Методика расчета теплоизолированных фундаментов на сезонно промерзающих грунтах

• Автор: Веселов, Владимир Вячеславович
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПУЧЕНИЯ ПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТОВ И МЕТОДОВ БОРЬБЫ С НИМ

1.1 Введение

1.2 Пучение промерзающих грунтов

1.3 Методы борьбы с морозным пучением

1.3.1 Инженерно мелиоративные мероприятия и термохимические мероприятия

1.3.2 Строительноконструктивные мероприятия

1.4 Теплоизоляция фундаментов

1.4.1 Поверхностные теплоизолированные фундаменты ПТФ

1.4.2 Полимерные материалы для строительства

1.5 Задачи исследования
ГЛАВА 2 ПРИМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОМЕРЗАНИЯОТТАИВАНИЯ ГРУНТА В ОСНОВАНИИ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
2.1 Общая постановка задачи
2.1.1 Введение
2.1.2 Краевые условия задачи
2.1.3 Температура воздуха
2.1.4 Солнечная радиация
2.1.5 Геотермальное тепло
2.2 Решение задач промерзанияоттаивання грунта в основании фундаментов ПТФ методом конечных элементов
2.2.1 Выбор расчетного аппарата
2.2.2 Расчетные схемы задачи
2.2.3 Теплофизические характеристики грунтов
2.2.4 Способ задания температур воздуха и солнечной радиации
2.2.5 Выбор тага расчета по времени и по пространству
2.2.6 Постановка проблемы задания расчетной зоны
2.3 Оптимизация расчетной схемы задачи
2.3.1 Определение глубины расчетной зоны
2.3.2 Влияние глобальных факторов
2.3.3 Начальное распределение температур
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ОСНОВАНИИ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОГО ФУНДАМЕНТА
3.1 Глубина промерзания и факторы, влияющие на нее
3.1.1 Температура воздуха, холодная пятидневка
3.1.2 Теплопроводность и теплоемкость грунта
3.1.3 Толщина утеплителя
3.1.4 Вылет утеплителя за грани фундамента
3.1.5 Высота и вылет утепленной засыпки
3.1.6 Зависимость глубины промерзания от суммы градусосуток
3.2 Анализ температурного поля под подошвой фундамента при наличии теплоизоляции
3.3 Оптимизация формы обратной теплоизолированной засыпки
3.4 Температурное поле под подошвой фундамента при учете теплового влияния здания
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ОСНОВАНИИ
ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
4.1 Задачи, условия и методика выполнения экспериментальных исследований
4.1.1 Описание площадок проведения экспериментов
4.1.2 Климатическое описание зимнего сезона
4.1.3 Геологические и гидрогеологические условия площадок
4.1.4 Измерительная аппаратура, схемы заложения датчиков
4.2 Результаты измерений
4.2.1 Температура воздуха
4.2.2 Температура грунта в основании фундаментов ПТФ
4.3 Анализ результатов измерений
Выводы по главе 4
ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕПЛОВОМУ РАСЧЕТУ И УСТРОЙСТВУ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
5.1 Экономическое сравнение вариантов фундаментов
5.1.1 Исходные данные для сравнения вариантов
5.1.2 Конструктивные решения вариантов
5.1.3 Сравнение вариантов проектирования
5.2 Рекомендации по расчету и устройству теплоизолированных фундаментов
5.2.1 Макет ТСН Основания и фундаменты строящихся и реконструируемых зданий и сооружений на территории Уральского Федерального Округа
5.2.2 Поверхностные теплоизолированные фундаменты
5.2.3 Методика назначения допустимой глубины промерзания, оценка пучинистости грунтов
5.2.4 Конструктивные решения ПТФ
5.2.5 Расчет и проектирование. Методика расчета ПТФ
5.2.6 Производство работ по устройству фундаментов ПТФ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В главе рассмотрены вопросы, связанные с морозным пучением промерзающих фунтов, рассмотрены методы борьбы с пучением. Под морозным пучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающих влажных почв, нескальных горных пород и грунтов, приводящее к увеличению их общего объема вследствие кристаллизации воды и образования ледяных включений в виде прослойков, линз, поликристаллов. Внешним проявлением морозного пучения служат местные, как правило, неравномерные поднятия поверхности слоя промерзающего грунта, сменяющиеся осадкой последнего при оттаивании. Пучение грунтов сопровождается развитием давления в зоне промерзания это давление характеризует собственно силы пучения. Для решения практических вопросов о напряженном состоянии грунта у фундамента важно иметь представление не столько о собственно силах пучения, сколько о силовом эффекте, воспринимаемом фундаментами и конструкциями сооружений. Различают следующие виды восприятия силового эффекта пучения касательные и нормальные силы пучения. Силы пучения это такие силы, которые необходимы для преодоления сопротивления выпучиванию, оказываемого сооружением. Замерзая около фундамента, грунт примерзает к его боковой поверхности. Развивающиеся гидродинамические силы пучения стремятся вместе со слоем промерзшего фунта переместить фундамент вверх. При этом, если статические связи смерзания фунта с фундаментом окажутся меньше сопротивления его заанкеривания и нафузки от сооружения, возникает смещение сдвиг мерзлого пласта относительно фундамента. Сопротивление этому смещению при динамических связях смерзания грунта с фундаментом определяет касательные силы пучения. С увеличением слоя промерзающего пучащегося фунта может наступить такой момент, когда динамические связи превзойдут сопротивление заанкеривания и нагрузки. В этом случае вместе с фунтом начнется перемещение, или, как говорят, выпучивание фундамента, сопровождаемое нарушениями устойчивости и нормальной работы сооружения. Собственно силы пучения, действующие по нормали к фундаменту или сооружению, определяют нормальные силы пучения , . Основным условием пучения любого фунта служит превышение общего объема замерзшей и незамерзшей воды, аккумулированной в массиве промерзшего грунта, над объемом свободных от воды пор того же массива. Пучение связных глинистых грунтов происходит не только вследствие кристаллизации воды начального содержания, фиксированной в фунте до замерзания. Наличие в глинистых и пылеватопесчаных грунтах пленочной воды обусловливает процесс миграции жидкой фазы, выражающийся в перераспределении и накоплении влаги в промерзающем фунте вследствие ее поступления из смежных немерзлых зон. Большое влияние на интенсивность морозного пучения оказывают такие факторы, как зерновой состав и плотность грунта, его влажность и глубина залегания подземных вод, температурный режим в период промерзания, а также нафузка, передаваемая на фундамент. В зависимости от указанных факторов все грунты подразделяются на пучинистые морозоопасные и непучинистые. Слабопучинистый 1 т й 3. Среднепучинистый 3. Для примера, за счет только начального влагосодержания модуль пучения т может составить максимум 3. Наибольшему пучению подвержены фунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески фавелистыс, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания в любых условиях. Процесс пучения, обусловленный льдовыдслением и анизотропией роста кристаллов льда, протекает не только у фаницы промерзания, но и в некотором приграничном слое мерзлого грунта, называемом зоной промерзания, или зоной одновременного пучения. Мерзлый грунт, залегающий выше зоны промерзания, при дальнейшем охлаждении практически не подвергается пучению, однако перемещается в результате пучения грунта в нижележащих слоях, оказывая ему сопротивление за счет изгибной жесткости. В ходе промерзанияоттаивания фунта, в зависимости от интенсивности пучения, подвергаются значительному изменению физикомеханические свойства грунтов.