ВВЕДЕНИЕ

Ме тодики испытаний, которые бы позволяли при прое ктировании фундаментов учитывать переменные во времени нагрузки и другие факторы, связанные с принципами использования вечн оме рзлых грунтов и технологией ведения строительных работ, не нашли отра жения в тр ебованиях Норм строительного проектирования.

В соответствии с об щ ими положе ниями проектирования по предельны м состояниям учет переменных во времени факторов должен осуществляться через коэффициенты условий работы. Коэффициенты условий работы вводятся к нормативным сопротивлениям грунта или льда и показывают неточность отраж ения действительных усл овий работы сооружения в расчетных схемах, принятых при нормировании сопроти влений.

Настоящие Рекомендации направлены на восполнение этого пробела в нормах строительного проектирования. Базиру я сь на кинетических уравнениях для характеристик деформатив ных с войств мерзлых грунтов, Рекомендации позволяют по результатам сравнительно простых испытаний переходить к расчетам оснований и фундаментов при различных сочетаниях статических и динамических нагрузок.

Рекомендации состоят из общих положений, ч е тырех основных разделов и пр ил ожений. Общие положе ния регламентируют область применения Реком ендаций. Во втором, третьем и четвертом разделах прив одятся методики определения нормативных сопротивлений, характеристик деформативн ых свойств и коэ ффициентов условий работы мерзлых грунтов и подземного льда. Заключительный раздел Реком ендац ий содержит требования по измерению осадок, нагрузок и температур грунта во время испытания. В приложении даны классиф ик ация кинетических уравнений и правила конструи ровании интегральных функций, необходимых для расшифровки матер иалов испытаний с помощью ЭВМ.

Рекомендации разработаны ст. научным сотрудником А .К . Косинским в и нституте « Красноярский промст ройниипроек т» .

Применение Рекоменд аци й будет способствовать более полному использованию пластических свойств мерзлых грунтов и подземного льда при проектировании фундаментов и в других случаях использования мерзлых грунтов в каче стве материала и среды, в которой возводятся инженерные сооружения.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 . Настоящие Рекомендации дополняют главы СНиП II -Б.6-66 , II -А. 1 3- 69, « Пособие» (М., 19 69) И СН 450-72 методиками определения нормативных сопротивлений, характеристик дефо рм ативн ых свойств и коэффициентов условий работы мерзлых грунтов и подз емного льда.

Рекомендации распространяются на проектирование фун д аментов и проверку их экспл уатационной надежности во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

1 .2. Применение Рекомендации позволяет проектирование оснований и фундаментов проводить с учетом изменения во времени:

а) нагрузок, составляющих расчетное сочетание;

б) мерзлотной обстановки и температурного режима грунтов;

в) положения границ зоны оттаивания-промерзания.

1 .3. И спытания, п редусматриваемые Рекомендациями, п роводятся по специальным программам, допускающим определение полного или частичного набора параметров механических свойств мерзлы х грунтов и подземного льда, необход имых для расчетов оснований и фундаментов по предельным состояниям при статических и динамических нагрузках.

Длительность испытаний устанавливается исходя из дейс твите льных условий работы фундаментов в нестационарном поле темпе рат ур.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ И ПОДЗЕМНОГО ЛЬДА

2. 1 . Нормативные сопротивления мерзлых грунтов и подземного льда уточняю тся для конкретных мерзлотно-грунтовых условий и для принятой технологии работ по возведению фундаментов.

2.2. Велич и на нормативных сопротивлений устанавливается для средне интегральной по толще мерзлых грунтов температуры, определяемой по форм ул е

(1)

где h ′ - длина вмороженной части сваи или заложение подошвы ш тампа плюс не менее:

3,0 пер и метра сваи - для свай в вечном ерзлых грунтах при льдистости Λ_в ≤ 0,4;

3,0 периметра скважины - для свай в сильно льди стых грунтах и подземных льдах;

2,0 диаметра - для штампов;

q - число i -ых участков мощностью Δh_i , н а кот оры е разделана толща h ′ при измерении температуры.

2.3. Испытания могут проводиться в любое время года с соблюдением следующих требований:

а) испыт ы вается не менее трех свай или штампов одинакового типоразмера в идентичных мерзло тно-грунтовых условиях и при одинак овых с редне интегра льных температурах в толще мерзлых грунтов;

б) пробные нагрузки в испытании поддерживаются постоянными и принимаются равными несущей способности основания Ф (определяемой согласно требованиям главы СН иП II -Б.6 - 66 и СН 450- 72), умноженной на коэффициенты, указанные в табл. 1, соответственно для первой, второй и третьей свай или штампов.

Таблица 1

Период года при испытании	Коэффициенты для назначения пробных нагрузок
Летне-осенний	0,5	0,7	1,1	(0,6	0,8	1,2)
Зимний	0,7	1,0	1, 4	(0 , 8	1 ,0	1, 5)
Весенний	0,9	1,2	1, 6	(0,9	1 ,2	1, 8)

Приме чан ие . З десь и далее об означен ия без скоб ок от носятся к мерзлым гру нтам в пл асти чно-ме рзлом состоянии, а в скобках - в твердо мерзлом.

в) при испытании регистрируются темп ература грунта и пере мещения опытных свай и штампов во времени, а при оснащении опытных свай тензометрическими устройствами - сопротивления грунта вдоль боковой поверхности сваи и под нижним торцом;

г) программа испытаний по определению нормативных с опротивле ний мерзлых грунтов и льда считается выполненной, если средн е интегральна я по толще мерзлых грунтов темпе ратура в конце испытания изменилась по отноше нию к начальному моменту не боле е, чем на 10 проц .

д) дальнейшее испытание свай проводится в режиме ступенчатого нагружения, результаты которого необходимы для оп ределения деформативных свойств и коэффициентов условий работы;

е) длительность испытания свай и штампов назначается по у с ловию

τ_i < τ_i+1 < ... < K _доп T, i = 1, 2, 3, ..., (2)

где τ_i - время до условной стабилизации осадок i - ы х свай или штампов;

K_доп - допустимая относительная длительность испытания;

T - период колебаний температур грунта в толще мерзлых грунтов, равный 8760 час .

2.4. Время до условной стабилизации осадок i -ых свай или штампов устанавливается по приращениям относительных деформаций, п ревыш ающим 0,01 за следующие интервалы времени: для песков - 1 2 (6); супесе й - 24 (1 2); суглинков и глин - 48 (24) час.

2.5. Допустимая относи тельная длительность испытаний опре деляется по ф ормуле

(3)

г де τ′ и τ″ - начало и конец испытания, отсчитываемые от момента времени, когда на поверхности толщ и вечномерзлы х грунтов температура равна нулю.

Допустимая относительная длительность испытания должна удовлетворять уравнению

(4)

где Ф′(τ) - условная скорость изме нения несущ ей способности основания в связи с годовым ходом температур в толще вечноме рзлы х грунтов;

Ф_i - несущая способность i -ой сваи или штампа к моменту начала испытания;

q - количество участков мощно с тью Δτ_j , на которые делит с я продолжительность испытания i -ой сваи или штампа.

2.6. При проведении испытаний в летне-осенн и й период в уравнен ии ( 4) принимается Ф i = Ф , что соответствует усл ови ю Ф′(τ) = 0, где Ф устан авливается согласно требованиям главы СН иП II -Б.6 - 66 и СН 450-72. Допустимая относительная длительность испы тания определяется по формуле

K_доп = 0,15 { arctg [(1 - 1,1 α )^v - (1 - 1,1 α )^v^{- 0,5} ] ln (1 - α )}, (5)

где α - безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 7 п. 5.8 главы СНиП II -Б.6 - 66, а для засоленных и сильно-льдистых вечномерзлых грунтов - по СН 450- 72;

v - параметр, равный для грунтов в т ве рдомерзлом состоянии I , а в пластично-мерзлом - 0 ,5.

Назначение допустимой относительной длительности испытаний может осуществляться по табл. 2.

Таблица 2

Допустимая относительная длительность испытания K_доп

Состояние мерзлого грунта	Значение допустимой относительной длительности испытания при α _t или α _э , равном
Состояние мерзлого грунта	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
1 . твердомерз лое	0,06	0, 11	0, 1 3	0, 1 7	0,23	0,32
2. пластично-мерзлое	0,03	0,07	0,08	0, 1 2	0, 1 3	0, 1 9

Пр имечание . Коэффициент α t принимается для штампов, к оэффициент α_э - для свай.

2. 7 . Нормативное сопротивление мерзлых грунтов и подземного льда R , кг/см² устанавливается по формуле

(6)

где a₁ и b₁ - вс п ом ога те льные коэффициенты, характеризующие зависимость между величиной i -ых пробных нагрузок и расчетным временем до стабилизации осадок t_i ;

a₂ и b₂ - т о же , для времени до разрушения (срыва сваи или штампа) t^*_i .

Нормативные сопротивления определяются для расчетов, связанных с использовани ем мерзлы х грунтов и подземного льда в качестве :

а) осн ов ани й - для сдвиг а грунта по грунту и по прослойкам под земн ого льда (СН 450-72) и сопротивления R^* и R_cgi для р асчета фундаментов (СН иП II -Б.6-66);

б) материала и ср е ды , в которой возводятся сооружения, - для сдвига, растяжения и сжатия.

При частичном наборе параметров, устанавливаемых в испытаниях, допускается нормативные сопротивления определять по формуле:

(7)

где a₁ и b₁ - то же, что и в формуле ( 6);

t_э - срок слу ж бы сооружения , принимаемый согласно требованиям главы СН иП II -А.3 - 62 «Классификация зданий и сооружения. Основные положения проектирования».

При испытании в летне-осенний период в формулах ( 6) и ( 7) нормативное сопротивление R заменяется на Ф_сп - несущую сп особность основания, устана вливаемую по п. 5 .11 С НиП II -Б .6-66 .

2.8. Расчетное врем я до стаби лизации осадок устанавливается по формуле

(8)

где a₃ , b₃ - вспомогательные коэфф ици енты, характеризующие накопление осадок во времени;

e_к - осадка i -ой сваи или штампа в конца испытания, отнесенная к периметру сваи или диаме тру штампа;

τ_к - время до условной стабилизации осадок.

2.9. Всп омогат ел ьные коэффициенты в формулах ( 6 , 7 и 8 ) устанавливаются по формулам ( 31 ) - ( 32 ) п. 5.7 настоящих Реком е ндаций при:

а) X = ln ( t_i + 1), Y = 1 / σ_i (где t_i - расчетное время до стабилизации осадок при σ_i < R , σ_i - величина i -ой пробной нагрузки, отнесенная к боковой пове рхности сваи или площади штампа) для a₁ и b₁ ;

б) X = ln ( t^*_i + 1), Y = 1 / σ_i (где t^*_i - время до разру шения , срыва сваи или штампа, при σ_i > R , σ_i - величина i -ой проб н ой нагрузки, отнесенная к боковой поверхности сваи или площади штампа) для a₂ и b₂ ;

в) X = τ , Y = τ / e (где τ - время испы тани я, e - осадка, о т несенн ая к периметру сваи или диаметру штампа) для a₃ и b₃ .

Для определения Ф_сп вспомогательные коэ фф иц иен ты находятс я при:

Y = 1 / N_i для подпунктов « а» и « б» настоящего пункта;

Y = τ / s для подпункта « в» , где s - осадка сваи ил и штампа.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМАТИВНЫХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ «СВАЯ - ОСНОВАНИЕ» ИЛИ «ШТАМП-ОСНОВАНИЕ»

3. 1 . Характер ист ики деформати вны х свойств системы « свая - основание» или «ш тамп - основани е» определяю тс я через параметры ползучести мерзлы х грунтов и подземного льда и необходимы для расчета оснований и фундаментов по деформациям.

3.2. Параметры по л зучести мерзлых грунтов и подземного льда уточняются для местных мерзлотно-грунтовых ус ловий и д ля принятой технологии работ по возведению фундаментов.

3 .3. Дл я определения параметров полз учести проводится испытание не менее трех свай или штампов с соблюдением следующ их требований:

а) начало испы т ани я предус мат ривается в любой период времени года с соблюдением условия

t^*_i < t_i+1 < ... ≤ K_доп T, i = 1, 2, 3, ..., (9)

где t^*_i - время до разрушения (сры в а сваи или штампа) i -ой сваи или штампа, определяе м ое по п. 5.6 настоящих Рекомендаций.

Допустимая относительная длительность испытания K_доп н азначается согласно пп. 2.4 - 2.5.

б) ис пы тыв ается не менее трех свай или штампов: два испытания проводятся при одинаковой сред неинтегральной темпе ратуре и одно - при температуре, отличаю щейся от температуры грунта в первых двух испытаниях не менее, чем на 30 - 40 проц. , что достигается переходом на другую длину свай (при параллельном их испытании) или испытанием свай и штампов в разное время года;

д ) величина проб ной нагрузки прин имается равной н есуще й способно сти основания Ф, определяемой согласно требованиям главы СН иП II -Б.6 - 66 и СН 450- 72 с коэффициентами в 4 - 5 раз выше, чем в испытаниях по п. 2.2 настоящих Рек омендаци й.

3.4. Полный набор парам е тров ползучест и мерзлых грунтов и подземного льда необходим дл я расчетов, связанных с учетом переменных нагрузок и температур, и включает:

а) безразмерн ы й параметр ядра ползучести λ ;

б) коэффициент упрочнения m ;

в) безразмерные параметры я дра ползучести | θ | и K ;

г) параметр ω ′, кг/см².

3.5. Без ра зме рны е параметры λ и m опред ел яю тс я по результатам испытаний свай или штампов при один ак овых тем пера турах по формулам

(10)

(11)

где q - число j - ых сочетаний, составленных из свай или штампов, испы танных при одинаковой температуре;

N_i_,_j и N_i_+1,_j - пробные нагрузки i -ых свай и ш тампов;

t^*_i_,_j и t^*_i_+1,_j - время до разрушения (срыва i -ых свай или штампов);

λ_j - параме тр, определяемый по формуле ( 10) при q = 1;

b_i_,_j и b_i_+1,_j - вспо могательн ые коэффициенты, устанавливаемые по п. 3.7 настоящих Рекомендаций.

3 .6. П араме тр ползучести | θ | принимается равным с реднеинтегр альн ой температуре в толще мерзлых грунтов без учета знака « минус» и устанавливае тся по п. 2.2 настоящих Рекомендаций.

Параметры K и ω′ определяются по формулам

(12)

(13)

где a_i , a_i₊₁ - вспомогательные коэффициенты для i -ых свай или штампов при общ е м их количестве n , устанавл и ваемы е по п. 3.7 настоящи х Рекомендаций.

Прим е нительно к штампам произведение uh в формуле ( 13) заменяется на площадь подошвы штампа.

3.7. В спом огате льные коэффициенты a_i и b_i и b_i _, _j опреде л яютс я со отв ет ств енн о как a и b по формулам ( 31 ) , ( 32 ) при , Y = ln e ( τ ), г де τ - время испытания, t ₀ - единичный парамет р, час; e ( τ ) - осад к а, отнесенная к периметру сваи или диаметру штампа.

3.8. П ри проектировании оснований и фундамент ов по де формациям допускается принимать ; и перех одить к параметру K_Λ , см⁴/кг²час :

K _Λ = (ω′ t ₀ )^-2 (1 + | θ |)^1-2 ^K . (14)

Расчет ы вы полняются в соответствии с « Пособием» к п. 5 .7 главы СНиП II -Б.6-66.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ УСЛОВИЙ РАБОТЫ

4. 1 . К оэффи циенты условий работы ме рзлы х грунтов и подзе мно го льда устан авли ваю тся согласно т ребов аниям главы СНиП I - А. 10-72 « Ст роит ельные конструкции и основани я. Основные положения проектирования » и предназначены для учета действи тельных условий работы оснований и фундаментов.

4.2. Величина коэффициента условий работы определяется в з ависимост и от принятого при нцип а использования вечноме рзлых грунтов основания, технологии и темпов ве дения строительных работ и назначения сооружений.

Коэффициенты услови й работы устанавливаются на мом ент времени, отдаленный от начала эксплу атации сооружения и равный сроку его службы.

4.3. Принцип использования вечно ме рзлых грунтов основания учитывается нормированием коэффициентов условий работы для изменений во времени:

- мерзлотной обстановки застраиваемой территории;

- температурного ре жима грунтов;

- границ зоны оттаивания основания.

4.4. Технология ведения строительных работ при назначении коэффициентов условий работы учитывается в зависимости от условий раннего по г руж ени я фундаментов, допустимого темпа монтажа конс трукций и директивных сроков ввода сооружения в эксплуатацию.

4.5. Назначение сооружения при нормировании коэффициенто в условий работы должно учитываться в зависим ости от удельного веса длительно действующих нагрузок, степени ответственности сооружения, конфигурации характерных циклов изменения нагрузок и режимов их приложения, а в необходимы х случаях - с учетом изменения во времени расчетных схем сооружени й, роста нагрузок при реконструкции предприятий и модернизации технологическо го обо рудов ания.

4.6. П ри назначении коэф фициентов условий работы переменные факторы, указанные в пп. 4.3 - 4.5 учитываются в наиболее невыг одн ой комбинации.

4.7 . К оэффициен ты условий работы определяются по мате риалам испыт аний свай и штампов пробными нагрузками, по результатам прогнозных теплотехни ческих расчетов, данных инженерно-геологических из ысканий и опыта эксплуатации сооружений.

4.8 . Коэффициенты условий работы определяются на основе кинетиче ских уравне ний пе рвого и второго типа.

Классификацию кинетических уравнений см . в приложениях 1, 2 настоящих Рекомендаций.

4.9. Выб о р типа уравнений производится в зависимости от укрупненных констант C₁ и C₂ .

Испытания по определению укрупненных констант С₁ и С₂ обязательны при проектировании сооружений со значител ьным и ди намическими нагрузками: анкерных опор ЛЭП , искусственных сооружений на автомобильных и железных дорогах I и II категории, фундаментов под мотор-генераторы и компрессоры, фундаментов зданий эле к тростанций, промышленных сооружений с мостовыми кранами и другими средствами технологического тран спорта тяжелого и весьма тяжелого режимов работы.

4. 1 0. Испытания должны проводиться по программам, обеспечивающим:

а) определение параметров, предусмотренных пп. 2.1 - 2.3, 3.3 и 3.4 настоящих Рекомендаций, или только параметров ползучес т и мерзл ых грунтов и подземного льда;

б) оценку теплообразования внутри деформируемой зоны вечном ер злого грунта при длительных динамических нагрузках;

в) учет релаксации и восстановления напря ж енного состояни я в мерзлых грунтах при последовательных чередованиях периодов « нагруж ени я» и « отдыха» ;

г) испытания свай или ш тамп ов (не менее двух) при переменном во времени поле температур.

4. 11 . Применимость уравнения первого или второго типа устанавливается по наименьшему из условий

ρ_оп < ρ_доп, (1 5)

где ρ_оп - показатель точности, характеризующий разброс укрупненных к он стан т C₁ и C₂ о т носительн о св оих средних значений;

ρ_доп - то же, д опуст имы й показатель точности, прини маемый для ответственных сооружений 1 0 - 20, а для сооружений массового строительства - 25 проц .

Показатель точности определяется по формуле

(16)

где n - число опр е делений укрупненных констант C₁ ил и C₂ по материалам испытаний;

- средняя величина константы;

C_i - значение константы C₁ или C₂ в i -ом испытании.

4. 1 2. Укрупненная константа C₁ , , опре деляетс я по формуле

(17)

где q - число j -ых участков длительностью Δt_j , в преде лах которых пробная нагрузка N_i , сре д не интеграль ная по в ремени и температура (θ₁Δ t_j ) и выс ота вмороженной части сваи h_j приним аются п остоя нным и;

- функция средне инте грал ьной по времени темпе ратуры , равная

(18)

Сумма всех выде ленны х участков Δ t_j должна составлять полное время до разрушения (срыва сваи или штампа). Остальные обозначения в формулах ( 17) и ( 18) соответст вуют зав исимостям ( 10) - ( 14).

4. 1 3. Укрупненная константа C₂ , кг/см² · град., опре деляется по формуле

(19)

где θ₀ - постоянная, равная единице, град;

q - чи сл о j -ых участков дл ительност ью Δ t_j , в предела х которых пробные нагрузки, скорость осадок и средне интегральную температуру грунта можно считать монотонно меняющимися или постоянными;

A_1,_j , α_1,_j - вспомогательные коэф ф ициенты, характеризующие измен е н ия нагрузок на j -ом участке испытания;

A_2,_j , α_2,_j - то же, изменение осадок;

A_3,_j , α_3,_j - то же, изменение средне интегральных по времени темпе ратур грунт а.

При расчетах по формуле ( 19) вс пом ога тел ьный коэффициент α_3,_j вводится с противоположным знаком.

4. 1 4. Вспомогательные коэффициенты в формуле ( 19 ) устанавливаются пр и A = a и α = b по формулам ( 31 ) - ( 32 ) настоящих Рек омендац ий для X = ln ( Δt_j + 1) , где Δt_j - длительность j -го участка испытания, при:

а) Y = ln σ_i_,_j (где σ_i_,_j - пробная нагрузка, отнесенн ая к боковой поверхности сваи ил и штампа на j -ом участке ис пытания) для A_1,_j и α_1,_j ;

б) Y = ln e_i_,_j (где e_i_,_j - осадка, отнесенная к периметру сваи или диаметру штампа) дл я A_2,_j и α_2,_j ;

в) Y = ln |θ_j | (где θ_j - параметр, равный сред н еин тегральной температуре без знака минус) для A_3,_j и α_3,_j ;

4. 1 5. Для расчетов, связанных с использованием мерзлых грунтов и подземного льда в к аче стве материала и среды, в которой возводятся сооружения, укрупненные константы C₁ и C₂ уста н авливаю тся п о результатам испытаний на сдвиг, растяжение и сжатие.

4. 1 6. Коэффициенты условий работы КУР определяю тс я по формулам

(20)

(21)

где J_j и - инт е гральные функции, учитывающие факторы, указанные в пп. 4.3 - 4.5 соотве тственн о в кинетических уравнениях первого и второго типа.

При расчетах по формулам ( 20 ) - ( 21) нормативное сопро тивление ме рзлых грунтов может заменяться несущей способностью основания, определяе мой в соответствии с главой СНиП II -Б.6-66 и строительными нормами СН 450- 72 или несущей способностью Ф_сп.

Правила конструирования интегральных функций привод я тся в приложен ии 3.

При использовании мерзл ы х грунта и подземного льда в качестве материала и среды, в которой возводятся сооружения, коэффициенты условий работы устанавливаются по результатам испытаний на сдвиг, растяжение и сжатие.

4. 1 7. При переменном во времени коэффицие нте упрочнен ия m = m ( t ) вели ч ина КУР определяется по средне интеграл ьному е го значению, равн ому

(22)

где q - ч исло участков мощностью Δ t_i , на которые делится г рафическая зависимость коэффициента упрочнения во в ремен и при

4. 1 8. При проектировании зданий и сооружений с нагрузками легк ого и среднего режим а коэффициенты условий работы принимаются по табл. 3.

Таблица 3

Назначение помещений в зданиях	Значения КУР при коэффициенте упрочнения m , равном
Назначение помещений в зданиях	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
1 . К ульту рно-быт овых с удельным в есом временных н агрузок 0,2 - 0,3	1, 2	1 ,2	1 ,4	1 ,5	1 ,6
2. Промышлен ны х - ти па стоянок транспорта, га ражей , складов перио дичес кого на полне ния	1 ,3	1 ,4	1, 7	1, 8	2,0
3. П ромышле нны х с цеховым транспортом и удельным весом временных н агруз ок 0,2 - 0 ,3	1 ,4	1 ,8	2,0	3,0	4,0
4. То же , с у дельн ым весом временных нагрузок 0,6 - 0,8	1, 0	1 ,1	1,2	1, 3	1 ,4

Примечание . Коэффициенты отн осятся к температуре грунта, определяемой по формулам ( 10) и ( 11) СНиП II -Б.6-66. При учете колебаний те мпера ту р грунта в годовом цикле значения коэффициентов могут быть повышены при глуби не заложения фундаментов до 3 м на 20, до 5 м - на 1 0, а дл я св ай - на 30 проц .

4. 1 9. При разработке проектов организации работ рекоме ндуется действите льные условия работы фундаментов , насыпей и других элементов земляных и лед огрунтовых сооружений в строительный период оценивать через показатель допустимого тепла нагруж ения и относительную температуру θ_э / θ_с , при которой обеспечивается устойчивость основания или элементов земляного сооружения.

4.20. Показатель допустимого темпа нагружения определяется по формуле

(23)

где α, β, γ, δ - вспомогательные коэффициенты, характеризующие изменение нагрузок , расчетной схемы основания или элементов землян ого сооружения и температуры грунта, равные

α = ρ_с / ρ_э; ; ;

, (24)

гд е ρ_с, ρ_э - удельные нагрузки, кг/см², к моменту окончания строительства t_с и при эксплуатации сооружения t_э ;

, и θ_с, θ_э - интенсивность касательных напряжений от единичных сил и параметры, равные сред неинтеграл ьн ой по времени температуре, соответственно во время строительства и эксплуатации сооружения.

В расчетах по формулам ( 23 ) - ( 24) допускается температуру во время эксплуатации сооруж ения θ_э определять по пп . 5.7 - 5.8 главы СНиП II -Б.6-66.

Относительная температура, при которой обеспечивается устойчивость сооружения в о время строительства, устанавливается по формуле

(25)

где λ, k , m - пара метры ползучести;

- показатель допустимого темпа нагружения.

Предусмотренный в проекте организации работ рост нагрузок должен проверяться расчетом, если показатель допустимого темпа н агр у жения больше единицы.

4.2 1 . Несущая способност ь фундамента Ф( t ) в моме нт времени t , о тс читы вае мый от начала нагруж ения, оце нивается по формуле

(26)

где u и h_c - периметр и дли н а вмороженной части сваи во время строител ьства.

5. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗМЕРЕНИЯМ. ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА ИЗМЕРЕНИЙ

5 .1 . Нормативные сопротивл ен ия фундаментов, деформативные свойства системы « свая - ос нование» , «ш тамп - осн ование» и коэффициент условий работы устанавливаются на основе измерения нагрузок, осадок и температуры грунта.

5.2. Измерения производятся с помощью:

- динамометров, к онтрольных грузов и манометров, о беспечивающих определ ение нагрузок с точностью 50 кг и менее;

- индикаторо в , деформоме тров или прогибомеров, обес печив ающ их определение осадок с точностью 0,05 и менее;

- термометров или терморезисторов, позволяющих определить те м перат уры грунта с точнос тью 0,1 °С;

- часов общего назначения или отметчиков времени, обеспечивающих фиксирование времени и спытания с точностью не более 0,5 мин.

Периодичность сня ти я отсчетов зависит от вида нагрузок и оговарива ется программой испытания.

5.3. Осадки измеряются на каждой ступени нагрузок, отсче ты сни маются послед овате льно чере з 5, 1 0, 20, 30, 60 мин. и далее на протяжении 6 - 10 часов через каждые 2 часа . При переходе оса док в стадию прогрессирующего течения отсчеты берутся через 60, 30, 20 мин .

5.4. Температура из меряетс я в поверхн ос тн ом слое сезонн ого оттаивания и промерзания и в толще мерзлых грунтов в точках, расположенных не менее, чем через 0,5 - 1 ,0 м и с учетом требований п. 2.2 настоящих Р е комендаций.

5.5. При испытании свай или штампов переменными нагрузками необходимо контролировать заданный закон изменения нагрузок и по результатам измерений строить синхронные по вр е мени з ависимости для нагрузок, осадок и температур грунта.

5.6. Пер в ичная обработка измерений состоит в определении:

а) среднеинтегральной по време н и нагрузки

(27)

где τ_i - продолжительность испытания;

q - число j -ых интервалов времени, внутри которых изменчивостью н агрузок можно пренебречь;

Δτ_j - длительность j -го и н тервала ;

N_i_,_j - величина нагрузки на j -о м интервале;

б) среднеинтегральн о й п о толще мерзлых грунтов темпер ату ры в заданные моменты времени

(28)

где h + h ′ - длина вмороженной части сваи с учетом требований пп. 2.2 и 5.4;

θ_i - - тем пература i -го слоя веч н омерзлого грунта мощностью Δ h_i , на которые разбивается г лу бин а h + h ′ ;

q - количество участков, внутри которых измеряется темпе р а тура;

в) средне ин теграл ьн ой- по в ремени тем пературы грунта

(29)

где τ_i - продолжит ельнос ть ис пытания;

q - ч исло ин тервалов времени, на которых изменчивостью температур можно пренебречь;

А - средне интегральная по толще мерзлых грунтов температура в j -ый ин те рвал времени испытания;

Δ t_j - длительность j -го интервала испытания ;

г) времени до разрушения

(30)

где a_i , b_i - вспомогате льные к оэффицие нты, характеризующие накопление деформаций на стадии затухающей ползучести;

a ′_i , b ′_i - то же, на стадии пр о грессирующего течения.

5.7. Вспомогательные коэффициенты определяются по формулам

(31)

(32)

где n - число опы тных точек ;

a - коэффициент, равный ординате, при X = 0;

b - тангенс угла наклона спрямленн ой к ривой;

X и Y - координаты спрямления, п ри нима ем ые по пп. 2.9, 3.7, 4.14 настоящих Рекомендаций.

5.8. По результата м контро ля пробных нагрузо к и измерения температуры грунта устанавливаются фактические отклонения от заданного режима н агруже ния. Нагрузки и температуры относятся к постоянным, если в н ачал е, конце и середине испытания на заданной ступени нагрузк и результаты измерений отличаются не более, чем на 5 - 10 проц.

5.9. Требования Рекомендаций ра с пространяются на испытание о бразцов грун та и горных пород в условиях пол зуче сти.

Приложения 1

КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

1 . Общая форма кинетических уравнений определяется усло виями длительной про чности мерзлых грунтов и строится методами термодинамики необратимых проце ссов.

2. При по с троении кинетическ их уравнений решае тся две сам остоятельны е задачи:

а) выбор параметров, характеризующих состояние мерзлого гр ун та;

б) вывод кинетического уравнения для обобщенных характеристик деформативных свойств.

3. К ине тическое уравнение включает физический закон накопления деформаций. В качестве физического закона рекоме ндуе тся использовать теорию течения. Восстанавл ивающ ие деформации могут специально не выделяться. Релаксационные явления (сниж ение на пряжени й при постоянной упругопластическ ой деформац ии и в осстановление напряж ен ног о состояния после разгрузки и фиксирования оста точны х деформаций) учитываются неявно.

4. Теория течени я должна приниматься в форме

(1)

где D_ε и D_δ - де ви аторы скоростей деформаций и напря жений;

f ( T , θ , τ ) - функция инте нсивности каса тель ны х напряжений (Т), темпер атуры ( θ ) и времени (τ)

f ( T , θ , τ ) = ψ( T ) B ( θ ) φ ′( τ ), (2)

о тражающая переменную вязкость грунта.

В формуле ( 2)

ψ( T ) - фун кц ия нап ряженного состояния

(3)

B ( θ ) - функция температуры, учитывающая влияние температу ры грунта на скорость накоплен ия деформаций;

(4)

φ′(τ) - ядро пол зучести

(5)

(Здесь и в дальнейшем m - коэффициент упрочнения, ω , k , | θ | и λ - параметры полз учести, которые являются харак теристи ка м и деформативных свойств).

5. При φ′(τ) = 1 и функция f ( T , θ , τ ) физического закона ( 1) описывает течение льда с постоянной скоростью и может быть выражена формулой

(6)

где K_л - параметр ползучести льда.

Параметры ползучести льда и мерзлых грунтов связаны завис имостью

K_л = ω^-ⁿ (1 + | θ |)^1-^kn . (7)

6. Номенклатурные признаки мерзлых пород оказывают влияние на параметры ползуч е сти. Поэтому все функции физического закона накопления деформаций должны определяться по материалам региональных обобщений или из испытани й на конкретных площадках. Параметры п олзу чести должны учитывать влажность - льдис тость, плотность и засоленность грунтов, их происхождение, а для свай - дополнительно технологию погружения и усл овия их вмораживания.

7. Физическому закону ( 1) соответствует кинетическое уравне ние

(8)

где t^* - время до разрушения, характеризующее наступление стадии прогрессирующ его течения;

P ( τ ) - закон изменения нагрузок;

- закон изменения интенсивности касательных напряжений от единичных сил;

- функция переменной по времени темпера т уры

(9)

R - нормативное сопротивление грунта данному виду нагрузок;

- функция температуры

(10)

φ ( t ) - интеграл ядра п олзуче сти для срока службы сооружения.

8. Применительно к расчету и испытанию свай функции температуры и должны рассматриваться к ак средне интегральные по длине вм ороженной части сваи, а эпюра интенсивности кас ате льн ых напряжений м оже т прини маться по решению задачи о напряженном состоянии или по экспериментальным данным, получаемым с помощью тензометрии.

9. При расшифровке материалов испытаний свай на вертикальные нагрузки допускается сопротивление гру н та под нижним торцом с ваи специально не выделять. Это допущение приводит к уравнению следующего вида:

(11)

где N ( τ ) - закон изме нения пробной нагрузки;

u и h - периметр и длина вмороженной части сваи;

Ф - несущая с пособность основания при постоянной наг рузке и температуре.

Остальные обозначения в формуле ( 11) соо т ветствуют зави симостям ( 2) - ( 10).

1 0. Правая часть уравнения ( 11) представляет собой укрупненную константу, инвариантную различным режимам нагружен ия. Поэ тому вместо ( 11) можно з ап исать

(12)

где функция температ у ры зависит от сре днеинте гральной п о толще мерзлых грунтов температуры.

11. Более п р остая форма зависимости ( 11) имеет вид

(13)

где - скорость осадки сваи ;

θ ( τ ) - функция времени для сре днеинтегральной по длине с ваи температуры;

C₂ - новая укрупненная константа.

1 2. Укрупненные константы C₁ и C₂ п роизводн ы от деформативных свойств и могут рассматриваться как обобщенные характеристики длительной прочности мерзлы х грунтов в кинетических уравнениях первого и второго типа.

Приложение 2

ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

1 . Дл я постоянных нагрузок и температур решение уравнения ( 12) может быть записано следующим образом

(14)

Отсюда для свай одного типоразмера, испытанных различными нагру зками, N₂ > N₁ , сле дует

N²₁ t^*λ₁ = N²₂ t^*λ₂, (15)

где t^*₁ , t^*₂ - время до разрушения, определяемое по материалам испытаний.

2. Если в процессе испытания производится последовательная откопка сваи или постепенное формирование чаши протаивания, т.е. поверхность смерзания меняется во времени, решая уравнение ( 12), переходим к другой формуле для уравнения первого типа

(16)

где q - колич ество j -х интервалов длит е льностью Δ t_j , сумма которых составляет полное время до разрушения;

N_j - пробная нагрузка на j -ом интервале испыт а ния;

uh_j - поверхность смерзания в j -ый период испытания;

- функция температуры на j -ом интервале испытания.

3. Для постоянных нагрузок и температур решение уравнения ( 13) имеет вид

(17)

г де - функция времени для скорости осадки с в ай на j -ой ступени нагрузок.

Приложение 3

КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ

1. Интегральные функции J_j , и учитывают изменение во в реме ни нагрузок P ( τ ) интенсивности касательных напряжений , темпе ратуры , высоты вмороженной части сваи и конструируются, ис ходя из общей формы кинетических уравнен ий первого и второго типа.

2. Инт е гральная функция J_j относ ит ся к кинетическим уравнениям I типа и для штампов составляется по формуле

(18)

где t_j_-1 , t_j - верхний и нижний пределы интегрирования, принимаемые п о у словию

t_j_-1 - t_j = Δt_j ,

(19)

где q - число j -ых участков дл ительностью Δ t_j ;

t_с - длитель ность строительного периода;

t_э - срок службы сооружения.

В зависимости от конкретных условий рас че та фун даментов формула ( 18) м оже т иметь пять модификаций, каждая из к от орых о пределяется сочетанием функций времени для нагрузок, интенсивности касательных напряж ений и температуры грунта.

3. И нтегральная функция J_j для расчета свай принимается п о формуле

( 20)

где u и h_j - периметр и высота вмороженной части свая;

, - ин тен сив ность касательных напряжений и функции температуры грунта, учитывающая изменения их во времени и по глубине z ≤ h_j .

4. Нагрузку P ( τ ) в формулах ( 19 ) и ( 20) можно пре дставить как удельное сопротивление по нижнему торцу сваи и по ее боковой поверхности

(21)

где P_о и P_б - удельное сопротивл ение мерзлых грунтов по нижнему торцу сваи площадью F и по боковой поверхно с ти смерзания площадью uh_j ;

N_j - расчетная нагрузка.

Внося P_о и P_б в ( 19) и ( 20), получим

J_j = J_j _,о + J_j _,б , (22)

где J_j_,о , J_j_,б - определяют с я по формулам ( 19) и ( 20) с заменой P ( τ ) соответственно на P_о (τ) и P_б ( τ ).

Формула ( 22) позволяет расчеты свайных фундаментов п роводить с учетом изменения во времени соотношени я между нагр узками, отнесенными к нижнему торцу и к боковой поверхности сваи. Дополни тельное условие, учитывающее пе рераспределение нагрузок, следует из ( 22)

(23)

и характеризует связь между скоростями перераспределения наг руз ок и размерами сваи.

5. Интегральные функции и относятся к ура в нениям вто ро го типа и для штампов диаметром D составляются по форм улам

( 24)

(25)

где - скорость осадок на j -ом участке эксплуатации сооружения и при нормативных сопротивлени ях основа ния.

Вер хние и нижние пределы интегрирования в формулах ( 24) и ( 25) принимаются по условию ( 19).

Формула ( 25) может иметь две дополнительные модификации в зависимости от сочетания функций времени для нагрузок и температуры грунта.

6. Для расчетов свайных фундаментов инте г ральная функция вычисляется по формуле

(26)

где u и h_j - периметр и высота вмороженной части сва и на j -ом уча стк е эксплуатации сооружения;

P ( τ , z ), θ ( τ , z ) - нагрузка и температура с учетом изменени я их во времени и по глубине z ≤ h_j .

Для функции в ( 26) принимается P ( τ , z ) = P ( z ) и θ ( τ , z ) = θ ( z ) .

Учет перераспределения нагрузок между нижним торцом и боковой поверхностью сваи производится по формулам ( 21 ) - ( 23).

7. Интенсивность касательных напряжений , скор ос ть осадок и должны удовлетворять в ста т ических задачах условию равновесия, а в динамических - условия движения системы «шт ам п - основ ания» или « свая - основания» .

Расчет рекомендуется выполнять с помощью ЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение . 1

1. Общие положения . 2

2. Определение нормативных сопротивлений мерзлых грунтов и подземного льда . 2

3. Определение характеристик деформативных свойств системы «свая - основание» или «штамп-основание» . 5

4. Определение коэффициентов условий работы .. 6

5. Требования к измерениям. Первичная обработка измерений . 10

Приложения 1 Кинетические уравнения и их классификация . 12

Приложение 2 Частные случаи кинетических уравнений . 14

Приложение 3 Конструирование интегральных функций . 15

Рекомендации Рекомендации по испытанию фундаментов на вечномерзлых грунтах пробными нагрузками