УЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ОСНОВАНИЯ

УЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ОСНОВАНИЯ

"Основание, фундаменты и механика грунтов" №5 1997 год
© Л.Н.Хрусталев, М.Л.Шумилишский, 1997

Оцениваются изменения несущей способности вечномерзлого основания инженерных сооружений в ходе естественно-исторического развития природной обстановки и даются рекомендации по учету этих изменений а проектировании.
Статья написана по результатам работ, финансируемых Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 94-05-16195-а).

Как известно, прочность мерзлых грунтов, определяющая несущую способность основания, в значительной мере зависит от значения их отрицательной температуры, которая и свою очередь, зависит от климата и условий теплообмена на дневной поверхности. Главными климатическими параметрами, определяющими температуру вечномерзлых грунтов, являются

температура наружного воздуха и высота снежных отложений, которые, как показывают наблюдения испытывают значительные изменения в ходе естественно-исторического развития природной обстановки. Так, по данным многолетних метеорологических наблюдений на севере Западной Сибири, амплитуда колебаний среднегодовой температуры воздуха составляет 2°C, а максимальной высоты снежных отложений - 1 м. Такие значительные изменения климатических параметров безусловно вызовут и изменения несущей способности основания. Для количественной оценки этих изменений нами были выбраны две метеорологические станции, одна из которых (Марресале) расположена в районе с низкотемпературными мерзлыми толщами, а другая (Салехард) высокотемпературными. Период наблюдения на первой станции составил 24 года, на второй — 52 (рис. 1). рис. 2

На основе полученных данных методом математического моделирования по программе «WARM» были рассчитаны значения температуры веч померзлого грунта на глубине 10 м, которые в дальнейшем использованы для определения несущей способности железобетонных свай сечением 0.3x0,3 м и длиной 10 м для основании опор липни электропередач, антенно-мачговых сооружений и трубопроводов. Несущая способность определялась в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.04-88. При этом, для района Марресале в качестве грунтов основания принимались широко распространенные здесь высокольдистые суглинки, а для района Салехарда — малольдистые пески и супеси. Результаты расчетов температуры вечномерзлого грунта и несущей способности основания (рис.2) свидетсльствуют о том, что в результате естественно-исторического развития природной обстановки, температура грунта на глубине 10 м изменяется от -3,6 до -7,3°C (Марресале) и от -0.4 до -3,0 °C (Салехард). таблица 1

Этому изменению температуры соответствует изменение несущей способности от 2400 до 3100 кН (Марресале) и от 360 до 2256 кН (Салехард). Таким образом, при примерно одинаковых значениях амплитуды колебаний температуры грунта, амплитуды колебаний несущей способности значительно разнятся. В районе низкотемпературных вечномерзлых грунтов она составляет 102 % от минимального значения несущей способности.а в районе высокотемпературных грунтов - 525 %. Такое значительное снижение несущей способности неизбежно приведет к деформации сооружения, если это не будет учтено при проектировании.

Согласно СНиП 2.02.04-88 несущая способность основания рассчитывается по среднемноголетним значениям температуры наружного воздуха и высоты снежных отложений.с учетом поправочного температурного коэффициента g . 3начения g_t=1,0...1,1 для зданий и g_t=0,8 для линейных сооружений, приведенных в СНиП, по нашему мнению, завышены и нуждаются в существенной корректировке. Определим из статического анализа имеющихся в нашем распоряжении рядов несущей способности. В качестве расчетного значения примем минимальную величину несущей способности за период наблюдений, которую определим по формуле:

формула 1

Где F_n и S_n соответственно среднее значение и стандарт несущей способности основания за n лет наблюдений t (a, n) - квантиль распределения Стьюдента при одностороннем доверительном интервале с обеспеченностью a. Тогда поправочный температурный коэффициент будет равен

формула 2

Где V_n = S_n/F_n - коэффициент вариации несущей способности основания.

В табл.1 приведены значения g, вычисленные по формуле (2) для вышерассмотренных случаев при a=0,85. Как видно, коэффициент g_t, в значительной степени зависит от района строительства. Можно предположить, что он также зависнт от состава грунта, места расположения фундамента и его размеров. Рассчитанные значения таблица 2

g_t в зависимости от этих факторов, приведенные в табл.2, свидетельствуют о том, что зависимость эта существует, хотя от некоторых из факторов выражена слабо и ею можно пренебречь. Так, для низкотемпературных вечномерзлых грунтов (район Маррссале) для всех возможных случаев следует принять единый температурный коэффициент g_t =0,9, а для высокотемпсратурных вечномерзлых грунтов (район Салехарда) для зданий g_t =0,67, а для и ценных сооружений (соответствует случаю вне здания) — g_t = 0,49.
Из сопоставления этих коэффициентов с нормативными видно, что они существенно от них отличаются, как правило, в меньшую сторону. Это создает опасность для устойчивости сооружений, поэтому существующий СНиП 2.02.04-88 нуждается в корректировке.

Выводы
1. Естественно-историческое изменение климата сопровождается изменением несущей способности вечномерзлых оснований. При этом наибольшим изменениям подвержена несущая способность высокотемпературных вечномерзлых оснований.
2. Изменения несущей способности оснований могут сопровождаться деформациями сооружений, если они не будут учтены при проектировании. Это можно осуществить путем корректировки температурного коэффициента, входящего в расчетную формулу по определению несущей способности вечномерэлого основания.
3. Температурный коэффициент должен быть определен для каждого района области распространения вечномерзлых грунтов на основе статистической обработки существующих рядов метеорологических наблюдений за температурой наружного воздуха и снежным покровом.

Главная страница → Рытьё котлованов → Учет изменения температуры