Калькулятор расчета глубина промерзания грунтов

4. Отбор образцов, их хранение и транспортировка

Для отбора образцов мерзлых глинистых грунтов ненарушенной структуры наряду со специально заправленными ложками-кернобрателями рекомендуется применять грунтонос конструкции ЦНИИС (авторское свидетельство № 218783) (рис. ).

При подготовке к отбору образцов с грунтоноса снимают фиксирующее кольцо 5, корпус грунтоноса 1 отсоединяют от хвостовика 4. Затем в корпус грунтоноса устанавливают кассету с шестью кольцами для компрессионных или сдвиговых приборов, перед установкой которой внутреннюю поверхность корпуса смазывают техническим вазелином или солидолом.

Для отбора образцов грунтонос опускают в скважину, вращая вручную по часовой стрелке до полного заглубления. Мерзлый грунт отрывают от забоя подсекающими ножами, для чего заглубленный грунтонос вращают против часовой стрелки до полного отрыва образца. Затем грунтонос извлекают из скважины, отсоединяют от хвостовика и из его корпуса вынимают кассету с образцом грунта.

Для хранения и испытания отобранных образцов мерзлых грунтов при полевых работах в летний период на исследуемой территории необходимо оборудовать специальный шурф сечением 1,5´2 м, который должен пройти вечномерзлые грунты на глубину 2 — 2,5 м. Располагать шурф следует в затененное месте (в лесу) на глинистых грунтах, там, где наблюдается более низкая температура вечномерзлых грунтов и минимальная глубина сезонного протаивания. Шурф должен быть тщательно изолирован от внешних атмосферных воздействий. С этой целью рекомендуется применять двойное перекрытие шурфа: первое — на поверхности и второе — на границе с вечномерзлыми грунтами. В перекрытиях оборудуют люки для спуска в шурф. Верхнее перекрытие засыпают землей или закладывают дерном (мхом) и закрывают водонепроницаемым материалом — толем, рубероидом или брезентом.

Отобранные из выработок образцы мерзлых грунтов доставляют в шурф-лабораторию. При транспортировке необходимо принимать меры по предотвращению их оттаивания. Для этой цели применяют термосы различных конструкций. Три типа таких термосов показаны на рис. , а, б, в. В термосе, показанном на рис. , а, размещаются четыре образца размерами 60´100´120 мм. Образцы в термосе этого типа могут сохраняться в течение 2 — 2,5 ч. Если термос обернуть мхом или другим изолирующим материалом, срок хранения и перевозки можно увеличить до 4 — 5 ч.

Термос той же конструкции (см. рис. , б) большего размера служит для транспортировки мерзлых пород на значительные расстояния. В нем размещаются 10 — 12 образцов размерами 80´80´90 мм (при укладке в два яруса); в мерзлом состоянии они сохраняются в течение 6 — 8 ч, а при хорошей дополнительной упаковке — 10 — 12 ч.

Рис. 5. Грунтонос для отбора образцов мерзлого грунта ненарушенной структуры конструкции ЦНИИС:

1 — корпус; 2 — обуривающая коронка; 3 — ножи для подрезки керна; 4 — хвостовик; 5 — пружинное фиксирующее кольцо; 6 — кассеты с кольцами для стандартных компрессионных и сдвиговых приборов

I. Формулы для расчетов температурных полей

а ) стационарные
(предельные) температурные поля под п ов ерхностными источниками в форме :

1) бесконечной полосы —

2) прямо у гольник а —

3 ) круга

где

— полный эллиптический интеграл третьего рода ( т абулированная функция).

Для центра круга (β = 2π, r = 0 ) это уравнение
значительно упрощается —

4) горизонтальной трубы в
грунте —

б) нестационарные температурные поля грун та под центрами
сооружений любой формы при отсутствии фазовых переходов —

в) то же, при наличии
фазовых переходов —

6) уравнение связи времени и
глубины промерзания (оттаивания) под центром сооружений

где:

В выражение σ ‘ в отличие от
σ велич ина
F входит с множителем К _a .

Приме ч ание: В форму лах ( 5 и 6) глубина отсч иты вается от низа
сооружения, а его форма учитывается через величину θ_пр.

2. Определение глубины залегания вечномерзлых грунтов

Положение поверхности вечномерзлых грунтов устанавливается по данным инженерно-геологического обследования. В зависимости от условий ее залегания могут быть два основных случая:

слой сезонно промерзающего грунта не сливается с вечномерзлымгрунтом (несливающаяся мерзлота);

сезонно оттаивающий слой при промерзании сливается с вечномерзлым грунтом (сливающаяся мерзлота).

В первом случае между поверхностью вечномерзлого грунта и подошвой слоя сезонного промерзания имеется слой талого грунта (рис. ), поэтому глубина скважин, достигающих поверхность вечномерзлого грунта, должна быть больше глубины сезонного промерзания на величину, равную мощности постоянно талого слоя. При сливающейся мерзлоте глубина залегания поверхности вечномерзлого грунта соответствует полной глубине сезонного оттаивания.

Рис. 2. Наиболее характерное положение деятельного слоя:

I — для сезонно промерзающего слоя (несливающаяся мерзлота) в периоды:

а — максимального промерзания; б — промежуточный; в — максимального оттаивания;

II — для сезонно оттаивающего слоя (сливающаяся мерзлота) в те же периоды.

1 — поверхность вечномерзлых грунтов;

2 — граница оттаивания;

3 — граница промерзания;

мерзлый грунт; талый грунт

Полная глубина сезонного оттаивания устанавливается замерами в конце осеннего периода или на основании данных замеров глубины оттаивания на момент обследования и результатов обработки данных ближайшей к району обследования метеостанции.

Наряду с замерами глубины сезонного оттаивания в инженерно-геологических выработках (шурфах и скважинах) слой грунта, оттаявшего на данный период, в некоторых случаях удобно определять специальным щупом, представляющим собой стальной заостренный прут диаметром 5 — 6 мм с рукояткой для облегчения вдавливания. На каждой исследуемой щупом точке производят двухкратные и трехкратные замеры, которые записывают в полевой журнал.

Полную мощность деятельного слоя h_д и глубину залегания вечномерзлых грунтов по данным единовременных замеров рассчитывают по формуле

,(1)

где I — показатель темпов оттаивания на момент обследования;

h_i — глубина оттаивания на момент обследования, см.

Значение показателя темпов оттаивания, характеризующее изменение глубины оттаивания в зависимости от времени, можно определять по данным метеостанции.

Когда наблюдения за глубиной оттаивания отсутствуют, величину показателя темпов оттаивания находят по формуле

,(2)

где t₁, t₂… — среднемесячные температуры воздуха, соответственно за первый, второй и т. д. месяц по данным наблюдений за наиболее теплый год в течение десятилетнего периода;

n — продолжительность всего периода оттаивания, мес;

m — продолжительность периода от начала оттаивания до момента, для которого определяется показатель темпов оттаивания, мес.

Глубину оттаивания в момент обследования h_i следует замерять не ранее конца июня. Использование данных более ранних замеров, произведенных в мае-июне, может привести к значительным ошибкам при определении полной мощности слоя сезонного оттаивания и глубины залегания вечномерзлых грунтов.

При определении полной глубины сезонного оттаивания можно также использовать данные о криогенной текстуре мерзлого грунта. В тех случаях, когда в однородных грунтах содержание льда в грунте постепенно уменьшается до минимального количества, а затем резко увеличивается, то граница этого перехода, как правило, будет являться максимальной глубиной сезонного оттаивания.

Пример расчета полной глубины сезонного оттаивания

На основании инженерно-геологического обследования, проведенного в пределах участка трассы в районе пос. Анадырь, средняя глубина оттаивания h_iна момент обследования в середине июля равнялась 40 см.

По данным метеостанции получена среднемесячная температура воздуха за теплый период года для этого района, град С:

VIVIIVIIIIX

4,810,59,68,9

Определить полную глубину сезонного оттаивания в пределах обследуемого участка.

Сначала рассчитывают суммы средних положительных температур за один, два и т.д. месяца оттаивания. Затем находят отношения этих сумм к сумме температур за весь теплый период, в данном случае за четыре месяца. Результаты записывают в табл. .

Таблица 2

Сумма положительных температур

4,8

0,17

0,41

VI — VII

15,3

0,53

0,78

VI — VIII

24,9

0,86

0,98

VI — IX

28,8

1,0

По данным расчета строят график темпов оттаивания (рис. ) и находят значение показателя темпов оттаивания для середины июля. I составляет 0,6. Полную глубину сезонного оттаивания определяют по формуле

(см).

1. Состав и строение мерзлого грунта

Грунты всех видов называются мерзлыми, если они имеют нулевую или отрицательную температуру и содержат в своем составе лед.

Грунты называются вечномерзлыми, если они находятся в мерзлом состоянии в продолжение многих (от трех и более) лет. В состав мерзлого грунта входят минеральные частицы, лед, вода, воздух.

Величина, форма и взаимное расположение минеральных частиц пор и ледяных включений, входящих в состав грунта, формируют характерную криогенную текстуру.

При описании мерзлого грунта следует различать массивную, слоистую и сетчатую текстуры (рис. ).

Массивнаятекстура характеризуется наличием в основном порового льда.

Слоистая текстура представляет собой чередование ледяных включений в виде прослоек и линз с минеральными прослойками, которые имеют массивную текстуру.

Сетчатая текстура формируется ледяными включениями, располагающимися в виде сетки.

Рис. 1. Основные виды текстур мерзлых грунтов:

а — массивная; б — слоистая; в — сетчатая

Результаты

Исходные данные

Данные для расчета взяты из СП 22.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*).

Коэффициент условий работы, принимаемые по таблице 5.4 :

Коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам приложения Б :

Ширина подошвы фундамента, м :

Осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 :

Осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3 :

Расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа :

Угол внутреннего трения грунта основания :

Коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5 :

Коэффициент, принимаемый равным единице при b [k_z]:

Глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8) :

Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м :

Толщина конструкции пола подвала, м :

Расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3:

Глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м :

Расчетное сопротивление грунта основания :

III. Значения альбедо (%) некоторых поверхностей

Тип поверхности	альбедо
Снег с веж евы павш ий	90
Снег плотный, с лежавшийся, сухой	60
Снег загрязненный	28
Трава зеленая	21
Трава в период увядания	28
Песок сухой, желтый	35
Песок сухой, серый	2 1
Песок с ухой, коричневый	19
Чернозем сухой	12
Глина синяя	23
Тундра	15 — 20
Болота	12 — 18
Галечник светложелтый	21
Галечник подчерненный	10
Оголенный грунт, забеленный известью	30 — 50
Оголенный грунт, зачерненный угольной пылью	8 — 9
Мостовая, панель (плитками)	17
Асфальтовое покрытие	10 — 20
Щебеночное покрытие	18
Бетон с ветложел тый	27
Бетон светлосерый	23
Дерево, окрашенное светлой краской	40
Цемент	27
Битумная пленка, свеже н анесенная	9
Битумная пленка после годичной эксплуатации	1 5