Расчет оснований и фундаментов при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II

 

  Главная       Учебники - Газпром      СТО Газпром 2-2.1-435-2010

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Страницы   ..  1  2  3   ..

 

8.4. Расчет оснований и фундаментов при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II

8.4.1. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения и поверхностных фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия

,                                                              (8.22)

где сила предельного сопротивления основания Fu определяется:

- для основания, сложенного скальными грунтами - по 8.4.3;

- основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии - по 8.4.4;

- основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами, - по 8.4.5;

gc - коэффициент условий работы, принимаемый:

- песков, кроме пылеватых, gc = 1,0;

- песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии gc = 0,9;

- пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии gc = 0,85;

- скальных невыветрелых и слабовыветрелых грунтов gc = 1,0;

- скальных выветрелых грунтов gc = 0,9;

- скальных сильновыветрелых грунтов gc = 0,8.

8.4.2. Расчет оснований свайных фундаментов (одиночной сваи в составе фундамента и вне его) по первой группе предельных состояний производится исходя из условия:

,                                                              (8.23)

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании), определяемая в соответствии с указаниями 8.4.30;

Fd - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемая:

- для свай - стоек - по 8.4.7;

- висячих забивных свай - по 8.4.8 - 8.4.10;

- висячих буровых свай - по 8.4.11 - 8.4.13;

- винтовых свай - по 8.4.14;

- одиночной сваи по результатам полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой - по указаниям, приведенным в приложении Р.

Коэффициент надежности gk принимается равным:

1,2 - если несущая способность свай определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;

1,25 - если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

1 - для сплошных свайных полей жестких сооружений с предельной осадкой 30 см и более (при числе свай более 100), если несущая способность сваи определена по результатам статических испытаний.

При высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на сильносжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, gkпринимается в зависимости от числа свай в фундаменте:

- при 21 свае и более - 1,4 (1,25);

- от 11 до 20 свай - 1,55 (1,4);

- 6 до 10 свай - 1,65 (1,5);

- 1 до 5 свай - 1,75 (1,6).

В скобках даны значения в случае, когда несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.

Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН и набивную сваю - более 2500 кН значение коэффициента gk следует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и равным 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.

Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).

8.4.3. Расчет оснований фундаментов по второй группе предельных состояний производится:

- для оснований, оттаивающих в процессе эксплуатации сооружения - по 8.4.22;

- при предварительном оттаивании или замене льдистых грунтов - по 8.4.26.

8.4.4. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами Nu, кН, независимо от глубины заложения фундамента вычисляется по формуле

Nu = N Rc bl.                                                            (8.24)

8.4.5. Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

t = s · tg j1 + с1                                                       (8.25)

Если равенство (8.25) не выполняется, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве (см. 8.3.15).

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления Nu основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле

,                                     (8.26)

где b¢ - сторона фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;

NgNqNc - коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице 8.6;

g1 и  - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);

d - глубина заложения фундамента, м, (в случае неодинаковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента принимается значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, например, со стороны подвала).

Расчет по формуле (8.26) допускается выполнять, если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в случае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает 0,5R, а также соблюдается условие

tg d < sin j1.                                                         (8.27)

В случае неодинаковой пригрузки с разных сторон фундамента в составе горизонтальных нагрузок следует учитывать активное давление грунта.

xgxqxc - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

,                                    (8.28)

здесь h = l/b; в случае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки длину и ширину подошвы фундамента следует принимать равными приведенным значениям, определяемым по формулам (8.18) и (8.19).

Если h = l/b < 1, в формулах (8.28) следует принимать h = 1.

Угол наклона к вертикали d равнодействующей внешней нагрузки на основание определяется из условия

.                                                           (8.29)

 

Таблица 8.6

 

Коэффициенты несущей способности NgNqNc

 

Угол внутреннего грунта j1, град.

Обозначение коэффициентов

Коэффициенты несущей способности NgNqNc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки d, град., равных

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

Ng

0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Nq

1,00

Nc

5,14

5

Ng

0,20

 = 4,9

-

-

-

-

-

-

-

Nq

1,57

Nc

6,49

10

Ng

0,60

0,42

 = 9,8

-

-

-

-

-

-

Nq

2,47

2,16

Nc

8,34

6,57

15

Ng

1,35

1,02

0,61

 = 14,5

-

-

-

-

-

Nq

3,94

3,45

2,84

Nc

10,98

9,13

6,88

20

Ng

2,88

2,18

1,47

0,82

 = 18,9

-

 

-

 

Nq

6,40

5,56

4,64

3,64

Nc

14,84

12,53

10,02

7,26

25

Ng

5,87

4,50

3,18

2,00

1,05

 = 22,9

-

-

-

Nq

10,66

9,17

7,65

6,13

4,58

Nc

20,72

17,53

14,26

10,99

7,68

30

Ng

12,39

9,43

6,72

4,44

2,63

1,29

 = 26,5

-

-

Nq

18,40

15,63

12,94

10,37

7,96

5,67

Nc

30,14

25,34

20,68

16,23

12,05

8,09

35

Ng

27,50

20,58

14,63

9,79

6,08

3,38

 = 29,8

-

-

Nq

33,30

27,86

22,77

18,12

13,94

10,24

Nc

46,12

38,36

31,09

24,45

18,48

13,19

40

Ng

66,01

48,30

33,84

22,56

14,18

8,26

4,30

 = 32,7

-

Nq

64,19

52,71

42,37

33,26

25,39

18,70

13,11

Nc

75,31

61,63

49,31

38,45

29,07

21,10

14,43

45

Ng

177,61

126,09

86,20

56,50

32,26

20,73

11,26

5,45

 = 35,2

Nq

134,87

108,24

85,16

65,58

49,26

35,93

25,24

16,42

Nc

133,87

107,23

84,16

64,58

48,26

34,93

24,24

15,82

Примечания

1. При промежуточных значениях g1 и d коэффициенты NgNqNc допускается определять по интерполяции.

2. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки , исходя из условия (8.27).

 

8.4.6. Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (при степени влажности Sr ³ 0,85 и коэффициенте консолидации cv £ 107 cм2/год), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления в поровой воде u. При этом соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t принимается по зависимости

t = (s - u) · tgji + ci,                                                      (8.30)

где ji и ci соответствуют стабилизированному состоянию грунтов основания.

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать избыточное давление в поровой воде равным нормальному напряжению по площадкам скольжения (u s) или принимать значения ji и ci соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания.

Предельное сопротивление основания (однородного ниже подошвы фундамента до глубины не менее 0,75b), сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными грунтами, допускается определять следующим образом.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания ленточного фундамента nu, кН/м, по формуле

nu = b¢ [q + (1 + p - a + cos a) · ci],                                            (8.31)

где q - пригрузка с той стороны фундамента, в направлении которой действует горизонтальная составляющая нагрузки, кПа;

a - угол, рад, определяемый по формуле

,                                                             (8.32)

где fh - горизонтальная составляющая расчетной нагрузки на 1 м длины фундамента, определяемая с учетом активного давления грунта, кН/м.

Формулу (8.31) допускается использовать, если выполняется условие

fh = b¢ ci.                                                                    (8.33)

Силу предельного сопротивления основания прямоугольного фундамента (l = 3b) при действии на него вертикальной нагрузки допускается определять по формуле (8.26), полагая ji = 0 и xc = 1 + 0,11h.

Во всех случаях, если на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве (8.3.15).

8.4.7. Несущую способность Fd, кН, забивной и буровой сваи, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле

Fd = gc RA,                                                                (8.34)

где gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gc = 1;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения, а для свай полых круглого сечения - равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров; для защемленных свай-стоек - площади поперечного сечения нижней части (забоя) скважины.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

б) свай, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, по формуле

.                                                     (8.35)

Для незащемленных свай-стоек несущая способность определяется по формуле

,                                                            (8.36)

где gg - коэффициент надежности по грунту, принимаемый для защемленных свай-стоек gg = 1,4, для незащемленных свай-стоек gg = 1,0;

ld и df - соответственно глубина заделки сваи в скальный грунт и наибольшее поперечное сечение заделанной части сваи, м.

При наличии в основании буровых свай выветрелых, а также размягчаемых скальных грунтов их предел прочности на одноосное сжатие следует принимать по результатам испытаний штампами или по результатам испытаний свай статической нагрузкой.

8.4.8. Несущую способность Fd, кН, висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле

Fd = gc (gcR RA + u å gcf fi hi).                                                (8.37)

где gc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gc = 1;

gcRgcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 8.7;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, следует принимать исходя из данных, приведенных в приложении Д;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, следует принимать исходя из данных, приведенных в приложении Д;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

В формуле (8.37) суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грунта, пройденным сваей, за исключением случаев, когда проектом предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта, расположенных соответственно ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.

8.4.9. Для забивных свай, опирающихся нижним концом на рыхлые песчаные грунты или на пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6, несущую способность следует определять по результатам статических испытаний свай.

8.4.10. Несущую способность Fdu, кН, висячей забивной сваи, работающей на выдергивающую нагрузку, следует определять по формуле

Fdu = gc u å gcf fi hi.                                                        (8.38)

где gc = 0,6 - для свай, погружаемых в грунт на глубину менее 4 м;

gc = 0,8 - для свай, погружаемых в грунт на глубину 4 м и более;

ugcffihi - то же, что и в формуле (8.37).

 

 

 

Таблица 8.7

 

Коэффициенты условий работы грунта gcRgcf

 

Способы погружения забивных свай и виды грунтов

Коэффициенты условий работы грунта при расчете несущей способности свай

под нижним концом gcR

на боковой поверхности gcf

1. Погружение сплошных и полых с закрытым нижним концом свай механическими (подвесными), паровоздушными и дизельными молотами

1,0

1,0

2. Погружение забивкой и вдавливанием в предварительно пробуренные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее 1 м ниже забоя скважины при ее диаметре:

 

 

а) равном стороне квадратной сваи;

1,0

0,5

б) на 0,05 м менее стороны квадратной свай;

1,0

0,6

в) на 0,15 м менее стороны квадратной или диаметра сваи круглого сечения

1,0

1,0

3. Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии добивки свай на последнем этапе погружения без применения подмыва на 1 м и более

1,0

0,9

4. Вибропогружение и вибровдавливание свай в грунты:

 

 

а) песчаные средней плотности:

 

 

- крупные и средней крупности;

1,2

1,0

- мелкие;

1,1

1,0

- пылеватые;

1,0

1,0

б) пылевато-глинистые с показателем текучести IL = 0,5:

 

 

- супеси;

0,9

0,9

- суглинки;

0,8

0,9

- глины;

0,7

0,9

в) пылевато-глинистые с показателем текучести IL £ 0

1,0

1,0

5. Погружение вдавливанием свай:

 

 

а) в пески средней плотности крупные, средней крупности и мелкие;

1,1

1,0

б) в пески пылеватые;

1,1

0,8

в) в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL < 0,5;

1,1

1,0

г) то же, IL > 0,5

1,0

1,0

Примечание - Коэффициенты gcR и gcf по позиции 4 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0,5 > IL > 0 определяются интерполяцией.

 

8.4.11. Несущую способность Fd, кН, буровой сваи, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять по формуле

Fd = gc (gcR RA + u å gcf fi hi).                                             (8.39)

где gc - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на пылевато-глинистые грунты со степенью влажности Sp < 0,9 и на лессовые грунты gc = 0,8; в остальных случаях gc = 1;

gcR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; gcR = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по указаниям 8.4.12;

gcf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 8.8.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.8

 

Коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи gcf

 

Сваи и способы их устройства

Коэффициент условий работы gcf

в песках

в супесях

в суглинках

в глинах

1. Буровые, бетонируемые:

 

 

 

 

а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом), а также при использовании обсадных инвентарных труб;

0,7

0,7

0,7

0,6

б) под водой или под глинистым раствором;

0,6

0,6

0,6

0,6

в) жесткими бетонными смесями, укладываемыми с помощью глубинной вибрации (сухим способом)

0,8

0,8

0,8

0,7

2. Буронабивные, полые круглые, устраиваемые при отсутствии воды в скважине с помощью вибросердечника

0,8

0,8

0,8

0,7

 

8.4.12. Расчетное сопротивление R, кПа, грунта под нижним концом сваи следует принимать:

а) для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песчаных грунтов в основании буровой сваи:

,                                              (8.40)

где a1a2a3a4 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 8.9 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания, определенного в соответствии с указаниями, приведенными в приложении Д;

 - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

g1 - осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м3, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

h - глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой);

б) для пылевато-глинистых грунтов в основании - согласно указаниям, приведенным в таблице Д.20 (приложение Д).

Указания относятся к случаям, когда обеспечивается заглубление свай в грунт, принятый за основание их нижних концов не менее чем на диаметр сваи, но не менее чем на 2 м.

 

Таблица 8.9

 

Безразмерные коэффициенты a1a2a3a4

 

 

Коэффициенты

Расчетные значения угла внутреннего трения грунта j1, град.

23

25

27

29

31

33

35

37

39

a1

9,5

12,6

17,3

24,4

34,6

48,6

71,3

108,0

163,0

a2

18,6

24,8

32,8

45,5

64,0

87,6

127,0

185,0

260,0

a3 при h/d равном, м:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,0

0,78

0,79

0,80

0,82

0,84

0,85

0,85

0,85

0,87

5,0

0,75

0,76

0,77

0,79

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

7,5

0,68

0,70

0,71

0,74

0,76

0,78

0,80

0,82

0,84

10,0

0,62

0,65

0,67

0,70

0,73

0,75

0,77

0,79

0,81

12,5

0,58

0,61

0,68

0,67

0,70

0,73

0,75

0,78

0,80

15,0

0,55

0,58

0,61

0,65

0,68

0,71

0,73

0,76

0,79

17,5

0,51

0,55

0,58

0,62

0,66

0,69

0,72

0,75

0,78

20,0

0,49

0,53

0,57

0,61

0,65

0,68

0,72

0,75

0,78

22,5

0,46

0,51

0,55

0,60

0,64

0,67

0,71

0,74

0,77

25,0 и более

0,44

0,49

0,54

0,59

0,63

0,67

0,70

0,74

0,77

a4 при d, равном, м:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8 и менее

0,34

0,31

0,29

0,27

0,26

0,25

0,24

0,23

0,22

4,0

0,25

0,24

0,23

0,22

0,21

0,20

0,19

0,18

0,17

Примечание - Для промежуточных значений j1h/d и d значения коэффициентов a1a2a3 и a4 определяются интерполяцией.

 

8.4.13. Несущую способность Fdu, кН, буровой сваи, работающей на выдергивающие нагрузки, следует определять по формуле

Fdu = gc u å gcf fi hi.                                                        (8.41)

8.4.14. Несущую способность Fd, кН, винтовой сваи диаметром лопасти d £ 1,2 м и длиной l < 10 м, работающей на сжимающую или выдергивающую нагрузку, следует определять по формуле (8.42), а при диаметре лопасти d > 1,2 м и длине сваи l > 10 м - только по данным испытаний винтовой сваи статической нагрузкой:

Fd = gc [(a1 c1 + a2 g1 h1) · A + u fi (h - d)],                                          (8.42)

где gc - коэффициент условий работы, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий, и определяемый по таблице 8.10;

a1a2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 8.11 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне j1, (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной d);

c1 - расчетное значение удельного сцепления пылевато-глинистого или параметр линейности песчаного грунта в рабочей зоне, кПа;

g1 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

h1 - глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа, а при планировке территории срезкой - от уровня планировки, м;

A - проекция площади лопасти, м2, считая по наружному диаметру, при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку и проекция рабочей площади лопасти, т.е. за вычетом площади сечения ствола при работе винтовой сваи на выдергивающую нагрузку;

fi - расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи, кПа, принимаемое согласно указаниям, приведенным в приложении Д (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи);

u - периметр ствола сваи, м;

h - длина ствола сваи, погруженной в грунт, м;

d - диаметр лопасти сваи, м.

При определении несущей способности винтовых свай при действии вдавливающих нагрузок характеристики грунтов в таблице 8.11 относятся к грунтам, залегающим под лопастью, а при работе на выдергивающие нагрузки - над лопастью сваи.

Глубина заложения лопасти от уровня планировки должна быть не менее 5d при пылевато-глинистых грунтах и не менее 6d - при песчаных грунтах (где d - диаметр лопасти).

 

Таблица 8.10

 

Коэффициент условий работы винтовых свай при нагрузках

 

Грунты

Коэффициент условий работы винтовых свай при нагрузках

сжимающих

выдергивающих

знакопеременных

1. Глины и суглинки:

 

 

 

а) твердые, полутвердые и тугопластичные;

0,8

0,7

0,7

б) мягкопластичные;

0,8

0,7

0,6

в) текучепластичные

0,7

0,6

0,4

2. Пески и супеси:

 

 

 

а) пески маловлажные и супеси твердые;

0,8

0,7

0,5

б) пески влажные и супеси пластичные;

0,7

0,6

0,4

в) пески водонасыщенные и супеси текучие

0,6

0,5

0,3

 

 

 

 

 

Таблица 8.11

 

Безразмерные коэффициенты a1a2

 

Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне j1, град.

Коэффициенты

Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне j1, град.

Коэффициенты

a1

a2

a1

a2

13

7,8

2,8

24

18,0

9,2

15

8,4

3,3

26

23,1

12,3

16

9,4

3,8

28

29,5

16,5

18

10,1

4,5

30

38,0

22,5

20

12,1

5,5

32

48,4

31,0

22

15,0

7,0

34

64,9

44,4

 

8.4.15. Отрицательные (негативные) силы трения, возникающие на боковой поверхности свай при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз, следует учитывать в случаях:

- планировки территории подсыпкой толщиной более 1,0 м;

- загрузки пола складов полезной нагрузкой более 20 кН/м2;

- загрузки пола около фундаментов полезной нагрузкой от оборудования более 100 кН/м2;

- увеличения эффективных напряжений в грунте за счет снятия взвешивающего действия воды при понижении уровня подземных вод;

- незавершенной консолидации грунтов современных и техногенных отложений;

- уплотнения несвязных грунтов при динамических воздействиях;

- осадки грунтов при оттаивании.

8.4.16. Отрицательные силы трения учитываются до глубины, на которой значение осадки околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента превышает половину предельного значения осадки фундамента. Расчетные сопротивления грунта fiпринимаются согласно указаниям, приведенным в приложении Д, со знаком «минус», а для торфа, ила, сапропеля - минус 5 к Па.

Если в пределах длины погруженной части сваи залегают напластования торфа толщиной более 30 см и возможна планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка, эквивалентная подсыпке, то расчетное сопротивление грунта fi, расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах длины погруженной части сваи) слоя торфа, следует принимать:

- при подсыпках высотой менее 2 м для грунтовой подсыпки и слоев торфа - равным нулю, для минеральных ненасыпных грунтов природного сложения - положительным значениям согласно указаниям, приведенным в приложении Д;

- подсыпках высотой от 2 до 5 м для грунтов, включая подсыпку, - равным 0,4 значений, приведенных в приложении Д, но со знаком «минус», а для торфа - минус 5 кПа (отрицательные силы трения);

- подсыпках высотой более 5 м для грунтов, включая подсыпку, - равным значениям, приведенным в приложении Д, но со знаком «минус», а для торфа - минус 5 кПа.

В пределах нижней части свай, где осадка околосвайного грунта после возведения и загрузки свайного фундамента менее половины предельного значения осадки свайного фундамента, расчетные сопротивления грунта fi следует принимать положительными согласно указаниям, приведенным в приложении Д, а для торфа или сапропеля - равными 5 кПа.

Отрицательную (негативную) силу трения оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи определяют по формуле

,                                                        (8.43)

где up - периметр поперечного сечения сваи, м;

fn,i - отрицательное трение i-го слоя оттаивающего грунта по боковой поверхности сваи, кПа, определяемое по опытным данным; допускается принимать расчетные значения fn,i согласно указаниям, приведенным в приложении Д;

hi - толщина i-го слоя оттаивающего грунта.

8.4.17. В случае когда консолидация грунта от подсыпки или пригрузки территории к моменту начала возведения надземной части зданий или сооружений (включая свайный ростверк) завершилась или возможное значение осадки грунта, окружающего сваи, после указанного момента в результате остаточной консолидации не будет превышать половины предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения, сопротивление грунта на боковой поверхности сваи допускается принимать положительным вне зависимости от наличия или отсутствия прослоек торфа. Для прослоек торфа значение fi следует принимать равным 5 кПа.

Если известны значения коэффициентов консолидации и модуля деформации торфов, залегающих в пределах длины погруженной части сваи, и возможно определение значения осадки основания от воздействия пригрузки территории для каждого слоя грунта, то при определении несущей способности сваи допускается учитывать силы сопротивления грунта с отрицательным знаком (отрицательные силы трения) не от уровня подошвы нижнего слоя торфа, а начиная от верхнего уровня слоя грунта, значение дополнительной осадки которого от пригрузки территории (определенной начиная с момента передачи на сваю расчетной нагрузки) составляет половину предельного значения осадки для проектируемого здания или сооружения.

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

Расчетную глубину оттаивания грунтов в основании сооружения следует определять на основании расчета теплового взаимодействия сооружения с многолетнемерзлым 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 H допускается определять согласно СНиП 2.02.04-88 [6].

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

s £ su,                                                                  (8.44)

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 H.

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

,                                                              (8.45)

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

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

gc - коэффициент условий работы системы «основание-сооружение», принимаемый равным 1,25;

gn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый по таблице В.1 (приложение В).

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.

8.4.21. При расчете оснований фундаментов по деформациям среднее давление на основание под подошвой фундамента мелкого заложения, поверхностного фундамента и под подошвой условного свайного фундамента (границы которого определяются по указаниям 8.4.29) от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного давления на основание R, определяемого по формуле (8.46) с использованием расчетных характеристик оттаивающих грунтов:

,                          (8.46)

где gc1 и gc2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 8.12;

k - коэффициент, принимаемый равным: k1 = 1, если прочностные характеристики грунта (j и c) определены непосредственными испытаниями, и k1 = 1,1, если они приняты согласно указаниям, приведенным в приложении Д;

MgMqMc - коэффициенты, принимаемые по таблице 8.13;

kz - коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м - kz = 1; при b ³ 10 м - kz = z0/b + 0,2 (здесь z0 = 8 м);

gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

 - то же, залегающих выше подошвы;

d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

,                                                            (8.47)

где hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf - толщина конструкции пола подвала, м;

gcf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3;

db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается db = 2 м, при ширине подвала B > 20 м принимается db = 0);

cII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

Формулу (8.46) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью A, принимается .

Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (8.46), допускается принимать равными их нормативным значениям.

Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием.

Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15 %.

Если d1 > d (d - глубина заложения фундамента от уровня планировки) в формуле (8.46) принимается d1 = d и db = 0.

К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований.

Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента gc2 принимается равным единице.

При промежуточных значениях L/H коэффициент gc2 определяется по интерполяции.

 

Таблица 8.12

 

Коэффициенты условий работы gc1 и gc2

 

Грунты

Коэффициент gc1

Коэффициент gc2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L/H, равном

1,5 и менее

4 и более

Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых

1,4

1,4

1,2

Пески мелкие

1,3

1,3

1,1

Пески пылеватые:

 

 

 

- маловлажные и влажные;

1,25

1,2

1,0

- насыщенные водой

1,1

1,2

1,0

Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя:

 

 

 

IL £ 0,25;

1,25

1,2

1,0

0,25 IL £ 0,5;

1,2

1,1

1,0

IL > 0,5

1,0

1,0

1,0

Примечания

1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований.

2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента gс2 принимается равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент gс2 определяется по интерполяции.

 

Таблица 8.13

 

Коэффициенты MgMqMc

 

Угол внутреннего трения, jII, град.

Коэффициенты

Угол внутреннего трения, jII, град.

Коэффициенты

Mg

Mq

Mc

Mg

Mq

Mc

0

0

1,00

3,14

23

0,69

3,65

6,24

1

0,01

1,06

3,23

24

0,72

3,87

6,45

2

0,03

1,12

3,32

25

0,78

4,11

6,67

3

0,04

1,18

3,41

26

0,84

4,37

6,90

4

0,06

1,25

3,51

27

0,91

4,64

7,14

5

0,08

1,32

3,61

28

0,98

4,93

7,40

6

0,10

1,39

3,71

29

1,06

5,25

7,67

7

0,12

1,47

3,82

30

1,15

5,59

7,95

8

0,14

1,55

3,93

31

1,24

5,95

8,24

9

0,16

1,64

4,05

32

1,34

6,34

8,55

10

0,18

1,73

4,17

33

1,44

6,76

8,88

11

0,21

1,83

4,29

34

1,55

7,22

9,22

12

0,23

1,94

4,42

35

1,68

7,71

9,58

13

0,26

2,05

4,55

36

1,81

8,24

9,97

14

0,29

2,17

4,69

37

1,95

8,81

10,37

15

0,32

2,30

4,84

38

2,11

9,44

10,80

16

0,36

2,43

4,99

39

2,28

10,11

11,25

17

0,39

2,57

5,15

40

2,46

10,85

11,73

18

0,43

2,73

5,31

41

2,66

11,64

12,24

19

0,47

2,89

5,48

42

2,88

12,51

12,79

20

0,51

3,06

5,66

43

3,12

13,46

13,37

21

0,56

3,24

5,84

44

3,38

14,50

13,98

22

0,61

3,44

6,04

45

3,66

15,64

14,64

 

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

s = sth + sp,                                                              (8.48)

где sth - составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, определяемая по указаниям 8.4.23;

sp - составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения, определяемая по указаниям 8.4.25.

8.4.23. Составляющую осадки основания sth, м, надлежит определять по формуле

,                                                (8.49)

где szg,i - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине i-го слоя грунта, кПа, определяемое расчетом для глубины zi от уровня планировочных отметок с учетом взвешивающего действия воды;

hi - толщина i-го слоя оттаивающего грунта, м.

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

8.4.24. Коэффициенты оттаивания Ath и сжимаемости оттаивающего грунта m надлежит устанавливать, как правило, по результатам полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом по методике ГОСТ 23253. Если значения Ath и m получены по данным лабораторных испытаний грунтов, то расчетные значения их при определении осадок оттаивающего основания следует умножать на поправочный коэффициент ki = 1 + Dii, где Dii - 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.

8.4.25. Составляющую осадки основания sp, м, при расчетной схеме в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины следует определять по формуле

,                                              (8.50)

где kh - безмерный коэффициент, определяемый по таблице 8.14 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до нижней границы зоны оттаивания или кровли непросадочного при оттаивании грунта, м;

km,i - коэффициент, определяемый по таблице 8.14 в зависимости от отношения z/b, где z - расстояние от подошвы фундамента до середины i-го слоя грунта, м;

ki и ki-1 - коэффициенты, определяемые по таблице 8.15 в зависимости от отношений l/bzi/b и zi-1/b, где zi и zi-1 - расстояние от подошвы фундамента соответственно до подошвы и кровли i-го слоя грунта, м.

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

 

Таблица 8.14

 

Коэффициент km,i

 

z/b

kh

Коэффициент km,i для грунтов

крупнообломочных

песчаных и супесей

суглинков

глин

0 - 0,25

1,35

1,35

1,35

1,36

1,55

0,25 - 0,5

1,25

1,33

1,35

1,42

1,79

0,5 - 1,5

1,15

1,31

1,35

1,45

1,96

1,5 - 3,5

1,10

1,29

1,35

1,52

2,15

3,5 - 5,0

1,05

1,29

1,35

1,53

2,22

5,0

1,00

1,28

1,35

1,54

2,28

 

Таблица 8.15

 

Коэффициент k

 

 

z/b

Коэффициент k при l/b

1

1,4

1,8

2,4

3,2

5

10

0

0

0

0

0

0

0

0

0,2

0,100

0,100

0,100

0,100

0,100

0,100

0,104

0,4

0,200

0,200

0,200

0,200

0,200

0,200

0,208

0,6

0,299

0,300

0,300

0,300

0,300

0,300

0,311

0,8

0,380

0,394

0,397

0,397

0,397

0,397

0,412

1,0

0,446

0,472

0,482

0,486

0,486

0,486

0,511

1,2

0,449

0,538

0,556

0,565

0,567

0,567

0,605

1,4

0,542

0,592

0,618

0,635

0,640

0,640

0,687

1,6

0,577

0,637

0,671

0,696

0,707

0,709

0,763

1,8

0,606

0,676

0,717

0,750

0,768

0,772

0,831

2,0

0,630

0,708

0,756

0,796

0,820

0,830

0,892

2,5

0,676

0,769

0,832

0,889

0,928

0,952

1,020

3,0

0,708

0,814

0,887

0,958

1,011

1,056

1,138

3,5

0,732

0,846

0,927

1,016

1,123

1,131

1,230

4,0

0,751

0,872

0,960

1,051

1,128

1,205

1,316

6,0

0,794

0,933

1,037

1,151

1,257

1,384

1,550

10,0

0,830

0,983

1,100

1,236

1,365

1,547

1,696

16,0

0,850

1,011

1,137

1,284

1,430

1,645

2,095

20,0

0,857

1,021

1,149

1,300

1,451

1,679

2,236

 

8.4.26. Осадку основания s при предварительном оттаивании или замене льдистых грунтов до глубины hb,th для уменьшения деформаций основания (см. 7.5.2), а также в случаях, когда слой сезонного промерзания - оттаивания не сливается с многолетнемерзлым грунтом, следует определять по формуле

s = sp,th + sad,                                                        (8.51)

где sp,th - осадка уплотнения предварительно оттаянного, замененного или естественного немерзлого слоя грунта толщиной hb,th под воздействием веса сооружения, определяемая согласно указаниям, приведенным в приложении Н;

sad - дополнительная осадка основания при оттаивании многолетнемерзлых грунтов в процессе эксплуатации сооружения, определяемая по формуле (8.49) для интервала глубин d  hb,th, где d - расчетная глубина оттаивания грунта, считая от уровня планировки под зданием, устанавливаемая теплотехническим расчетом по указаниям 8.3.

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

sp,th + sad £ su.                                                        (8.52)

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

,                                                          (8.53)

где sa и sb - осадка краев фундамента;

b - размер фундамента в направлении крена.

8.4.28. 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.

8.4.29. Осадку s свайных фундаментов из висячих свай, погруженных в предварительно оттаянные грунты, в том числе при их локальном оттаивании (см. 7.5.3), следует определять как для условного фундамента, границы которого определяются следующим образом:

- снизу - плоскостью, проходящей через нижние концы свай;

- сверху - поверхностью планировки грунта;

- с боков - вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии h · tg (jII,mt/4), но не более 2d в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6 (d- диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай - проходящими через нижние концы этих свай, где jII,mt - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

,                                                           (8.54)

где jII,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi;

h - глубина погружения свай в грунт.

При этом следует учитывать возможность проявления отрицательных (негативных) сил трения по периметру условного фундамента или по поверхности отдельных свай (см. 8.4.14 - 8.4.16), а также воздействие горизонтальных усилий на фундаменты в периферийных частях зоны оттаивания.

8.4.30. Расчет свайных фундаментов по прочности материала свай следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l - длина сваи).

Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:

- 1,5 - при расчете по прочности;

- 1,25 - при расчете по образованию и раскрытию трещин.

В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.

Сваи-стойки по прочности материала следует рассчитывать с учетом воспринимаемых ими отрицательных сил трения Fneg.

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1, определяемом по формуле

,                                                               (8.55)

где l0 - длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

ae - коэффициент деформации, 1/м, определяемый согласно указаниям, приведенным в приложении М.

Если для буровых свай, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/ae h, то следует принимать l1 = l0 + h (где h - глубина погружения сваи, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты за исключением сильносжимаемых, м).

При расчете буровых свай (кроме буроопускных свай) по прочности материала расчетное сопротивление бетона следует принимать с учетом коэффициента условий работы gcb = 0,85 и коэффициента условий работы, учитывающего влияние способа производства свайных работ:

- в пылевато-глинистых грунтах, если возможны бурение скважин и бетонирование их насухо без крепления стенок при положении уровня подземных вод в период строительства ниже пяты свай gcb = 1,0;

- грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых производятся насухо с применением извлекаемых обсадных труб gcb = 0,9;

- грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых осуществляются при наличии в них воды с применением извлекаемых обсадных труб gcb = 0,8;

- грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых выполняются под глинистым раствором или под избыточным давлением воды (без обсадных труб) gcb = 0,7.

Расчетную нагрузку на сваю N, кН, следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле

,                                                      (8.56)

где Nd - расчетная сжимающая сила, кН;

MxMy - расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n - число свай в фундаменте;

xy - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м;

xiyi - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м.

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.

 

8.5. Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения

8.5.1. Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов следует производить как для условий эксплуатации сооружения, так и для условий периода строительства, если до передачи на фундаменты проектных нагрузок возможно промерзание грунтов слоя сезонного оттаивания (промерзания). При необходимости в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению выпучивания фундаментов в период строительства.

8.5.2 Устойчивость фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов надлежит проверять по условию

,                                                         (8.57)

где Afh - площадь боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного промерзания - оттаивания грунта, м2;

F - расчетная нагрузка на фундамент, кН, принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т.п.);

gc - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;

gn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1;

Fr - расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания, кН, принимаемое по указаниям 8.6.5.

8.5.3. Расчетную удельную касательную силу морозного пучения tfh, кПа, следует определять, как правило, опытным путем. Для сооружений II и III классов ответственности значения tfh, допускается принимать по таблице 8.16 в зависимости от состава, влажности и глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов dth.

8.5.4. Расчетную удельную касательную силу морозного пучения при глубине сезонного промерзания - оттаивания dth более 3 м или многолетнем промерзании грунта определяют по формуле

,                                                           (8.58)

где b = 2,7·102 кПа для пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL > 0,5, песков мелких и пылеватых при степени влажности Sr > 0,95;

b = 2,2·102 кПа для пылевато-глинистых грунтов при 0,25 < IL £ 0,5, песков мелких и пылеватых при 0,8 < Sr £ 0,95, крупнообломочных грунтах с заполнителем (глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) свыше 30 %;

b = 1,8·102 кПа для пылевато-глинистых грунтов при IL ³ 0,25, песков мелких и пылеватых при 0,6 < Sr £ 0,8, а также крупнообломочных грунтов с заполнителем (пылевато-глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) от 10 % до 30 %.

 

Таблица 8.16

 

Удельная касательная сила морозного пучения tfh для сооружений II и III классов ответственности

 

Грунты и степень водонасыщения

Значения tfh, кПа, при глубине сезонного промерзания - оттаивания dth, м

1,0

2,0

3,0

Пылевато-глинистые при показателе текучести IL > 0,5, пески мелкие и пылеватые при степени влажности Sr > 0,95

130

110

90

Пылевато-глинистые при 0,25 < IL £ 0,5, пески мелкие и пылеватые при 0,8 < Sr £ 0,95, крупнообломочные с заполнителем (глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) свыше 30 %

100

90

70

Пылевато-глинистые при IL ³ 0,25, пески мелкие и пылеватые при 0,6 < Sr £ 0,8, а также крупнообломочные с заполнителем (пылевато-глинистым, мелкопесчаным и пылеватым) от 10 % до 30 %

80

70

50

Примечания

1. Приведенные в таблице значения tfh относятся к поверхности бетонного фундамента. Для металлических фундаментов табличные значения tth должны умножаться на коэффициент gaf = 0,7.

2. Для поверхностей фундаментов, покрытых специальными составами, уменьшающими силы смерзания, а также при применении других противопучинных мероприятий, значение tfh следует принимать на основании опытных данных.

 

8.5.5. Расчетное значение силы Fr, кН, удерживающей фундаменты от выпучивания, следует определять по формулам:

- при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I

;                                                       (8.59)

- при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II

,                                                          (8.60)

где u - периметр сечения поверхности сдвига, м, принимаемый равным: для свайных и столбчатых фундаментов без анкерной плиты - периметру сечения фундамента; для столбчатых фундаментов с анкерной плитой - периметру анкерной плиты;

hi - толщина i-го слоя мерзлого или талого грунта, расположенного ниже подошвы слоя сезонного промерзания - оттаивания, м;

8.5.6. Из условия устойчивости фундаментов на действие касательных сил морозного пучения (см. формулу (8.57)) глубина допустимого оттаивания, исключающая процессы пучения, определяется по следующей формуле

.                                                   (8.61)

8.5.7. Заанкеренный столбчатый фундамент должен быть проверен на отрыв силами морозного пучения стойки фундамента от анкерной плиты. Усилие Ffh, кН, разрывающее заанкеренный фундамент, определяется по формуле

Ffh = tfh Afh - F,                                                         (8.62)

где Afh - площадь боковой поверхности сбойки фундамента, находящейся в пределах слоя сезонного промерзания - оттаивания грунта, м2.

8.5.8. При устройстве свайных фундаментов на мерзлых грунтах несливающегося типа или при наличии прослоев талого грунта, когда происходит многолетнее промерзание талых грунтов, дополнительно в расчете в качестве силы, противодействующей касательной силе морозного пучения, должны быть учтены послойно силы трения талых грунтов по боковым поверхностям свай и силы смерзания в слое грунта, промерзшем за предыдущие (к расчетному) годы. Условие устойчивости сваи на действие касательных сил выглядит следующим образом:

,                       (8.63)

где tfh,thtfh,c - расчетные значения удельных касательных сил морозного пучения при промерзании слоя сезонного промерзания - оттаивания и подстилающего слоя талых грунтов, промерзающего за расчетный год;

fi - расчетное значение удельных сил трения по боковой поверхности сваи в слое грунта, сохранившемся в талом состоянии к расчетному году, препятствующих пучению;

Afh,thAfh,cAfiAi - расчетные площади боковой поверхности сваи, которые находятся в пределах расчетных слоев в соответствии с действующими силами tfh,thtfhRaf,ifi.

8.5.9. Поверхностные и малозаглубленные фундаменты, закладываемые в слое сезонного промерзания - оттаивания грунтов, следует рассчитывать по устойчивости на действие нормальных сил морозного пучения и по деформациям.

Устойчивость фундаментов на действие нормальных сил морозного пучения проверяется по формуле

,                                                          (8.64)

где pfh - удельное нормальное давление пучения грунта на подошву фундамента, кПа, устанавливаемое по опытным данным;

Af - площадь подошвы фундамента, м2.

Расчет по деформациям следует производить с учетом совместной работы сооружения и неравномерно выпучиваемого основания.

8.5.10. Расчет основания по деформациям пучения грунта ниже подошвы фундамента должен проводиться исходя из следующих условий:

hfp £ Su;                                                               (8.65)

,                                                          (8.66)

где hfp и efp - соответственно расчетная деформация пучения и расчетная относительная деформация грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента;

Su, (DS/L)u - соответственно предельные деформации основания, принимаемые по таблице В.2 (приложение В).

При этом возникающие в результате неравномерных поднятий и опусканий фундаментов дополнительные усилия в конструкциях сооружения не должны превышать предельно допустимых значений, а крены и прогибы не препятствовать нормальной эксплуатации сооружения.

 

8.6. Особенности проектирования оснований и фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах

8.6.1. Засоленными многолетнемерзлыми грунтами называются многолетнемерзлые грунты, содержащие в своем составе водорастворимые соли в таком количестве, которое существенно изменяет прочностные и деформативные свойства грунтов.

Для проектирования фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах материалы изысканий должны содержать данные об условиях залегания засоленных грунтов, степени их засоленности, а также о химическом составе водорастворимых солей.

При проектировании оснований и фундаментов сооружений, возводимых на засоленных песчаных и глинистых многолетнемерзлых грунтах, требования настоящего раздела следует учитывать только в случаях, когда засоленность грунтов Dsal превышает следующие значения в %:

- для песков пылеватых - 0,05;

- песков мелких, средних, крупных и гравелистых - 0,1;

- супесей - 0,15;

- суглинков - 0,2;

- глин - 0,25.

Засоленные многолетнемерзлые грунты могут использоваться в качестве основания сооружений как по принципу I, так и по принципу II.

8.6.2. Основания и фундаменты на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании таких грунтов в качестве основания по принципу I следует проектировать согласно основным указаниям раздела 8 с учетом следующих особенностей:

- температура начала замерзания засоленных грунтов Tbf ниже температуры начала замерзания аналогичных видов незасоленных грунтов и ее следует устанавливать опытным путем с учетом указаний, приведенных в приложении Е;

- переход засоленных грунтов из пластично-мерзлого в твердомерзлое состояние происходит при более низких температурах, чем аналогичных незасоленных грунтов, и должен приниматься по данным опытного определения коэффициента их сжимаемости df с учетом указаний раздела 6 и приложения Е;

- засоленные мерзлые грунты отличаются пониженной прочностью и малыми значениями сопротивлений сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом по сравнению с аналогичными видами незасоленных грунтов;

- на участках с засоленными грунтами может быть несколько засоленных горизонтов с разной степенью засоленности, а также могут встречаться отдельные слои или линзы насыщенных сильноминерализованными водами грунтов, находящихся в немерзлом состоянии при отрицательной температуре (криопэги), вскрытие которых скважинами при погружении свай приводит к повышенному засолению грунтов по всей длине сваи.

8.6.3. При строительстве на засоленных грунтах следует применять фундаменты, обеспечивающие наиболее полное использование сопротивление мерзлых грунтов нормальному давлению (столбчатые и ленточные фундаменты, сваи с уширенной пятой и др.). При буроопускном способе погружения свай скважины должны быть диаметром не менее чем на 10 - 15 см большим поперечного сечения сваи и заполняться, как правило, известково-песчаным или цементно-песчаным раствором.

8.6.4. Несущую способность оснований столбчатых и свайных фундаментов Fu на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании их по принципу I следует определять:

- по нормативным значениям несущей способности Fн, полученным по результатам полевых испытаний свай;

- нормативным сопротивлениям грунтов Rн и , полученным по данным лабораторных опытов;

- согласно указаниям 8.3.18 с использованием расчетных сопротивлений грунтов R и Raf, принимаемых по таблицам, приведенным в приложении Ж.

Данными» приведенными в приложении Ж, допускается пользоваться для расчета несущей способности основания сваи в тех случаях, когда в составе водорастворимых солей грунтов преобладают хлориды, сульфаты и бикарбонаты.

Опытные определения нормативных сопротивлений мерзлых засоленных грунтов нормальному давлению Rн и сдвигу по боковой поверхности смерзания  следует производить путем испытаний в лабораторных условиях на специальных срезных приборах для определения  и на одноосное сжатие или вдавливание шарикового штампа для определения Rн.

Значение Rн, определяемое на основании результатов испытаний грунтов, следует рассчитывать по формулам:

- при одноосном сжатии

;

- при вдавливании шарикового штампа

,

где  - нормативное значение предельно длительного сопротивления мерзлого грунта сжатию, кПа;

Cn - нормативное значение предельно длительного эквивалентного сцепления мерзлого грунта, кПа;

gg - коэффициент надежности по грунту, при доверительной вероятности a = 0,85, а для оснований опор мостов и линий электропередачи - 0,9;

g1 - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3;

d - глубина заложения фундамента, м (см).

При отсутствии опытных данных значения расчетных давлений мерзлых засоленных грунтов нормальному давлению Rн и сопротивление сдвигу по боковой поверхности смерзания Raf допускается принимать согласно указаниям приведенным в приложении Ж, если в составе водорастворимых солей грунтов преобладают хлориды, сульфаты и бикарбонаты.

При практическом пользовании таблиц, приведенных в приложении Ж, приводимые значения Raf следует умножать на коэффициент gaf, зависящий от вида поверхности смерзания и принимаемый равным:

1,0 - для бетонных поверхностей фундамента, изготовляемых в металлической опалубке;

0,7 - для металлических поверхностей фундамента.

8.6.5. При расчетах несущей способности оснований буроопускных свай засоленность грунтового раствора и сопротивления сдвигу по поверхности сваи Raf следует принимать по засоленности и значениям Raf прилегающего природного грунта. Если несущая способность буроопускных свай определена по результатам полевых испытаний, то расчетную несущую способность таких свай следует принимать с понижающим коэффициентом, учитывающим изменение степени засоленности грунтового раствора в процессе эксплуатации сооружения, устанавливаемым по опыту местного строительства или по данным специальных исследований.

Для опускных и буроопускных свай расчетные значения Raf допускается принимать при средневзвешенном значении засоленности грунтов по длине сваи.

8.6.6. Расчет оснований и фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах по деформациям следует производить согласно указаниям 8.3.17 как на пластично-мерзлых грунтах.

8.6.7. При расчетных деформациях оснований, сложенных мерзлыми засоленными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания следует предусматривать дополнительное понижение температуры грунтов, прорезку засоленных слоев грунта глубокими фундаментами, устройство малозаглубленных фундаментов, подошва которых расположена выше засоленных грунтов, фундаментов на подсыпках, распределяющих нагрузки на мерзлые грунты оснований, и другие мероприятия, а в необходимых случаях осуществлять строительство с использованием засоленных многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II.

8.6.8. Основания и фундаменты на засоленных многолетнемерзлых грунтах при использовании их в качестве оснований сооружений по принципу II следует проектировать в соответствии с указаниями 7.5.1 - 7.5.7.

8.6.9. При проектировании оснований и фундаментов на засоленных многолетнемерзлых грунтах надлежит учитывать (особенности в пределах зоны оттаивания грунтов) агрессивное воздействие водорастворимых солей на материал фундаментов и других подземных частей сооружений, предусматривая меры их антикоррозионной защиты, руководствуясь при этом требованиями соответствующих нормативных документов. Во всех возможных случаях антикоррозионная защита должна совмещаться с гидроизоляцией, а также с защитой фундаментов и других подземных частей сооружений от выпучивания.

 

8.7. Особенности проектирования оснований и фундаментов на биогенных многолетнемерзлых грунтах

8.7.1. Основания и фундаменты на биогенных многолетнемерзлых грунтах (заторфованных и торфах), а также на грунтах с примесью органических остатков надлежит проектировать в соответствии с указаниями раздела 7 и 8.1 - 8.6 с учетом их большой сжимаемости под нагрузкой, проявлением пластических деформаций в широком диапазоне отрицательных температур, пониженной прочностью смерзания с фундаментами, низкой теплопроводностью и замедленной стабилизацией осадок при оттаивании.

8.7.2. При использовании биогенных грунтов в качестве оснований по принципу I следует применять столбчатые и свайные фундаменты, а также малозаглубленные и поверхностные фундаменты на подсыпках. Сваи следует погружать, как правило, буроопускным способом в скважины диаметром на 10 см большим поперечного сечения сваи с заполнением пазух известково-песчаным раствором; опирание свай на прослои торфа не допускается. Под подошвой столбчатых фундаментов следует устраивать песчаную подушку толщиной не менее половины ширины подошвы фундамента. При небольшой толщине покровного торфяного слоя следует предусматривать его удаление.

8.7.3. Расчет несущей способности оснований столбчатых и свайных фундаментов на биогенных грунтах при их использовании по принципу I производится согласно указаниям 8.3.18. При этом расчетные значения сопротивления этих грунтов нормальному давлению и сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом R и Raf следует принимать, как правило, по опытным данным. Для сооружений III класса ответственности, а также для предварительных расчетов оснований значения R и Raf допускается принимать согласно указаниям, приведенным в приложении Ж.

Основания фундаментов, возводимых на подсыпках, следует рассчитывать по несущей способности грунтов подсыпки с проверкой силы предельного сопротивления основания на уровне поверхности природных биогенных грунтов с учетом расчетной глубины сезонного оттаивания. Если расчетная глубина оттаивания больше толщины подсыпки, то основание должно быть также рассчитано по деформациям.

8.7.4. Расчет оснований, сложенных биогенными грунтами, по деформациям надлежит производить: столбчатых - по указаниям 8.3.17; свайных - по результатам полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.

8.7.5. Основания и фундаменты на биогенных грунтах при использовании таких грунтов в качестве оснований по принципу II необходимо проектировать в соответствии с указаниями 7.5.7.

 

8.8. Особенности проектирования оснований и фундаментов на сильнольдистых многолетнемерзлых грунтах и подземных льдах

8.8.1. При проектировании оснований и фундаментов на сильнольдистых многолетнемерзлых грунтах и подземных льдах следует предусматривать использование таких грунтов в качестве основания, как правило, по принципу I. В случаях необходимости использования сильнольдистых грунтов по принципу II должны обязательно предусматриваться мероприятия по их предварительному оттаиванию или замене льдистых грунтов на непросадочные на расчетную глубину согласно указаниям 7.5.3 и 8.4.26.

8.8.2. Для предотвращения деформаций поверхности планировки у сооружений и развития термокарста вследствие оттаивания подземных льдов или сильнольдистых грунтов, залегающих на небольшой глубине от поверхности, необходимо предусматривать устройство теплоизоляционной подсыпки в пределах всей застраиваемой площадки. Толщина подсыпки hs определяется теплотехническим расчетом условия сохранения природного положения верхней поверхности многолетнемерзлого грунта или ее повышения. Для сплошных подсыпок значение hs, м, допускается определять по формуле

,                                                         (8.67)

где dths,n и dth,n - нормативные глубины сезонного оттаивания соответственно природного грунта и грунта подсыпки, м, определяемые согласно 8.2;

dth - допустимая глубина сезонного оттаивания природного грунта под подсыпкой, м.

Требования к материалу подсыпок, способам их укладки и уплотнения устанавливаются в проекте с учетом местных условий и указаний раздела 10.

8.8.3. Основания фундаментов, закладываемых в пределах толщины подсыпки, следует рассчитывать по несущей способности и деформациям в соответствии с требованиями 8.4.18 - 8.4.28. При этом расстояние от цоколя сооружения до бровки подсыпки должно быть не менее 3 м, а крутизна откосов подсыпки не более 1:1,75 для песков и 1:2 для прочих материалов.

Если столбчатые или ленточные фундаменты устанавливаются на многолетнемерзлые грунты, содержащие подземные льды, между их подошвой и слоем подземного льда должна быть прослойка природного грунта или искусственно уложенная с уплотнением грунтовая подушка. Толщину этой прослойки (подушки) следует принимать исходя из расчета основания по деформации, но не менее четверти ширины подошвы фундамента.

8.8.4. При устройстве свайных фундаментов на участках с сильнольдистыми грунтами и подземными льдами следует применять буроопускные сваи с заливкой известково-песчаных или цементно-песчаных растворов с расстоянием в осях не менее двух диаметров скважины. Сваи не должны опираться на прослои льда, а под их торцом следует устраивать уплотненную грунтовую подушку толщиной не менее диаметра сваи.

8.8.5. Расчет оснований по несущей способности следует производить:

- для столбчатых фундаментов на сильнольдистых грунтах и подземных льдах - по указаниям 8.9.7;

- свайных фундаментов в сильнольдистых грунтах - по указаниям 8.9.9, а в подземных льдах - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.

8.8.6. Расчет оснований по деформациям следует производить:

- для столбчатых фундаментов на сильнольдистых грунтах и подземных льдах - по указаниям 8.9.8;

- свайных фундаментов в сильнольдистых грунтах и подземных льдах - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой.

8.8.7. Силу предельного сопротивления (несущую способность) основания столбчатого фундамента на сильнольдистых грунтах и подземных льдах следует определять по указаниям 8.3.1, при этом значения R и Raf допускается принимать по таблицам, приведенным в приложении Ж.

8.8.8. Осадку основания столбчатого фундамента на сильнольдистых грунтах и подземных льдах s следует определять по формуле

s = sp + st,                                                                 (8.68)

где sp - осадка, обусловленная уплотнением основания под нагрузкой, определяемая по указаниям, приведенным в приложении П;

st - осадка, обусловленная пластичновязким течением грунта за заданный срок эксплуатации сооружения, определяемая по формуле

s = tu v,                                                                  (8.69)

здесь tu - заданный срок эксплуатации здания (сооружения), год;

v - скорость осадки, м/год, определяемая сходя из модели линейно или нелинейновязкого полупространства; допускается определять по указаниям, приведенным в приложении П.

8.8.9. Несущую способность основания свайного фундамента Fu в сильнольдистых грунтах следует определять, как правило, по данным полевых испытаний свай. Допускается определять несущую способность сваи расчетом в соответствии с указаниями 8.3.1 и 8.3.3 по наименьшему значению Fu, полученному по условиям ее сопротивления сдвигу по грунтовому раствору и сдвигу грунтового раствора по контакту с льдистым грунтом. В последнем случае значение Fu, кН, следует рассчитывать по формуле

,                          (8.70)

где R - расчетное сопротивление сильнольдистого грунта или льда под нижним концом сваи, кПа, определяемое для сильнольдистых грунтов и льдов интерполяцией между значениями R по указаниям, приведенным в приложении Ж;

Aw - площадь поперечного сечения скважины, м2;

RshjRsh,i,j - расчетные сопротивления сдвигу грунтового раствора по многолетнемерзлому грунту и грунтового раствора по льду для середины i-го слоя, кПа, принимаемые по указаниям, приведенным в приложении Ж;

Ashj, - площадь поверхности сдвига в j-м слое, определяемая в зависимости от диаметра скважины, м2.

Если прочность смерзания грунтового раствора с поверхностью сваи Raf < Rsh, то расчет несущей способности сваи Fu по формуле (8.70) следует производить при значениях Rsh = Raf, принимая площадь поверхности сдвига в j-м слое грунта Ashj равной площади поверхности сваи в этом слое.

В случаях когда под торцом сваи предусматривается устройство грунтовой подушки, значение R в формуле (8.70) принимается для грунта подушки. При этом предельная нагрузка на торец сваи определяется по формуле (8.70) как для сваи, диаметр которой равен диаметру скважины, а длина - толщине подушки.

 

8.9. Особенности проектирования оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах в сейсмических районах

8.9.1. Основания и фундаменты сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах на площадках с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует проектировать с учетом требований СНиП II-7-81* [18].

8.9.2. Для сейсмических районов с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует предусматривать использование многолетнемерзлых грунтов в качестве основания, как правило, по принципу I. При невозможности использования грунтов в качестве основания по принципу I допускается использование их по принципу II при условии опирания фундаментов на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты или на предварительно оттаянные и уплотненные грунты.

8.9.3. В сейсмических районах следует применять те же виды свай, что и в несейсмических районах, кроме свай без поперечного армирования. Глубина погружения свай в грунт (исключая сваи-стойки) должна быть не менее 4 м.

8.9.4. Расчет оснований и фундаментов по несущей способности на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий следует производить согласно указаниям 8.3.1, при этом силу предельного сопротивления основания надлежит определять с учетом указаний 8.9.5 - 8.9.6, а коэффициент надежности gn принимать:

- при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I - по указаниям 8.3.1;

- использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу II - для фундаментов на естественном основании - gn = 1,5, а для свайных - по указаниям 8.1 - 8.6.

8.9.5. Несущую способность вертикально нагруженной висячей сваи Fu, а также столбчатого фундамента при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I с учетом сейсмических воздействий следует определять согласно указаниям 8.3.3; при этом расчетное сопротивление грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом Raf и расчетное давление мерзлого грунта под нижним концом сваи или подошвой столбчатого фундамента R следует умножать на коэффициент условий работы основания geq, принимаемый по таблице 8.17.

Для свай в пластично-мерзлых грунтах значение Raf следует принимать равным нулю в пределах от верхней границы многолетнемерзлых грунтов до расчетной глубины hd, м, определяемой по формуле

,                                                               (8.71)

где ae - коэффициент деформации системы «свая-грунт», определяемый по результатам испытаний в соответствии с 8.9.6.

 

Таблица 8.17

 

Коэффициент условий работы основания geq

 

Расчетная сейсмичность в баллах

Коэффициент условий работы geq для грунтов

твердомерзлых

пластично-мерзлых

сыпучемерзлых

7

1,0

0,9

0,95

8

1,0

0,8

0,9

9

1,0

0,7

0,8

Примечания

1. Значения коэффициентов geq следует умножать на 0,85; 1,0; 1,15 для сооружений, возводимых в районах с повторяемостью землетрясений 1, 2, 3 соответственно.

2. При опоре свай-стоек на скальные или несжимаемые крупноблочные грунты значение коэффициента geq принимается равным 1,0.

 

8.9.6. Расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий (продольной силы, изгибающего момента и поперечной силы) при использовании многолетнемерзлых оснований по принципу I следует производить в зависимости от расчетных значений сейсмических нагрузок с учетом указаний 8.3. При этом для свай в пластично-мерзлых грунтах коэффициент деформации системы «свая-грунт» ae, м-1, следует определять по результатам испытаний свай статической горизонтальной нагрузкой по формуле

,                                                          (8.72)

где Fh - горизонтальная нагрузка, кН, принимаемая равной 0,7Fh,u;

Fh,u - горизонтальная предельная нагрузка, кН, в уровне поверхности грунта, при которой перемещение испытуемой сваи начинает возрастать без увеличения нагрузки;

u0 - горизонтальное перемещение сваи в уровне поверхности грунта, м, определяемое по графику зависимости горизонтальных перемещений от нагрузки при условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на статические нагрузки, и без условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на сейсмические воздействия;

Eb - модуль упругости материала свай, кПа;

I - момент инерции сечения сваи, м4.

8.9.7. Проверку основания столбчатого фундамента на горизонтальную и внецентренно сжимающую нагрузки с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I следует производить на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента с учетом указаний 8.3.13 и 8.3.15.

При действии сейсмических нагрузок, создающих моменты сил в обоих направлениях подошвы фундамента, расчет основания надлежит производить раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении независимо друг от друга.

8.9.8. Расчет оснований и фундаментов с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II необходимо производить в соответствии с указаниями 8.4.18 - 8.4.28. При этом отрицательные (негативные) силы трения, вызванные осадкой оттаивающих грунтов, в расчетах оснований на сейсмические воздействия не учитываются, если оттаивающее основание сложено песчаными и крупнообломочными грунтами осадки которых завершаются в процессе их оттаивания.

 

9. Упрочнение грунтов оснований

 

9.1. Общие указания

9.1.1. Для упрочнения грунтов общепланировочных насыпей, подстилающих талых и пластично-мерзлых грунтов на участках передачи фундаментами нагрузок от зданий и сооружений а также при защите откосов, стенок котлованов используются следующие мероприятия:

- термостабилизация грунтов;

- армирование грунтов;

- химическое закрепление грунтов.

9.1.2. Выбор способов упрочнения грунтов основания осуществляется на основании прочностных, теплотехнических и других необходимых расчетов и технико-экономического сравнения исходя из возможности обеспечения проектной несущей способности основания.

 

9.2. Термостабилизация грунтов

9.2.1. Термостабилизация грунтов оснований сооружений применяется для обеспечения проектного состояния грунтовых оснований в случаях:

- несоответствия первичного (природного) состояния грунтов оснований условию обеспечения стабильности фундаментов при передаче на них проектных нагрузок;

- если в процессе эксплуатации под техногенным воздействием объекта и измененных поверхностных условий прогнозируется изменение температуры грунтов оснований выше нормативных и допустимых значений, а также недопустимое изменение состояния (промерзание или оттаивание).

9.2.2. В зависимости от принципа использования грунтов основания различают следующие типы термостабилизации:

а) при использовании грунтов оснований по I принципу:

- промораживание талых (в основном локальных) зон при расположении сооружения на неоднородном в геокриологическом плане основании;

- охлаждение высокотемпературных мерзлых грунтов за счет использования конструктивных решений (например, проветриваемые подполья, охлаждающие устройства). Если охлаждение за счет применения только конструктивных решений невозможно, используется предпостроечное охлаждение грунтов;

б) при использовании грунтов оснований по II принципу:

- предотвращение глубокого сезонного и многолетнего промерзания талых грунтов за счет использования конструктивных решений (например, теплоизоляционные экраны). В случае невозможности предотвращения глубокого сезонного и многолетнего промораживания за счет применения только конструктивных решений применяются различные энергоемкие греющие устройства (в основном, греющие электрические кабели);

- предпостроечное оттаивание грунтов оснований с применением паро- и электрооттаивания. С учетом высокой энергоемкости и необходимости длительной консолидации оттаянных грунтов, при мощности оттаиваемых грунтов, превышающей глубину заложения фундаментов, использования данного метода рекомендуется избегать;

- стабилизация заглубленной кровли ММГ с применением пассивных (теплоизоляционные экраны) и различных комбинаций активных систем термостабилизации (охлаждающие устройства и системы греющих кабелей) в зависимости от геокриологических условий, мощности и температуры ММГ и т.п. С учетом сложности реализации данного решения, влияния большого количества факторов на состояние ММГ с заглубленным положением кровли (в том числе и общей динамики деградации ММГ).

При залегании кровли ММГ на глубине менее 10 м от поверхности грунта и менее 5 м от подошвы фундаментов рекомендуется не использовать технические решения со стабилизацией кровли ММГ.

9.2.3. Охлаждающие устройства следует проектировать исходя из условия обеспечения ими требуемого понижения температуры грунтов и сохранения ее расчетного значения при эксплуатации сооружения.

9.2.4. Охлаждение пластично-мерзлых грунтов и поднятие верхней границы многолетнемерзлых грунтов следует предусматривать предварительное, до возведения сооружения (путем очистки поверхности от снега, с помощью СОУ и т.д.) или в процессе строительства, до передачи полных проектных нагрузок на фундаменты (с помощью СОУ).

9.2.5. Для предпостроечного промораживания и понижения температур грунтов в строительный период рекомендуется использовать (по убыванию технико-экономической эффективности воздействия):

- регулярную очистку снега с поверхности грунта в зимнее время;

- укладку временных теплозащитных экранов на поверхность грунта на теплый период года;

- искусственное замораживание (охлаждение) грунтов с помощью охлаждающих устройств сезонного и круглогодичного действия.

9.2.6. Способы искусственного замораживания (охлаждения) грунтов оснований следующие:

- поверхностные с применением вентилируемых наружным воздухом подпольев;

- приповерхностные с применением горизонтальных и слабонаклонных охлаждающих устройств и систем сезонного или круглогодичного действия;

- глубинные с применением вертикальных (или наклонных) парожидкостных или жидкостных термостабилизаторов и систем сезонного или круглогодичного действия.

9.2.7. В качестве систем охлаждения используются отдельностоящие СОУ или трубчатые системы термостабилизации, обвязанные на единый конденсаторный блок. Для термостабилизации отдельностоящих опор (или групп опор) могут использоваться однофазные тепловые трубы, работающие на принципе естественной конвекции,

9.2.8. Для стабилизации природного состояния грунтов под тепловыделяющими зданиями и сооружениями, уменьшения глубин сезонного оттаивания - промерзания используются теплоизоляционные экраны, в том числе функционирующие совместно с применением СОУ.

9.2.9. В качестве материалов теплозащитных экранов, непосредственно соприкасающихся с грунтом (даже в случае применения изоляции теплозащитных экранов) рекомендуется применять плиты из экструдированного пенополистирола, обладающие высокими теплоизоляционными, прочностными и гидрофобными свойствами.

9.2.10. В основании зданий и сооружений с вентилируемыми подпольями вертикальные СОУ устанавливаются внутри контура (в подполье) при условии обеспечения необходимой скорости потока воздуха при обдуве конденсаторных частей.

9.2.11. В основании сооружений, передающих нагрузки на поверхность грунтов общепланировочной насыпи, например, под резервуарами, зданиями с полами «по грунту» при необходимости применяются системы горизонтальной и вертикальной стабилизации.

9.2.12. Нижний край конденсаторной части термостабилизатора должен быть поднят выше максимального уровня снегонакопления.

9.2.13. При проектировании СОУ следует учитывать возможность локальных тепловых воздействий на теплообменники (конденсаторы) охлаждающих устройств со стороны зданий, сооружений и трубопроводов. При наличии таких воздействий, способных привести к снижению эффективности работы охлаждающих устройств, рекомендуется  применять системы горизонтальной и вертикальной стабилизации, обвязанные на единый конденсаторный блок, с выносом конденсаторного блока за пределы зоны теплового воздействия,

9.2.14. На участках с повышенной снегозаносимостью (свыше 1,5 м), а также в условиях плотных свайных полей (обвязки), где большое количество конденсаторных частей может помешать обслуживанию объекта, рекомендуется применять системы горизонтальной и вертикальной стабилизации, обвязанные на единый конденсаторный блок, при необходимости с выносом конденсаторного блока за пределы сооружений.

9.2.15. Системы горизонтальной и вертикальной стабилизации в обязательном порядке оборудуются не менее чем двумя резервными контурами и приборами контроля состояния систем (манометрами).

9.2.16. Выбор конструкций СОУ необходимо производить на основе технико-экономических расчетов, а также требований по экологической безопасности и охране окружающей среды.

Следует отдавать предпочтение техническим решениям по термостабилизации, при которых возможно осуществить управление температурным полем грунтов оснований (уменьшение и/или увеличение холодопроизводительности, работа в теплый период года).

9.2.17. В случае необходимости осуществления охлаждения грунтов в теплое время года (когда этого требуют сроки строительства или условия эксплуатации объектов) применяют модели охлаждающих устройств круглогодичного действия.

 

9.3. Армирование грунтов

9.3.1. Для обеспечения требуемых строительных качеств верхнего слоя талых грунтов насыпи, на который передаются нагрузки от зданий и сооружений, используются следующие способы армирования грунтов:

- уплотнение, в том числе с втрамбовыванием жестких материалов - крупного песка, щебня, гравия;

- послойная укладка геосинтетических материалов - геотканей, георешеток, геосеток и т.д.;

- армирование с одновременным водоотводом.

9.3.2. Уплотнение грунтов повышает плотность грунтов вследствие снижения объема пустот (пористости) в них, уменьшает величины и неравномерности последующей осадки оснований и земляных сооружений, повышает прочность грунтов, уменьшает их сжимаемость и фильтрационную способность. При уплотнении водонасыщенных грунтов происходит отжатие воды из пор грунта. Степень уплотнения грунтов оценивается их плотностью.

Уплотнение применяется для упрочнения грунтов общепланировочной насыпи, при выполнении земляных работ, связанных с вертикальной планировкой застраиваемых территорий, при устройстве фундаментов мелкого заложения, при засыпке котлованов и траншей после устройства фундаментов, прокладке подземных коммуникаций и т.п.

9.3.3. Уплотнение грунтов может быть поверхностным и глубинным. При поверхностном уплотнении применяют катки дорожные, трамбующие машины, виброплиты и др. Уплотнение проводится послойно слоями 0,4 - 0,5 м при оптимальной влажности грунта, при которой достигается максимальная (заданная) плотность уплотненного грунта (ГОСТ 22733). Если природная влажность грунта меньше оптимальной, его до отсыпки и уплотнения предварительно увлажняют. Увлажнение следует выполнять в теплое время года непосредственно в карьерах или резервах. Для контроля качества уплотнения осуществляют статическое и динамическое зондирование грунтов, а также отбор образцов грунта из уплотненного слоя с целью исследования его прочностных, деформационных и фильтрационных свойств.

9.3.4. Глубинное уплотнение грунтов общепланировочной насыпи может производится втрамбовыванием жестких грунтовых материалов - песка, щебня, гравия для повышения устойчивости основания и прочностных качеств грунтов. При этом повышаются его прочностные характеристики, понижается степень водонасыщения грунтов насыпи и, соответственно, уменьшается действие сил морозного пучения, ускоряется процесс осушения насыпи.

Глубинное уплотнение грунтов эффективно для упрочнения оснований фундаментов мелкого заложения, когда вытрамбовка котлованов предусматривается непосредственно под подошвами фундаментов, в том числе с втрамбовыванием крупных грунтовых фракций - щебня, гравия, крупного песка, что обеспечивает повышение несущей способности фундамента.

9.3.5. Послойное армирование геотканями и георешетками используется для упрочнения грунтов насыпи, обеспечения стабилизации оснований сооружений и площадки в целом, укрепления откосов насыпей площадок обустройства, автодорог и т.п.

Армирование грунтов производят путем укладки пространственных георешеток, геосеток и геотканей на слабые, рыхлые, обводненные основания. Ячейки георешеток засыпаются местным грунтом, песком, гравием, щебнем, при необходимости заполняются бетоном.

9.3.6. Упрочнение грунтов методом послойного армирования целесообразно использовать при устройстве фундаментов мелкого заложения, оснований по грунту, в основаниях открытых площадок, для упрочнения оснований автодорог, а также для укрепления оснований, возводимых на водонасыщенных, заторфованных и просадочных грунтах. С помощью геотканей производят армирование откосов насыпей площадок обустройства, автодорог и др.

9.3.7. В случае крайне низкого качества грунтов с целью обеспечения защиты насыпей от разрушения и сокращения объемов отсыпок за счет возможности устройства более крутых откосов в качестве основного решения при устройстве откосов насыпей рекомендуется применять обоймы из геотекстиля, а также предусматривать армирование всех насыпей геотекстилем и дренажные прослои в пределах слоя сезонного оттаивания. Данное решение является наиболее экономичным и позволяет использовать его на откосах высоких насыпей путем укладки в несколько рядов (слоев).

9.3.8. Армирование с одновременным водоотводом производится для осушения и укрепления насыпи площадок путем укладки геосеток (георешеток) и дренажных матов, которые отводят грунтовые воды из насыпи площадки и одновременно повышают прочностные характеристики грунтов.

Геосетки не требуют заполнения ячеек дренажным материалом при устройстве дренажного слоя.

 

9.4. Химическое закрепление грунтов

9.4.1. Упрочнение грунтов основания путем химического закрепления осуществляется внедрением в грунты закрепляющих добавок методами инъектирования:

- нагнетанием с гидроразрывом грунтов;

- с применением высоконапорной струйной технологии;

- воздействием на массив электрического тока.

Закрепление верхнего слоя грунтов для упрочнения рабочего слоя грунтовой автодороги или откосов насыпей от эрозии осуществляется путем полива с перемешиванием упрочняемого грунта или без такового.

9.4.2. В условиях Крайнего Севера способами химического закрепления грунтов, обеспечивающими расчетные физико-механические характеристики закрепленного грунта, удовлетворяющими требованиям по охране окружающей среды, являются:

- цементация тонкодисперсными портландцементами;

- закрепление полимерными вяжущими веществами;

- инъектирование экологически чистых добавок.

9.4.3. Инъектирование осуществляется в талых грунтах в следующих случаях:

- подготовка оснований под фундаменты мелкого заложения;

- закрепление грунтов вокруг свайных фундаментов при недостаточной их несущей способности;

- упрочнение грунтов высоких общепланировочных насыпей;

- в процессе строительства или эксплуатации для восстановления требуемой несущей способности оснований и фундаментов.

9.4.4. Форму и размеры закрепленных массивов, а также физико-механические характеристики закрепленных грунтов следует устанавливать исходя из инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки, принятого способа и технологии работ по закреплению грунтов, а также расчета оснований с учетом взаимодействия закрепленного массива с окружающим грунтом.

 

10. Инженерная защита объектов

 

10.1. Общие указания

10.1.1. При проектировании инженерной защиты следует учитывать местные условия, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений инженерной защиты в условиях многолетнемерзлых грунтов.

10.1.2. На этапе разработки предпроектной стадии для предварительной оценки размера затрат на создание инженерной защиты и определения общей целесообразности строительства или реконструкции объекта комплекс мероприятий инженерной защиты оценивается по реализованным в аналогичных условиях проектам, определяется спектр потенциальных конструктивных решений.

На этапе разработки проектной документации на основе технико-экономического сравнения вариантов разрабатывается проектная документация комплекса территориальных и локальных сооружений инженерной защиты.

На этапе разработки рабочей документации производится уточнение технических решений.

10.1.3. При проектировании инженерной защиты следует обеспечивать:

- предотвращение, устранение или снижение до допустимого уровня отрицательного воздействия на защищаемые территории, здания и сооружения действующих и связанных с ними возможных опасных криогенных процессов;

- наиболее полное использование местных строительных материалов и природных ресурсов;

- производство работ способами, не приводящими к появлению новых и интенсификации действующих геологических процессов;

- сохранение заповедных зон и ландшафтов;

- надлежащее эстетическое и архитектурное оформление сооружений инженерной защиты.

10.1.4. При проектировании инженерной защиты следует предусматривать:

- поэтапность возведения и ввода в эксплуатацию сооружений при строгом соблюдении технологической последовательности выполнения работ;

- конструктивные решения и мероприятия, обеспечивающие возможность ремонта проектируемых сооружений, а также изменение их функционального назначения в процессе эксплуатации (если это предусмотрено проектом обустройства);

- использование и при необходимости реконструкцию существующих сооружений инженерной защиты.

10.1.5. Мероприятия по инженерной защите и охране окружающей среды следует проектировать комплексно, с учетом прогноза ее изменения в связи со строительством сооружений инженерной защиты и освоением территории. При этом мероприятия инженерной защиты от разных видов опасных процессов должны быть согласованы между собой.

В составе проекта инженерной защиты следует при необходимости рассматривать организационно-технические мероприятия, направленные на предупреждение и уменьшение воздействия чрезвычайных ситуаций, предотвращение гибели людей и снижение возможного ущерба (например, при высоком паводке).

10.1.6. Инженерную защиту застроенных или застраиваемых территорий от одного или нескольких опасных геологических процессов следует предусматривать образованием единой территориальной системы (комплекса) мероприятий и сооружений.

Выбор мероприятий и сооружений следует производить с учетом видов возможных деформаций и воздействий на инженерные сооружения, уровня ответственности и стоимости защищаемых территорий, зданий и сооружений, их конструктивных и эксплуатационных особенностей.

10.1.7. Границы защищаемых территорий, подверженных воздействию опасных геологических процессов, в пределах которых требуются строительство сооружений и осуществление мероприятий инженерной защиты, следует устанавливать по материалам рекогносцировочных обследований и уточнять при последующих инженерных изысканиях, но в пределах отведенных (отчужденных) под строительство территорий.

10.1.8. Строительство сооружений и осуществление мероприятий инженерной защиты не должны приводить к активизации опасных процессов на примыкающих территориях.

В случае когда сооружения и мероприятия инженерной защиты могут оказать отрицательное влияние на примыкающие территории (заболачивание, разрушение берегов, образование и активизация оползней и др.), в проектной документации должны быть предусмотрены соответствующие компенсационно-восстановительные мероприятия.

10.1.9. Рекультивацию и благоустройство территорий, нарушенных при создании сооружений и осуществлении мероприятий инженерной защиты, следует разрабатывать с учетом требований ГОСТ 17.5.3.04 и ГОСТ 17.5.3.05.

10.1.10. Уровень ответственности (класс) сооружений инженерной защиты следует назначать в соответствии с уровнем ответственности или классом защищаемых объектов. При защите территории, на которой расположены объекты различных уровней ответственности или классов, уровень ответственности сооружений инженерной защиты должен, как правило, соответствовать уровню ответственности большинства защищаемых объектов. При этом отдельные объекты с повышенным уровнем ответственности могут иметь локальную защиту.

10.1.11. Для сооружений инженерной защиты водоподпорного типа следует учитывать требования СНиП 33-01-2003 [19]. Техническая эффективность и надежность сооружений и мероприятий инженерной защиты должны подтверждаться расчетами, а в обоснованных случаях - моделированием (натурным, физическим, математическим и др.) опасных процессов с учетом воздействия на них проектируемых сооружений и мероприятий.

10.1.12. Экономический эффект варианта инженерной защиты определяют размером предотвращенного ущерба территории или сооружению от воздействия опасных процессов за вычетом затрат на осуществление защиты.

Под предотвращенным ущербом следует понимать разность между ущербом при отказе от проведения инженерной защиты и ущербом, возможным после ее проведения. Оценка ущерба должна быть комплексной, с учетом всех его видов как в сфере материального производства, так и в непроизводственной сфере (в том числе следует учитывать ущерб воде, почве, флоре и фауне и т.п.).

Основные положения по оценке предотвращенного ущерба приведены в СНиП 22-02-2003 [20].

 

10.2. Устройство общепланировочных насыпей

10.2.1. Устойчивость насыпей и их защита от опасных криогенных процессов достигается уплотнением насыпного грунта, шириной бермы насыпи и крутизной ее откосов, организацией временной и постоянной систем дренирования, защитой поверхности насыпи и откосов от водной эрозии и термокарста, упрочнением грунтов тела насыпи.

10.2.2. Организация рельефа поверхности общепланировочной насыпи должна обеспечивать поверхностный водоотвод и отвод вод из слоя сезонного оттаивания. Планировку поверхности следует проектировать в пониженные стороны природного рельефа с уклоном не менее 0,003. Уклоны поверхности насыпи должны обеспечивать сбор поверхностных вод в общеплощадочную систему водоотвода.

По периметру площадки вдоль откосов насыпи должен быть предусмотрен сбор воды, поступающей с поверхности и из грунтов насыпи, и ее отвод с последующим сбросом по специальным полосам водостоков на рельеф.

Сооружения водоотвода вдоль откоса по периметру насыпи должны проектироваться с учетом общих объемов поверхностных вод, поступающих к откосам насыпи с повышенных частей рельефа прилегающей территории.

10.2.3. В целях сохранения естественного гидрологического режима местности необходимо проработать вопрос последовательности отсыпки территории, исключающий образование в насыпи карманов и преград для поверхностного стока. В случае необходимости на период возведения насыпи следует предусмотреть водопропускные каналы во избежание затопления и заболачивания прилегающих территорий.

10.2.4. При высоком уровне подземных (надмерзлотных или сезонно-талых) вод необходимо предусматривать меры по предотвращению обводнения грунтов насыпи и заглубленных сооружений. Мелиоративные мероприятия включают поднятие уровня планировочных отметок, устройство дренажей и противофильтрационных завес и т.п.

Технические решения по водоотводу с площадки обустройства и с прилегающей территории должны разрабатываться на периоды строительства и эксплуатации.

10.2.5. Устройство теплозащитных и водоотводящих прослоев в насыпи предусматривает:

- установку и крепление пенополистирольных плит вручную;

- установку георешеток вручную с механизированным наполнением ячеек крупным песком или гравием, поверх заполненной решетки вручную раскатываются геосинтетические материалы;

- укладку дренажных матов и (или) дренажных труб.

10.2.6. Укладку дренажных матов рекомендуется проводить в конце весны.

10.2.7. Внутриплощадочные автодороги при организации рельефа площадки могут предусматриваться двух типов:

- поверхность покрытия автодороги находится на одном уровне с поверхностью примыкающей к дороге общепланировочной насыпи;

- поверхность автодороги заглублена относительно поверхности насыпи.

В первом случае отвод поверхностных вод осуществляется при помощи системы ливневой канализации, устраиваемой вдоль дороги. При устройстве дороги второго типа отвод воды осуществляется по проезжей части автодороги, с соответствующим уклоном полотна автодороги, увеличением ее ширины и устройством пропусков в бордюрах ограждения для водостоков.

10.2.8. Грунты общепланировочной насыпи под автодорогой должны отвечать требованиям, предъявляемым нормами дорожного строительства (СНиП 2.05.02-85 [21], ВСН 26-90 [22]), для исключения обводнения основания внутриплощадочных автодорог водами, поступающими из грунтов общеплощадочной насыпи, в основании дороги следует предусматривать укладку дренажных матов вдоль всей дороги или на отдельных участках, приуроченных к пониженным зонам рельефа.

10.2.9. В случае если существует вероятность затопления общепланировочной насыпи паводковыми водами, высоту насыпи рекомендуется устанавливать не менее чем на 0,5 м выше уровня подъема паводковых вод с учетом высоты нагонной волны при 1 % обеспеченности. При соответствующем обосновании и реализации специальных конструктивных решений по укреплению откосов и поверхности насыпи, по объектам, на которых не предусматривается постоянное обслуживание инженерных сооружений и оборудования, можно допускать кратковременное затопление насыпей в период высокого паводка на срок не более одной недели.

10.2.10. Устойчивость откосов общепланировочной насыпи следует рассчитывать при полном ее водонасыщении и максимальной глубине сезонного оттаивания.

Результатами расчетов на устойчивость, включая оползание оттаявшего слоя грунта по мерзлому слою (солифлюкционное течение), определяется необходимость объемного упрочнения грунтового откоса.

10.2.11. Для объемного упрочнения откоса используются:

- грунтовые обоймы из геотекстильных материалов;

- габионы, матрацы Рено;

- георешетки, заполненные крупнообломочным материалом, монолитным бетоном или уплотненным насыпным грунтом;

- гибкие бетонные маты заводского изготовления, в том числе из георешеток, заполненных бетоном;

10.2.12. Защита поверхности откосов насыпи от размыва поверхностными водами, поступающими с площадки, обеспечивается созданием на откосе устойчивого травяного покрова, что достигается укладкой на поверхность откоса:

- биоматов, в состав которых входят адаптированные к северным условиям семена и удобрения;

- почвенно-растительного слоя совместно с посевом трав, адаптированных к северным условиям.

 

10.3. Устройство водоотводных сооружений

10.3.1. Для обеспечения устойчивости и эксплуатационной надежности общепланировочной насыпи при ее проектировании должны быть разработаны инженерные мероприятия, обеспечивающие водоотвод и уплотнение (консолидацию) насыпных грунтов в процессе их укладки и сохранение проектных прочностных и деформационных характеристик грунтов насыпи в период эксплуатации.

В процессе послойной отсыпки насыпи проектом производства работ следует предусматривать технологические перерывы, продолжительность и периодичность которых определяются фильтрационными качествами и состоянием (талое, мерзлое) отсыпаемых грунтов. Для ускорения осушения и уплотнения отсыпаемых грунтов возможно устройство временных водостоков (грунтовые канавы или водоотводные лотки). При низком коэффициенте фильтрации насыпных грунтов следует предусмотреть укладку в тело насыпи дренажных прослоев или матов.

На эксплуатационный период должна быть организована система постоянного отвода как поверхностных вод с площадки и с прилегающих к ней участков, так и отвод вод, поступивших в грунты насыпи во время дождей, таяния снега и сезонного подтопления.

10.3.2. Планировка поверхности площадки должна предусматривать сток вод с открытых грунтовых поверхностей по уклонам в сторону автодорог и пешеходных зон, вдоль которых устраиваются стационарные водостоки - водоотводные лотки, отводящие воду в водоотводные сооружения по периметру площадки. Конструкция лотков должна обеспечивать водоотвод (осушение) из верхнего грунтового слоя насыпи, подверженного обводнению во время снеготаяния и дождей.

10.3.3. При необходимости (большая площадь водосбора, невозможность обеспечения требуемых уклонов лотков при небольших уклонах поверхности площадки, примыкании площадок и т.д.) дополнительно к системе водоотвода поверхностных вод при помощи водоотводных лотков и (или) заглубленных автодорог на площадках обустройства необходимо предусмотреть устройство внутриплощадочных водоотводных канав.

Внутриплощадочные водоотводные канавы закладываются для ускорения водосбора и водоотвода из центральной части площадки и системы водоотводных лотков, с поверхности автодорог и прилегающей насыпи, из дренажных слоев. При примыкании соседних площадок или при больших площадях насыпей водоотводные канавы выполняют функции водоотводных сооружений по периметру насыпи. Сток вод из внутриплощадочных канав осуществляется во внеплощадочные канавы, расположенные по периметру общепланировочной насыпи.

10.3.4. Устройство внеплощадочного водоотвода по периметру насыпи выполняется двумя способами: без устройства и с устройством водоотводных канав вдоль откосов насыпи. При отсутствии водоотводных канав сток воды следует предусматривать по спланированной и укрепленной поверхности природного рельефа в сторону от насыпи.

Выбор способа устройства внеплощадочного водоотвода определяет рельеф прилегающей к площадке территории, высота и конструкция откосов насыпи, объемы отводимых вод, а также свойства грунтов в приповерхностном слое.

10.3.5. При проектировании водоотводных и дренажных сооружений следует предусматривать инженерные мероприятия, обеспечивающие свободный сток поверхностных вод за пределами общепланировочной насыпи.

10.3.6. Проектирование внутриплощадочного водоотвода должно проводиться по результатам расчетов суммарных объемов вод, поступающих в водоотводные сооружения (лотки) с поверхности и из верхнего слоя насыпи.

Расчет объемов отводимых вод должен выполняться на основании гидрологических расчетов с учетом объемов вод, поступающих:

- из системы внутриплощадочного водоотвода (лотков, канав);

- с поверхности насыпи (вне водоотводных лотков);

- из грунтов слоя сезонного оттаивания насыпи;

- с поверхности и из слоя сезонного оттаивания прилегающей к площадке территории.

Расчеты должны выполняться в соответствии с требованиями нормативных документов (СНиП 2.06.03-85 [23], СНиП 2.04.03-85 [24], СП 33-101-2003 [25]).

10.3.7. При выборе способа внеплощадочного водоотвода следует предусматривать:

- укрепление откосов насыпи и полосы естественной поверхности вдоль них и в местах выхода внутриплощадочных лотков при уклоне естественной поверхности прилегающей к насыпи территории в сторону от насыпи;

- отвод воды вдоль укрепленного и защищенного от инфильтрации воды откоса при достаточном для стока воды продольном уклоне естественной поверхности вдоль откоса насыпи. На отдельных участках может предусматриваться обвалование и укрепление полосы стока без устройства водоотводной канавы;

- устройство вдоль откоса водоотводной канавы для обеспечения продольного уклона для стока воды вдоль откоса насыпи, если к откосу насыпи примыкает повышенная (нагорная) часть природного рельефа территории.

Из внеплощадочных водоотводных канав собранные воды должны быть направлены в водоочистные сооружения, а после очистки - в ближайшие водоемы.

10.3.8. Для уменьшения влажности верхнего слоя общепланировочной насыпи следует предусмотреть возможность беспрепятственного поступления воды из верхней части насыпи в лотки (частичная перфорация стенок) или внутриплощадочные канавы (верхнюю часть откосов (стенок) предусматривать из водопроницаемых материалов - геотекстиля, геосеток).

10.3.9. Для обеспечения отвода воды, поступающей с поверхности в грунты насыпи, при укреплении откосов должны использоваться водопроницаемые материалы (геотекстиль, геосетки, гибкие бетонные плиты, составленные из скрепленных между собой мелкоштучных элементов и т.д.).

10.3.10. Конструкции поверхностей, предназначенных для отвода собранной воды (дно и нижние части откосов водоотводных канав, поверхности, расположенные вдоль откосов и т.д.), должны быть защищены от размыва, иметь минимальный коэффициент трения и предотвращать инфильтрацию воды в грунт. В соответствии с этими требованиями для укрепления поверхностей водостоков могут использоваться сборные бетонные гибкие маты, сборные или монолитные плиты из георешеток, ячейки которых заполнены бетоном. В качестве гидроизоляционного слоя могут использоваться различные полиэтиленовые пленки, бетонитовые маты и др. Высоты откосов водоотводных канав, которые следует укреплять и гидроизолировать для стока воды, определяются объемами и скоростями движения отводимой воды.

 

10.4. Защита от опасных криогенных процессов

10.4.1. В регионах, занятых многолетнемерзлыми грунтами, распространены следующие опасные для устойчивости оснований и фундаментов мерзлотные процессы и формы их проявления:

- морозобойное растрескивание и образование повторно-жильных льдов;

- морозное пучение;

- процессы в пластовых льдах;

- термокарст;

- процессы в охлажденных засоленных грунтах и криопэгах;

- склоновые процессы: солифлюкция, оползни, курумы;

- образование наледей.

При наличии на осваиваемой территории указанных опасных мерзлотных процессов следует в первую очередь рассматривать возможность ее эксплуатации с сохранением мерзлого состояния грунтов и их природного температурно-влажностного режима.

10.4.2. Исходные материалы для проектирования схем и мероприятий инженерной защиты сооружений должны включать:

- сведения о географическом положении, хозяйственных связях и границах защищаемой территории;

- оценку существующего хозяйственного использования территории, ее экологического значения и перспектив развития опасных криогенных процессов;

- сведения о существующих сооружениях и мероприятиях инженерной защиты, их состоянии, возможности реконструкции и службах, их эксплуатирующих;

- данные по ущербу от воздействия опасных геологических процессов;

- материалы региональных геологических исследований и инженерных изысканий (инженерно-геологических, инженерно-гидрогеологических, инженерно-гидрометеорологических, инженерно-экологических);

- материалы о проводимых или намечаемых региональных мероприятиях по инженерной подготовке территории и их влиянии на природные условия и ресурсы защищаемой территории;

- данные о местных строительных материалах и энергетических ресурсах;

- картографические материалы;

- месторасположение опасных участков с отображением их размеров в плане и по глубине, степени активизации мерзлотных процессов на осваиваемой территории и их влиянии на развитие опасных сопутствующих процессов;

- физические, теплофизические и механические характеристики грунтов опасного и примыкающего участков, прогноз изменения данных характеристик в условиях техногенного воздействия;

- оценку потенциальной опасности возникновения и развития опасных мерзлотных процессов при строительном освоении территории и прогноз интенсивности их развития.

10.4.3. Основными мероприятиями при проектировании инженерной защиты от опасных мерзлотных процессов являются:

- сохранение природного мохоторфяного и почвенно-растительного покровов при отсыпке насыпи. Грунты следует отсыпать на мерзлую поверхность природных грунтов после полного промерзания сезоннооттаявшего слоя сыпучемерзлыми грунтами способом «от себя»;

- обеспечение интенсивного поверхностного водоотвода и отвода сезонно-талых и дождевых вод из грунтов насыпи на участках развития опасных мерзлотных процессов в строительный и эксплуатационный периоды.

На участках развития опасных мерзлотных процессов отвод поверхностных вод может осуществляться с помощью водоотводных лотков. Отвод сезонно-талых и дождевых вод, просочившихся в грунты насыпи, может производиться с помощью укладки в слой сезонного оттаивания насыпных грунтов дренажных матов или труб.

Выбор мероприятий инженерной защиты от опасных мерзлотных процессов осуществляется на основании результатов прогнозных теплотехнических расчетов, прочностных и деформационных расчетов и технико-экономического сопоставления.

10.4.4. При выборе инженерных мероприятий защиты от опасных мерзлотных процессов следует учитывать уровень ответственности защищаемых объектов, их конструктивные и эксплуатационные особенности.

10.4.5. Воздействие морозобойного растрескивания и образования повторно-жильных льдов на основания и фундаменты должно быть исключено или минимизировано. При значительных размерах (раскрытие устья, глубина) и распространении (полигонально-жильные) следует рассматривать возможность переноса площадки.

10.4.6. При выборе инженерных мероприятий, направленных на предотвращение ежегодного процесса сезонного увеличения устьев морозобойных трещин, следует рассматривать технические решения, исключающие сезонное и многолетнее оттаивание льдов и ледогрунтов, заполняющих трещины (например, укладку на поверхность над устьями трещин гидроизоляционных и теплозащитных экранов).

Теплозащитные и гидроизоляционные экраны должны устанавливаться в весеннее время на мерзлую поверхность природных грунтов с последующей отсыпкой грунтов насыпи.

Параметры теплозащитных экранов (размеры в плане и толщина) определяются на основании прогнозных теплотехнических расчетов из условия сохранения мерзлого состояния и температурного режима льда, заполняющего трещины, исключающего его пластично-вязкое течение.

10.4.7. Инженерную защиту от морозного пучения грунтов необходимо выполнять в случаях, когда деформации морозного пучения являются недопустимыми для оснований сооружений (включая общепланировочную насыпь и автодороги) и не компенсируются нагрузкой от сооружений.

По продолжительности воздействия на грунты оснований и фундаментов сооружений морозное пучение грунтов может быть сезонным (происходит ежегодно в результате промерзания сезоннооттаивающего слоя) и многолетним (происходит в результате многолетнего промерзания надмерзлотного талого слоя природных и талых грунтов общепланировочной насыпи).

Процессы многолетнего и сезонного морозного пучения грунтов происходят одновременно. Силы морозного пучения действуют перпендикулярно фронту промерзания. Следует различать промерзание в открытой (формируется плоский фронт промерзания) и закрытой системе (граница промерзания практически замкнута и движется к центру талой области) с возможностью и без возможности подтока грунтовых вод.

Наибольшую опасность представляют процессы промерзания в замкнутом объеме с возможностью подтока грунтовых вод.

При проведении деформационных расчетов следует учитывать, что при промерзании грунта морозное пучение частично компенсируется уплотнением талых грунтов. Кроме того, при оттаивании грунтов происходит опускание поверхности за счет осадки грунта.

10.4.8. Морозное пучение грунтов проявляется в следующих формах:

- сезонное и многолетнее пучение грунтов основания на контакте с инженерными сооружениями (обычно с их фундаментами), приводящее к возникновению нормальных и касательных сил пучения, определяющих деформации сооружений;

- формирование бугров пучения в естественных грунтах оснований и в грунтах общепланировочных и автодорожных насыпей при использовании для их отсыпки грунтов мелких фракций (пылеватые пески, супеси, суглинки и т.д.), проявляющиеся в виде сезонных и многолетних бугров различной формы и размеров.

10.4.9. Противопучинные мероприятия подразделяют на следующие виды:

- тепловая мелиорация;

- водопонижение;

- конструктивные решения.

10.4.10. По воздействию на фундаменты и подземные сооружения силы морозного пучения подразделяются:

- на нормальные, действующие перпендикулярно к подошвам (нижним торцам свай) фундаментов или заглубленных сооружений;

- касательные, действующие по боковой поверхности фундаментов и стенкам заглубленных сооружений.

При использовании свайных фундаментов тепловая мелиорация направлена на ускорение смерзания в нижней части свайных фундаментов по боковой поверхности сваи с грунтом, что ведет к заанкериванию фундамента в грунте и, следовательно, компенсации действия касательных сил морозного пучения при сезонном и многолетнем промерзании, и уменьшению или исключению смерзания по боковой поверхности сваи с грунтом в слое сезонного оттаивания - промерзания, что уменьшает величины касательных сил морозного пучения. Расчет фундаментов на действие сил морозного пучения приведен в 8.6.

10.4.11. При использовании грунтов по принципу I тепломелиоративные противопучинные мероприятия заключаются в предпостроечном промораживании талых грунтов на участках несливающейся мерзлоты и проектировании инженерных мероприятий по сохранению их мерзлого состояния в процессе эксплуатации.

При использовании грунтов по принципу II тепломелиоративные мероприятия основания общеплощадочной насыпи, автодорог и других грунтовых сооружений заключаются в уменьшении глубин сезонного промерзания грунтов общепланировочных насыпей, полного исключения промерзания грунтов под подошвами фундаментов и подземных сооружений, компенсацией воздействия касательных сил морозного пучения на фундаменты и подземные сооружения путем теплоизоляции фундамента; прокладке вблизи фундамента по наружному периметру подземных коммуникаций, выделяющих в грунт тепло или тепловых спутников (греющих кабелей).

10.4.12. Гидромелиоративные противопучинные мероприятия заключаются в понижении уровня грунтовых вод, осушении грунтов в пределах слоя сезонного оттаивания - промерзания и предохранении грунтов от насыщения поверхности атмосферными и производственными водами. Применяют открытые и закрытые дренажные системы (лотки, канавы, трубы), проектирование которых производятся согласно требованиям 10.3, с учетом требований СНиП 33-01-2003 [19] и СНиП 2.06.15-85 [26].

10.4.13. Физико-химические противопучинные мероприятия заключаются в специальной обработке грунта вяжущими и стабилизирующими веществами. Гидрофобизацию грунтов производят посредством обработки их экологически чистым полимерным веществом при определенных гидротермических условиях.

10.4.14. При необходимости в проектной документации следует предусматривать проведение мониторинга для обеспечения надежности и эффективности применяемых противопучинных мероприятий. Наблюдения должны проводиться за влажностью и режимом промерзания грунта, пучением и деформацией сооружений в конце осеннего и в конце зимнего периода. Состав и режим наблюдений определяют в зависимости от сложности инженерно-геокриологических условий, типов применяемых фундаментов и потенциальной опасности процессов морозного пучения на осваиваемой территории.

10.4.15. При проектировании инженерной защиты площадок, в основании которых залегают пласты льда или высокольдистые грунты, должны быть предусмотрены необходимые для исключения деформаций оттаивания и ползучести инженерные мероприятия, обеспечивающие сохранение мерзлого состояния и температурного режима.

10.4.16. В качестве защитных инженерных мероприятий, обеспечивающих сохранение мерзлого состояния и требуемого температурного режима пластовых льдов и ледогрунтов, помимо обязательных, приведенных в 10.4.3, следует рассмотреть следующие технические решения:

- устройство горизонтальных теплозащитных экранов в теле насыпи над пластом льда или высокольдистых грунтов;

- укладку под теплозащитными экранами горизонтальных термостабилизаторов;

- установку вертикальных термостабилизаторов, обеспечивающих устойчивость пластов льда и (или) высокольдистых грунтов, в том числе под нагрузкой и на склонах;

- предпостроечное промораживание надмерзлотных и межмерзлотных таликов с помощью вертикальных термостабилизаторов.

10.4.17. При наличии в основании пластовых льдов или высокольдистых грунтов обязательным является выполнение прогнозных теплотехнических расчетов и расчетов устойчивости льда или высокольдистого грунта с учетом его ползучести под воздействием эксплуатационных нагрузок.

10.4.18. При проектировании мероприятий инженерной защиты от термокарста следует исходить из потенциальной опасности тепловых просадок, связанных с оттаиванием льдистых грунтов и подземных льдов.

10.4.19. Оттаивание льдистых грунтов, залегающих у поверхности, может происходить за счет температурных колебаний в период потепления климата или в результате техногенных нарушений, связанных с частичным или полным удалением напочвенных растительных покровов, срезкой (выемкой) грунта, а также эксплуатацией тепловыделяющих сооружений.

10.4.20. Тепловые просадки в результате оттаивания льдистых отложений S, м, предварительно, на этапе оценки возможных осадок грунтов, допускается определять по формуле

,                                                               (10.1)

где Dh - предполагаемое увеличение глубины оттаивания грунта, м;

d - относительная просадка льдистого грунта при оттаивании.

10.4.21. Увеличение глубины оттаивания Dh и активность проявления термокарста определяются прогнозным теплотехническим расчетом с учетом предполагаемых техногенных нарушений природной среды и гидрометеорологических данных о потеплении климата на период эксплуатации сооружений.

10.4.22. При проектировании инженерной защиты от термокарста следует применять следующие инженерные мероприятия (помимо обязательных, приведенных в 10.4.3), не допускающие или допускающие частичное протаивание верхних, как правило, наиболее льдистых горизонтов грунтовой толщи:

- укладку на поверхность грунта теплоизоляционных покрытий (тепловых экранов);

- устройство в теле насыпи охлаждающих систем из вертикальных или горизонтальных термостабилизаторов.

На локальных участках или территориях непосредственного проявления термокарстовых процессов (термокарстовые озера, впадины и т.д.) мероприятия инженерной защиты заключаются в вытеснении воды из термокарстового понижения песчаным грунтом с последующим уплотнением и регулированием поверхностного стока. При этом допускается поднятие верхней границы многолетнемерзлых грунтов.

10.4.23. Устройство общепланировочных насыпей и сооружений на территориях, имеющих склоны крутизной более 1,5°, дополнительно нагружает поверхность природных грунтов и может привести к нарушению природной устойчивости склонов и оползанию как насыпных, так и подстилающих грунтов.

10.4.24. При проектировании общепланировочных насыпей на склонах следует выполнять прогнозные теплотехнические и деформационные расчеты устойчивости при максимальных глубинах сезонного оттаивания природных грунтов, максимальных дополнительных нагрузках от насыпи и располагаемых на ней сооружений в условиях полного водонасыщения насыпных и подстилающих природных сезонно-талых грунтов.

При использовании грунтов в процессе строительства и эксплуатации в талом или оттаивающем состояниях (принцип II) расчеты устойчивости склонов следует проводить при максимальной глубине оттаивания в основании насыпи и под сооружениями с учетом неравномерного по площади заглубления кровли многолетнемерзлых грунтов.

10.4.25. Виды противооползневых и противообвальных сооружений и мероприятий следует выбирать на основании расчетов общей и местной устойчивости склонов (откосов), т.е. устойчивости склона (откоса) в целом и отдельных его морфологических элементов.

10.4.26. Расчет устойчивости склонов (откосов) следует выполнять исходя из условия

,                                                         (10.2)1)

_________________

1) Отношение gny/gc, характеризующее минимально допустимый запас удерживающих усилий по отношению к действующим на призму обрушения сдвигающим воздействиям, называется нормированным значением коэффициента устойчивости склона (откоса) и обозначается [kst]. При этом kst ³[kst]. Значение [kst] может изменяться от 1,10 до 1,25 для основного сочетания нагрузок и от 1,05 до 1,20 для особого сочетания нагрузок в зависимости от уровня ответственности инженерной защиты и состояния склона.

 

где y - коэффициент сочетания нагрузок (для основного сочетания y = 1, для особого - y = 0,9; для нагрузок строительного периода y = 0,95);

F - расчетное значение обобщенного сдвигающего воздействия на призму обрушения, определяемое с учетом коэффициентов надежности по нагрузке;

gc - коэффициент условий работы, учитывающий вид предельного состояния, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала и другие факторы;

gn - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным от 1,1 до 1,2 в зависимости от уровня ответственности проектируемой инженерной защиты;

R - расчетное значение обобщенного сопротивления грунтового массива сдвигающему воздействию на призму обрушения, определяемое с учетом коэффициента надежности по грунту.

Оценку местной устойчивости обвальных склонов (откосов) допускается производить на основе количественной и качественной характеристики трещиноватости с составлением прогноза интенсивности осыпания продуктов выветривания и размеров скальных глыб, с учетом возможного сейсмического воздействия расчетной балльности согласно СНиП 22-02-2003 (приложение Д) [20].

10.4.27. Расчетное значение обобщенного сопротивления грунтового массива сдвигающему воздействию следует определять исходя из условия, что соотношение между нормальными s и касательными t напряжениями по всей поверхности скольжения, соответствующее предельному состоянию призмы обрушения, отвечает условию

tnt = sn tg j1 + c1,                                                        (10.3)

где j1 и c1 - значения соответственно угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, при которых наступает сдвиг грунта.

10.4.28. В расчетах противооползневых и противообвальных сооружений нагрузки и воздействия следует учитывать:

- оползневое давление грунта для удерживающих конструкций;

- для конструкций противообвальных галерей и улавливающих сооружений - воздействия падающих скальных обломков, размеры которых допускается определять в соответствии со СНиП 22-02-2003 [20];

- сейсмическое воздействие на сооружения инженерной защиты и на удерживаемый массив грунта для районов с сейсмической активностью.

10.4.29. В случае необходимости в проектной документации следует предусматривать мероприятия по защите насыпи и склона от возникновения оползневых, в том числе солифлюкционных, процессов.

10.4.30. В качестве удерживающих сооружений площадок объектов обустройства от оползневых процессов на прилегающей к площадке вышерасположенной территории следует использовать:

- шпунтовые ограждения из опор твердомерзлых грунтов, создаваемые с помощью термостабилизаторов, или из буроинъекционных свай;

- теплозащитные экраны из эффективных теплоизоляционных материалов или бермы из насыпного грунта, позволяющие изменить форму поверхности скольжения талого грунта надмерзлотного слоя по кровле многолетнемерзлых грунтов;

- шпунтовые ограждения из буроинъекционных свай, а также применение цементации, силикатизации и других физико-химических способов закрепления надмерзлотного и сезонно-талого слоев талых грунтов при использовании грунтов по принципу II и выполнении работ в теплое время года.

10.4.31. Параметры удерживающих сооружений (схемы расстановки и шаг шпунтовых и льдогрунтовых опор, площадь, расположение и толщины теплозащитных экранов и грунтовых берм) следует назначать по результатам прогнозных теплотехнических и деформационных расчетов.

При использовании свайных фундаментов под сооружения на оползнеопасных склонах следует проводить расчет свай на горизонтальные нагрузки, действующие на сваи при возможном оползании склона.

10.4.32. Возможность использования засоленных грунтов, в том числе включающих криопэги, в качестве оснований площадок обустройства по принципу I без дополнительных защитных мероприятий устанавливается по результатам прогнозных теплотехнических расчетов и расчетов несущей способности фундаментов, а также расчетов напряженно-деформированного состояния слоя грунтов над криопэгом.

10.4.33. Для обеспечения устойчивости оснований площадок, содержащих криопэги, следует предусмотреть упрочнение грунтов над криопэгом промораживанием с помощью горизонтальных или вертикальных термостабилизаторов с целью создания несущей плиты из твердомерзлого грунта, на которую передаются дополнительные нагрузки от общепланировочной насыпи, автодорог, сооружений и т.д. Свод над криопэгом следует рассчитывать на продавливание.

10.4.34. При использовании засоленных грунтов по принципу II упрочнение оснований площадок следует проводить уплотнением или химическим закреплением грунтов.

10.4.35. Опасность наледеобразования возникает при нарушении режима поверхностных и подземных вод в ходе строительства и эксплуатации общепланировочных насыпей и сооружений. К наледеобразованию приводят аварийные сбросы бытовых и промышленных вод в зимний период.

10.4.36. При выборе и проектировании мероприятий по инженерной защите следует руководствоваться классификацией наледей по их происхождению и размерам, приведенной в таблице 10.1:

- наледи поверхностных вод (речных, озерных, талых, снеговых, сброса промышленных и бытовых вод);

- наледи подземных вод (сезонно-талого слоя, сквозных и несквозных таликов);

- наледи смешанного типа: вод поверхностного и подземного происхождения (речных и грунтовых и глубокого подмерзлотного стока).

 

Таблица 10.1

 

Классификацией наледей

 

Категория наледи

Площадь, км2

Мощность льда, м

Объем, млн. м3

I Очень малые

Меньше 0,001

Меньше 0,75

Меньше 0,0008

II Малые

0,001 - 0,01

0,75 - 1,00

0,0008 - 0,01

III Средние

0,01 - 0,10

1,00 - 1,30

0,01 - 0,13

IV Большие

0,10 - 1,0

1,30 - 1,70

0,13 - 1,70

V Очень большие

1,0 - 10,0

1,70 - 2,40

1,70 - 24,0

VI Гигантские

Больше 10,0

Больше 2,40

Больше 24,0

 

10.4.37. Расчет и прогноз мест расположения и размеров наледей проводят по данным режимных наблюдений на типичных наледях района строительства. Выбор проектных решений, сочетания различных методов защиты сооружений от воздействия процессов наледеобразования определяют исходя из размеров наледи, расстояния от места выхода наледеобразующих вод до сооружения и рельефа местности.

10.4.38. Расчет и прогноз объема, площади и толщины льда наледей подземных вод следует проводить по региональным эмпирическим формулам в зависимости от значения глубины промерзания и уровня подземных вод, полученных в ходе режимных наблюдений.

10.4.39. Объем наледи подземных вод при наличии фиксированного на местности источника определяется по формуле

V = a Q t,                                                              (10.4)

где Q - дебит источника, м3/сут;

t - продолжительность периода наледеобразования, сут;

a - эмпирический коэффициент, принимаемый равным 1,25.

10.4.40. Прогноз и расчет наледей поверхностных речных и талых снеговых вод может быть осуществлен по климатическим и гидрологическим данным ближайшей метеостанции и гидропоста с обязательным обследованием защищаемого участка.

10.4.41. При проектировании инженерной защиты сооружений от воздействий процессов наледеобразования следует учитывать прямое воздействие наледи на поверхность инженерных сооружений (дорожного полотна, откосов выемок, мостовых переходов, зданий и участков территорий, непосредственно примыкающих к ним). Кроме того, следует учитывать воздействие на сооружения наледеобразующих и талых наледных вод, бугров пучения по периферии наледи, ледяных (наледных) буфов.

10.4.42. При возникновении необходимости проектирования защитных мероприятий от воздействия наледей V и VI категорий должны быть проведены теплотехнические и технико-экономические расчеты.

10.4.43. Для инженерной защиты зданий и сооружений от наледеобразования применяют следующие сооружения и мероприятия и их сочетания:

- сооружение пропусков наледи через зону защищаемого сооружения;

- сооружение безналедных пропусков водотоков;

- строительство сооружений для задержания наледи выше защищаемого сооружения;

- прямое воздействие на режим подземных вод (водопонижение).

При выборе методов защиты предпочтение должно отдаваться приемам и конструкциям долговременного постоянного действия,

10.4.44. Свободный пропуск наледи через зону искусственного сооружения применяют в районах развития средних и крупных наледей подземных вод (III и IV категорий), когда применение других мероприятий невозможно или экономически нецелесообразно. Для свободного пропуска наледи, как правило, сооружается мост с отверстием, которое должно быть рассчитано на пропуск всего объема паводковых и наледеобразующих вод по поверхности льда.

10.4.45. Безналедный пропуск водотоков применяют для защиты сооружений от воздействий средних и больших наледей поверхностных и подземных вод (III и IV категорий). Этот способ предусматривает сосредоточение водотока на подходах к защищаемому сооружению (часто это водопропускные сооружения) и создание оптимального теплового режима в зимнее время. Данный метод включает следующие мероприятия: концентрацию потока поверхностных вод, спрямление и углубление русла, утепление водотока поверхностных и подрусловых вод, использование лотков различного типа (открытых, закрытых, утепленных), перехват и отвод подземных надмерзлотных вод с помощью дренажных систем, фильтрующих насыпей из крупнообломочного грунта.

Выбор мероприятий по безналедному пропуску наледеобразующих вод производят на основании теплотехнического расчета из условия пропуска воды в течение всего зимнего периода без ее замерзания.

10.4.46. Мероприятия по задержанию наледи выше сооружения сводятся к искусственному ее формированию на безопасном расстоянии от него.

Удерживающие сооружения и мероприятия применяют на поверхностных водотоках с малыми расходами воды и низкой ее температурой, при неглубоко залегающих грунтовых водах и в местах выхода источников подземных (надмерзлотных) вод небольшого дебита (наледи I и II категорий).

10.4.47. К удерживающим мероприятиям и устройствам относятся противоналедные валы, льдогрунтовые стены и наледные пояса в стороне от защищаемого сооружения, рассчитанные на максимальный объем наледи.

Противоналедные валы перекрывают движение наледи по поверхности, они могут быть земляными, ледогрунтовыми, снежными, ледяными.

Мерзлые грунтовые стены и пояса обеспечивают промерзание грунта до кровли многолетнемерзлых грунтов, которые являются водоупорным слоем, в начале зимнего периода (до появления наледи) они формируются с помощью установки рядов вертикальных термостабилизаторов.

Наледный пояс - выровненная площадка, вымощенная камнем, на которой поверхностный поток (малый водоток, ручей) растекается и быстро промерзает, промерзает и подрусловой поток. Размеры площадки определяют теплотехническим и гидравлическим расчетами. Наледный пояс сооружают обычно в комбинации с мерзлым грунтовым валом.

10.4.48. В проектной документации следует предусматривать ежемесячное проведение наблюдений (мониторинг) за наледеобразованием в зимний период. На наледях подземных вод с фиксированными на местности источниками измеряют их дебит. На наледях грунтовых вод измеряют соотношение глубины сезонного промерзания и уровня грунтовых вод. На речных наледях измеряют расход стока наледеобразующих вод и следят за смещением мест выхода этих вод.

При превышении параметров, учитываемых в проекте, следует предусматривать соответствующие мероприятия.

 

10.5. Снегозащита

10.5.1. Одним из главных факторов, определяющих динамичность среднегодовой температуры грунтов, является изменение толщины снежного покрова. Основным фактором, влияющим на перераспределение снежного покрова и образование снежных наносов на застроенной территории, является существование застойных зон течения воздушных масс, так как именно в них происходит аккумуляция снега.

10.5.2. Местами формирования отложений снега повышенной мощности являются участки естественной поверхности, прилегающие к насыпям промышленных площадок и дорог, трассам коммуникаций и трубопроводов, проложенных наземным и надземным способами; территории с плотной застройкой; площадки складирования строительных материалов и оборудования. У откосов насыпей образуются скопления снега, высота которых не менее высоты самой насыпи, а ширина от края отсыпки может достигать 5 - 15 м.

Устройство вентилируемых подполий под сооружениями способствует изменению мощности снежного покрова в пределах застроенной территории. Закрытые и низкие вентилируемые подполья и плотные свайные поля, в особенности при низком размещении трубопроводных обвязок, способствуют повышению снегозаносов.

10.5.3. Помимо повышения температур грунтов и, как следствие, снижения несущей способности оснований, а также увеличения глубин сезонного оттаивания грунтов и, соответственно, вероятности развития деформаций, обусловленных процессами термокарста и морозного пучения, существует опасность переувлажнения и обводнения участков с повышенным снегонакоплением.

10.5.4. Важнейшим этапом борьбы со снегозаносимостью застроенных территорий является решение задачи по выявлению и исключению застойных зон. Как правило, застойные зоны формируются в ветровой тени инженерных сооружений. Уменьшить площади этих зон и высоты снежных образований в них, зная розу ветров района, возможно путем минимизации аэродинамического сопротивления внутри застройки, взаиморасположения сооружений и их ориентации, а также выбором соответствующих высот и архитектурных форм сооружений. Помимо этого, для снижения аэродинамического сопротивления застройки необходимо устройство высоких вентилируемых подполий.

10.5.5. Для обеспечения нормальной эксплуатации хозяйственных объектов в зимний период в процессе производства работ по уборке снега необходимо предусмотреть его вывоз с территории промышленных площадок. При этом создание снежных отвалов по периметру площадных насыпей недопустимо. Вывоз снега должен осуществляться на специально отведенные для этих целей участки, располагать которые следует на естественных поверхностях, приуроченных в рельефе к полосам стока, имеющих незначительный уклон в сторону от промышленных объектов для обеспечения водоотвода при таянии снежных отвалов. Уклон поверхностей таких площадок не должен превышать 0,5 - 1°, чтобы не провоцировать развития термокарста и солифлюкции.

10.5.6. В проектной документации по инженерной защите должна предоставляться схема временной переукладки снега при расчистке технологических проходов с определением участков и зон, подлежащих временному складированию, и участков, на которые временное складирование не допускается, а также описываться необходимые мероприятия по вывозу снега за пределы территории с оценкой объемов вывозимого снега по месяцам.

 

11. Геотехнический мониторинг объектов обустройства

 

11.1. Общие требования

11.1.1. Геотехнический мониторинг разрабатывается и осуществляется в целях обеспечения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов газопромысловых объектов посредством управления природно-геотехническими системами на основе данных системного инструментального контроля над динамикой геокриологических условий грунтовых оснований, устойчивостью фундаментов и конструкций сооружений.

11.1.2. Результаты прогнозных расчетов, выполненных при проектировании оснований и фундаментов, сопоставляются с последующими инструментальными наблюдениями в рамках геотехнического мониторинга.

По результатам выполнения ГТМ на этапе строительства и эксплуатации, на основании фактически собранных материалов ГТМ производится корректировка прогнозных расчетов оснований и фундаментов.

11.1.3. Выбор системы и приборного обеспечения сбора данных ГТМ должен осуществляться с учетом необходимости обеспечения проектной точности замеров. Выполнение инструментальных измерений параметров геотехнических систем может выполняться с использованием аппаратуры, позволяющей осуществлять замеры в ручном или автоматическом режиме. Факторами, влияющими на выбор того или иного типа оборудования, являются надежность, безопасность и время работы оборудования в автономном режиме.

11.1.4. Состав и объемы работ по геотехническому мониторингу, предусмотренные проектной документацией, могут быть скорректированы службой ГТМ в процессе выполнения ГТМ в зависимости от состояния ГТС. Принципиальные изменения состава и объемов работ требуют согласования с проектной и эксплуатирующей организациями.

11.1.5. Первый (нулевой или реперный) цикл наблюдений (по всем элементам сети ГТМ) выполняется после обустройства сети геотехнического мониторинга, как правило, на завершающей стадии строительства. Проведение нулевого цикла наблюдений является необходимым условием сдачи сети ГТМ строительной организацией в эксплуатацию.

11.1.6. Результаты наблюдений, получаемые в процессе осуществления ГТМ, должны обрабатываться и систематизироваться в форме геотехнического паспорта. В качестве начальной информации в геотехническом паспорте должны содержаться координаты и схемы расположения всех элементов ГТМ и результаты нулевого цикла замеров по этим элементам, а в последующем - накапливаться данные по температуре грунтов, деформациям сооружений, гидрогеологическому режиму и другим параметрам за каждый период измерений.

Накапливаемые результаты наблюдений должны проходить анализ и статистическую обработку (с использованием программного обеспечения), а также являться основной информацией для проведения прогнозных теплотехнических расчетов дальнейших изменений состояния оснований и фундаментов сооружений и прилегающей к ним территории, на основе чего в случае необходимости разрабатываются технические управляющие решения.

 

11.2. Требования к составу и содержанию проектной документации на геотехнический мониторинг

11.2.1. Состав и объем выполнения работ в рамках ГТМ должны обеспечивать комплексную диагностику ГТС, своевременно выявлять отклонения от проектной документации, строительных норм и правил, которые могут повлечь за собой снижение эксплуатационной надежности строящихся и эксплуатируемых объектов, аварийные ситуации и нанести ущерб окружающей среде.

11.2.2. В проектной документации должны быть определены и обоснованы объекты и объемы исследований в рамках ГТМ на этапе строительства и эксплуатации объектов.

11.2.3. При проектировании работ по ГТМ необходимо предусматривать использование современной электронной и электронно-оптической аппаратуры, позволяющей обеспечить требуемое качество исследований.

11.2.4. В составе проектной документации по геотехническому мониторингу приводят следующую информацию:

- основные сведения по устройству фундаментов;

- нагрузки на основания и фундаменты;

- основные сведения по устройству систем температурной стабилизации грунтов;

- тепловые режимы эксплуатации сооружений;

- схему сети ГТМ с указанием точек размещения геодезических реперов, деформационных марок и маяков, наблюдательных скважин;

- чертежи конструкций опорных геодезических реперов, деформационных марок, термометрических скважин;

- программу проведения комплекса работ ГТМ;

- перечень используемых приборов и оборудования;

- сметный расчет стоимости выполнения отдельных видов работ;

- штатный состав службы ГТМ;

- геотехнический паспорт объекта.

 

11.3. Виды и объемы геотехнических исследований

11.3.1. Состав, объем и режим выполнения работ в рамках ГТМ должны обеспечивать полноту информации, позволяющую постоянно осуществлять комплексную диагностику ГТС, своевременно выявлять отклонения от проектной документации, строительных норм и правил, которые могут повлечь снижение эксплуатационной надежности строящихся объектов, аварийные ситуации или нанести ущерб окружающей среде.

11.3.2. На этапе эксплуатации системы ГТМ проводятся следующие виды работ:

- термометрические наблюдения в скважинах;

- гидрогеологические наблюдения в скважинах;

- нивелирование грунтовых реперов и деформационных марок;

- нивелирование сети грунтовых марок;

- визуальные обследования;

- гидрологические наблюдения;

- снегомерная съемка;

- наблюдение за работой сезоннодействующих охлаждающих устройств;

- теплотехнический прогноз;

- расчет напряженного состояния элементов инженерных сооружений;

- геотехнический прогноз;

- оценка общего состояния природно-технических систем;

- разработка рекомендаций по устранению деструктивных процессов;

- дополнительные инженерные изыскания.

11.3.3. Термометрические наблюдения в скважинах проводятся с целью определения динамики температурного режима грунтов и геокриологических процессов.

11.3.4. Гидрогеологические наблюдения в скважинах проводятся с целью изучения динамики уровня подземных вод в грунтах оснований и исследования химического состава воды.

11.3.5. Нивелирование грунтовых реперов и деформационных марок проводится с целью определения деформаций фундаментов и опорных конструкций.

11.3.6. Нивелирование сети грунтовых марок проводится с целью определения пучинистых свойств различных участков площадки строительства.

11.3.7. Визуальное обследование стеновых деформационных маячков проводится в случае обнаружения трещин на капитальных стенах зданий, сложенных кирпичной кладкой или выполненных из железобетонных конструкций.

11.3.8. Гидрологические наблюдения прилегающей территории проводятся с целью определения наличия или опасности подтопления и размывов оснований промышленных площадок и инженерных объектов.

11.3.9. Снегомерная съемка выполняется для определения теплообмена на поверхности грунтов в холодный период года.

11.3.10. Контроль за эффективностью работы сезоннодействующих устройств производится для выявления отказов в работе и недостаточной эффективности СОУ для обеспечения требуемого теплового режима грунтов оснований сооружений.

11.3.11. Теплотехнический прогноз взаимодействия инженерных сооружений с грунтами оснований с учетом изменений природно-технической обстановки выполняется с целью своевременного выявления возможности развития опасных криогенных процессов.

11.3.12. Расчет напряженного состояния элементов инженерных сооружений с учетом динамики геокриологических условий выполняется с целью своевременного выявления проблемных зон (участков), в пределах которых возможно развитие необратимых деформаций, приводящих к выходу из строя технологического оборудования.

11.3.13. Геотехнический прогноз выполняется на основе интегрального анализа всей полученной информации, специализированных методик геотехнического, теплотехнического и гидрогеологического прогнозов.

11.3.14. Анализ и оценка общего состояния природно-технических систем проводится по результатам выполнения комплекса мониторинговых исследований с целью составления заключения о состоянии природно-технических систем и прогнозе изменения их состояния, отражающегося на эксплуатационной надежности инженерных объектов, промышленной и экологической безопасности производства.

11.3.15. Разработка рекомендаций (технических мероприятий, технических решений, проектов и т.п.) по устранению (снижению воздействия) деструктивных процессов в основаниях зданий и сооружений, усилению оснований и фундаментов. Выполняется по результатам проведения геотехнического мониторинга и выявления развития опасных криогенных процессов в грунтах оснований инженерных объектов, деформаций фундаментов, оборудования, конструктивных элементов сооружений.

11.3.16. На этапе эксплуатации системы ГТМ могут проводится рекогносцировочные работы и дополнительные инженерные изыскания. Цель проведения рекогносцировочных работ - уточнение и детализация информации о современном состоянии природно-геологической среды, гидрогеологических и геокриологических условиях территории размещения инженерных объектов, оценка динамики инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических процессов.

Дополнительные инженерные изыскания обосновываются при выполнении ГТМ и разработке технических управляющих решений. Дополнительные инженерные изыскания проводятся в случае отсутствия информации о ключевых параметрах природной компоненты (недостаточное изучение инженерно-геологических условий, требования нормативной документации в связи со сроком давности и т.п.), а также в случае несоответствия данных, полученных при проведении изысканий для проектирования, и результатов рекогносцировочных работ.

 

11.4. Требования к устройству сети режимных наблюдений

11.4.1. Основой системы ГТМ является сеть ГТМ. Сеть ГТМ представляет собой совокупность специальным образом оборудованных точек, режимные наблюдения за которыми позволяют комплексно и достоверно определить текущее состояние оснований и фундаментов контролируемого инженерного объекта.

11.4.2. Сеть ГТМ включает следующие элементы:

- створы контроля состояния покровов;

- контрольные гидрологические створы;

- геодезические реперы;

- деформационные марки;

- грунтовые деформационные марки (глубинные и поверхностные);

- наблюдательные термометрические и при необходимости пьезометрические скважины;

- системы контроля напряжений (нагрузок), создаваемых строительными конструкциями и оборудованием на сваи (и, наоборот, при развитии морозного пучения либо осадок свайных фундаментов).

11.4.3. Глубина заложения термометрических скважин (ТС) должна быть не менее глубины нулевых годовых амплитуд колебаний температуры грунтов, расчетной глубины распространения техногенного теплового воздействия на грунты за период эксплуатации сооружений и глубины заложения фундамента сооружения.

На участках распространения ММГ сливающегося типа глубина заложения ТС должна составлять не менее 10 м, что позволяет определять температуру грунтов на глубине нулевых годовых амплитуд.

На участках распространения ММГ несливающегося типа с заглубленной кровлей проектная глуби на ТС должна превышать максимальную глубину залегания кровли ММГ не менее чем на 2 м (рекомендуется 5 м) для контроля состояния и изменений положения кровли многолетнемерзлых грунтов. В случае если глубина заложения фундаментов на 5 м меньше глубины залегания кровли ММГ, то проектная глубина ТС может быть не более 5 м.

11.4.4. В пределах площадок ТС устанавливаются под сооружениями и в непосредственной близости от них для контроля температурного режима грунтов оснований.

11.4.5. В контуре сооружений ТС обустраиваются в центральной части объекта (близко к геометрическому центру сооружения) и у внешних стен. В случае, невозможности установки ТС в пределах контура сооружения (например, заглубленные емкости, компактное оборудование с монолитным фундаментом «по грунту» и т.п.) ТС необходимо устанавливать на минимальном расстоянии от фундамента для получения значений температур, максимально приближенных к температурам в основании фундаментов.

11.4.6. Сеть ТС должна охватывать все объекты и участки с различными инженерно-геокриологическими условиями для определения геокриологических изменений как непосредственно в основании каждого сооружения, так и по площадке в целом.

В пределах площадки и инженерных сооружений скважины размешаются по продольным и поперечным профилям. Расстояние между термометрическими скважинами должно позволять получать достоверные данные для построения вертикальных термометрических разрезов и горизонтальных термометрических плоскостных срезов по основаниям сооружений и площадки в целом с учетом взаимного влияния зданий и сооружений, проездов и незастроенных территорий. В пределах одной площадки расстояние между скважинами в профиле не должно превышать 15 - 20 м.

11.4.7. Для наблюдений за фоновым изменением температур грунтов в ходе естественных изменений природно-климатических условий района устанавливают не менее одной ТС вне зоны влияния инженерных сооружений.

11.4.8. ТС также необходимо устанавливать на участках, потенциально опасных с точки зрения развития криогенных процессов (термокарст, пучение, новообразование мерзлых грунтов, формирование перелетков и т.д.), для отслеживания и контроля динамики их развития.

11.4.9. При расположении ТС на открытых площадках ее высота над уровнем земли должна составлять не менее 1,2 м.

11.4.10. Конструкция ТС должна предотвращать попадание внутрь воды из грунта и конденсационной влаги из воздуха, а также обеспечивать свободный доступ для замеров в любое время года.

11.4.11. Гидрогеологические скважины (ГС) устанавливаются для наблюдений за изменением уровня, температуры и химического состава грунтовых вод. Глубина заложения гидрогеологической скважины зависит от глубины залегания грунтовых вод и геокриологических условий. Глубина заложения ГС может составлять от 3 до 10 м.

11.4.12. На участках распространения ММГ сливающегося типа ГС необходимо устанавливать в непосредственной близости от инженерных сооружений, которые могут оказывать отепляющее воздействие на окружающие грунты. На участках ММГ несливающегося типа и талых грунтов, а также в пределах затопляемых и подтопляемых территорий ГС необходимо устанавливать возле всех инженерных сооружений.

11.4.13. Глубина заложения и конструкция глубинных реперов (ГР) определяется исходя из обеспечения стабильности на протяжении всего периода эксплуатации, с учетом конкретных инженерно-геологических условий. Глубина заложения глубинных реперов на площадках, сложенных осадочными грунтами, должна быть не менее 10 м (рекомендуется 12 м) вне зависимости от их состояния. Для сохранения устойчивости грунтовых реперов следует проводить противопучинные мероприятия в интервале слоя СТС - СМС, а также использовать устройство нижней части репера в виде анкера.

11.4.14. ГР необходимо располагать в стороне от зон движения транспорта и теплового влияния инженерных сооружений, на участках, где отсутствует опасность их повреждения или разрушения, но как можно ближе к наблюдаемым объектам для удобства проведения инструментальных наблюдений.

11.4.15. Количество ГР определяется исходя из размеров строительной (промышленной) площадки и общего числа наблюдаемых объектов исходя из условия максимального расстояния от каждого репера до двух ближайших не более 300 м с сохранением прямой видимости между реперами. На площадках необходимо устанавливать не менее трех глубинных реперов. Реперы рекомендуется устанавливать по углам площадок, по внешнему периметру, а при необходимости и в центре.

11.4.16. В зависимости от точности измерений следует устанавливать реперы следующих типов:

- для I и II классов точности измерений - глубинные реперы, основания которых закладываются в скальные, полускальные или другие коренные, практически несжимаемые грунты;

III и IV классов точности измерений - грунтовые реперы, основания которых закладываются ниже глубины сезонного промерзания или перемещения грунта; стенные реперы, устанавливаемые на несущих конструкциях зданий и сооружений, осадка фундаментов которых практически стабилизировалась.

11.4.17. При установке реперов в особых грунтовых условиях следует:

- в насыпных, неоднородных по составу грунтах, процесс уплотнения которых не закончен, применять реперы, заанкереные или забитые в коренные грунты на глубину не менее 1,5 м ниже насыпной толщи, защищенные колодцами и предохраненные от смерзания с окружающим грунтом;

- просадочных грунтах заделывать нижний конец репера на глубину не менее 1 м в песчаные или не менее 2 м в глинистые подстилающие грунты, а также не менее 5 м при толще слоя просадочного грунта более 10 м;

- заторфованных грунтах применять забивные сваи, погруженные до плотных малодеформируемых грунтов;

- многолетнемерзлых грунтах применять забивные реперы при пластично-мерзлых грунтах без крупнообломочных включений; реперы, погружаемые в пробуренные заполняемые грунтовым раствором скважины, при твердомерзлых грунтах, а также пластично-мерзлых, содержащих крупнообломочные включения. Реперы устанавливаются не менее чем на 2 м ниже расчетной глубины чаши оттаивания под зданием (сооружением) или не менее тройной толщины слоя сезонного оттаивания, если реперы устанавливаются за пределами чаши оттаивания;

- набухающих грунтах заделывать нижний конец репера на глубину не менее 1 м ниже подошвы залегания набухающих грунтов. При значительной толщине набухающего слоя грунта башмак репера должен располагаться на глубине, где природное давление превышает давление набухания.

11.4.18. Сооружения с динамическими нагрузками от агрегатов оборудуются деформационными марками (ДМ) независимо от геокриологических условий грунтов основания. Остальные инженерные сооружения оборудуются ДМ в зависимости от размеров и конструктивных особенностей фундамента, а также сложности мерзлотно-грунтовых условий.

11.4.19. При проектировании геодезических сетей ГТМ, следует обеспечивать контроль пространственного положения элементов зданий и оборудования с расстановкой деформационных марок не менее чем по четырем углам (зданий и оборудования). Расстояние между деформационными марками по периметру крупных сооружений не должны превышать 6 м, а по линейным объектам (эстакадным коммуникациям, трубопроводам) не менее чем на каждой опоре.

11.4.20. ДМ на строительных и ограждающих конструкциях жестко крепятся в нижней части несущих конструкций по всему периметру здания (сооружения), а также внутри него:

- на углах и стыках строительных блоков;

- по обе стороны осадочного или температурного шва;

- в местах примыкания продольных и поперечных стен;

- на поперечных стенах в местах пересечения их с продольной осью;

- несущих колоннах;

- вокруг зон с большими динамическими нагрузками.

Количество ДМ на сооружении устанавливается в зависимости от его размеров, технического и технологического назначения, степени ответственности и инженерно-геокриологических условий. Конкретное расположение деформационных марок на зданиях и сооружениях, их количество, а также конструктивные особенности определяются на стадии разработки системы ГТМ.

11.4.21. На основании допускаемой погрешности устанавливается класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений фундаментов зданий и сооружений.

При отсутствии данных по расчетным величинам деформаций оснований фундаментов класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений допускается устанавливать:

I - для зданий и сооружений, длительное время (более 50 лет) находящихся в эксплуатации; возводимых наскальных и полускальных грунтах, уникальных;

II - для зданий и сооружений, возводимых на песчаных, глинистых и других сжимаемых грунтах;

III -для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных, заторфованных и других сильно сжимаемых грунтах;

IV - для земляных сооружений,

11.4.22. Грунтовые деформационные марки (ГДМ) устанавливают группами (не менее двух) и используют для инструментальных наблюдений за деформациями, развивающимися в грунтовых массивах при активизации различных опасных экзогенных процессов (сезонное и многолетнее пучение грунтов, эрозия и термоэрозия, солифлюкция, оползнеобразование, затопление территории).

 

11.5. Разработка геотехнических паспортов

11.5.1. Геотехнический паспорт является итоговым документом, аккумулирующим геотехническую информацию об объекте. Геотехнический паспорт обновляется специалистами службы ГТМ и предназначается для организации работ по геотехническому мониторингу и учету особенностей эксплуатации объекта.

11.5.2. В соответствии с СТО Газпром 2-3.1-072 проектная редакция геотехнического паспорта разрабатывается на заключительной стадии разработки рабочей документации.

Окончательная редакция геотехнического паспорта разрабатывается на заключительной стадии строительства.

11.5.3. Геотехнический паспорт объекта включает:

- информацию о природно-климатических характеристиках района сооружения объекта;

- обобщенные и систематизированные данные инженерно-геокриологических изысканий;

- основные проектные решения по основаниям и фундаментам сооружений (принцип использования грунтов оснований, решения по обеспечению принципа использования грунтов конструкцию оснований и фундаментов, проектные тепловые и механические нагрузки, режимы эксплуатации сооружения, свойства строительных материалов и др.);

- данные о допустимых нормативных состояниях оснований и фундаментов (допустимый диапазон изменения температур мерзлых грунтов оснований, допуски на деформации фундаментов и т.д.);

- исполнительную документацию (в том числе глубины заложения фундаментов, конструкции и расположение элементов охлаждающих систем, теплоизоляционных экранов и т.п.);

- схему сети геотехнического мониторинга и наблюдаемые параметры;

- информацию о динамике произошедших изменений в части природного и технического компонентов объекта в период подготовки площадки строительства, строительства и начального этапа эксплуатации;

- результаты режимного нивелирования;

- результаты термометрических наблюдений;

- результаты гидрологических и гидрогеологических наблюдений;

- результаты визуального обследования и фотодокументирования;

- результаты снегомерной съемки;

- результаты наблюдений за работой сезоннодействующих устройств;

- специализированные карты и схемы;

- результаты расчетов напряженно-деформированного состояния грунтов оснований, элементов конструкций инженерных сооружений;

- результаты теплотехнического и геотехнического прогноза;

- информацию о примененных технических управляющих решениях и оценку их эффективности;

- рекомендации по использованию технических управляющих решений;

- заключение о состоянии инженерного объекта;

- программу организации мониторинга на стадии эксплуатации с учетом конкретных особенностей объекта.

11.5.4. Допускается объединять в одном геотехническом паспорте как аналогичные объекты, находящиеся на значительном удалении (например, крановые узлы), так и различные объекты, находящиеся на единой площадке (территории).

11.5.5. Не допускается объединять в одном геотехническом паспорте объекты, эксплуатацию которых планируется осуществлять различными организациями.

 

 

Приложение А

(справочное)

 

Основные буквенные обозначения

 

А.1. Коэффициенты надежности и условий работы

gg - по грунту;

gn - по назначению сооружения;

gk - по виду фундаментов;

gc - коэффициент условий работы;

gt - температурный коэффициент условий работы;

geq - сейсмический коэффициент условий работы;

gaf - коэффициент условий смерзания грунтов с фундаментом;

gp - коэффициент условий работы оттаивающего грунта;

gcRgcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта.

 

А.2. Физические и теплофизические характеристики грунтов

cn - нормативные значения характеристик;

c - расчетные значения характеристик;

 - средние значения характеристик;

a - доверительная вероятность (обеспеченность) расчетных значений характеристик;

wtot - суммарная влажность мерзлого грунта;

wi - влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений;

wic - влажность мерзлого грунта за счет порового льда (льда-цемента);

wm - влажность мерзлого грунта, расположенного между льдистыми включениями;

ww - влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды (содержание незамерзшей воды);

wp - влажность грунта на границе пластичности (раскатывания);

itot - суммарная льдистость мерзлого грунта;

ii -льдистость грунта за счет ледяных включений;

iic - льдистость грунта за счет порового льда;

Sr - степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой (степень влажности);

Ip - число пластичности грунта;

Iom - относительное содержание органического вещества;

Dsal - степень засоленности мерзлого грунта;

cp - концентрация порового раствора в засоленном грунте;

r - плотность грунта;

rt - плотность мерзлого грунта;

rd,f - плотность мерзлого грунта в сухом состоянии (плотность скелета мерзлого грунта);

rd,th - плотность талого грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта);

rs - плотность частиц грунта;

rt - плотность льда;

rw - плотность воды;

ef - коэффициент пористости мерзлого грунта;

lf - теплопроводность грунта в мерзлом состоянии;

lth - теплопроводность грунта в талом состоянии;

Cf - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии;

Cth - объемная теплоемкость грунта в талом состоянии.

 

А.3. Деформационно-прочностные характеристики и сопротивления мерзлых грунтов на силовые воздействия

E - модуль деформации грунта;

ceq - эквивалентное сцепление мерзлого грунта;

df - коэффициент сжимаемости мерзлого грунта;

m - коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта;

xi - относительное сжатие льда;

xth - относительная деформация оттаивающего грунта;

h - коэффициент вязкости мерзлого грунта;

sL - предел текучести мерзлого грунта;

Ath - коэффициент оттаивания мерзлого грунта;

R - расчетное давление на грунт (сопротивление грунта нормальному давлению);

Rc - расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта;

Rc,n - нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии;

Raf - сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом;

Rsh - сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

tth - удельная касательная сила пучения промерзающего грунта;

psh - удельное нормальное давление морозного пучения грунта;

fn - удельное отрицательное трение оттаивающего грунта на поверхности фундамента;

ac - коэффициент деформации системы «свая-грунт» на горизонтальные усилия;

c - удельное сцепление талого грунта;

j - угол внутреннего трения талого грунта.

 

А.4. Нагрузки и напряжения

F - расчетная нагрузка на основание;

Fu - несущая способность (сила предельного сопротивления) основания фундаментов;

Fdu - несущая способность основания, работающего на выдергивающую нагрузку;

Fh - расчетная горизонтальная нагрузка на фундамент;

åFs,a и åFs,r - суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента;

Fh,u - предельная горизонтальная нагрузка на фундамент;

Ffh - расчетная сила пучения;

Fr - сила, удерживающая фундамент от выпучивания;

Fneg - сила отрицательного (негативного) трения;

Ff - расчетные усилия в элементах конструкции сооружения (фундаментов);

Ff,d - предельные усилия в элементах конструкции;

Fu,p и Fu,t - несущая способность проектируемой и опытной свай;

M - момент внешних сил;

Maf - момент внешних сил, воспринимаемый силами смерзания грунта по боковой поверхности фундамента;

Mb и Ml - моменты внешних сил по сторонам фундамента (относительно осей, параллельных сторонам фундамента соответственно b и l);

p - среднее давление под подошвой фундамента;

p0 - среднее дополнительное давление под подошвой фундамента;

q - равномерно распределенная вертикальная нагрузка;

s - нормальное напряжение;

t - касательное напряжение;

sg - природное (бытовое) давление в грунте;

sz,p - дополнительное вертикальное напряжение в грунте (от веса сооружения);

sa - атмосферное давление.

 

А.5. Осадки (деформации) основания

s - совместная осадка (деформация) основания и сооружения;

su - предельно допустимая совместная осадка (деформация) основания и сооружения;

sf - осадка пластично-мерзлого основания;

sth - составляющая осадки оттаивающего основания за счет природного (бытового) давления;

sp - составляющая осадки оттаивающего основания под действием нагрузки от здания;

sp,th - осадка уплотнения предварительно оттаянного слоя грунта;

sad - дополнительная осадка, обусловленная оттаиванием мерзлого грунта;

sa и sb - осадки краев фундамента;

st - осадка мерзлого основания, обусловленная пластично-вязким течением грунта или льда;

v - скорость осадки пластично-мерзлого основания;

NgNqNc - безразмерные коэффициенты несущей способности.

 

А.6. Параметры теплотехнических расчетов оснований

T - температура;

 - расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта;

Т0,n - нормативная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта;

T0 - среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на его верхней поверхности;

Tm,z,e - расчетные температуры грунтов в основании сооружения;

Tbf -температура начала замерзания грунта;

Taut - температура наружного воздуха;

Tca - температура воздуха в подполье здания;

Tin - температура в помещении;

Tf и Tth - средние температуры воздуха за период с отрицательными и положительными температурами;

t - время;

tn - расчетный срок эксплуатации сооружения;

kh - коэффициент теплового влияния сооружения;

kts - коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений;

am,z,e - коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания;

M - модуль вентилирования подполья здания;

R0 - сопротивление теплопередаче перекрытия над подпольем;

Rp - сопротивление теплопередаче теплоизоляции трубопроводов;

Lv - теплота таяния (замерзания) грунта;

L0 - удельная теплота фазовых переходов вода - лед.

 

А.7. Геометрические характеристики

B - ширина сооружения;

L - длина сооружения;

a и b - стороны подошвы фундамента;

l - длина сваи;

e - эксцентриситет;

el и eb - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок относительно осей прямоугольной подошвы фундамента со сторонами l и b;

A - площадь подошвы фундамента;

Aaf - площадь поверхности смерзания грунта с фундаментом;

up - наружный периметр фундамента;

u0,i - сумма размеров сторон i-го поперечного сечения сваи, м, которые имеют наклон к оси сваи;

ip - наклон боковых граней сваи в долях единицы;

ld - расчетная глубина заделки свай (набивной, буровой сваи и сваи-оболочки в скальный грунт);

d - глубина заложения фундамента;

dth - расчетная глубина сезонного оттаивания грунта;

dth,n - нормативная глубина сезонного оттаивания грунта;

df - расчетная глубина сезонного промерзания грунта;

df,n - нормативная глубина сезонного промерзания грунта;

h - толщина слоя грунта;

H - глубина оттаивания грунта в основании сооружения за расчетный срок его эксплуатации;

Hmax - максимальная глубина оттаивания грунта под сооружением;

Hp,th - глубина предварительного оттаивания грунта;

z - глубина до расчетного уровня.

 

 

Приложение Б

(справочное)

 

Типизация инженерно-геокриологических условий

 

Б.1. По совокупности таких характеристик, как распространение, температурный режим и мощность мерзлых толщ на территории России выделяются две существенно различающиеся геокриологические зоны: южная зона несплошного распространения ММГ и северная зона преимущественно сплошного и сплошного распространения ММГ (см. рисунки Б.1, Б.2 и Б.3).

 

 

Рисунок Б.1 - Схематическая карта распространения льдистых многолетнемерзлых грунтов на территории России

 

Б.2. Южная геокриологическая зона характеризуется островным распространением ММГ. В пределах этой зоны выделяются три практически широтные подзоны - редкоостровного, массивно-островного и прерывистого распространения ММГ.

Подзона редкоостровного распространения ММГ имеет наибольшую площадь развития в южной геокриологической зоне. Мерзлые грунты в пределах этой подзоны распространены на участках верховых болот, на торфяных буграх пучения, а также на участках густых темнохвойных лесов. В предгорьях мерзлые грунты развиты на затененных замшелых склонах. Острова ММГ занимают менее 25 % площади и имеют мощность до 15 - 25 м при среднегодовой температуре на глубине нулевых годовых амплитуд T0 от 0 °C до минус 0,5 °C. Выделяемая подзона отличается наибольшей динамичностью. При незначительных изменениях условий теплообмена на земной поверхности и в грунтовой толще (нарушение напочвенного покрова, снятие или увеличение мощности снежного покрова, климатические изменения и т.д.) возможны переходы мерзлых грунтов в талые или наоборот.

 

 

Рисунок. Б.2 - Схематическая карта распространения и среднегодовой температуры многолетнемерзлых грунтов на территории России

 

 

Рисунок Б.3 - Схематическая карта распространения засоленных многолетнемерзлых грунтов на территории России

 

Севернее располагается подзона массивно-островного распространения ММГ. Среднегодовая температура грунтов изменяется здесь от 0 °C до минус 1,0 °C. Общая площадь островов мерзлых грунтов увеличивается до 50 %, а мощность - до 50 м и более. Мерзлые грунты в этой подзоне распространены как в днищах долин и на склонах северной экспозиции, так и на плоских заторфованных водоразделах.

Четкой и резкой границы между подзонами редкоостровного и массивно-островного распространения ММГ нет. Это связано с постепенным изменением при движении с юга на север климатических, ландшафтных и грунтово-влажностных условий.

Подзона прерывистого распространения ММГ самая северная в южной геокриологической зоне. Мерзлые грунты занимают здесь более 75 % территории.

Среднегодовая температура грунтов изменяется от минус 0,5 °C до минус 2,0 °C, а мощность мерзлой толщи увеличивается до 100 м и более.

В связи с резкой сменой к северу природных условий северную границу этой подзоны можно считать границей разделяющей северную и южную геокриологические зоны.

Б.3. Северная геокриологическая зона характеризуется преимущественно сплошным распространением ММГ. Площадь, занимаемая мерзлыми грунтами в этой зоне, изменяется от 90 % - 95 % и более. Талые грунты встречаются в основном под руслами непромерзающих рек, озерами и на участках интенсивной разгрузки подземных вод.

По мере продвижения с юга на север уменьшается среднегодовая температура многолетнемерзлых грунтов (от минус 1,0 °C до минус 15,0 °C и ниже) и увеличивается мощность мерзлой толщи (от 100 - 300 до 500 - 1000 м).

Наиболее высокие отрицательные температуры мерзлых толщ и минимальные для этой области их мощности отмечаются в днищах долин горных районов Сибири, Северного Забайкалья, Дальнего Востока и Северного Урала. Наиболее суровая мерзлотная обстановка свойственна северному побережью Средней и Восточной Сибири, горным массивам Анабарского плоскогорья и плато Путорана. В горных районах Алтая и Саян характерно высотно-поясное распространение ММГ и закономерное понижение с высотой T0 от минус 1,0 °Cдо минус 9,0 °C и увеличение мощности до 500 - 800 м.

Б.4. Мерзлотно-грунтовые процессы, которые происходят в толще многолетнемерзлых грунтов, в том числе под влиянием строительного освоения территорий, подразделяются на четыре основные группы (таблица Б.1).

Б.5. К первой относятся мерзлотно-геологические процессы, развитие которых вызвано сезонными и многолетними колебаниями теплообмена на земной поверхности. В эту группу входят:

- морозобойное растрескивание и криогенное выветривание, связанные с многократным повторением циклов промерзания и оттаивания грунтов;

- морозное пучение грунтов и наледообразование, обусловленные сезонным и многолетним промерзанием грунтов, подземных и поверхностных вод (при образовании наледей), увеличением объема грунтов при льдообразовании;

- термокарст, связанный с сезонным и многолетним оттаиванием сильнольдистых грунтов и подземных залежей льдов, с изменением свойств, осадкой и размоканием грунтов при оттаивании.

Б.6. Ко второй группе относятся абразионные и водно-балансовые процессы, вызванные механическим и тепловым воздействием на мерзлые и оттаивающие грунты водных масс (процессы размыва берегов, грунтовых насыпей, при сезонном затоплении территории) и многолетними колебаниями водного баланса поверхности как в природных условиях, так и при застройке территории. В эту группу входят термоабразия, термоэрозия и заболачивание.

Б.7. Третья группа объединяет склоновые процессы, такие как солифлюкция, оползни, обвалы, осыпи, курумообразование и др. Специфика механизма этих процессов обусловлена периодическим изменением свойств грунтов при промерзании и оттаивании, развитием специфических пластично-вязких деформаций оттаивающих и сильнольдистых грунтов, деформаций морозобойного растрескивания грунтов, процессами морозного пучения.

Б.8. К четвертой группе относятся процессы, обусловленные деятельностью ветра, к которым относятся ветровая эрозия и аккумуляция,

Б.9. Схематическая карта распространения мерзлотно-геологических процессов на территории России приведена на рисунке Б.4.

 

 


 

Таблица Б.1

 

Классификация эрозионно-грунтовых процессов на территориях, занятых вечномерзлыми грунтами

 

Группы эрозионно-грунтовых процессов

Вилы эрозионно-грунтовых процессов

Механизм процессов

Причины развития процессов

Сопутствующие процессы

Основные формы проявления процессов

в грунтах

в рельефе

1. Собственно криогенные

Криогенное выветривание грунтов

Температурные деформации грунтов, расклинивающее действие тонких пленок воды в грунтах

Многократные циклы сезонного промерзания и оттаивания грунтов, изменения напряженного состояния грунтов под влиянием сезонных колебаний температуры

Изменение механического состава рыхлых отложений

Криогенная кора выветривания, лессовидные покровные образования

Поверхности выравнивания, нагорные террасы

Морозобойное растрескивание грунтов

Температурная деформация мерзлого массива дисперсных грунтов

Изменения напряженного состояния грунтов в массиве под влиянием сезонных колебаний температуры

Образование повторно-жильных льдов и грунтовых жил

Вертикальные трещины в сезонно-талом слое грунтов, повторно-жильные льды, грунтовые жилы

Полигональный рельеф

Морозное пучение грунтов

Увеличение объема грунтов при льдовыделении в них

Сезонное и многолетнее промерзание влажных и водонасыщенных дисперсных грунтов

Усадка грунтов, температурная деформация

Ледяные шлиры, линзовидные и пластовые залежи льда

Площади пучения, миграционные и инъекционные бугры пучения, каменные моря и многоугольники

Наледообразование

Сезонное замерзание поверхностных и подземных вод

Перемерзание водотоков, путей транзита и участков разгрузки подземных вод

Инъекционное внедрение подземных вод в замерзающие грунты, деформация мерзлых грунтов

Наледный аллювий

Наледи, наледные поляны

Термокарст

Тепловая осадка земной поверхности

Сезонное и многолетнее оттаивание сильнольдистых грунтов и подземных залежей льда

Размокание, растекание оттаивающих грунтов

Специфические (таберальные) отложения

Термокарстовые просадки поверхности, бугристо-западинный рельеф, озера, котловины

2. Абразионные и водно-балансовые

Термоабразия

Размывание, обрушение, сползание, стекание грунтов на береговых склонах и уступах, вынос их с пляжей

Тепловое и механическое воздействие волнений и течений водных масс на мерзлые и оттаивающие грунты в береговой зоне

Солифлюкция обвалы, сплывы, оползни

Прибрежно-морские и озерные отложения

Отступание бровки береговых склонов и уступов от акваторий, термоабразионные уступы, цирки, прибрежные отмели

Термоэрозия

Разрушение и вынос оттаивающих и мерзлых дисперсных грунтов водными потоками

Тепловое и механическое воздействие водного потока на мерзлые грунты

Солифлюкиия, термоабразия, оползни

Овражный пролювий, аллювиально-пролювиальные отложения

Промоины, овраги, балки, конусы выноса

Заболачивание

Зарастание озер, переувлажнение поверхности

Неотектоническое опускание поверхности, увлажнение климата, термокарстовые просадки, сезонное и многолетнее промерзание отложений, вертикальный и горизонтальный рост торфяных залежей

Морозное пучение, термокарст

Торфяные залежи, сапропель, пластовые и инъекционные льды

Выпуклые торфяники, кочкарники, грядово-озерные и грядово-мочажинные полигоны