§ 3. Предельные и нормативные давления на мерзлый грунт

При действии нагрузки на мерзлый грунт зависимость между возникающими напряжениями и величинами относительных деформаций нелинейная. С увеличением нагрузки деформации уплотнения мерзлых грунтов, как установлено С. С. Вяловым [6], происходят без выпора грунта. При этом под подошвой штампа образуется уплотненная зона, называемая упругим ядром.

Предельное состояние устойчивости наступает при достижении касательными напряжениями в зонах, прилегающих к плотному ядру, значений предельного сопротивления мерзлых грунтов сдвигу. Постепенно с увеличением нагрузки зоны предельного состояния развиваются, образуя сплошную пластическую область. Уплотненное ядро начинает раздвигать окружающий менее плотный грунт и внедряться в него вместе с фундаментом, вызывая плавление льда в окружающем грунте и отжатие влаги в менее напряженные области. При этом возникают деформации пластично-вязкого течения.

Величина нагрузки, при повышении которой в мерзлых грунтах возникает незатухающая деформация течения, приводящая к их разрушению, носит название предельной нагрузки.

Величина р_пр переменна для одного и того же грунта, она зависит от времени действия нагрузки и скорости загружения; чем больше это время, тем меньшая нагрузка вызывает течение грунта.

Величина р_пр может быть вычислена по известным формулам предельного равновесия грунта [6]. Для упрощения расчетов при проектировании пользуются формулой Прандтля для идеально пластичных тел:

(III-34)

В этой формуле величину сцепления следует принимать на основе результатов испытаний шариковым штампом, причем в расчет принимаются предельно длительные величины с_дл.

Для различных форм фундаментов формула (III-34) будет иметь вид:

• для ленточных фундаментов (штамп - полоса)
  
  
• для фундаментов с квадратной подошвой
  
  
• для фундаментов с круглой подошвой
  
  
• для фундаментов с прямоугольной формой подошвы
  
  
  где b - ширина подошвы фундамента; l - длина фундамента.

По величине предельной нагрузки устанавливается нормативное давление на мерзлый грунт путем деления p_пр на коэффициент запаса, принимаемый 1,5-1,75 [6].

Поскольку нормативные давления определены в зависимости от предельно длительной прочности грунтов, следует иметь в виду, что при расчете на кратковременные нагрузки они могут быть повышены.

Давление на центрально нагруженное основание от дополнительного сочетания нагрузок по нормам может быть повышено на 20%. В такой же степени может быть повышено давление у края подошвы внецентренно нагруженного фундамента при расчете на основные, а также на дополнительные сочетания нагрузок.

Рис. III-26. Нормативные давления на твердомерзлый грунт. 1 - щебень, гравий; 2 - пески крупные; 3 - пески средние; 4 - пески мелкие, супесок; 5 - суглинки, глины; 5 - пылеватые грунты; 7 - все грунты с ледяными прослойками; 8 - лед

В отличие от немерзлых нормативные давления на твердо-мерзлые грунты не зависят от размеров подошвы фундамента и изменяются с глубиной только в связи с понижением температуры грунта. Нормативные давления на твердомерзлые грунты установлены нормами проектирования и назначаются в соответствии с графиком на рис. III-26.

Опыт строительства и результаты длительных испытаний мерзлых грунтов штампами показывают, что нормативные давления в ряде районов могут быть повышены. Поэтому при наличии соответствующих обоснований допускается увеличение нормативных давлений на твердомерзлые грунты.