§ 5. Предпостроечное протаивание

При предпостроечном протаивании основания большая часть осадки, характеризующаяся коэффициентом оттаивания А, происходит до возведения сооружения. Глубина предпостроечного протаивания, при которой ожидаемые деформации не превзойдут предельных, определяется расчетом; этот способ подготовки оснований может применяться для возведения отдельных зданий, их комплексов (кварталов, поселков), плотин, дорог, санитарно-технических сетей и других сооружений на площадках, сложенных хорошо фильтрующими грунтами.

Предпостроечное протаивание супесей, легких суглинков и торфяников практически возможно в случае, когда они переслаиваются фильтрующими грунтами или обеспечивается их искусственное уплотнение до возведения сооружения. На площадках, сложенных пылеватыми мелкозернистыми песками, супесями и илами, расположенными в тундровой полосе долин северных рек и на побережье северных морей, этот метод не применяется.

При определении размеров территории для предпостроечио-го протаивания следует стремиться к соблюдению единого принципа использования грунтов в качестве оснований. Между зданиями предпостроечное протаивание производится на глубину сезонного протаивания с учетом ее значительного увеличения при застройке. Форма и наклон границы протаивания должны обеспечить сток грунтовых вод и исключить возможность заболачивания территории и образования наледей.

Для предпостроечного протаивания могут применяться естественные источники тепловой энергии, а также подогретая вода, пар и электроэнергия.

По использованию тепловой энергии различают следующие способы протаивания:

• естественный, при котором используется солнечная радиация;
• гидравлический - гидроиглами, дождеванием, брызгальным орошением, фильтрационным потоком;
• используется вода с естественной температурой или подогретая;
• паровой - открытыми иглами и циркуляционными;
• электротермический - глубинными электродами трехфазного тока, токами высокого напряжения и высокой частоты.

Выбор способа предварительного оттаивания грунтов производится в зависимости от климатических и мерзлотно-грунтовых условий площадки, свойств грунтов, производственных возможностей и сроков строительства.

Основные данные о применявшихся способах протаивания приведены в табл. III-35.

Таблица III-35. Схемы предподстроенного протаивания грунта

Глубина протаивания (в см) при послойной разработке с использованием солнечной радиации

(III-72)

где μ_ω - функция влажности грунта W в ^см3/_ккал;

μ_τ - функция времени (табл. III-36) в сутках;

Таблица III-36. Коэффициенты μ_W и μ_τ

Q - суммарная коротковолновая радиация солнца в ^ккал/_{см²×сутки};

A_к - коэффициент отражательной способности (альбедо);

Q(1-А_к) - поглощенная солнечная радиация (по данным климатологических справочников) в ^ккал/_{см²×сутки} сутки (табл. III-37).

Таблица III-37. Величины поглощенной солнечной радиации

Подробные данные по предпостроечному протаиванию приведены в инструкции Северо-восточного СНХ.

В заключение главы рассматривается пример проектирова ния фундаментов на протаивающем основании.

Пример. Определить возможность допущения протаивания под зданием н размеры его фундаментов.

Размеры здания в плане 24×66 м. Несущий каркас здания выполнен из сборных железобетонных элементов с шагом колонн в продольном направлении 6 м.

Рис. III-63. Поперечный разрез здания и построение чаши протаивания

Величины нагрузок от здания на уровне подошв фундаментов приведены в табл. III-38.

Таблица III-38. Нагрузки

Характеристики грунтов приведены в табл. III-39.

Таблица III-39. Характеристики грунтов

Примечания:

1. Для слоя 1 характеристики даны в условиях осушенной площади.
2. Для слоев 1 и 2 φ = 36⁰; С^н = 0,1.
3. Теплофизические характеристики определены по графикам, изображенным на рис. III-14.
4. Ниже 0,11 м залегают непросадочные грунты.

Уровень грунтовых вод на площадке вследствие устройства дренажа устанавливается на глубине 2 м от поверхности земли. По данным изысканий t₀ = -5° С. Глубина сезонного протаивания в естественных условиях Н^е = 2 м; после застройки H^н = 3,2 м, глубина промерзания Н = 3,6 м.

1. Определяем глубину и скорость протаивания. Находим средние теплофизические характеристики сжимаемой толщи грунта:

(III-54)

По графикам (рис. III-50) находим ординаты чаши (табл. III-40) и производим ее построение (рис. III-63).

Таблица III-40. Ординаты чаши протаивания

Для расчета скорости протаивания определим:

k_τ = 0,82 (рис. III-51) при ^L/_B = ⁶⁶/₂₄ = 2,75;

h_ф = 1,5 м, принята минимальной по условиям вертикальной планировки площадки;

Максимальная глубина протаивания под подошвой фундамента за 1 год:

по оси А

по оси Б

2. Определяем размеры фундаментов. Нормативное давление на грунты основания R^н определяется как наименьшее из R_разж и R_¹/4.

Вычисляем минимальное значение R_разж по формуле (III-69); при B_р = 7,1 (рис. III-58)

Найдем значение R_¹/4 для фундаментов по оси A

То же, по оси Б

Так как R_¹/4<R_разж, нормативное давление R^н принимается равным k_¹/4.

Рис. III-64. Принятые типы и размеры фундаментов

Намечаем размеры фундаментов, показанных на рис. III-64.

Таблица III-41. Размеры фундаментов и давления на грунт

Учитывая, что фундамент по оси A находится в зоне неравномерного протаивания, его ширину принимаем минимальной и равной 160 см. Расчет выполнен в табл. III-41.

Из таблицы видно, что р_макс<1,2R^н = 30,8 ^т/_м², р_мин>0, р_ср<R^н = 25, 7^т/_м² и, следовательно, принятые размеры подошвы фундаментов достаточны.

3. Рассчитываем осадки фундаментов. Осадки определяются по формуле (III-66), расчет представлен в табл. III-42, обозначения величин показаны на рис. III-65.

Таблица III-42. Расчет осадок

Рис. III-65. Схемы оснований к расчету осадок

Максимальная осадка фундаментов по оси А составляет 8,8 см, по оси Б - 19,4 см и, следовательно, S<S^пр_ср = 20 см (табл. III-29).

4. Рассчитываем скорость осадок:

по оси А

по оси Б

Таким образом, осадки фундментов и их скорости меньше предельных и протаивание основания может быть допущено. Далее необходимо определить дополнительные усилия в конструкциях, возникающие вследствие неравномерных осадок.