы: Научиться оценивать пучинистость грунтов и выбирать конструктивные схемы мелкозаглубленных фундаментов Задание: оценить пучинистость глинистых и песчаных грунтов Дать рекомендации относительно выбора конструкции фундамента на глинистых и песчаных грунтах. Исходные данные. Характеристики глинистых грунтов приведены в табл. 3.4, песков в табл. 6.6. По табл. 6.5 выбираются отрицательные температуры для населенного пункта, взятого для своего номера варианта. Ход работы: 1. По табл. 6.5 выбираются отрицательные температуры для населенного пункта рассчитывается их среднее значение М 0 2. По графику (рис. 6.2) определяется критическая влажность w cr глинистого грунта. 3. Рассчитывается параметр R f , принимая w tot за расчетную предзимнюю влажность грунта в слое сезонного промерзания, при необходимости корректировать R f по ρ d 4. По табл. 6.1 оценивается пучинистость глинистого грунта по параметру R f ,. 94 5. По формуле 6.4 определяется средний диаметр частиц d o . Данные о долях фракций грунта р i , %, и диаметре фракций, d i , мм, приведены в табл. 6.4. Размерность d o в формуле 6.4берется в см. 6. По формуле 6.3 определяется средний показатель дисперсности D, по которому оценивается пучинистость песков и супесей с I p <0,02. Таблица 6.5 Среднемесячные температуры для различных населенных пунктов N Населенный пункт Средние температуры по месяцам I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Колпашево –21 –17,9 –10,7 –1,1 7,2 15 17,9 14,7 9 0 –12,1 –19,4 2 Средний Васюган –20,6 –17,6 –10,5 –0,8 6,9 14,5 17,4 14,2 8.7 –0,4 –11,9 –19,3 3 Томск –19,2 –16,7 –10,1 –0,1 8,6 15,3 18,1 15,2 9,2 0,9 –10,4 –17,5 4 Усть– Озерное –21,1 –18,7 –11,3 –1,3 6,7 14,8 17,6 14,4 8 –1 –13,1 –20,1 5 Барабинск –20,2 –13,4 –11,9 –0,2 9,8 16,1 18,3 15,8 9,8 1,2 –9,8 –17,1 6 Болотное –18,6 –16,7 –10,1 0,2 9,4 16 18,6 15,7 9,6 1 –10,1 –17 7 Чулым –19,7 –18 –11,7 –0,3 9,7 16,1 18,3 15,6 9,6 1,2 –8,9 –17,2 8 Омск –19,2 –17,8 –11,8 1,3 10,7 16,6 18,3 15,9 10,4 1,1 –8,4 –16,5 9 Купино –19,9 –18,8 –12,5 0,2 10,8 16,8 19 16,4 10,5 1,7 –9,4 16,8 10 Новосибирск –19 –17,2 –10,7 –0,1 10 16,3 18,7 16 9,9 1,5 –9,7 –16,9 Таблица 6.6 Коэффициент пористости и доля фракций грунта р i , %, при диаметре фракций, d i , мм № е,д.е. 2,0-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,005 0 0,45 3 30,5 44,2 4,3 18 1 0,37 2 30,1 41 20 6,9 2 0,42 3 26,5 43,1 21,1 6,3 3 0,40 2 27,3 43,4 17,7 9,6 4 0,43 4 32,1 40,7 22,9 0,3 5 0,41 3 33,6 40,4 21,4 1,6 6 0,38 6 33,2 37 20,9 2,9 7 0,39 3 35,1 22,1 37,5 2,3 8 0,42 2 37,2 37,3 15,1 8,4 9 0,40 4 25 42,6 17 11,4 10 0,43 7 25,1 27 38 2,9 11 0,41 4 26,1 50,3 9,1 10,5 12 0,38 3 25,5 43 18,5 10 13 0,39 3 30,5 44,2 4,3 18 14 0,4 2 30,1 41 20 6,9 15 0,42 3 26,5 43,1 21,1 6,3 95 Лабораторная работа 6.2. Проверка устойчивости фундамента на действие сил пучения Цель работы:освоить расчетустойчивости фундамента на действие сил пучения. Задание: Проверить устойчивость на действие сил пучения свайного фундамента с бетонной необработанной поверхностью. При решении принять, что сезонноталый слой сливается с толщей многолетнемерзлых пород. Расчетное значение силы F r , кН (кгс), удерживающей фундаменты от выпучивания, следует определить по формулам при использовании мерзлых грунтов по принципу I, затем при использовании мерзлых грунтов по принципу II. Исходные данные. По вариантам те же данные, что и в работах 3.3 и 4.1, 4.2. Строение paзpeзa площадки такое же, как на рис. 4.1. Ход работы: 1. Расчетное значение силы F r кН (кгс), удерживающей фундаменты от выпучивания, следует определять по формулам: при использовании мерзлых грунтов по I принципу – по формуле 6.7 и при использовании мерзлых грунтов по II принципу по формуле – 6.8. Предварительно определяем параметр f i , по таблице 6.6 и в пределах каждого i-го слоя грунта определяем по таблице 4.9 расчетное сопротивление i-го слоя мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания, R af,i , кПа (кгс/см 2 ), при эквивалентной температуре Т е , рассчитанной также как в лабораторной работе 4.2. 2. Устойчивость фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов надлежит проверять по формуле 6.5, где τ fh – расчетная удельная касательная сила пучения, кПа (кгс/см 2 ); которая определяется по таблице 6.3 по показателю I L 7. РАСЧЕТ ОСАДКИ ОТТАИВАЮЩЕГО В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЯ ОСНОВАНИЯ Расчет оснований по деформациям без учета совместной работы оттаивающего основания и фундаментов (сооружения) надлежит производить исходя из условия s ≤ s u , (7.1) где s – совместная деформация основания и сооружения при оттаивании грунтов в процессе эксплуатации сооружения под 96 воздействием собственного веса грунта и дополнительной нагрузки от сооружения в пределах расчетной глубины оттаивания Н, м (см); 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, м (см). Осадку при оттаивании можно разделить на две части. Первая часть, собственно осадка, или, точнее, просадка оттаивания, возникает за счет вытаивания льда. Вторая часть осадки – это осадка уплотнения, которая вызывается уменьшением пористости под действием собственного веса оттаявшего грунта и нагрузки от сооружения. Суммарная осадка может составлять от 2–5 см до 20–30 см на 1 м оттаявшей толщи, а для сильнольдистого грунта (льда больше 40%) осадка может быть еще больше. Малопросадочными являются лишь маловлажные пески и крупнобломочные грунты с песчаным заполнителем. Осадки грунтов под сооружением, как правило, неравномерные, во-первых, из-за неравномерного оттаивания, во- вторых, из-за различной льдистости грунта под сооружениями в пределах зоны оттаивания. Таким образом, осадку оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения основания следует определять по формуле (СНиП 2.0204–88): s i = s th + s p , (7.2) где s th – составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, м (см); s p – составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, м (см). Составляющую осадки основания s th , м (см), надлежит определять по формуле ( ) i n i i zg i i th th h A s ∑ = + = 1 , , σ δ , (7.3) где n – число выделенных при расчете слоев грунта; A th,i и δ i – коэффициент оттаивания, доли единицы, и коэффициент сжимаемости, кПа –1 (см 2 /кгс), i-го слоя оттаивающего грунта, принимаемые по экспериментальным данным; h i – толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м (см), σ zg,i – вертикальное напряжение от собственного веса грунта в 97 середине i-го слоя грунта, кПа (кгс/см 2 ), определяемое расчетом для глубины z i от уровня планировочных отметок с учетом взвешивающего действия воды; взвешивающее действие воды при определении s th следует учитывать для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже расчетного уровня подземных вод, но выше водоупора. σ zg,i =g ρ d,th,i [d+0,5(z i +z i–1 )] ⋅ 10 -6 , (7.4) где g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с 2 , ρ d,th,i – плотность оттаявшего i –го слоя грунта кг/см 2 , d – глубина заложения фундамента, м, z i – расстояние от подошвы фундамента до подошвы i-го слоя, м, z i-1 – расстояние от подошвы фундамента до кровли i-го слоя, м. Коэффициенты оттаивания A th и сжимаемости оттаивающего грунта δ надлежит устанавливать, как правило, по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом по методике ГОСТ 23253–78. Если значения A th и δ получены по данным лабораторных испытаний грунтов, то расчетные значения их при определении осадок оттаивающего основания следует умножать на поправочный коэффициент k i = 1 + ∆ i i , где ∆ i 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. Составляющую осадки основания, s p , м (см), при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины следует определять по формуле ( ) ∑ = − − = n i i i i i h p k k k Âk p s 1 1 , 0 µ δ , (7.5) где p o – дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента, кПа (кгс/см 2 ): p o = p–g ρ d,th ⋅ ⋅ d ⋅ 10 -6 , (7.6) где p – давление под подошвой фундамента с учетом его веса, МПа; B – ширина подошвы фундамента, м (см); k h – безмерный коэффициент, определяемый по табл. 7.1 в зависимости от отношения z/b, где z – расстояние от подошвы 98 фундамента до нижней границы зоны оттаивания или кровли непросадочного при оттаивании грунта, м (см); δ i – коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта, кПа –1 (см 2 /кгс); k µ ,i – коэффициент, определяемый по табл. 7.1 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. 7.2 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). Таблица 7.1 Коэффициенты k µ ,i [8] z/B k h Коэффициент k µ ,i для грунтов крупно- обломочных песчаных и супесей суглинков глин 0 – 0,25 0,25 – 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 3,5 3,5 – 5,0 5,0 1,35 1,25 1,15 1,10 1,05 1,00 1,35 1,33 1,31 1,29 1,29 1,28 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 1,35 1,36 1,42 1,45 1,52 1,53 1,54 1,55 1,79 1,96 2,15 2,22 2,28 Таблица 7.2 Коэффициенты k [8] z/B Коэффициент k при L/B 1 1,4 1,8 2,4 3,2 5 10 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 6,0 10,0 16,0 20,0 0 0,100 0,200 0,299 0,380 0,446 0,449 0,542 0,577 0,606 0,630 0,676 0,708 0,732 0,751 0,794 0,830 0,850 0,857 0 0,100 0,200 0,300 0,394 0,472 0,538 0,592 0,637 0,676 0,708 0,769 0,814 0,846 0,872 0,933 0,983 1,011 1,021 0 0,100 0,200 0,300 0,397 0,482 0,556 0,618 0,671 0,717 0,756 0,832 0,887 0,927 0,960 1,037 1,100 1,137 1,149 0 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,565 0,635 0,696 0,750 0,796 0,889 0,958 1,016 1,051 1,151 1,236 1,284 1,300 0 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,567 0,640 0,707 0,768 0,820 0,928 1,011 1,123 1,128 1,257 1,365 1,430 1,451 0 0,100 0,200 0,300 0,397 0,486 0,567 0,640 0,709 0,772 0,830 0,952 1,056 1,131 1,205 1,384 1,547 1,645 1,679 0 0,104 0,208 0,311 0,412 0,511 0,605 0,687 0,763 0,831 0,892 1,020 1,138 1,230 1,316 1,550 1,696 2,095 2,236 99 |