Файл: Левкович А.И. Инженерно-геологические изыскания для строительства на вечномерзлых грунтах.pdf

режима следует использовать в пределах участков с однородным ландшафтом, границы которых и будут определять границы от­ носительного постоянства обобщенных характеристик. Смена ландшафта, как правило, характеризует изменение температур­ ного режима подстилающих грунтов.

При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в зоне их влияния на грунты начинают действовать, как известно, источники (иногда — стоки) тепла, причем эти воздействия не­ одинаковы как в пространстве, так и во времени. Незакономерно изменяются в пределах таких участков и условия теплообмена на поверхности грунта. Поэтому температурный режим грунтов на участках строительства и эксплуатации зданий и сооружений будет отличаться крайней пестротой и использование обоб­ щенных его характеристик на таких участках лишено смысла. Достоверно описать температурный режим грунтов на этих участках можно, как правило, только его характеристиками, определенными на основе анализа температурных полей соот­ ветствующей области исследований, или температурными полями в целом. Для характеристики же естественного температурного режима вечномерзлых грунтов следует использовать его обоб­ щенные показатели.

По материалам термокаротажных работ в каждой скважине определяют следующие обобщенные характеристики темпера­ турного режима грунтов: глубину сезонного оттаивания или про­ мерзания; глубину распространения годовых колебаний темпе­ ратуры в грунтах; среднегодовую температуру грунтов (на глу­ бине годовых нулевых амплитуд).

По этим данным строят так называемые огибающие кривые, показывающие величину максимальных амплитуд температур грунта за год на любой глубине в пределах слоя годовых коле­ баний температуры.

Различаются глубина сезонного оттаивания (промерзания) на момент исследований, полная глубина и нормативная глу­ бина.

Глубины сезонного оттаивания и промерзания на момент исследований и полные глубины

Глубина сезонного оттаивания грунтов на момент исследо­

ваний Zl определяется по графику температур как место пе­ ресечения температурной кривой с осью нулевой температуры

(рис. 4).

Иногда по тем или иным причинам измеренные температуры до глубин 2—3 м могут обладать незакономерными колебания­ ми, например глубина оттаивания по более ранним замерам ока­ жется больше, чем глубина, определенная позже. В этих случаях

целесообразнее вёего величину Z\ определять по материалам бурения скважин (на дату проходки). После этого находят пол­

83

ную глубину оттаивания Zl, которая представляет собой мак­ симальную глубину оттаивания грунтов в данной точке в год исследований. В тех случаях, когда бурение скважин или изме­ рение температуры в них производят осенью с началом промер­ зания грунта, определенная непосредственно глубина сезонного оттаивания и будет полной его глубиной. В остальных случаях

величина Z„ определяется расчетом и является предсказанной (прогнозной) величиной.

Наиболее удобен и надежен способ определения Zl, предло­ женный в свое время В. Ф. Тумелем [23] и основанный на пере­ счете получаемых непосредственно

определять величину Z„ в любой тощее по измеренной в фик сированный момент времени в этой точке величине Zl.

Величина Zl определяется по формуле

где п —доля оттаивания грунта (в %) от полной ее глубины, полученная по графику хода оттаивания грунта (который полу­ чают на ближайшей метеостанции) на момент, соответствующий

моменту определения Zl в исследуемой скважине.

Если позволяет время, величину Z\ рекомендуется рассчи­ тывать, используя не средний ход оттаивания грунтов, а ход от­ таивания в году исследований. Естественно, что такие данные можно получить лишь в осенний период.

83

оттаивания. Аналогично и для слоя сезонного промерзания счи­ таем, что с момента начала оттаивания этого слоя и до его пол­ ного оттаивания положение подошвы этого слоя соответствует

Zп промерзания.

При дальнейшем изложении полную глубину сезонного от­

промерзания Я", грунтов введено в практику инженерно-геоло­ гических изысканий Строительными нормами'и правилами про­ ектирования оснований и фундаментов на вечномерзлых и обыч­ ных, талых грунтах (СНиП П-Б.1—62 и СНиП П-Б.6—66). Зна­ чения нормативных глубин используются для расчета фундамен­ тов на устойчивость по условиям нормального выпучивания. В общем случае глубина заложения фундаментов должна быть

несколько-больше значений Я" и Я",.

Эти величины используются также и при расчете фундамен­ тов на воздействие сил касательного пучения. Для каждого кон­ кретного здания или сооружения, помимо этого, вычисляются расчетные глубины оттаивания и промерзания (Ят и Ям) путем умножения значений нормативных глубин на коэффициенты, ха­ рактеризующие тепловое влияние данного конкретного здания и сооружения. Коэффициенты эти (mi) могут быть как меньше, так и больше единицы.

Таким образом, нормативные глубины являются некоторым базовым уровнем оттаивания и промерзания грунтов, склады­ вающимся на территории строительства. Этот уровень уточ­

таивания и промерзания влияют не только здания и сооруже­ ния. Во многих случаях гораздо более существенное влияние оказывает общий характер изменения условий теплообмена на поверхности грунтов (уничтожение растительности, снежного покрова, мероприятия по осушению, зачернение территории и т. п.). Поэтому нормативные глубины должны определяться с учетом преобразования условий теплообмена на площадке в целом. Кроме того, нормативные глубины должны отражать наи­ более благоприятные для оттаивания или промерзания условия, поскольку фундаменты надо рассчитывать на воздействие мак­ симально возможных сил пучения. Можно сказать, что уменьше­ ние нормативной глубины оттаивания или промерзания по срав­ нению с некоторой объективной ее величиной приведет к недо­

84

статочной устойчивости фундаментов по условиям выпучивания, а увеличение — к избыточной устойчивости.

Эти обстоятельства и отражены СНиП 11-Б.1—62 и СНиП П-Б.6—66, указывающими, что за нормативную глубину оттаи­ вания принимается наибольшая из ежегодных максимальных глубин сезонного оттаивания по данным наблюдений (в течение не менее 10 лет) за фактическим оттаиванием грунтов на осу­ шенной площадке без растительного и торфяного покрова, очи­ щаемой весной от снега. Нормативная глубина промерзания определяется аналогично, но по средним из наибольших глубин на оголенной от растительности и снега площадке.

СНиПы указывают также, что в случае невозможности на­ турного определения Я? или Я", последние находят теплотех­ ническим расчетом, а для определения Ям, кроме того, реко­ мендуется пользоваться эмпирической формулой й картой изо­ линий масштаба порядка 1: 12 500 000.

Следует особо подчеркнуть, что определение понятия нор­ мативных глубин СНиПы не приводят. Поэтому смысл этого понятия приходится выводить из условий использования норма­ тивных глубин при проектировании и регламентированных ме-_ тодов их определения. В первую очередь, возникает вопрос о степени обобщения этих величин, т. е. о размерах территории, для которой определяется одно их значение. Метод натурного определения той и другой величины ответа на этот вопрос не

содержит. Однако для Ям, как указывалось, регламентируется определение по эмпирической формуле и по карте изолиний.

В этихслучаях одно значение Ям характеризует территорию площадью в тысячи и десятки тысяч квадратных километров. Поскольку регламентированные методы определения равноправ­

ны, то очевидно, что -одна величина Я”„ определенная натурным путем, также должна распространяться на значительную тер­ риторию. Следует отметить, что для супесей и песков мелких и

пылеватых при определении по формуле и карте величина Я„ берется с коэффициентом 1,2. Таким образом, все многообразие условий геолого-географической среды теплообмена на громад­ ной территории укладывается в два, а для натурного метода — в одно значение нормативной глубины промерзания грунтов.

Относительно нормативных глубин сезонного оттаивания правомерен аналогичный вывод, поскольку натурные методы

определения Я? и Я„ аналогичны, а каких-либо специальных оговорок на этот счет не сделано.

Практика подтверждает, что при проектировании оснований и фундаментов в подавляющем большинстве случаев исполь­

зуется одно значение для Я? и два — для Я„ с учетом упоми­ навшегося поправочного коэффициента для значительных по площади территорий (Чита, Якутск и т. д.).

85

Рассмотрим вопрос об обоснованности такого обобщения. Современные представления о теплообмене в промерзающих и оттаивающих грунтах и согласующиеся с ними многочисленные материалы инженерно-геологических работ и исследований ука­ зывают на чрезвычайно высокую степень изменчивости геолого­ географических условий теплообмена, в частности на изменчи­ вость глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов в пределах даже небольших участков. В естественных условиях на таких участках глубины сезонного оттаивания и промерзания могут отличаться друг от друга иногда в 2—3 раза и даже бо­ лее. В условиях строительного освоения, которые далеко не все­

гда соответствуют условиям натурного определения Я" и Я", на опытных площадках, изменчивость глубин оттаивания и промер­ зания от точки к точке будет не менее интенсивной, чем в есте­ ственных условиях. Поэтому с позиций надежности проектиро­ вания фундаментов если и принимается единственная величина

Я? или Я", для какого-либо района, то она должна быть наи­ большей из возможных значений глубин оттаивания или про­ мерзания грунтов в этом районе. Правда, при единственном

наибольшем значении Я" .или Я", фундаменты некоторой ча­ сти зданий в районе строительства будут рассчитаны с избыточ­ ной устойчивостью, что отразится на стоимости строительства.

Использование же другой (не наибольшей) величины Я" или

Ям. в свою очередь, приведет к деформациям какой-то части зданий и сооружений за счет пучения.

Методы определения единственного значения Я? или Я„ должны гарантировать получение именно наибольшей из воз­ можных глубин промерзания или оттаивания грунтов. При на­

турном методе определения Я" и Я", в каком-либо районе опыт­ ная площадка, следовательно, должна выбираться на грунтах, которые при прочих равных условиях будут характеризоваться наибольшими глубинами оттаивания или промерзания, т. е. район в этих целях должен быть обследован. Подобная оценка района возможна лишь при достаточно детальных исследова­ ниях состава, свойств и температурного режима грунтов, учи­ тывающих к тому же влияние условий теплообмена на поверх­ ности грунтов в естественных условиях, т. к. опытная площадка должна быть оголена.

Не вызывает никаких сомнений, что для выбора опытной площадки инженерно-геологические исследования упомянутого характера нецелесообразны и, как показывает практика, не вы­ полняются. Если натурные наблюдения все же организуются, то они приводят к необоснованному, случайному, по существу, вы­ бору участков для размещения опытных площадок.

Обоснованный выбор опытной площадки на какой-либо тер­ ритории возможен также при условии, что вся ее площадь пред-

86