 |
Задание 2. Определение глубины сезонного промерзания грунтового основания
|
|
|
|
Определить глубину сезонного промерзания грунта в естественных условиях, при утеплении поверхности и при строительстве здания. Район расположения строительной площадки выбирается студентом. Утепление поверхности основания можно выполнить: опилками, топливным шлаком или керамзитовым гравием, толщину утеплителя принять (150…300) мм. Глубину выемки при устройстве подвала принять 1,5 м.
На глубину промерзания основания оказывают влияние: климатические факторы; вид и характер напластования грунтов в верхней зоне основания; наличие утепляющих покрытий на поверхности; наличие открытых и перекрытых выемок.
Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов основания (
) для строительных площадок можно определить по результатам многолетних наблюдений по схематической карте (Рис. 2.1). Карта составлена для условий сложения промерзающей толщи суглинками и глинами. Нормативную глубину промерзания для других видов грунта можно определить увеличением значения для глин и суглинков с учётом коэффициента 
: для супесей, песков пылеватых и мелких 
=1,22; для песков средней крупности, крупных и гравелистых 
=1,31; для крупнообломочных грунтов =1,48; для бетона 
=1,6; для железобетона 
=1,77.
|
| Рис.2.1 Схематическая карта глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов , см
|
В промерзающую толщу основания могут входить слои грунта разного вида, которые характеризуются разной глубиной сезонного промерзания (Рис.2.2). В таких условиях нормативная глубина сезонного промерзания определяется средневзвешенным значением для составляющих слоёв в зависимости от их мощности 
и показателей 
. Предварительно глубина сезонного промерзания принимается для слоя грунта, обеспечивающего наибольшее влияние:
|
|
|
- нормативная глубина промерзания суглинков и глин по схематической карте Рис.2.1.
Для принятой глубины промерзания определяются мощности слагающих слоёв грунта 
и коэффициенты 
, по которым определяется среднее взвешенное значение коэффициента 
:
По найденному коэффициенту оценивается уровень отклонения глубины промерзания от принятого предварительно:
;
Если условие не обеспечено, то расчёты повторяются для новой глубины промерзания:
При обеспечении условий за расчётную глубину сезонного промерзания 
принимается большая из сравниваемых величин.
Для случая когда на поверхности грунта устраивается утепляющий слой (Рис.2.3) глубина сезонного промерзания определяется с учётом его фактического расчётного сопротивления теплопередаче (R) и с учётом периода воздействия отрицательных температур на не утеплённое основание (
):
;
- нормативная глубина сезонного промерзания грунта; 
- коэффициент влияния слоя утеплителя (Табл. 2.1); - условное сопротивление теплопередачи слоя утеплителя; 
и 
- толщина слоя и коэффициент теплопроводности утеплителя; t – продолжительность охлаждения основания до устройства утепления, в долях от продолжительности зимнего периода.
Рис.2.2 Схема к определению нормативной глубины сезонного промерзания основания.
| 
 -мощности слоёв грунта, входящих в промерзающую толщу.
 -коэффициенты влияния вида грунта на глубину сезонного промерзания основания.
|
|
Рис. 2.3 Схема к определению сезонной глубины промерзания грунта в основании для условий утепления его поверхности;  - нормативная глубина промерзания не утеплённого основания;  - глубина промерзания грунта под слоем утеплителя.
|
Таблица 2.1
| Коэффициент влияния утепляющих конструкций на поверхности грунта () на глубину сезонного промерзания основания
| |||||||
| 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | |
|
| 1,0 | 0,88 | 0,77 | 0,61 | 0,48 | 0,37 | 0,3 |
Для случая, когда на строительной площадке возводится здание с подвалом, поверхность грунта устраивается на разных уровнях. При этом подвал на период строительства будет частично защищён от прямого воздействия климатических факторов стенами и перекрытием (Рис.2.6). Расчёт глубины промерзания для таких условий может быть выполнен по схеме устройства слоя утеплителя в виде перекрытия, при условии что все проёмы в конструкциях подвала будут закрыты и открываться только на период производства работ. При сумме времени производства работ с открытыми продухами и проёмами в стенах подвала и перекрытии, приближающимся по длительности к зимнему периоду, расчётная глубина промерзания грунта в подвале принимается при = 1,0. Перекрытие и стены подвала могут быть утеплены.
|
|
|
В контрольной работе принять толщину стен подвала из сборных бетонных блоков b=500 мм, перекрытие из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами без утеплителя, период охлаждения грунта в подвале при открытых проёмах студент назначает самостоятельно в пределах (25…40)% от длительности зимнего периода в заданном районе. Оценку глубины промерзания необходимо выполнить для заданной строительной площадки в принятом климатическом районе, для естественных условий, для условий устройства слоя утеплителя на поверхности грунта с целью его защиты от промерзания, для условий возведения здания с подвалом в зимний период года. Вид и толщину слоя утеплителя, а так же период охлаждения не защищенного грунта назначается студентом.
Пример 1. Определить глубину сезонного промерзания грунта на строительной площадке, расположенной в В. Новгороде и сложенной с поверхности слоем супеси 
=0,5 м, подстилаемой слоем суглинка 
=0,6 м, ниже расположен слой песка гравелистого вскрытой мощностью 1,3 м (рис. 2.4).
По схематической карте глубины сезонного промерзания для условий В. Новгорода для глины и суглинистого грунта нормативная глубина сезонного промерзания составляет 
=1,2 м.
Глубина промерзания основания сложенного с поверхности: супесью составит 
; гравелистым песком 
.
Для расчётов предварительно принимается глубина сезонного промерзания 
. В промерзающую толщу будут входить: слой супеси =0,5 м, 
=1,31; слой суглинка 
=0,6 м, 
=1,0; слой песка гравелистого 
=0,364 м, 
=1,31. Для принятой глубины сезонного промерзания определяется средневзвешенное значение коэффициента 
:
|
|
|
Для найденного значения коэффициента влияния 
глубина сезонного промерзания составит:
Расхождение по величине глубин промерзания принятой и рассчитанной составляет:
Выполняется уточнение глубины промерзания.
Мощность слоя песка гравелистого, входящего в вычисленную мощность промерзающей толщи составляет =0,282 м. Среднее значение коэффициента влияния для таких условий составит:
Уточненная глубина промерзания составит:
Расхождение по величине глубин промерзания составляет:
Принимается глубина промерзания сложенной толщи грунта:
.
|
| Рис. 2.4 Определение глубины сезонного промерзания слоистого основания |
Пример 2. Определить глубину промерзания грунта на строительной площадке для условий, приведённых в примере 1, для случая утепления поверхности слоем топливного шлака толщиной h=300 мм. Утепление было устроено в зимний период, при том длительность охлаждения основания составила 0,3 от длительности зимнего периода года (рис. 2.5).
Коэффициент теплопроводности в слое утеплителя с учётом климатических воздействий принимается 
Расчётная величина термосопротивления слоя утеплителя:
С учётом влияния периода охлаждения основания величина расчётного термосопротивления составит:
.
Коэффициент влияния слоя утеплителя на глубину промерзания грунтового основания принимается по таблице 2.1 
.
Расчётная глубина промерзания основания под слоем утеплителя:
При недопущении периода охлаждения грунтового основания при отрицательных температурах в зимний период года, расчётная глубина промерзания основания под слоем утеплителя составила бы: 
|
| Рис. 2.5 Определение глубины сезонного промерзания основания утеплённого слоем топливного шлака |
Пример 3. Определить глубину промерзания грунта в подвальном помещении строящегося здания, для условий строительной площадки приведённой в примере 1. Строительство ведётся в зимнее время при отсутствии отопления в помещениях подвала. Перекрытие над подвалом выполнено из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами h=220 мм, с замоноличиванием швов. Фундаментные стены выполнены из бетонных блоков b=500 мм. Проёмы в стенах подвала и в перекрытиях зашиты деревянными щитами с утеплением. Помещение подвала используются для складирования материалов и инструмента, суммарная продолжительность охлаждения в объеме подвала оценивается долей до 20% от продолжительности зимнего периода. Глубина выемки составляет 
(рис. 2.6).
|
|
|
Расчётное сопротивление перекрытия над подвалом из плит с пустотами оценивается величиной: 
Расчётное сопротивление стен подвала из бетонных блоков при коэффициенте теплопроводности 
: 
Расчётное сопротивление воздуха, замкнутого в объёме подвала составляет 
Расчётное термосопротивление системы утепляющих конструкций в объёме подвала принимается из условий работы перекрытия и воздушной прослойки:
Влияние периода охлаждения составит: 
Расчётная глубина промерзания грунта в подвале составит:
(табл. 2.1); 
В результате выемки под зданием напластование грунтов в основании изменилось. В рассматриваемом примере основание под зданием в зоне промерзания сложено песком гравелистым. Нормативная глубина сезонного промерзания основания сложенного песком гравелистым составляет:
При открытых проёмах в стенах и перекрытии подвала основание будет проморожено на глубину ≈2,6 м от природной поверхности.
При отсутствии периода охлаждения основания под зданием t=0, глубина промерзания в подвале составит: 
Рис. 2.6. Определение глубины сезонного промерзания основания в подвальном объёме строящегося здания.
|
|
|
