СП СП 25.13330.2020 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах СНиП 2.02.04-88

11 Особенности проектирования оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах в сейсмических районах

11.1 Основания и фундаменты сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах на площадках с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует проектировать с учетом требований СП 14.13330, СП 22.13330, СП 24.13330, СП 35.13330 и настоящего свода правил.

11.2 Для сейсмических районов с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует предусматривать использование многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I. При невозможности использования грунтов в качестве основания по принципу I допускается использование их по принципу II при условии опирания фундаментов на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты или на предварительно оттаянные и уплотненные грунты.

11.3 В сейсмических районах следует применять те же виды свай, что и в несейсмических районах, кроме свай без поперечного армирования. Глубина погружения свай в грунт (исключая сваи-стойки) должна быть не менее 4 м.

11.4 Расчет оснований и фундаментов по несущей способности на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий следует производить согласно 7.2.1, при этом силу предельного сопротивления основания необходимо определять с учетом 11.5, 11.6, а коэффициент надежности γₙ принимать:

• при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I - по 7.2.1;
• при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу II - для фундаментов на естественном основании - γₙ = 1,5, а для свайных - по СП 24.13330.

11.5 Несущую способность вертикально нагруженной висячей сваи Fᵤ, а также столбчатого фундамента при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I, с учетом сейсмических воздействий следует определять согласно 7.2.2 и приложению Л; при этом расчетное сопротивление грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом Raf и расчетное давление мерзлого грунта под нижним концом сваи или подошвой столбчатого фундамента R, а также сопротивления мерзлого грунта под нижним концом Rc и по боковой поверхности смерзания Rafc, рассчитанные по данным полевых методов испытаний, необходимо умножать на коэффициент условий работы основания γeq, принимаемый по таблице 11.1.

Таблица 11.1​

​

Для свай в пластичномерзлых грунтах значение Raf следует принимать равным нулю в пределах от верхней границы многолетнемерзлых грунтов до расчетной глубины hd, м, определяемой по формуле

hd = 3/αε, (11.1)​

где αε - коэффициент деформации системы "свая-грунт", определяемый по результатам испытаний в соответствии с 11.6.

11.6 Расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий (продольной силы, изгибающего момента и поперечной силы) при использовании многолетнемерзлых оснований по принципу I следует производить в зависимости от расчетных значений сейсмических нагрузок в соответствии с требованиями СП 24.13330 с учетом 7.2.14. При этом для свай в пластичномерзлых грунтах коэффициент деформации системы "свая-грунт" αε м⁻¹, следует определять по результатам испытаний свай статической горизонтальной нагрузкой по формуле

αε = 1,34√(Fₕ/u₀EbI), (11.2)​

где Fₕ - горизонтальная нагрузка, кН, принимаемая равной 0,7Fₕᵤ;

здесь Fₕᵤ - горизонтальная предельная нагрузка, кН, в уровне поверхности грунта, при которой перемещение испытуемой сваи начинает возрастать без увеличения нагрузки;
u₀ - горизонтальное перемещение сваи в уровне поверхности грунта, м, определяемое по графику зависимости горизонтальных перемещений от нагрузки при условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на статические нагрузки, и без условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на сейсмические воздействия;
Eb - модуль упругости материала свай, кПа;
I - момент инерции сечения сваи, м4.​

11.7 Проверку основания столбчатого фундамента на горизонтальную и внецентренно сжимающую нагрузки с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I следует производить на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента с учетом 7.2.13.

При действии сейсмических нагрузок, создающих моменты сил в обоих направлениях подошвы фундамента, расчет основания следует производить раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении независимо друг от друга.

11.8 Расчет оснований и фундаментов с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II необходимо производить в соответствии с СП 22.13330, СП 24.13330 и 7.3.1 - 7.3.15 как расчет оттаивающих оснований. При этом отрицательные (негативные) силы трения, вызванные осадкой оттаивающих грунтов, в расчетах оснований на сейсмические воздействия не учитываются, если оттаивающее основание сложено песчаными и крупнообломочными грунтами, осадки которых завершаются в процессе их оттаивания.

 

12 Особенности проектирования оснований и фундаментов мостов и труб под насыпями

12.1 Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями (далее - труб), возводимых на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов, следует проектировать с учетом дополнительных требований, содержащихся в настоящем разделе. Требования по проектированию приведены в [3].

12.2 В проектах фундаментов мостов и труб необходимо дополнительно (по сравнению с фундаментами зданий) учитывать влияние следующих факторов:

• воздействие на сооружения, кроме вертикальных, значительных горизонтальных сил от временных подвижных нагрузок, давлений грунта и льда;
• уменьшение несущей способности оснований вследствие размывов дна водотока или отепляющего воздействия воды на многолетнемерзлые грунты;
• возрастание сил морозного пучения грунтов из-за повышенной их влажности вблизи водотоков и уменьшение этих сил при увеличении толщины снегового покрова;
• нарушение устойчивости береговых склонов вследствие проявления оползневых процессов;
• появление наледи в пределах сооружений.

12.3 Нагрузки и воздействия на фундаменты мостов и труб следует принимать в соответствии с требованиями СП 35.13330.

12.4 В основаниях фундаментов мостов многолетнемерзлые грунты следует использовать по принципу I, если на уровне низа свайных элементов (свай-столбов, свай-оболочек) в течение всего периода эксплуатации сооружений грунты находятся в твердомерзлом состоянии. Допускается использовать по принципу I пластичномерзлые грунты, включая засоленные, при условии, что в течение всего периода эксплуатации сооружений обеспечена их отрицательная температура, требуемая по расчету несущей способности оснований.

Возможность использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований по принципу II для фундаментов мелкого заложения и свайных должна определяться исходя из требований 6.1.3, 6.1.4 и 6.1.6.

12.5 При проектировании следует выполнять прогноз, в том числе численными методами, изменений температурного режима многолетнемерзлых грунтов, используемых в качестве оснований по принципу I, в случае необходимости предусматривается осуществление мероприятий по обеспечению мерзлого состояния грунтов и контроль их температуры в течение всего периода эксплуатации сооружений.

12.6 СОУ и теплозащитные экраны необходимо применять в случаях практической невозможности или недостаточной эффективности других решений для поддержания на весь период эксплуатации сооружений температуры грунтов, требуемой по расчету несущей способности оснований. Число СОУ следует принимать по расчету с повышающим коэффициентом 1,4. При использовании СОУ следует осуществлять контроль температуры грунтов основания в зоне действия СОУ.

12.7 Фундаменты мостов при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований по принципам I и II следует проектировать свайными с ростверком, расположенным над поверхностью грунта или воды. При этом необходимо предусматривать меры, исключающие возможность повреждения свай ледоходом, карчеходом или другими неблагоприятными воздействиями.

Фундаменты мелкого заложения (на естественном основании) допускается проектировать для мостов, возводимых, как правило, на используемых по принципу II многолетнемерзлых грунтах, если после полного оттаивания таких грунтов осадки и крены опор не превышают предельно допустимых значений по условиям нормальной эксплуатации сооружений.

Для труб следует предусматривать фундаменты мелкого заложения независимо от вида грунтов и принципа их использования в качестве основания при условии, что суммарное значение осадки используемых по принципу II грунтов может быть компенсировано строительным подъемом лотка труб.

12.8 Многолетнемерзлые грунты в основании фундаментов малого моста или трубы и прилегающих участков насыпи следует использовать по одному принципу, не допуская опирания их частично на мерзлые и частично на немерзлые или оттаивающие грунты.

12.9 В грунтах, подверженных морозному пучению, независимо от принятого принципа их использования в качестве основания подошву фундаментов мелкого заложения для мостов и труб следует заглублять не менее чем на величину, указанную в таблице 5.3 СП 22.13330.2016 при расположении уровня подземных вод на глубине dw ≤ df + 2 м, а подошву расположенного в грунте ростверка свайных фундаментов - не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунтов.

Если глубина заложения фундаментов должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунта, все фундаменты, за исключением фундаментов или грунтовых подушек для средних звеньев одноочковых труб диаметром до 2 м следует заглублять не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания грунта. При этом за расчетную глубину промерзания принимается ее нормативное значение.

Фундаменты или грунтовые подушки средних звеньев одноочковых труб диаметром до 2 м допускается закладывать без учета глубины промерзания грунта.

В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания грунта, соответствующие грунты, указанные в таблице 5.3 СП 22.13330.2016, должны залегать не менее чем на 1 м ниже нормативной глубины промерзания грунта.

Подошву высокого ростверка свайных фундаментов мостов следует располагать с зазором от поверхности грунта не менее 0,5 м в устоях и 1 м - в промежуточных опорах.

Примечание - Глубину заложения фундаментов и грунтовых подушек под средние звенья труб диаметром 2 м и более следует назначать с учетом уменьшения глубины промерзания грунта в направлении к оси насыпи.

12.10 В неподверженных морозному пучению грунтах подошву ростверка свайных фундаментов или фундаментов мелкого заложения мостов и труб допускается располагать в пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания при условии, что нижняя граница толщи таких грунтов залегает не менее чем на 1 м ниже расчетной глубины промерзания и, кроме того, в пределах зоны промерзания отсутствует вероятность образования линзы льда, в том числе и от напорных подземных вод.

12.11 Подошву фундаментов мелкого заложения и нижние концы свай не допускается опирать непосредственно на подземные льды, сильнольдистые грунты, а также на заторфованные многолетнемерзлые грунты.

12.12 Расчеты оснований фундаментов мостов и труб следует производить:

а) при использовании твердомерзлых грунтов по принципу I - по несущей способности;

б) при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II, а глинистых пластичномерзлых и по принципу I - по несущей способности и по деформациям.​

Допускается не определять осадки оснований фундаментов мостов:

а) всех систем и пролетов при опирании фундаментов на многолетнемерзлые грунты, используемые по принципу I, за исключением пластичномерзлых глинистых грунтов;

б) внешне статически определимых систем железнодорожных мостов с пролетами до 55 м и автодорожных с пролетами до 105 м при опирании фундаментов на используемые по принципу II скальные и другие малосжимаемые при оттаивании грунты.​

Расчеты оснований труб следует производить по несущей способности. На сильносжимаемых при оттаивании грунтах, используемых по принципу II, основания труб следует рассчитывать по несущей способности и по деформациям, включая определение их осадки.

12.13 Расчет основания свай для фундаментов опор мостов по несущей способности многолетнемерзлых грунтов, используемых по принципу I, следует производить согласно 7.2.1 и 7.2.2. При этом значение γₙ в формуле (7.1) следует принимать равным 1,4 независимо от числа свай в фундаменте и от положения подошвы ростверка по отношению к поверхности грунта. Значение коэффициента γc в формуле (7.2) допускается принимать равным 1,0.

Для кратковременной части нагрузок расчетные значения R и Raf исходя из 7.2.3 допускается принимать с повышающим коэффициентом nₜ, равным: для свайных фундаментов железнодорожных мостов 1,35 - при одновременном действии постоянных и временных вертикальных нагрузок; 1,5 - при действии постоянных и временных совместно с временными горизонтальными нагрузками (включая сейсмические нагрузки); для свайных фундаментов автодорожных мостов - соответственно 1,5 и 1,75.

Для железнодорожных мостов на станционных и подъездных путях, городских, а также других мостов, на которых возможны систематические остановки на неопределенное время поездов или автотранспорта, значение коэффициента γc в формуле (7.2) следует принимать равным 1,0.

12.14 Расчет оснований свайных фундаментов по несущей способности многолетнемерзлых грунтов, используемых по принципу II, следует производить в соответствии с требованиями СП 24.13330. При этом расчетное сопротивление оттаивающих грунтов под торцом свай следует принимать по СП 24.13330, как для буровых свай.

Расчет по несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения на многолетнемерзлых грунтах, используемых по принципу II, следует производить по СП 35.13330.

12.15 Фундаменты береговых, переходных и промежуточных опор мостов на крутых склонах, а также фундаменты устоев при высоких насыпях в случаях расположения под несущим слоем пласта немерзлого или оттаивающего (в период эксплуатации моста) глинистого грунта или прослойки насыщенного водой песка, подстилаемого глинистым грунтом, необходимо рассчитывать по устойчивости против глубокого сдвига (смещения фундамента совместно с грунтом) по круглоцилиндрической или другой более опасной поверхности скольжения. Для указанных условий следует также проверять возможность появления местных оползневых сдвигов на ранее устойчивых склонах вследствие дополнительного их нагружения весом насыпи и опоры, нарушения устойчивости пластов грунта в процессе производства работ или изменения режима (уровня и скорости течения) подземных и поверхностных вод.

12.16 Фундаменты мостов, возводимых на многолетнемерзлых грунтах, используемых в качестве оснований по принципу II, следует рассчитывать для условий полного оттаивания грунтов основания независимо от их состояния (мерзлое или талое) в период строительства. Расчет по прочности и трещиностойкости свайных элементов следует производить на усилия в расчетных сечениях, возникающие как для мерзлого, так и оттаявшего состояния грунтов основания.

12.17 Свайные фундаменты следует рассчитывать на совместное действие вертикальных и горизонтальных сил и моментов, принимая перемещения фундаментов пропорциональными действующим усилиям. Независимо от принципа использования грунтов в качестве основания, не следует учитывать сопротивление грунтов перемещениям заглубленного в грунт ростверка фундаментов. В расчетах, включающих определение свободной длины свай, оттаявшие и пластичномерзлые грунты допускается рассматривать как линейно-деформируемую среду, характеризуемую коэффициентом постели, принимаемым как для немерзлых грунтов.

При использовании грунтов в качестве основания по принципу I в расчете допускается принимать, что каждый свайный элемент жестко заделан в твердомерзлом грунте на глубине d, считая от уровня, соответствующего расчетной (максимальной) температуре, при которой данный грунт переходит в твердомерзлое состояние; здесь d - диаметр или больший размер поперечного сечения элемента в направлении действия внешних нагрузок.

12.18 В сейсмических районах фундаменты мостов допускается проектировать на любых грунтах, используемых в качестве основания по принципу I. Если грунты используются по принципу II, то следует предусматривать опирание подошвы фундаментов или нижних концов свай преимущественно на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты. При учете сейсмических нагрузок расчет свайных фундаментов следует производить согласно 11.4 - 11.8.

 

13 Особенности проектирования оснований и фундаментов нефтегазопроводов на многолетнемерзлых грунтах

13.1 Основания и фундаменты магистральных газо- и нефтепроводов (далее магистральные трубопроводы) следует проектировать в соответствии с разделом 7 с учетом дополнительных требований, содержащихся в настоящем разделе, а также в СП 36.13330.

13.2 В техническом задании на проектирование оснований и фундаментов магистральных трубопроводов дополнительно должны содержаться сведения о пределах изменения температуры транспортируемого по трубопроводу продукта.

13.3 При проектировании оснований и фундаментов магистральных трубопроводов следует учитывать:

• магистральные трубопроводы имеют повышенный уровень ответственности;
• транспортируемый по трубопроводу продукт может иметь как положительную, так и отрицательную температуру, что существенно влияет на тепловое и механическое взаимодействие трубопровода и мерзлых грунтов;
• в качестве оснований магистральных трубопроводов не рекомендуется рассматривать участки с подземными льдами, наледями и буграми пучения, проявлениями термокарста, термоэрозии, солифлюкции, морозобойного растрескивания;
• опасность прямого теплового и гидравлического воздействий транспортируемых нефти и нефтепродуктов на мерзлые грунты при авариях на магистральных трубопроводах.

Примечание - Трубопроводы делят на: горячие участки (температура продукта в течение всего года положительная), теплые участки (температура продукта в течение года может быть и положительной и отрицательной, но среднегодовая температура выше 0 °C) и холодные участки (среднегодовая температура продукта ниже 0 °C). К первым относятся нефтепроводы на всем протяжении и газопроводы на небольшом протяжении после компрессорных станций, ко вторым и третьим - только газопроводы.

13.4 Прокладка трубопроводов в районах многолетнемерзлых грунтов может выполняться подземным (в траншеях), наземным (по поверхности земли с обвалованием или без него) или надземным (на опорах) способами в соответствии с приложением С. Следует избегать частого чередования различных способов прокладки на сравнительно коротких расстояниях.

13.5 Для уменьшения зоны оттаивания мерзлого грунта следует применять автоматически действующие охлаждающие установки (с жидкостным или парожидкостным хладоносителем) и теплоизолирующие экраны. Теплоизоляционные экраны для наземной прокладки следует выполнять плоскими, для подземной - цилиндрическими.

13.6 При проектировании оснований и фундаментов трубопроводов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов следует выполнять следующие расчеты:

• расчет остывания транспортируемого по трубопроводу продукта с целью установления температуры по длине трубопровода, а также выявления его горячих, теплых и холодных участков (см. примечание к 13.3);
• расчет глубины оттаивания и промерзания грунта в основании подземных и наземных трубопроводов;
• расчеты по I и II группам предельных состояний с учетом процессов, происходящих в окружающем массиве грунта в результате устройства трубопровода (просадка и термокарст при оттаивании, пучение при промораживании).

13.7 Глубину оттаивания (промораживания) грунта следует определять численными методами, с учетом проектного срока эксплуатации трубопровода. Глубину оттаивания многолетнемерзлых грунтов под центром горячих и теплых подземных трубопроводов, а также глубину промерзания грунта под центром холодных трубопроводов, расположенных на участках с многолетнемерзлыми грунтами не сливающегося типа, допускается рассчитывать согласно приложению Н.

13.8 Расчетные нагрузки, воздействия и их сочетания при проектировании оснований и фундаментов магистральных трубопроводов в районах многолетнемерзлых грунтов следует принимать в соответствии с требованиями СП 20.13330 и СП 36.13330.

13.9 Для совместного расчета системы "основание (вмещающий массив) - трубопровод" могут использоваться аналитические или численные (метод конечных элементов, метод конечных разностей и др.) методы. При использовании численных методов расчетная модель "основание - трубопровод" должна адекватно отражать конструктивные особенности трубопровода, характеристики многолетнемерзлых грунтов и схемы их взаимодействия.

 

14 Особенности проектирования оснований и фундаментов на склонах

14.1 Проектирование оснований и фундаментов на склонах (откосах) в районах распространения многолетнемерзлых грунтов следует выполнять по первой группе предельных состояний в соответствии с СП 22.13330, с учетом снижения прочности мерзлых грунтов при повышении температуры и длительности воздействия нагрузки, а также влияния геокриологических условий.

14.2 При проектировании оснований и фундаментов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов на склонах и присклоновой территории следует рассматривать термодинамическое равновесие системы "сооружение-основание-склон" с учетом СП 47.13330 и других нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям для строительства, а также следующих факторов:

• крутизны, высоты, протяженности, ширины и экспозиции склона;
• проявления глубинных и солифлюкционных оползаний и нарушения растительного покрова, наледеобразования, бугров пучения, термокарста, термоэрозии;
• мощности слоя и характера распространения многолетнемерзлых грунтов (сплошное, прерывистое, островное), наличия жильного и пластового льда, таликов, криопегов;
• температуры мерзлого грунта во времени по глубине и простиранию склона (изотермы) на стадии строительства, эксплуатации и ликвидации объектов;
• особенностей природных криогенных форм рельефа (каменные глетчеры, курумы и др.), а также формирования техногенных форм (отвалы, карьеры, котлованы, выемки, насыпи и др.);
• геокриологических условий (текстура, влажность, льдистость физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов), а также характера напластования пород;
• наличия сооружений на склонах, имеющихся деформаций сооружений, а также мероприятий по противооползневой защите;
• интенсивности и характера техногенной нагрузки, особенностей теплового и силового воздействий на склон проектируемых сооружений по продолжительности, охвату территории, количественным значениям температуры, конструктивным особенностям сооружений.

Требования к инженерно-геологическим изысканиям приведены в [1].

14.3 Расчеты устойчивости склонов (откосов) и сооружений на них в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, в отличие от талых грунтов, следует осуществлять с учетом температурного состояния грунтового массива. В зависимости от температурного состояния грунтового массива следует рассматривать два основных типа криогенных оползней: 1 - мерзлые; 2 - оттаивающие. Кроме того, существуют различные типы смешанных криогенных оползней.

14.4 Прогноз устойчивости склонов и сооружений на них необходимо осуществлять на основании выполнения прогнозных теплотехнических расчетов, схематизации природных условий и определения поверхностей скольжения в мерзлых породах, а также возможности возникновения и развития солифлюкции.

14.5 Расчет местной и общей устойчивости системы "сооружение-основание-склон", должен производиться методами, удовлетворяющими условиям равновесия в предельном состоянии, с использованием программ, разработанных на основе общепринятых методов расчета устойчивости. Допускается применять другие методы расчета, результаты которых проверены опытом проектирования, строительства и эксплуатации. Расчеты выполняются на основное и особое сочетание нагрузок.

14.6 Поверхность скольжения в массиве мерзлых однородных грунтов определяется положением изотермы наиболее высокой отрицательной температуры грунта, а в массиве неоднородных грунтов - наименьшими предельно-длительными значениями сопротивления сдвигу мерзлого грунта. Поверхность скольжения оттаивающего грунта (на солифлюкционных склонах и откосах) следует за границей оттаивания, которая практически параллельна поверхности склона, мощность оползающего слоя равна глубине оттаивания, определяется при геокриологических изысканиях и уточняется теплотехническим расчетом.

В теплое время года в некоторых случаях одновременно могут развиваться солифлюкция и глубинный оползень мерзлого грунта, что следует учитывать в расчетах по несущей способности оснований и при назначении противооползневых мероприятий.

14.7 Сила предельного сопротивления основания, сложенного дисперсными грунтами должна определяться, исходя из условия, что соотношение между нормальными и касательными напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

τ = σ tgφ + c, (14.1)​

где φ и c - расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления. Для мерзлых грунтов определяются предельно-длительные значения угла внутреннего трения φL и удельного сцепления cL при проведении испытаний на срез мерзлого грунта, для оттаивающих грунтов φsh и csh при проведении испытаний на неконсолидированный быстрый срез оттаивающего грунта по мерзлому слою.

14.8 Расчетные значения φ и c определяются по опытным данным. Для сооружений пониженного уровня ответственности и предварительных расчетов устойчивости оснований допускается расчетные значения φL, cL, φsh и csh принимать по таблицам В.13 и В.14.

Коэффициент надежности γₙ по ответственности сооружений принимается равным 1,2; 0,95 и 0,9 соответственно для сооружений повышенного, нормального и пониженного уровней ответственности (ГОСТ 27751).

Коэффициент условий работы γc принимается равным:

• для мерзлых дисперсных грунтов - 1,0;
• для оттаивающих - 0,85.

14.9 При строительстве на склонах, сложенных многолетнемерзлыми грунтами, следует применять преимущественно принцип I использования многолетнемерзлых грунтов, при условии, что в течение всего периода эксплуатации будет обеспечена отрицательная температура, требуемая по расчету устойчивости склона и несущей способности оснований. Принцип II использования многолетнемерзлых грунтов допускается при строительстве на склонах, с учетом 6.1.3, 6.1.4 и 6.1.6.

14.10 При использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I следует выполнять прогноз температурного режима и, в случае необходимости, специальные мероприятия по обеспечению проектной температуры мерзлого грунта и обеспечивать контроль температуры в течение всего периода эксплуатации. Для сохранения и понижения температуры мерзлых грунтов следует применять следующие мероприятия: агролесомелиорация, устройство теплозащитных экранов, водоотвод и др.

14.11 Многолетнемерзлые грунты на склонах и присклоновой территории следует использовать по одному принципу. При строительстве на склонах необходимо максимальное сохранение и даже улучшение экологической обстановки за счет применения проектных, организационно-технологических решений и мероприятий по предотвращению оползания и нарушения экологического равновесия, обусловленного опасными криогенными процессами (термокарст, пучение, наледеобразование).

14.12 На склонах скальных и полускальных пород расчеты устойчивости и проектирования фундаментов допускается выполнять в соответствии с требованиями СП 22.13330. Инженерная подготовка территории должна осуществляться согласно 6.5.

14.13 В качестве фундаментов сооружений на склонах в районах распространения многолетнемерзлых грунтов рекомендуется применять отдельно стоящие столбчатые фундаменты, сваи и ряды свай, прорезающие поверхность скольжения. Места расположения свай на склоне, количество, конструкция, размеры и расстояние между ними определяются на основании расчетов местной и общей устойчивости склонов и с учетом оползневого давления мерзлого грунта на сваи и нагрузок от сооружения.

14.14 В качестве инженерных сооружений, противодействующих оползанию мерзлых и оттаивающих грунтов, следует применять традиционные сооружения: контрфорсы, контрбанкеты, подпорные стены, ряды свай (СП 116.13330), расположение которых на склоне и между собой обосновывается расчетами из условия недопущения течения мерзлого и оттаивающего грунта между ними и не препятствующие фильтрации воды по склону. Места расположения и количество удерживающих сооружений на склоне обосновываются расчетами местной и общей устойчивости склона.

14.15 На склонах СОУ применяются в случаях практической невозможности или недостаточной эффективности других мероприятий для стабилизации склона и обеспечения на весь период эксплуатации температуры грунта, необходимой по расчету несущей способности основания.

14.16 Для солифлюкционных склонов в качестве оснований линейных сооружений (линий электропередачи, трубопроводов, эстакад) следует применять обтекаемые фундаменты в виде отдельных свай, рядов свай, работающих в условиях обтекания их оттаивающим грунтом при соблюдении принципа оптимального сохранения природных условий на склонах (обеспечение фильтрации воды, сохранение растительности). Количество, размеры, глубина заделки свай в мерзлый грунт определяются расчетом с учетом оползневого давления оттаивающего грунта, горизонтальных нагрузок от сооружения, температуры и прочностных свойств мерзлого грунта.

14.17 Работы на склонах должны выполняться в зимний период. Выполнение работ в теплое время года допускается только после выполнения работ по стабилизации склона и обязательного проведения теплотехнического прогноза и расчетов общей и местной устойчивости склонов и сооружений на них.

14.18 Мероприятия по инженерной защите и охране окружающей среды следует проектировать комплексно с учетом геокриологических условий и прогноза их изменения в процессе строительства (с учетом поэтапности) и эксплуатации объектов. Осуществление мероприятий инженерной защиты не должно приводить к активизации опасных криогенных процессов на склонах и примыкающих территориях. Техническая эффективность и надежность сооружений и мероприятий инженерной защиты должны подтверждаться расчетами, а в обоснованных случаях - моделированием (натурным, физическим, математическим).

14.19 Для стабилизации склонов наряду с инженерными сооружениями следует применять мероприятия по снижению температуры мерзлых грунтов и уменьшению глубины сезонного оттаивания (агролесомелиорация, устройство теплозащитных экранов, водоотвод), упрочнение грунта (замена и армирование) с учетом настоящего документа. На склонах должен быть организован беспрепятственный сток поверхностных вод, исключено застаивание вод на бессточных участках, и попадание на склон вод с присклоновой территории.

14.20 В процессе строительства, эксплуатации и ликвидации сооружений на склонах и присклоновой территории выполняется мониторинг устойчивости склонов и сооружений по проекту, разработанному с учетом раздела 15, позволяющему контролировать поверхностные и глубинные перемещения грунта. На объектах повышенного и нормального уровней ответственности необходимо организовать стационарные наблюдения за оползневыми процессами с установкой контрольно-измерительной аппаратуры в скважинах в нескольких створах по простиранию склона и выполнением наблюдений за осадками и смещениями по глубине.

 

15 Геотехнический мониторинг при строительстве сооружений на многолетнемерзлых грунтах

15.1 Геотехнический мониторинг (далее - мониторинг) на многолетнемерзлых грунтах - комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за состоянием грунтов основания (температурный режим), гидрогеологическим режимом, перемещением конструкций фундаментов вновь возводимого и реконструируемого здания или сооружения.

15.2 Целью мониторинга является контроль несущей способности и состояния грунтов основания и фундаментов и деформаций сооружений, а также геокриологических условий.

15.3 В районах распространения многолетнемерзлых грунтов мониторинг необходимо проводить для всех видов зданий и сооружений, в том числе подземных инженерных коммуникаций.

15.4 Мониторинг на стадии строительства или реконструкции здания или сооружения выполняется на основании проекта.

При разработке проекта определяются состав, объемы, периодичность, сроки и методы работ, схемы установки наблюдательных скважин, геодезических марок и реперов, датчиков и приборов, которые назначаются применительно к рассматриваемому объекту строительства (реконструкции) с учетом его специфики, включающей: результаты инженерно-геологических изысканий на площадке строительства, принцип использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов, конструкции охлаждающих устройств, методы предпостроечного оттаивания, особенности конструкций проектируемого сооружения; техническое состояние и конструктивные особенности реконструированного сооружения, а также сооружений окружающей застройки и т.п.

15.5 В проекте следует учитывать факторы, оказывающие влияние на вновь возводимое (реконструируемое) сооружение, его основание, окружающий грунтовый массив и окружающую застройку в процессе строительства, в том числе возможность проявления опасных геокриологических процессов (криогенное пучение, термокарст, наледеобразование, оползневые процессы, оседание поверхности при оттаивании и др.), а также тепловые воздействия от строительных работ.

15.6 Для осуществления мониторинга в период строительства сооружений оборудуются контрольные термометрические и гидрогеологические скважины, на фундаментах сооружений устанавливаются постоянные геодезические марки, по которым выполняются измерения температуры грунта, уровня подземных вод, их состава и температуры, нивелирования фундаментов, в том числе погруженных свай, измеряются отметки подкрановых путей мостовых кранов, водоотводных лотков в технических этажах и подпольях зданий, а также тротуаров у сооружений. Места установки термометрических и гидрогеологических скважин, геодезических марок указаны в таблице М.1, периодичность проведения замеров приведена в таблице М.2. Кроме того, контролируются температура воздуха в проветриваемом подполье, высота снежного покрова и его плотность, работоспособность искусственной вентиляции, сезонно или круглогодично действующих охлаждающих устройств, плотность грунтов, уложенных в насыпях, при замене грунтов в выемках и при намыве территории.

15.7 Геотехнический мониторинг выполняется на протяжении всего периода строительства. После окончания строительства мониторинг ведется в соответствии с требованиями к эксплуатации оснований и фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах.

15.8 Анализ результатов мониторинга осуществляется специализированной организацией. Выполняется контроль отклонений контролируемых параметров (несущей способности, деформаций, уровня подземных вод, в том числе тенденции их изменений, превышающие ожидаемые) от проектных значений, нормативных значений по СП 22.13330 и результатов тепло- и геотехнического прогноза. При изменении значений контролируемых параметров в сторону снижения устойчивости сооружения разрабатываются и выполняются мероприятия по снижению влияния этих изменений на устойчивость сооружения.

 

16 Экологические требования при проектировании и устройстве оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах

16.1 В проекте оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие предотвращение, минимизацию или ликвидацию вредных и нежелательных экологических и связанных с ними социальных, экономических и других последствий.

16.2 Экологические требования, учитываемые при проектировании и строительстве, основываются на результатах инженерно-экологических изысканий, в которых дается оценка состояния окружающей среды и прогноз воздействия на нее объекта строительства. Правила инженерно-экологических и инженерно-геодезических изысканий для строительства приведены в [4] и [5].

16.3 Прогноз воздействия на природные условия осуществляется на весь период строительства и эксплуатации зданий и сооружений и должен устанавливать:

• возможность изменения теплового режима многолетнемерзлых грунтов района строительства и прилегающих территорий вследствие нарушений условий теплообмена в результате строительства и температурного воздействия в процессе эксплуатации;
• изменения гидрогеологических условий строительной площадки в результате производства земляных работ, включая пути разгрузки поверхностных и надмерзлотных вод по водоотводным каналам;
• степень активизации опасных криогенных процессов, в том числе: осадки и пучение грунтов, термокарст, солифлюкция, термоэрозия и др.;
• возможность возникновения склоновых процессов и заболачивания территории;
• возможность изменения теплового режима многолетнемерзлых грунтов района строительства и прилегающих территорий вследствие изменения климата.

16.4 С учетом результатов инженерно-геологических изысканий выбираются проектные решения и разрабатываются мероприятия по рекультивации и восстановлению почвенно-растительного слоя, засыпке выемок, траншей и карьеров, выполаживанию и одернованию склонов и откосов, а также по предупреждению эрозии, термокарста и процессов размыва грунта.

16.5 Основные мероприятия по охране окружающей среды при возведении оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах разрабатываются на стадии технико-экономического обоснования.

16.6 Проектная документация на устройство оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах на стадии проекта должна включать раздел "Охрана окружающей среды".

16.7 Приступать к производству работ по устройству оснований и фундаментов допускается только при наличии ПОС и проектов инженерной подготовки и защиты от опасных криогенных процессов и подтопления территории (4.4), конкретно отражающих все особенности мерзлотно-грунтовых условий площадки строительства. Проект организации строительства должен обязательно предусматривать сроки и особенности производства работ, а также мероприятия по восстановлению поврежденных участков поверхности территории строительства.

 

Приложение А

Основные буквенные обозначения величин
​

Коэффициенты надежности и условий работы

γg - по грунту;
γₙ - по назначению сооружения;
γₖ - по виду фундаментов;
γc - коэффициент условий работы;
γₜ - температурный коэффициент условий работы;
γeq - сейсмический коэффициент условий работы;
γaf - коэффициент условий смерзания грунтов с фундаментом;
γₚ - коэффициент условий работы оттаивающего грунта.

Физические и теплофизические характеристики грунтов

χₙ - нормативные значения характеристик;
χ - расчетные значения характеристик;
χ̅ - средние значения характеристик;
α - доверительная вероятность (обеспеченность) расчетных значений характеристик;
wtot - суммарная влажность мерзлого грунта;
wi - влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений;
wic - влажность мерзлого грунта за счет порового льда (льда-цемента);
wₘ - влажность мерзлого грунта, расположенного между льдистыми включениями;
ww - влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды (содержание незамерзшей воды);
wₚ - влажность грунта на границе пластичности (раскатывания);
itot - суммарная льдистость мерзлого грунта;
ii - льдистость грунта за счет ледяных включений;
iic - льдистость грунта за счет порового льда;
Sr - степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой (степень влажности);
Iₚ - число пластичности грунта;
Iom - относительное содержание органического вещества;
Dsal - степень засоленности мерзлого грунта;
cₚ - концентрация порового раствора в засоленном грунте;
ρ - плотность грунта;
ρf - плотность мерзлого грунта;
ρd,f - плотность мерзлого грунта в сухом состоянии (плотность скелета мерзлого грунта);
ρd,th - плотность талого грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта);
ρs - плотность частиц грунта;
ρi - плотность льда;
ρw - плотность воды;
ef - коэффициент пористости мерзлого грунта;
λf - теплопроводность грунта в мерзлом состоянии;
λth - теплопроводность грунта в талом состоянии;
Cf - объемная теплоемкость грунта в мерзлом состоянии;
Cth - объемная теплоемкость грунта в талом состоянии.

Деформационно-прочностные характеристики и сопротивления мерзлых грунтов на силовые воздействия

E - модуль деформации грунта;
μf - коэффициент Пуассона мерзлого грунта;
ceq - эквивалентное сцепление мерзлого грунта;
cL - предельно длительное значение удельного сцепления мерзлого грунта;
csh - сцепление оттаивающего грунта;
φL - предельно длительное значение угла внутреннего трения мерзлого грунта;
φsh - угол внутреннего трения оттаивающего грунта;
mf - коэффициент сжимаемости мерзлого грунта;
mth - коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта;
ξi - относительное сжатие льда;
ξth - относительная деформация оттаивающего грунта;
η - коэффициент вязкости мерзлого грунта;
σL - предел текучести мерзлого грунта;
Ath - коэффициент оттаивания мерзлого грунта;
R - расчетное давление на мерзлый грунт (сопротивление мерзлого грунта нормальному давлению);
Rc - сопротивление мерзлого грунта под нижним концом сваи, рассчитанное по данным полевых испытаний;
Raf - сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом;
Rafc - сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания со сваей, рассчитанное по данным полевых испытаний;
Rsh - сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору;
Rshi - сопротивление сдвигу льда по поверхности смерзания с грунтом или грунтовым раствором;
τfh - удельная касательная сила пучения промерзающего грунта;
pfh - удельное нормальное давление морозного пучения грунта;
fₙ - удельное отрицательное трение оттаивающего грунта на поверхности фундамента;
αε - коэффициент деформации системы "свая-грунт" на горизонтальные усилия.

 

Нагрузки и напряжения

F - расчетная нагрузка на основание;
Fᵤ - несущая способность (сила предельного сопротивления) основания фундаментов;
Fₕ - расчетная горизонтальная нагрузка на фундамент;
Fₕ,ᵤ - предельная горизонтальная нагрузка на фундамент;
Ffh - расчетная сила пучения;
Fr - сила, удерживающая фундамент от выпучивания;
Fneg - сила отрицательного (негативного) трения;
Ff - расчетные усилия в элементах конструкции сооружения (фундаментов);
Ff,d - предельные усилия в элементах конструкции;
Fu,p и Fu,t - несущая способность проектируемых и опытных свай;
M - момент внешних сил;
Maf - момент внешних сил, воспринимаемый силами смерзания грунта по боковой поверхности фундамента;
Mb и Ml - моменты внешних сил по сторонам фундамента;
p - среднее давление под подошвой фундамента;
p₀ - среднее дополнительное давление под подошвой фундамента;
q - равномерно распределенная вертикальная нагрузка;
σg - природное (бытовое) давление в грунте;
σz,p - дополнительное вертикальное напряжение в грунте (от веса сооружения);
σₐ - атмосферное давление.

Осадки (деформации) основания

s - совместная осадка (деформация) основания и сооружения;
sᵤ - предельно допустимая совместная осадка (деформация) основания и сооружения;
sf - осадка пластичномерзлого основания;
sth - составляющая осадки оттаивающего основания за счет природного (бытового) давления;
sₚ - составляющая осадки оттаивающего основания под действием нагрузки от здания;
sp,th - осадка уплотнения предварительно оттаянного слоя грунта;
sad - дополнительная осадка, обусловленная оттаиванием мерзлого грунта;
sa и sb - осадки краев фундамента;
sₜ - осадка мерзлого основания, обусловленная пластично-вязким течением грунта или льда;
ν - скорость осадки пластичномерзлого основания.

Параметры теплотехнических расчетов оснований

T - температура;
T₀ - расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта;
T₀,ₙ - нормативная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта;
T'₀ - среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта на его верхней поверхности;
Tm,z,e - расчетные температуры грунтов в основании сооружения;
Tbf - температура начала замерзания грунта;
Tout - температура наружного воздуха;
Tca - температура воздуха в подполье здания;
Tin - температура в помещении;
Tf и Tth - средние температуры воздуха за период с отрицательными и положительными температурами;
t - время;
tu - расчетный срок эксплуатации сооружения;
kh - коэффициент теплового влияния сооружения;
αm,z,e - коэффициент сезонного изменения температуры грунтов основания;
M - модуль вентилирования подполья здания;
R₀ - сопротивление теплопередаче перекрытия над подпольем;
Rₚ - сопротивление теплопередаче теплоизоляции трубопроводов;
Lv - теплота таяния (замерзания) грунта;
L₀ - удельная теплота фазовых переходов вода-лед.

Геометрические характеристики

B - ширина сооружения;
L - длина сооружения;
a и b - стороны подошвы фундамента;
l - длина сваи;
e - эксцентриситет;
A - площадь подошвы фундамента;
Aaf - площадь поверхности смерзания грунта с фундаментом;
uₚ - периметр фундамента;
ld - глубина заделки свай;
d - глубина заложения фундамента;
dth - расчетная глубина сезонного оттаивания грунта;
dth,n - нормативная глубина сезонного оттаивания грунта;
df - расчетная глубина сезонного промерзания грунта;
df,n - нормативная глубина сезонного промерзания грунта;
h - толщина слоя грунта;
H - глубина оттаивания грунта в основании сооружения за расчетный срок его эксплуатации;
Hmax - максимальная глубина оттаивания грунта под сооружением;
Hb,th - глубина предварительного оттаивания грунта;
z - глубина до расчетного уровня.

 

Приложение Б

Физические и теплофизические характеристики многолетнемерзлых грунтов​

Б.1 В состав физических и теплофизических характеристик, определяемых для многолетнемерзлых грунтов, входят:

а) суммарная влажность мерзлого грунта - Wtot и влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями - Wₘ;

б) суммарная льдистость мерзлого грунта itot, представляющая собой отношение содержащегося в мерзлом грунте объема льда к объему мерзлого грунта и льдистость грунта за счет видимых ледяных включений ii, представляющая собой отношение содержащегося в мерзлом грунте объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта;

в) степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой - Sr, доли единицы;

г) температура начала замерзания грунта - Tbf, °C;

д) влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды - Ww, доли единицы;

е) теплофизические характеристики грунта (теплопроводность λ, Вт/(м·°C) и удельная теплоемкость C, Дж/(кг·°C));

ж) теплота таяния льда (замерзания воды) в грунте - Lv;

з) степень засоленности - Dsal, %;

и) концентрация порового раствора - Cps, доли единицы;

к) объемная степень заторфованности - J, доли единицы;

л) степень заторфованности - G, доли единицы.​

Б.2 Суммарная влажность мерзлого грунта - Wtot и влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями - Wm, определяются в соответствии с ГОСТ 5180.

Б.3 Суммарная льдистость мерзлого грунта - itot, льдистость мерзлого грунта за счет включений льда - ii, и степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой - Sr определяются в соответствии с ГОСТ 25100.

Б.4 Под засоленностью понимается наличие в мерзлом грунте воднорастворимых солей в таком количестве, которое существенно изменяет прочностные и деформационные свойства грунтов.

Степень засоленности грунта Dsal, характеризует относительное содержание в грунте воднорастворимых солей, ее следует определять по ГОСТ 25100 как отношение массы солей gs к массе сухой навески грунта gd (включая массу содержащихся в нем солей) по формуле

Dsal = (gs/gd)100. (Б.1)​

По степени засоленности Dsal грунты подразделяют согласно ГОСТ 25100. Концентрация порового раствора Cps характеризует степень минерализации грунтовой влаги. Ее допускается определять по формуле

Cps = Dsal/(Dsal + 100W), (Б.2)​

где W - влажность засоленного грунта, принимаемая для грунтов с льдистостью itot ≤ 0,4 равной Wtot, а с itot > 0,4 равной Wₘ.

Засоленные грунты в зависимости от преобладающего ионного состава легкорастворимых солей разделяются по типу засоления на морской и континентальный в соответствии с ГОСТ 25100.

Б.5 Температура начала замерзания грунта Tbf, характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Температуру начала замерзания незасоленных, засоленных и заторфованных грунтов следует определять опытным путем, а в случаях предусмотренных в 5.9 температуру начала замерзания незасоленных и засоленных грунтов допускается принимать по формуле (Б.3) в зависимости от вида грунта и концентрации порового раствора Cps:

Tbf = A ― B(53Cps + 40Cps²), (Б.3)​

где A - коэффициент, характеризующий температуру начала замерзания незасоленного грунта (таблица Б.1);

B - коэффициент, зависящий от типа засоления грунта; B = 0 для незасоленных грунтов; B = 1 для грунтов морского типа засоления; B = 0,85 для грунтов с континентальным типом засоления.​

Таблица Б.1​

Температура начала замерзания незасоленного грунта A

​

Значение Tbf для заторфованных грунтов следует выбирать по величине температуры начала замерзания того компонента (торфяного или минерального), у которого она выше. Величина Tbf для торфа приведена в таблице Б.2.

Таблица Б.2​

Расчетные значения температуры начала замерзания Tbf для торфа

​

Б.6 Влажность незасоленного, засоленного и заторфованного мерзлых грунтов за счет незамерзшей воды Ww определяется опытным путем. В случаях, предусмотренных в 5.9 для незасоленного и засоленного грунтов, находящихся в охлажденном состоянии, когда температура грунта выше температуры начала замерзания (0 °C > T > Tbf), величина Ww принимается для грунтов с льдистостью itot ≤ 0,4 равной Ww = Wtot, а с itot > 0,4 равной Ww = Wm.

При условии, что температура грунта ниже или равна температуре начала замерзания (T ≤ Tbf), для незасоленного и засоленного мерзлых грунтов значения Ww допускается определять по формуле (Б.4)

Ww = kwWₚ+ηDsal, (Б.4)​

где kw - коэффициент, принимаемый по таблице Б.3 в зависимости от числа пластичности Iₚ и температуры грунта T;

Wₚ - влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), доли единицы;
Dsal - степень засоленности грунта, доли единицы;
η - коэффициент, принимаемый равным 0 для незасоленных грунтов и по таблице (Б.4) для засоленных грунтов, в зависимости от числа пластичности Iₚ и температуры грунта T, °C, для температур T < -15 °C величина η принимается равной значению η при T = -15 °C; если величина Ww, определенная по формуле (Б.4), превысит значение Wtot, тогда Ww = Wtot.
​

Таблица Б.3​

Расчетные значения коэффициента kw

​

Таблица Б.4​

Расчетные значения коэффициента η

​

Расчетные значения Ww для торфа и заторфованных грунтов, находящихся в охлажденном состоянии, когда температура грунта выше температуры начала замерзания (0 °C > T > Tbf), принимаются для грунтов с льдистостью itot ≤ 0,4 равной Ww = Wtot, а с itot > 0,4 равной Ww = Wm.

Для мерзлых торфа и заторфованных грунтов значения Ww допускается определять по формуле (Б.5) в зависимости от степени заторфованности J (доли единицы) и температуры T, при условии, что температура грунта ниже или равна температуре начала замерзания (T ≤ Tbf)

Ww = Ψ/|T|1/4, (Б.5)​

где Ψ - параметр, зависящий от объемной степени заторфованности J, принимается по таблице Б.5.

Таблица Б.5​

Расчетные значения коэффициента Ψ
​

 

Б.7 Теплофизические характеристики грунтов: коэффициент теплопроводности λ, объемная теплоемкость C и коэффициент температуропроводности a определяются опытным путем. В случаях, предусмотренных в 5.9, значения объемной теплоемкости засоленных и незасоленных грунтов в талом, охлажденном Cth и мерзлом Cf состояниях допускается рассчитывать по формулам Б.6 - Б.9 в зависимости от удельной теплоемкости скелета грунта Cp, температурной и концентрационной зависимостях удельной теплоемкости незамерзшей воды Cw и льда Ci, влажности Wtot, температурной и концентрационной зависимости влажности за счет незамерзшей воды Ww, плотности сухого грунта ρd,th,f и температуры начала его замерзания Tbf.

Для незасоленных грунтов, находящихся в талом и охлажденном состояниях, когда температура грунта выше температуры начала замерзания (T > Tbf), величина Cth находится по формуле (Б.6)

Cth = (Cp + CwWtot)ρd,th, (Б.6)​

где Cρ принимается по таблице Б.6; для незасоленных грунтов и торфа Cw = 4200 Дж/(кг·°C), а Tbf находится по таблице Б.2; для засоленных грунтов в охлажденном состоянии (0 °C > T > Tbf) Tbf определяется по формуле (Б.3), а величина Cw рассчитывается по формуле (Б.7)

Cw = Cwt - 4550Cps, (Б.7)​

где Cwt - удельная теплоемкость порового раствора, Дж/(кг·°C), определяется по таблице (Б.7);

Cps - концентрация порового раствора, доли единицы, определяется по формуле (Б.2).​

Таблица Б.6​

Расчетные значения удельной теплоемкости скелета грунтов Cρ

​

Таблица Б.7​

Расчетные значения температурной зависимости удельной теплоемкости порового раствора Cwt

​

Для незасоленных грунтов и торфа в мерзлом состоянии при условии, что температура грунта ниже или равна температуре начала замерзания (T ≤ Tbf), величина Cf находится по формуле

Cf = [Cρ + CwWw + Ci(Wtot - Ww)]ρd,f, (Б.8)​

где Ww рассчитывается по формуле (Б.4), а Ci - по формуле

Ci = 2120 + 7,8T. (Б.9)​

Для засоленных грунтов в мерзлом состоянии, при условии, что температура грунта ниже или равна температуре начала замерзания (T ≤ Tbf), величина Cf находится по формуле

Cf = [Cρ + CwWw + Ci(Wtot - Ww)]ρd,th,f, (Б.10)​

где Ww рассчитывается по формуле (Б.4), Cw - по формуле (Б.7), а Ci - по формуле (Б.9).

Значения объемной теплоемкости заторфованных грунтов в талом и охлажденном Cth и мерзлом Cf состояниях допускается рассчитывать по формулам (Б.11, Б.12) в зависимости от удельной теплоемкости минеральной Cρm и торфяной Cρg составляющей органо-минерального скелета грунта, удельной теплоемкости незамерзшей воды Cw и льда Ci, весовой (массовой) доли торфа в заторфованном грунте G, суммарной влажности Wtot, влажности за счет незамерзшей воды Ww, плотности скелета грунта ρd,th,f и температуры начала его замерзания Tbf.

Для заторфованных грунтов, находящихся в талом и охлажденном состоянии, когда температура грунта выше температуры начала замерзания (T > Tbf) величина Cth находится по формуле

Cth = [Cρm(1 - G) + CρgG + CwWtot]ρd,th, (Б.11)​

где удельная теплоемкость минерального скелета Cρm и торфа Cρg находится по таблице Б.6; Cw = 4200 Дж/(кг·°C).

Для заторфованных грунтов, находящихся в мерзлом состоянии, когда температура грунта ниже или равна температуре начала замерзания (T ≤ Tbf), величина Cf находится по формуле

Cf = [Cρм(1 - G) + CρgG + CwWw + Ci(Wtot - Ww)]ρd,f, (Б.12)​

где Ww рассчитывается по формуле (Б.5), Cw = 4200 Дж/(кг·К), а Ci - по формуле (Б.9).

В случаях, предусмотренных в 5.9, значение коэффициента теплопроводности незасоленных, засоленных и заторфованных грунтов в талом λth и мерзлом λfm (для диапазона температур ниже T ≤ -15 °C) состоянии приведены в таблице Б.8, в зависимости от влажности Wtot, плотности скелета грунта ρd,th,f и степени засоленности согласно ГОСТ 25100.

Таблица Б.8​

Расчетные значения коэффициента теплопроводности грунта в талом λth, мерзлом λf (T ≤ -15 °C) состоянии

​

Для нахождения величины λf у незасоленных и засоленных грунтов в мерзлом состоянии в диапазоне температур Tbf ≥ T > Tm, где Tm = -15 °C можно использовать соотношение

λf = λfm - (λfm - λth)[Ww(T) - Ww(Tm)]/[Wtot - Ww(Tm)], (Б.13)​

где λth и λfm находятся по таблице Б.8, Ww(T) и Ww(Tm) определяются по формуле (Б.4) для незасоленных грунтов при η=0, а Tbf - по формуле (Б.3) для незасоленных грунтов при B = 0.

В случаях, предусмотренных в 5.9, значение коэффициента температуропроводности a (м2/с) для незасоленных, засоленных и заторфованных грунтов находится по формуле

a = λ/Cρ, (Б.14)​

где величины коэффициента теплопроводности λ и объемной теплоемкости Cρ находятся в соответствии с Б.7.

Б.8 Величина объемной теплоты замерзания (таяния) грунта Lv (Дж/м3) принимается равной количеству теплоты, необходимой для замерзания воды (таяния льда) в единице объема грунта и определяется по формуле

Lν = L₀[Wtot - Ww]ρd,thf, (Б.15)​

где L₀ = 3,35·105 (Дж/кг) - значение удельной теплоты фазовых превращений вода-лед; величина Ww для незасоленных, засоленных и заторфованных грунтов находится в соответствии с Б.6 при условии Tbf ≥ T, здесь Tbf находится в соответствии с Б.5.

 

Приложение В

Расчетные значения прочностных характеристик мерзлых грунтов
​

В.1 Расчетные давления на мерзлые грунты R, расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхностям смерзания фундаментов Raf и расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh определяются опытным путем. При определении значений R, Raf, Rsh в лабораторных условиях следует проводить испытания на сдвиг в специальных приборах - для определения Raf и Rsh и на одноосное сжатие или на вдавливание шарикового штампа - для определения R.

При определении Raf шероховатость поверхности, по которой производится сдвиг смерзшегося в ней образца грунта, должна быть такой же, как фундаментов, применяемых в строительстве.

В.2 При отсутствии опытных данных допускается принимать значения R, Raf и Rsh по таблицам В.1 - В.11.

Таблица В.1​

Расчетные давления на мерзлые незасоленные грунты R под нижним концом сваи

​

Таблица В.2​

Расчетные давления на мерзлые незасоленные грунты R под подошвой столбчатого фундамента

​

Таблица В.3​

Расчетные сопротивления мерзлых незасоленных грунтов и грунтовых
растворов сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом Raf

​

Таблица В.4​

Расчетные сопротивления мерзлых незасоленных грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh

​

Таблица В.5​

Расчетные давления на мерзлые засоленные грунты с
континентальным типом засоления R под нижним концом сваи

​

Таблица В.6​

Расчетные сопротивления мерзлых засоленных грунтов с континентальным
типом засоления сдвигу по поверхностям смерзания Raf
​

 

Таблица В.7​

Расчетные давления R на мерзлые засоленные грунты с морским типом засоления под нижним концом сваи

​

Таблица В.8​

Расчетные давления R на мерзлые засоленные грунты с морским
типом засоления под подошвой столбчатого фундамента

​

Таблица В.9​

Расчетные сопротивления срезу по поверхности смерзания Raf
мерзлых засоленных грунтов с морским типом засоления

​

Таблица В.10​

Расчетные давления на лед R под нижним концом сваи и расчетные
сопротивления льда сдвигу по поверхности смерзания с грунтовым раствором Rsh,i
​

 

Таблица В.11​

Расчетные давления на мерзлые заторфованные грунты R под нижним концом сваи

​

Расчетные давления на мерзлые грунты R под нижним концом сваи принимаются по таблице В.1, под подошвой столбчатого фундамента - по таблице В.2, для мерзлых грунтов с континентальным типом засоления - по таблице В.5, для мерзлых грунтов с морским типом засоления - по таблицам В.7 и В.8, для льда - по таблице В.10, для заторфованных мерзлых грунтов - по таблице В.11.

Расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых растворов сдвигу по поверхностям смерзания с фундаментом принимаются по таблице В.3, для мерзлых засоленных грунтов с континентальным типом засоления - по таблице В.6, для мерзлых грунтов с морским типом засоления - по таблице В.9, мерзлых заторфованных грунтов - по таблице В.11.

Расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh принимаются по таблице В.4, льдов по грунтовому раствору Rsh,i - по таблице В.10, мерзлых заторфованных грунтов по грунту или грунтовому раствору - по таблице В.12. Значения расчетных сопротивлений мерзлых грунтов как континентального, так и морского типа засоления, сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh, допускается принимать равными Rsh = Raf с учетом В.4.

Таблица В.12​

Расчетные давления на мерзлые заторфованные грунты под подошвой столбчатого фундамента R,
расчетные сопротивления мерзлых заторфованных грунтов сдвигу по поверхности смерзания Raf и
расчетные сопротивления мерзлых заторфованных грунтов сдвигу по грунту или грунтовому раствору Rsh

​

В.3 Значения Raf в таблицах В.3, В.6, В.9 и В.12 следует умножать на коэффициент γaf, зависящий от вида поверхности смерзания и принимаемый равным:

• для бетонных поверхностей фундаментов, изготовляемых в металлической опалубке - 1,0;
• для деревянных поверхностей, не обработанных масляными антисептиками - 1,0;
• для деревянных поверхностей, обработанных масляными антисептиками - 0,9;
• для металлических поверхностей из горячекатаного проката - 0,7.

Для других поверхностей фундаментов, а также в случае применения покрытий (антикоррозионных, противопучинистых и др.) Raf следует принимать на основании опытных данных, полученных в полевых или лабораторных условиях.

В.4 Значения Rsh в таблицах В.4 и В.9 следует умножать на коэффициент γsh, равный:

• для буронабивных свай с добавлением в бетон противоморозных химических добавок - 0,7;
• для всех видов свай при льдистости грунта 0,2 ≤ ii ≤ 0,4 - 0,9;
• в остальных случаях - 1,0.

Примечания
1 При сочетании двух перечисленных в В.4 условий коэффициентов γsh принимают равным 0,6.
2 Значения Rsh для буронабивных свай с добавлением в бетон противоморозных или иных химических добавок на основе солей, используемых в качестве оснований и фундаментов зданий и сооружений повышенного уровня ответственности, следует определять путем проведения лабораторных испытаний отдельно в каждом конкретном случае.

В.5 Мерзлые засоленные грунты в зависимости от преобладающего химического состава солей выделяются по типу засоления - континентальному или морскому - в соответствии с ГОСТ 25100.

Таблица В.13​

Нормативные предельно длительные значения удельного сцепления cL, кПа, и угла
внутреннего трения φL, град, для мерзлых грунтов и контакта грунта со скалой

​

Таблица В.14​

Нормативные значения удельного сцепления csh, кПа, и угла
внутреннего трения φsh, град, оттаивающего глинистого грунта
​

 

Приложение Г

Среднегодовая температура и глубина сезонного оттаивания и промерзания грунта
​

Г.1 Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта dth,n, м, определяется по данным натурных наблюдений по формуле

, (Г.1)​

где d'th - наибольшая глубина сезонного оттаивания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным натурных наблюдений;

Tbf - температура начала замерзания грунта, °C, определяемая по приложению Б;
Tth,m и tth,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, °C, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330, причем для климатических подрайонов IБ и IГ значения Tth,m и tth,m следует принимать с коэффициентом 0,9;
Tth и tth - соответственно средняя температура воздуха, °C, за период положительных температур и продолжительность этого периода, ч, в год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным.​

Г.2 Нормативная глубина сезонного промерзания грунта df,n, м, определяется по формуле

, (Г.2)​

где d'f - наибольшая глубина сезонного промерзания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным натурных наблюдений;

Tf,m и tf,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °C, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330;
Tf и tf - соответственно средняя температура воздуха, °C, за период отрицательных температур и продолжительность этого периода, ч, в год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным.​

Г.3 При отсутствии данных натурных наблюдений нормативную глубину сезонного оттаивания грунта dth,n, м, допускается определять по формуле

, (Г.3)​

где

; (Г.4)

; (Г.5)​

Tbf - обозначение то же, что в формулах (Г.1) - (Г.2);
Tth,c - расчетная температура поверхности грунта в летний период, °C, определяемая по формуле

Tth,c = 1,4Tth,m + 2,4 °C; (Г.6)​

tth,c - расчетный период положительных температур, ч, определяемый по формуле

tth,c = 1,15tth,m + 0,1t₁; (Г.7)​

t₁ - время, принимаемое равным 1,3·107 с (3600 ч);
t₂ - время, принимаемое равным 2,7·107 с (7500 ч);
T₀ - расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта, °C, определяемая по Г.8;
λth и λf - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, Вт/(м·°C);
Cth и Cf - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, Дж/(м3·°C);
kₘ - коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для глинистых - по таблице Г.1 в зависимости от значения теплоемкости Cf и средней температуры грунта, °C, определяемой по формуле

T̅ = (T₀ - Tbf)(tth,c/t₁ - 0,22); (Г.8)​

Lv - теплота таяния (замерзания) грунта, Дж/м3, определяемая по приложению Б при температуре грунта, равной 0,5T̅, °C.

Таблица Г.1​

Коэффициент kₘ

​

Г.4 Нормативная глубина сезонного промерзания грунта df,n, м, определяется по формуле

, (Г.9)​

где

q₂ = Lv - 0,5Cf(Tf,m - Tbf), (Г.10)​

здесь Lv - теплота замерзания грунта, Дж/м3, определяемая по приложению Б при температуре грунта, равной 0,5(Tf,m - Tbf), °C.

Остальные обозначения те же, что в формуле (Г.2).

Г.5 В случаях, когда предусматриваются вертикальная планировка территории подсыпкой, регулирование поверхностного стока и другие мероприятия, приводящие к понижению уровня подземных вод, значения теплофизических характеристик при расчете нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов по формулам (Г.3) и (Г.9) следует принимать при влажности грунта, равной:

• для крупнообломочных грунтов - 0,04;
• песков (кроме пылеватых) - 0,07;
• песков пылеватых - 0,10;
• глинистых грунтов - wₚ+0,5Iₚ;
• заторфованных грунтов - 1,1wₚ,

где Iₚ и wₚ - соответственно число пластичности и влажности грунта на границе пластичности.

Г.6 Расчетная глубина сезонного оттаивания dth и расчетная глубина сезонного промерзания грунта df определяются по формулам:

dth = k'h dth,n; (Г.11)

df = kh df,n, (Г.12)​

где dth,n и df,n - нормативные глубины соответственно сезонного оттаивания и сезонного промерзания грунта;

k'h и kh - коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по таблице Г.2.​

Таблица Г.2​

Коэффициенты k'h и kh
​

 

Г.7 Нормативное значение среднегодовой температуры многолетнемерзлого грунта T0,n определяется по данным полевых измерений температуры грунтов на опытных площадках с естественными условиями. Допускается значение T0,n принимать равным температуре грунта на глубине 10 м от поверхности.

Г.8 При отсутствии нормативного значения среднегодовой температуры многолетнемерзлого грунта T0,n допускается использовать расчетное значение данного параметра. Расчетная среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта T₀, °C, устанавливается на основании прогнозных расчетов изменения температурного режима грунтов на застраиваемой территории. Для сооружений повышенного уровня ответственности сроком эксплуатации более 20 лет при выполнении прогнозных расчетов температурного режима грунтов рекомендуется учитывать региональные климатические и геокриологические особенности и их изменение во времени. Сценарий изменения температуры приземного воздуха, используемый при расчете, рекомендуется принимать по актуальным данным федерального органа исполнительной власти, осуществляющего функции по оказанию государственных услуг в области гидрометеорологии и смежных с ней областях и мониторинга окружающей среды, или в соответствии с линейной зависимостью изменения, построенной по архивным данным за весь период наблюдений репрезентативной метеорологической станции.

Допускается определять значение T₀, °C, по формуле

, (Г.13)​

где tᵧ - продолжительность года, принимаемая равной 3,15·107 с (8760 ч);

Tf,m и tf,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха в период отрицательных температур, °C, и продолжительность этого периода, с (ч), принимаемые по СП 131.13330;
dth,n - нормативная глубина сезонного оттаивания, м, для предварительных расчетов допускается принимать по рисункам Г.1 и Г.2;
Lv - теплота таяния (замерзания) грунта, Дж/м3, определяемая по приложению Б;
Rₛ - термическое сопротивление снегового покрова, м2·°C/Вт, определяемое по формуле​

Rₛ = dₛ/λₛ, (Г.14)​

где dₛ - среднезимняя высота снегового покрова, м, принимаемая по метеоданным;

λₛ - среднезимняя теплопроводность снегового покрова, Вт/м·°C, определяется по формуле​

λₛ = md (0,18 + 0,87ρₛ), (Г.15)​

где md - пересчетный множитель, принимаемый равным 1,16 м2·Вт/(т·°C);

ρₛ - среднезимняя плотность снегового покрова, т/м3, принимаемая по метеоданным.​

Примечания
1 В районах со средней скоростью ветра в зимний период свыше 5 м/с рассчитанное по формуле (Г.13) значение Rₛ следует увеличивать в 1,3 раза.
2 Если при расчете по формуле (Г.12) T₀ > Tbf, то следует принимать T₀ = Tbf.

Рисунок Г.1 - Глубины оттаивания песчаных грунтов


Рисунок Г.2 - Глубины оттаивания глинистых грунтов​