2 принцип проектирования фундаментов
Обновлено: 14.05.2024
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Автором рассматриваются мёрзлых и многолетнемёрзлых грунтов, принципы использования их в качестве основания зданий и сооружений, конструктивные решение фундаментов, применяемых на вечномёрзлых грунтах с целью ознакомления с особенностями мёрзлых и многолетнемёрзлых грунтов, с особенностями проектирования фундаментов в условиях вечной мерзлоты, новыми типами фундаментов и др. Собрана и систематизирована информация о свойствах мёрзлых грунтов, об инженерных мероприятиях, применяемых на таких грунтах. Анализ собранных данных показал, какие типы фундаментов стоит применять в строительстве на многолетнемёрзлых грунтах в ближайшей и дальней перспективах.
ВВЕДЕНИЕ
Центральная Сибирь и Дальний Восток – территория, отличающаяся огромными запасами полезных ископаемых. Здесь присутствуют крупнейшие месторождения углеводородов, угля, золота, гелия, меди, алмазов, крупные месторождения цветных, чёрных и редких металлов, фосфоритов урана, олова, и других рудных и нерудных полезных ископаемых. Освоение этих территорий отвечает национальным интересам России. Однако, наибольшая сложность развития инфраструктуры Центральной Сибири и Дальнего Востока обуславливается не только отдалённостью этих территорий, но и инженерно-геологическими условиями. Большую часть этих территорий занимают мёрзлые и многолетнемёрзлые грунты.
Мёрзлые и многолетнемёрзлые грунты занимают обширные территории Азии, Северной Америки, Антарктиды, а также в Европе. Общая площадь распространения таких грунтов составляет 35,17 млн. км2 (23 % земной суши), из них 11 млн. км2 в Российской Федерации. В России (рис. 1) мёрзлые и многолетнемёрзлые грунты занимают в основном азиатскую часть, при этом область их распространения простирается вплоть до Северного Ледовитого океана. Они охватывают большую часть Сибири и всю Арктику. [1]
Мёрзлыми называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру и содержащие в своём составе лёд. Многолетнемёрзлыми являются мёрзлые грунты, находящиеся в таком состоянии в течении трёх и более лет. Благодаря содержанию в своей структуре льда, мёрзлые грунты являются практически несжимаемыми, однако, при оттаивании их несущая способность резко уменьшается и они дают большую просадку. Значительно изменяются и прочностные и деформационные свойства мерзлых грунтов при перемене температур в отрицательном спектре.
Особенности проектирования зданий и сооружений на вечной мерзлоте.
Особые природные и экономические условия районов распространения многолетнемёрзлых грунтов обуславливают особые требования к проектированию, возведению и эксплуатации зданий и сооружений. К таким условиям относятся: суровый климат, мёрзлое состояние грунтов и экономические особенности, связанные с удалённостью и малой освоенностью территорий.
Принципы использования мёрзлых и многолетнемёрзлых грунтов в качестве основания.
При проектировании зданий и сооружений на таких грунтах используются два принципа, сформулированные Н. А. Цытовичем. [3] При принципе I грунты используются в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации зданий и сооружений. При принципе II – грунты используются в оттаявшем или оттаивающем состояниях.
Инженерные мероприятия для принципа I.
Подполья. Устройство подполья является наиболее распространённым способом регулирования теплового влияния зданий на температурный режим оснований. Оно представляет собой часть здания, заключённое между перекрытием первого этажа и грунтом основания. Непроветриваемые подполья устраиваются в районах с низкими отрицательными температурами и при незначительных
Подсыпки. Их применение целесообразно в случаях, когда грунт основания плохо поддаётся разработке, например, на площадках с ископаемым льдом, при возможности карстовых явлений и пр. [4] В качестве материала для подсыпки хорошо подходят не сцементированные льдом пески средней крупности и крупные, а также крупнообломочные грунты (содержащие частицы размером до 0,1 мм). Высота подсыпки подбирается исходя из того, что высота протаивания под ней была не больше естественной мощности сезоннопротаивающего слоя.
Охлаждающие трубы и каналы. Охлаждающие трубы проводятся на некоторой глубине под всем зданием и объединяются коллекторами, по которым подаётся охлаждающая жидкость или газ. Искусственное охлаждение используется при значительных технологических нагрузках на полы, а также при невозможности использования проветриваемых подполий.
Фундаменты, используемые в многолетнемёрзлых грунтах.
В основном на многолетнемёрзлых грунтах применяются висячие сваи, обеспечивающие несущую способность за счет смерзания боковой поверхности с грунтом и операния острия сваи. [5] Однако, бывают случаи, когда целесообразнее всего применить другой тип фундаментов. Например, когда здание возводится на подсыпке, на площадках с неглубоким залеганием кровли разрушенных скальных пород, а также на площадках с массивами льда, применяются сборные столбчатые фундаменты. Ленточные фундаменты применяют в том случае, когда их подошвы проектируются в пределах насыпи из непучинистых грунтов.
Устройство столбчатых и ленточных фундаментов предполагает большой объём земляных работ, поэтому наиболее рациональных в условиях многолетней мерзлоты является устройство свайных фундаментов.
На многолетнемёрзлых грунтах в большинстве случаев применяются буроопускные сваи с гладкой боковой поверхностью. В предварительно пробуренную на определённую глубину скважину опускают сваю, а пространство между сваей и стенками скважины заполняют грунтовым раствором и выдерживают до смерзания с окружающими грунтами. Нагрузка от сооружения передается на грунты основания через нижний конец сваи и боковую ее поверхность.
Серьёзным недостатком буроопускных свай с гладкой боковой поверхностью является их малая надёжность в условиях веч-ной мерзлоты за счёт снижения несущей способности со временем. Не последней проблемой в зоне распространения многолетнемёрзлых грунтов является глобальное потепление.Появилась необходимость появления новых типов свай, позволяющих использовать несущую способность оснований более эффективно. [6]
Существует множество патентов на конструкции свай для использования в многолетнемерзлых грунтах: забивные сваи с многогранным стволом, буроопускные сваи с дополнительным расширяющимся кожухом, буроопускные сваи с анкерными элементами, набивные сваи с анкерными элементами и др. Все эти виды свай являются лишь аналитическими моделями и не получили распространения в практики строительства в условиях вечной мерзлоты. Существует различие между сваями, применяемыми в мерзлых грунтах и сваями, применяемыми в талых грунтах. Во втором случае используют широколопастные анкеры с заостренным наконечником с отношением диаметров лопасти и ствола сваи > 1,5. В вечно-мёрзлых грунтах применяют узколопастные анкеры с отношением диаметров лопасти и ствола сваи < 1,5. Существует множество патентов на конструкции свай для использования в многолетнемерзлых грунтах: забивные сваи с многогранным стволом, буроопускные сваи с дополнительным расширяющимся кожухом, буроопускные сваи с анкерными элементами, набивные сваи с анкерными элементами и др. Все эти виды свай являются лишь аналитическими моделями и не получили распространения в практики строительства в условиях вечной мерзлоты. Существует различие между сваями, применяемыми в мерзлых грунтах и сваями, применяемыми в талых грунтах. Во втором случае используют широколопастные анкеры с заостренным наконечником с отношением диаметров лопасти и ствола сваи > 1,5. В вечно-мёрзлых грунтах применяют узколопастные анкеры с отношением диаметров лопасти и ствола сваи < 1,5.Несмотря на положительные стороны винтовых свай, таких, как их высокая технологичность и дешевизна, существует ряд серьёзных недостатков. Бурение скважин под такие сваи не прощает ошибок, так как возможно существенное снижение несущей способности основания по боковой поверхности сваи.
Ребристые сваи. Анализ литературы показал, что необходимо стремиться к созданию буроопускных свай с неровной боковой поверхностью, так как именно эта конфигурация позволяет существенно увеличить несущую способность грунтов основания. С этой целью Набережным А. Д. была разработана методика по расчёту таких свай. Они представляют собой сваи с ребристой боковой поверхностью. Грунт под рёбрами таких свай работает на сжатие, что намного эффективнее, чем работа грунта на сдвиг по поверхности смерзания с материалом обычной буроопускной сваи.
При использовании ребристых свай на их ребрах образуется тонкий слой льда. В ребристых сваях нагрузка передается нижними гранями ребер и грунт или грунтовый раствор работает преимущественно на сжатие, вследствие чего наличие льда не будет значительно снижать несущую способность основания. Экспериментальным путём было установлено, что, чем меньше шаг рёбер, тем выше несущая способность. [7]
Ребристые сваи наиболее эффективны в условиях вечной мерзлоты ввиду того, что площадь смерзания поверхности сваи с грунтом больше, вследствие чего повышается несущая способность основания. Использование ребристых свай экономически более выгодно, чем использование буроопускных свай с гладкой поверхностью.
Ремонтные работы повреждённых зданий и сооружений требуют больших затрат. Поэтому, гораздо более целесообразно внедрение в строительное производство нового типа свай. По данным технико- экономического сравнения буроопускных свай с гладкой боковой поверхностью и свай с ребристой боковой поверхностью, экономический эффект при внедрении данного типа свай составит порядка 2 млрд. руб/год.
2 принцип проектирования фундаментов
СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ
Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений
Design and construction of soil bases and foundations for buildings and structures
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова (НИИОСП) - филиалом ФГУП "НИЦ "Строительство"
ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
ВНЕСЕНЫ опечатка, опубликованная в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 8, 2008 г. и опечатка, опубликованная в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 8, 2010 г.
Опечатки внесены изготовителем базы данных.
Введение
Свод правил по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений разработан в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.01-83* и СНиП 3.02.01-87.
Свод правил содержит рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений, в том числе подземных и заглубленных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, для различных видов строительства.
Разработан НИИОСП им. Н.М.Герсеванова - филиалом ФГУП НИЦ "Строительство" (доктора техн. наук В.А.Ильичев и Е.А.Сорочан - руководители темы; доктора техн. наук: Б.В.Бахолдин, А.А.Григорян, П.А.Коновалов, В.И.Крутов, В.О.Орлов, В.П.Петрухин, Л.Р.Ставницер, В.И.Шейнин; кандидаты техн. наук: Ю.А.Багдасаров, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, Ю.А.Грачев, Ф.Ф.Зехниев, М.Н.Ибрагимов, О.И.Игнатова, И.В.Колыбин, Н.С.Никифорова, B.C.Поляков, В.Г.Федоровский, М.Л.Холмянский; инженеры: Я.М.Бобровский, Б.Ф.Кисин, А.Б.Мещанский); ГУП Мосгипронисельстрой (д-р техн. наук B.C.Сажин).
1 Область применения
Настоящий Свод правил (далее - СП) распространяется на основания и фундаменты вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений*, возводимых в открытых котлованах.
* Далее вместо термина "здания и сооружения" используется термин "сооружения", в число которых входят также подземные сооружения.
Настоящий СП не распространяется на проектирование и устройство оснований и фундаментов гидротехнических сооружений, опор мостов и труб под насыпями дорог, аэродромных покрытий, сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов, а также оснований глубоких опор и фундаментов машин с динамическими нагрузками.
2 Нормативные ссылки
В настоящем Своде правил приведены ссылки на следующие нормативные документы:
СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах
СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции
СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия
СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах
СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений
СНиП 2.02.02-85* Основания гидротехнических сооружений
СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах
СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии
СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения
СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения
СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения
СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод
СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления
СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты
СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции
СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия
СНиП 3.05.05-84 Технологическое оборудование и технологические трубопроводы
СНиП 3.07.03-85* Мелиоративные системы и сооружения
СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения
СНиП 12-01-2004 Организация строительства
СНиП 23-01-99* Строительная климатология
СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения
СП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства
СП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства
СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства (ч.I-III)
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) состава
ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием
ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний
ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 23061-90 Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности
ГОСТ 23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ 24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки
ГОСТ 24846-81 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений
ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация
ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования
ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету
ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
ГОСТ 30672-99 Грунты. Полевые испытания. Общие положения
3 Определения
Определения основных терминов приведены в приложении А.
4 Общие положения
4.1 Основания и фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) сведений о сейсмичности района строительства;
в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации;
г) нагрузок, действующих на фундаменты;
д) окружающей застройки и влияния на нее вновь строящихся сооружений;
е) экологических требований (раздел 15);
ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и других подземных конструкций.
4.2 При проектировании должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений на всех стадиях строительства и эксплуатации.
При разработке проектов производства работ и организации строительства должны выполняться требования по обеспечению надежности конструкций на всех стадиях их возведения.
4.3 Работы по проектированию следует вести в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными (4.1). Порядок разработки проектной документации изложен в приложении Б.
4.4 При проектировании следует учитывать уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751: I - повышенный, II - нормальный, III - пониженный.
4.5 Инженерные изыскания для строительства, проектирование оснований и фундаментов и их устройство должны выполняться организациями, имеющими лицензии на эти виды работ.
4.6 Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 11-02, СП 11-102, СП 11-104, СП 11-105, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.
Наименование грунтов оснований в описаниях результатов изысканий и в проектной документации следует принимать по ГОСТ 25100.
4.7 Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа основания, фундаментов и подземных сооружений и проведения их расчетов по предельным состояниям с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических условий площадки строительства и свойств грунтов, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.
Проектирование без соответствующего инженерно-геологического, а также инженерно-экологического обоснований или при их недостаточности не допускается.
Примечание - При строительстве в условиях существующей застройки инженерные изыскания следует предусматривать не только для вновь строящихся сооружений, но и для окружающей застройки, попадающей в зону их влияния.
4.8 Конструктивное решение проектируемого сооружения и условия последующей его эксплуатации необходимы для выбора типа фундамента, учета влияния конструкций на работу основания, а также на окружающую застройку, для уточнения требований к допускаемым деформациям и т.д.
2 принцип проектирования фундаментов
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫБОРУ ПРИНЦИПА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ
Рекомендации преследуют цель дать научное обоснование выбору принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий. Выбор принципа осуществляется на основе технико-экономического сравнения вариантов с оценкой надежности принимаемых проектных решений, что является новым в практике фундаментостроения на вечномерзлых грунтах. Расчеты выполняются на ЭВМ. В Рекомендациях описываются алгоритм и программа расчета, излагается вероятностно-экономический подход к выбору принципа, даются указания по назначению исходных данных. Рекомендации позволяют повысить качество проектирования и обеспечить экономически оптимальный уровень надежности проектируемых объектов.
Рекомендации адресованы проектным организациям, занимающимся вопросами строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов.
Работа рекомендована к изданию решением секции фундаментостроения на вечномерзлых грунтах Ученого совета НИИОСП.
Авторы Рекомендаций: докт. техн. наук Л.Н.Хрусталев, инженеры С.В.Яковлев и Г.П.Пустовойт.
ВВЕДЕНИЕ
При проектировании оснований и фундаментов зданий, возводимых на территории распространения вечномерзлых грунтов, принимается один из следующих двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований [1]:
принцип I - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии;
принцип II - вечномерзлые грунты основания используются в оттаявшем состоянии.
Каждый принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований в зависимости от мерзлотно-геологических условий может осуществляться несколькими способами фундаментостроения.
На участках, где слой сезонного промерзания-оттаивания сливается с вечномерзлыми грунтами, широко применяется способ фундаментостроения с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии (принцип I); конструктивно он выражается в заложении фундаментов в вечномерзлом грунте и устройстве под зданием вентилируемого подполья или другой охлаждающей системы. Этот способ обеспечивает долговечность здания, если одновременно обеспечивается нормальная работа охлаждающей системы и предусматриваются мероприятия по ликвидации теплового воздействия на грунты основания близрасположенных зданий.
Принцип I также может применяться на участках, где слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с вечномерзлыми грунтами. При неглубоком залегании верхней границы вечномерзлых грунтов, в пределах достигаемости их обычными свайными или столбчатыми фундаментами, этот принцип реализуется с помощью способа фундаментостроения с промораживанием грунтов основания в процессе эксплуатации здания. В этом случае фундамент опирают на вечномерзлый грунт, промораживание вышерасположенного талого слоя осуществляют в период эксплуатации за счет работы охлаждающей системы здания. При глубоком залегании верхней границы вечномерзлых грунтов принцип I реализуется с помощью способа фундаментостроения с предварительным промораживанием грунтов основания. Предварительное промораживание осуществляется установками искусственного или естественного холода до возведения фундаментов, после чего установки извлекаются из грунта, и поддержание мерзлого состояния основания в процессе эксплуатации осуществляется охлаждающей системой здания.
Однако более распространенными способами фундаментостроения на участках, где слой сезонного промерзания-оттаивания не сливается с вечномерзлыми грунтами, являются способы фундаментостроения, реализующие принцип II.
Если подстилающий слой является малосжимаемым, то его оттаивание не вызывает существенных деформаций и может быть допущено в процессе эксплуатации здания. В этом случае применяется способ фундаментостроения с приспособлением конструкции к неравномерным осадкам. Фундаменты такого здания работают, как в талом грунте, отличие заключается лишь в большей жесткости или, наоборот, гибкости надфундаментной конструкции. Однако это редко встречающийся случай. Обычно вечномерзлые грунты при оттаивании дают большие деформации, которые являются основной причиной разрушения строительных конструкций. Поэтому для обеспечения устойчивости здания применяют способы фундаментостроения с предварительным оттаиванием вечномерзлых грунтов основания или со стабилизацией начального положения верхней границы вечномерзлых грунтов.
Первый из них предусматривает предварительное оттаивание вечномерзлых грунтов на такую глубину, при которой их дальнейшее оттаивание в процессе эксплуатации здания не вызовет деформаций, опасных для целостности и устойчивости конструкции. При этом фундамент здания закладывают в талом или предварительно оттаянном грунте.
Второй предполагает заложение фундаментов в талом слое грунта, расположенном над вечномерзлым, и устройство под зданием вентилируемого подполья со средней многолетней температурой воздуха, близкой к нулю градусов.
Принцип II может применяться и на участках, где слой сезонного промерзания-оттаивания сливается с вечномерзлыми грунтами, если это диктуется технологическими соображениями и экономической целесообразностью.
Таким образом, в большинстве случаев по мерзлотным условиям невозможно однозначно определить принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания.
Строительные нормы и правила [1] рекомендуют выбор принципа осуществлять на основе технико-экономического сравнения вариантов. Однако в настоящее время под этим понимается лишь сравнение вариантов по их начальной стоимости. Такой подход нельзя считать обоснованным, поскольку при этом не учитывается надежность принимаемых решений. Очевидно, что варианты, отличающиеся по надежности, не могут быть сопоставлены по начальной стоимости. Поэтому для научно обоснованного выбора принципа использования вечномерзлых грунтов и способа фундаментостроения необходимо уметь оценивать надежность оснований и уметь её оптимизировать по стоимости. Эти вопросы рассматриваются в настоящих Рекомендациях применительно к перечисленным выше способам фундаментостроения. При этом в целях упрощения задачи рассматривается только один тип фундаментов - сваи и один тип охлаждающей системы - вентилируемое подполье.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Для ускорения внедрения в практику строительства последних достижений науки и техники и установления прямых связей между научно-исследовательскими и проектными организациями Госстрой СССР разрешил при разработке рабочих чертежей применять рекомендации головных институтов Госстроя СССР до включения их в нормативные документы. При этом соответствующая часть проекта, в которую вошли разработки научно-исследовательского института, должна быть выполнена с участием головного НИИ - автора работы.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 2.02.04-88, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
1.3. Выбор оптимального проектного решения по устройству оснований и фундаментов зданий на вечномерзлых грунтах следует осуществлять на основе минимизации суммарной приведенной стоимости здания, являющейся функцией его начальной стоимости и надежности основания:
, (1)
где - суммарная приведенная стоимость здания; - начальная стоимость здания, определяемая как сумма стоимостей надфундаментной конструкции, фундаментов и подготовки основания; - цена риска, определяемая надежностью основания согласно (2).
, (2)
где - производная функции надежности основания по времени; - процент отчислений на полное восстановление, принимается в зависимости от класса капитальности здания согласно [2]; - коэффициент экономической ответственности, принимается как отношение постороннего ущерба к начальной стоимости здания; - нормативный коэффициент приведения разновременных затрат, принимается согласно [3]; - текущее время; - период эксплуатации здания.
1.4. Под надежностью основания понимается его способность воспринимать внешние нагрузки и воздействия (тепловые и механические) с сохранением эксплуатационной годности возведенного на нем здания. Количественной мерой надежности является вероятность события, при которой выполняются предельные условия по несущей способности и деформациям основания в течение всего периода эксплуатации здания . Вероятность этого события за текущее время называется функцией надежности основания и описывается выражением (3).
, (3)
где - функция надежности основания; - несущая способность основания на момент времени ; - нагрузка на основание от здания; - величина совместной деформации основания и здания на момент времени ; - предельно допустимая величина совместной деформации основания и здания; - действующие на фундамент силы морозного пучения на момент времени ; - силы трения и сцепления фундамента с грунтом на момент времени .
1.5. Функция надежности основания определяется совокупностью действия множества природно-климатических и техногенных факторов, носящих случайный характер. Она вычисляется на электронно-вычислительной машине методом статистических испытаний (Монте-Карло) согласно алгоритму, изложенному в разделе 3 настоящих Рекомендаций. Алгоритм предусматривает также вычисление суммарной приведенной стоимости здания.
1.6. На вид и значения функции надежности можно направленно воздействовать с помощью нижеследующих управляющих параметров: мощности талого слоя, оставляемого под зданием к началу его эксплуатации ; глубины заложения фундаментов и модуля вентилирования подполья (отношение площади вентиляционных отверстий в ограждении подполья к площади здания в плане).
1.7. Сочетание управляющих параметров , и для конкретного здания, расположенного в конкретных природно-климатических условиях, однозначно определяет надежность основания, суммарную приведенную стоимость здания, принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания и способ фундаментостроения. Поэтому задача поиска оптимального проектного решения сводится к задаче поиска некоторого сочетания управляющих параметров, соответствующего минимуму суммарной приведенной стоимости.
1.8. Первому принципу использования вечномерзлых грунтов в качестве основания соответствует следующее сочетание управляющих параметров: , 0. При этом способу фундаментостроения с предварительным промораживанием грунтов основания отвечает соотношение ( - максимальная глубина залегания верхней границы вечномерзлых грунтов в естественных условиях в пределах пятна застройки). Способу фундаментостроения с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии и способу фундаментостроения с промораживанием грунтов основания в процессе эксплуатации - соотношение .
1.9. Второму принципу использования вечномерзлых грунтов в качестве основания соответствует следующее сочетание управляющих параметров: . При этом способу фундаментостроения с предварительным оттаиванием грунтов основания отвечают соотношения 0, ( - минимальная глубина залегания верхней границы вечномерзлых грунтов в естественных условиях в пределах пятна застройки). Способу фундаментостроения с допущением оттаивания грунтов основания в процессе эксплуатации - соотношения: 0, . Способу фундаментостроения со стабилизацией начального положения верхней границы вечномерзлых грунтов - соотношение 0.
1.10. Минимизацию функционала (1) рекомендуется осуществлять c помощью номограммы, связывающей между собой управляющие параметры , и с надежностью основания и приведенной суммарной стоимостью здания . Номограмма строится по результатам расчета , и для конкретных сочетаний и . Пример построения такой номограммы и пояснения по пользованию ею приводятся в приложении 3.
1.11. Все расчеты по выбору оптимального проектного решения следует осуществлять применительно к первичному элементу застройки (группа зданий), в пределах которого согласно [1] должен осуществляться единый принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований, и применительно к типичному инженерно-геологическому разрезу в пределах этого элемента.
1.12. Первичные элементы застройки, возводимые по принципу I и способу стабилизации, должны быть отделены от первичных элементов застройки, возводимых по принципу II, полосой безопасности, обеспечивающей тепловую защиту оснований от взаимного влияния зданий. Ширина полосы безопасности вычисляется по формуле:
, (4)
где - ширина полосы безопасности, м; - глубина заложения фундаментов, м; - параметр, определяемый по номограмме на рис.1, безразм.
Рис.1. Номограмма для определения
, (5)
, (6)
, (7)
где - температура поверхности грунта под ближайшим к полосе безопасности зданием, возводимым по принципу II, °С; - температура поверхности грунта в пределах полосы безопасности, °С; - средняя интегральная температура поверхности грунта в черте застройки, возводимой (возведенной) по принципу II, определяется по формуле (8), °С; - температура вечномерзлого грунта в естественных условиях на глубине 10 м, °С; - ширина ближайшего к полосе безопасности здания, возводимого по принципу II, м.
, (8)
где - температура поверхности грунта в пределах -го элемента застройки (например, здания, дороги, газона и т.п.), °С; - площадь -го элемента в процентах к общей площади застроенной территории; - количество элементов.
Читайте также: