Курсовая с практикой на тему Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне

Содержание:

1. Введение. 4

1.1 Сведения о вечномерзлых
грунтах и принципах их использования в качестве основания фундаментов зданий и
сооружений. 4

1.2 Краткая
характеристика района строительства. 15

1.3 Конструктивные
решения и материалы для строительства. 17

2. Инженерно-геологические
условия площадки строительства. 18

2.1 Выполнение дополнительных
физических характеристик грунта. 18

2.2. Назначение
теплофизических характеристик грунтов. 21

2.3 Составление паспорта
скважины.. 21

3. Составление плана
фундаментов. Сбор нагрузок. 23

3.1 Составление плана
фундаментов. 23

3.2 Выбор грузовых площадок. 23

3.3. Сбор нагрузок. 23

4. Расчет нормативных глубин
сезонного оттаивания. 28

4.1 Определение нормативной и
расчетной глубины оттаивания. 28

4.2 Определение нормативной
глубины сезонного промерзания. 30

4.3 Выводы.. 30 

1.1 Сведения
о вечномерзлых грунтах и принципах их использования в качестве основания фундаментов
зданий и сооружений

Вечно мерзлыми называют грунты, находящиеся в мерзлом
состоянии (имеют отрицательную температуру и лед в своем составе) в течение
трех лет и более. Вечномерзлые грунты представляют собой ярко выраженные
структурно-неустойчивые грунты, так как при их оттаивании происходят просадки в
результате нарушения природной структуры. При промерзании оттаявшего грунта
возможно его пучение.

Оттаивание и промерзание грунта, как правило, происходит
ежегодно в слое сезонного оттаивания или промерзания (деятельном слое),
находящемся в верхней зоне основания над толщей вечно-мерзлых грунтов.

Проектирование фундаментов, устраиваемых в районах
распространения вечномерзлых грунтов, является очень сложной задачей,
правильное решение которой возможно только с учетом процессов, происходящих в
деятельном слое и слое вечномерзлого грунта. Неправильный учет этих процессов и
характера их протекания часто приводит к недопустимым деформациям зданий и
сооружений, а в некоторых случаях служит причиной их полного разрушения.

Процессы, происходящие в слое сезонного промерзания и
оттаивания, а также в слое вечномерзлого грунта. В деятельном слое грунта,
оттаивающем и промерзающем в результате ежегодного изменения климатических
условий, происходят следующие процессы:

1. Колебания температуры в пределах толщины деятельного
слоя и слоя вечномерзлого грунта, которые фиксируются в результате
систематического измерения на определенных глубинах в скважинах. Наибольшим
колебаниям подвержен верхний слой, с глубиной они уменьшаются и ниже некоторой
границы температура практически не меняется. Эту границу называют границей
нулевых амплитуд сезонных колебаний температуры (рис . 1, а).

2. Промерзание и оттаивание грунтов, залегающих выше
границы оттаивания (рис. 1, а). Если в результате промерзания деятельный слой
сливается с вечномерзлым грунтом, то промерзание происходит одновременно снизу
и сверху, если нет, то промерзание происходит сверху вниз и имеется слой
непромерзшего грунта, располагаемого между вечномерзлым грунтом и замерзшим
грунтом верхнего деятельного слоя. Оттаивание происходит всегда сверху вниз.

Рисунок 1 — Схемы вечномерзлого грунта и деятельного
слоя:

1 — деятельный слой; 2 — граница оттаивания;
3 — слой вечномерзлого грунта; 4 — граница нулевых амплитуд сезонных колебаний
температуры; 5 — промерзший слой грунта; 6 — непромерзший водоносный слой
грунта; 7 — грунтовая наледь; 8 — направление движения подземных вод по склону

3. Морозное пучение грунта происходит во влажных
пылевато-глинистых грунтах и пылеватых песках в результате промерзания, которое
связано с увеличением, объема воды при замерзании и перемещением воды к фронту
промерзания из нижних горизонтов. В случае сливающегося деятельного слоя
пучение незначительно и не превышает 3% от толщины деятельного слоя. Пучение
может быть значительным и приводить к выпучиванию фундаментов, недостаточно
заделанных в вечномерзлом грунте, если грунт не промерзает до границы слоя
вечномерзлых грунтов и происходит миграция надмерзлотных вод в зону
промерзания.

4. Образование грунтовых наледей происходит при уклоне
местности, когда надмерзлотные воды, перемещаясь вниз (рис 1, б) по склону,
начинают скапливаться между промерзшим слоем 5 и слоем вечномерзлого грунта 3,
увеличивая тем самым давление в слое оттаявшего грунта б, в результате чего
может произойти разрыв промерзшего слоя с последующим вытеканием воды через
трещину и образованием грунтовой наледи.

5. Образование морозобойных трещин в результате
уменьшения объема при понижении температуры. Уменьшение объема приводит к
опусканию поверхности грунта и появлению горизонтальных растягивающих усилий,
развитию которых способствует выгиб промерзшего слоя вследствие более низких
температур у поверхности по сравнению с нижней зоной промерзания, что вызывает
более сильное сжатие поверхности грунта при меньшем его значении у нижней
границы зоны промерзания. Развитию выгиба грунта препятствует момент от его
собственного веса. Морозобойные трещины оказывают вредное воздействие на
подземные коммуникации (трубопроводы, силовые кабели и др.).

6. Солифлюкция или медленное сползание грунта по склонам,
при наличии пучинистых грунтов происходит в результате смещения частиц вверх
при развитии пучения при промерзании (из точки Л в точку А’ — на рис. 1, в) и
вниз (из точки А’ в точку Б) — при оттаивании под действием собственного веса.

7. Поверхностные оползни в результате увлажнения грунта
при оттаивании, его сдвиге и сползании по слою вечномерзлого грунта.
Одновременно с перечисленными выше явлениями, происходящими в деятельном слое
грунта, следует учитывать и процессы, протекающие в подстилающем слое
вечномерзлых грунтов:

1.
Колебания температуры в результате ежегодного изменения от точки,
соответствующей началу замерзания (в летний период), до некоторого
отрицательного значения (в зимний период), происходящих в верхней зоне слоя
вечномерзлого грунта при сливающемся деятельном слое.

2.
Образование морозобойных трещин и клиньев льда. Морозобойные трещины,
образовавшиеся в результате колебаний температуры в деятельном слое грунта,
продолжаются и в вечномерзлом, однако их ширина раскрытия здесь значительно
меньше, тем не менее они приводят к образованию и росту клиньев льда. В
весенний период времени вода по морозобойным трещинам, попадая в вечномерзлый
грунт, замерзает, превращаясь в лед. Известно, что морозобойные трещины
образуются, как правило, в одном и том же месте, в связи с этим ежегодно в
грунте поступает некоторое количество влаги, превращающейся в клинья льда.

3.
Возникновение термокарстовых просадок в результате интенсивного таяния
вечномерзлого грунта вместе с имеющимися в нем включениями льда, в том числе и
клиньев льда, обусловленного даже незначительным проникновением тепла в грунт.
Это приводит к значительным просадкам часто на несколько метров, а отсутствие
стока воды на данном участке территории вызывает образование термокарстового
озера, способствующего еще большему протаиванию грунта.

4.
Увеличение глубины оттаивания грунтов вследствие увеличивающейся застройки
городской территории, приводящей к росту просадок поверхности грунта из-за
изменения температурного режима и выделения дополнительного тепла в результате
бытовой н производственной деятельности людей.

Следовательно,
в пределах деятельного слоя и слоя вечномерзлых грунтов одновременно протекает
много процессов, комплексный учет которых необходим при строительстве в районах
распространения вечномерзлых грунтов.

Принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве
оснований сооружении. В настоящее время при проектировании и строительстве
зданий и сооружений на основаниях, состоящих из вечномерзлых грунтов,
существует два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве
оснований:

I принцип — вечно мерзлое состояние грунта основания
сохраняют в течение всего периода строительства и эксплуатации здания или
сооружения;

II принцип — вечномерзлые грунты оснований используют в
оттаявшем состоянии с оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения или
в процессе эксплуатации здания.

Строительство по I-му принципу для сохранения
вечномерзлого состояния оснований.

Принцип I применяют в случае, когда грунты застраиваемой
территории можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных
затратах на мероприятия, обеспечивающие такое состояние. Это возможно при
следующих конструктивных решениях:

а) возведение зданий и сооружений на подсыпках (рис. 2,
а) и теплоизоляцию поверхности (рис. 2, б); используют при относительно
нешироких зданиях (до 10 м), так как в этих случаях грунт охлаждается за счет
поступления холода с боков и обеспечивается снижение поступления тепла в грунт
от существующего здания;

б) устройство вентилируемых подполий (рис. 2, в) особенно
целесообразно при возведении жилых, общественных и гражданских зданий; чаще
всего предусматривают свободно проветриваемое подполье с поднятием полов
первого этажа на перекрытия, располагаемые над поверхностью земли; по боковым
граням в стене устраивают продухи для свободной циркуляции воздуха, а в
подполье — разводку трубопроводов;

в) устройство холодных первых этажей (рис. 2, г),
предусматриваемых вместо холодных подполий, если это целесообразно по
технологическим требованиям и обусловлено теплотехническим расчетом, причем их
высота должна быть не менее 1 м;

г) использование охлаждающих каналов и труб (рис. 2, д)
для тяжелых зданий и сооружений со значительными нагрузками наполы или при
нецелесообразности устройства подполий; иногда используют комплексное решение:
охлаждающие трубы и каналы в сочетании с вентилируемым подпольем;

д) использование саморегулирующих охлаждающих устройств
(рис. 2, е), которые с помощью искусственного охлаждения, получаемого в
результате циркуляции специального газа (фреона) или жидкости (керосина),
понижают температуру окружающего грунта. Чаще всего данный метод исцользуют как
вспомогательное средство для обеспечения заданного температурного режима
вечномерзлых грунтов или создания заслонов промерзшего грунта для зашиты от
теплового влияния соседних здании и подземных вод.

При строительстве оснований и фундаментов по принципу
необходимо использовать мероприятия, исключающие проникновение тепла в грунт, и
обеспечивать охлаждение поверхности грунта под зданием или около него.

Как правило, при возведении фундамента по принципу
применяют свайные фундаменты, допускается также использование железобетонных
столбчатых фундаментов и монолитных бетонных.