§ 3. Осадки и несущая способность оттаивающего основания

В отличие от талых сжимаемость мерзлых грунтов при оттаивании определяется двумя характеристиками, из которых только одна зависит от давления [15]. Относительное сжатие

(III-62)

где A - безразмерный коэффициент оттаивания, определяемый опытным путем;

a - коэффициент сжимаемости (иногда называемый приведенным коэффициентом уплотнения), определяемый также опытным путем, в ^см2/_кг;

p_z - давление в слое в ^кг/_см².

Относительное сжатие просадочных грунтов δ может определяться также по простейшим характеристикам:

для песчаных

(III-63)

для глинистых

(III-64)

где γ_м - объемный вес скелета мерзлого грунта ненарушенной структуры в ^кг/_м³;

γ_тп - объемный вес скелета оттаявшего грунта при максимально, уплотненном состоянии в ^кг/_м³; ;

γ_ч - удельный вес минеральных частиц, грунта в ^кг/_м²;

γ_п - удельный вес воды, принимаемый равным единице;

W_п - предел раскатывали я и числа пластичности в долях единицы;

k_у - коэффициент уплотняемости, зависящий от W_п и давления в слое, принимаемый по графику (рис. III-56).

Рис. III-56. Коэффициент уплотняемости глинистых грунтов по М. Ф. Киселеву

Если грунт переслаивается ледяными прослойками толщиной m> 0,1 см, то относительное сжатие

(III-65)

где k_л - коэффициент, учитывающий неполное смыкание макропор, принимаемый при 0,1<m<3 см равным 0,4; при 3≤m≤10 см,- равным 0,6 и при m>10 см - равным 0,8;

n - количество ледяных прослоек в слое грунта, толщиной 100 см;

m_i - толщины ледяных прослоек в см.

Величина δ используется в проектировании для оценки просадочности грунта или для приближенного определения возможной осадки сооружения в начальной стадии проектирования.

При окончательном расчете осадок и дополнительных усилий в конструкциях можно воспользоваться уравнением [8]

где n - количество слоев грунта в пределах глубины протаивания, отличающихся по величинам А и a_i;

Р_бi - среднее бытовое давление в i-ом слое в ^кг/_см²;

h_i - толщина i-го слоя в см;

b_ф - меньшая сторона подошвы фундамента в см;

(р-р_б) - давление на подошву фундамента за вычетом бытового давления в ^кг/_см²;

ωā_i и ωā_i-1 - безразмерные коэффициенты, зависящие от отношения сторон подошвы фундамента ^a_ф/_bф и от ^z_i/_bф (или ^z_i-1/_bф) где z_i (или z_i-1) - расстояние по вертикали от подошвы фундамента до подошвы i-го (или i-1-го) слоя.

Рис. III-57. Графики ωā для расчета осадок

Коэффициенты ωā_i и ωā_i-1 определяются [15] по графикам (рис. III-57); схема I соответствует значениям ω^▫ для центральной точки площадки размерами а_ф×b_ф. загруженной единичной равномерно распределенной нагрузкой. Схема II на том же рисунке позволяет получить значения ωā^▫ в точке В. На схемах III и IV приведены графики для нагрузки, распределенной по треугольнику, необходимые для вычисления крена фундамента.

Крен фундамента, шарнирно связанного с конструкциями сооружения, подошва которого не отрывается от основания [8]

(III-67)

где α - угол наклона границы чаши протаивания под фундаментом;

е - эксцентрицитет приложения нагрузки от сооружения по отношению к подошве фундамента.

Индексами 1 и 2 обозначены со под соответствующими краями подошвы фундамента. Если же возникают отрицательные реакции на части подошвы, то в расчет вводится

(III-68)

Несущая способность грунтов определяется по тем характеристикам, которые они приобретают после оттаивания. На части подошвы фундамента допускается возникновение давления, равного предельной нагрузке, что способствует выравниванию осадок. Предельное состояние оттаивающего основания определяется из условий выпирания грунта или разжатия его в стороны, что имеет решающее значение, когда протаявший слой на небольшой глубине подстилается малосжимаемым, например, скальным или вечномерзлым. Предельная нагрузка, обусловленная разжатием R_разж, минимальна, когда контакт протаявшего слоя с малосжимаемой породой находится на глубине, равной от одной до трех ширин подошвы фундамента.

По С С. Вялову [5, 12],

(III-69)

где с - сцепление оттаявшего грунта в ^кг/_см²;

n - боковой отпор разжимаемого грунта на единицу глубины протаивания под фундаментом, равный 0,3-0,7 ^кг/_см²;

А и В - параметры, определяемые по графикам (рис. III-58) в зависимости от угла внутреннего трения грунта по мерзлому основанию φ и отношения ^h_ф/_bф;

b_ф - ширина полосового фундамента.

Рис III-58. Графики параметров А и В для расчета R_разж

Предельная нагрузка по условию выпирания [15]

(III-70)

где q - пригрузка, равная γ_обh_ф.

Для пластичных грунтов

(III-71)

где с_экв - эквивалентное предельно длительное сцепление;

k_р - коэффициент, равный для ленточного фундамента 5,14 и для прямоугольного 5,71,