Допустимые осадки фундаментов мостов

Предельные перемещения фундаментов опор мостов по действующим нормативно-техническим документам, применяемым при проектировании фундаментов

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации мостов осадки их фундаментов не должны превышать значений, установленных в [14]. Допускаемые предельные смещения не должны превышать (см): полная равномерная осадка опоры — 1,5L; разность полных осадок смежных опор — 0,75L; горизонтальное смещение верха опоры — 0,5L, где L — длина меньшего из примыкающих к опоре пролетов (м), но не менее 25 м.

Расчет осадок фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования согласно действующих нормативно-технических документов. Определение крена фундаментов мелкого заложения. Учет осадок фундамента мелкого заложения во времени.

Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования согласно действующих нормативно-технических документов, применяемых при проектировании фундаментов

Осадку фундамента S определяют от действия нормативных нагрузок. Конечная осадка основания S, м, с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства определяется согласно [15] и вычисляется по формуле:

где  — безразмерный коэффициент, равный 0,8; _zp,i — среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; h_i и E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта, причем h_i  0,4b_п, b_п — меньшая сторона подошвы фундамента; n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.

При этом распределение нормальных вертикальных напряжений по глубине основания принимают по схеме, приведенной на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; B.C — нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n -глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b — ширина фундамента; P — среднее давление под подошвой фундамента; P_o — дополнительное давление на основание; _zg, _zg,o — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; _zp, _zp,o — дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; H_c — глубина сжимаемой толщи

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: _zp — по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле:

где  — коэффициент, принимаемый по [15] (см. табл. 1, стр. 30) в зависимости от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента  = l_п/b_п и относительной глубины  = 2z/b_п, b_п — меньшая сторона подошвы фундамента; P_o = P — _zg,o — дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b_п  10 м принимается P_o = P); P — среднее давление под подошвой фундамента, кПа; _zg,o = d_f — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;  — удельный вес грунта, кН/м 3 ; d_f — глубина заложения подошвы фундамента, м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта _zg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупорного слоя грунта, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды. При определении _zg в водоупорном слое грунта следует учитывать давление воды, расположенной выше рассматриваемой глубины слоя.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = H_c, где выполняется условие:

где _zp — дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; _zg — вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E  5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = H_c, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия:

Если в зоне сжимаемой толщи находится слой грунта с меньшим чем у верхних слоев модулем деформации E, то производят проверку несущей способности подстилающего слоя грунта.

Источник

Основания и фундаменты опор мостов свайные фундаменты (стр. 5 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8

Песчаные грунты и их влажность

Условное сопротивление Ro пес-чаных грунтов средней плот-ности в основаниях, кПа (тс/м2)

Гравелистые и крупные независимо от их влажности

влажные и насыщенные водой

влажные и насыщенные водой

Примечание. Для плотных песков приведенные значения Ro следует увеличивать на 100%, если их плотность определена статическим зондированием, и на 60%, если их плотность определена по результатам лабораторных испытаний грунтов.

Условное сопротивление Ro крупнообло-мочных грунтов в основаниях, кПа (тс/м2)

Галечниковый (щебенистый) из обломков пород:

Гравийный (дресвяной) из обломков пород:

Примечание. Приведенные в табл. 11 условные сопротивления Ro даны для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем. Если в крупнообломочном грунте содержится свыше 40% глинистого заполнителя, то значения Ro для такого грунта должны приниматься по табл. 9 в зависимости от Ip, IL и e заполнителя.

Гравий, галька, песок гравелистый крупный и средней крупности

Песок пылеватый, супесь

Суглинок и глина твердые и полутвердые

Суглинок и глина тугопластичные и мягкопластичные

5. РасЧет свайных фундаментов с низким ростверком по предельным состоЯниЯм

5.1. РасЧет центрально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком

После назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента, в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр тяжести, выбирают тип свай, для которых определяют несущую способность по грунту или по материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на строительной площадке, материала и конструкции свай. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.

Число свай в фундаменте определяют, исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в фундаменте. Расчет выполняется по первой группе предельных состояний (по несущей способности). Требуемое количество свай в фундаменте определяют по формуле:

n = gk×N0I/(Fd — gf×a2×dр×gm), (16)

где gk, Fd — то же, что в формуле (2); N0I — расчетная нагрузка от веса сооружения; a — шаг свай; dр — глубина заложения подошвы ростверка; gm = 20 кН/м3 — расчетное значение осредненного удельного веса материала ростверка и грунта.

После размещения свай в плане в соответствии с требованиями конструирования фундамента и расчета ростверка определяют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю:

N = [N0I + NPI + NGI + NCI]/n, (17)

где N0I — то же, что и в формуле (16); NPI, NGI, NCI — расчетные нагрузки от веса ростверка, грунта и свай; n — количество свай в фундаменте.

Вес ростверка свайного фундамента определяется по формуле:

NPI = gf×NPII = gf×Aр×hр×gб, (18)

где NPI, NPII — вес ростверка соответственно по первой и второй группам предельных состояний; gf = 1,2 — коэффициент надежности по нагрузке; Aр — площадь ростверка, м2; hр — толщина ростверка, м; gб = 25 кН/м3 — удельный вес бетона ростверка.

Вес грунта, лежащего на обрезе ростверка свайного фундамента, определяется по формуле:

NGI = gf×NGII = gf1×Aр×(dр — hр)×gгр — gf×Aоп×(dр — hр)×gб, (19)

где NPI, NPII — вес грунта соответственно по первой и второй группам предельных состояний; gf1 = 1,2 — 1,3 — коэффициент надежности по нагрузке для грунта; gf; Aр; hр; gб — то же, что в формуле (18); dр — глубина заложения подошвы ростверка, м. В целях упрощения расчетов в формуле (19) вторым слагаемым пренебрегают.

Вес свай в свайном фундаменте определяется по формуле:

NСI = gf×NСII = gf×Aсв×lр, св×gб×n, (20)

где NСI, NСII — вес свай соответственно по первой и второй группам предельных состояний; gf = 1,2 — коэффициент надежности по нагрузке; gб — то же, что в формуле (18); n — количество свай в фундаменте, Aсв — площадь поперечного сечения сваи, м2; lр, св — рабочая длина сваи, равная общей длине сваи минус длина заделки сваи в ростверк, м.

Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения, к которому приводится свайный фундамент, должна удовлетворять условиям:

P £ R/gn и Pmax £ gc×R/gn, (21)

где P и Pmax — соответственно среднее и максимальное давления подошвы фундамента на основание, кПа (тс/м2), определяемое от расчетных нагрузок, отнесенных к площади условного фундамента; R — расчетное сопротивление основания из нескальных и скальных грунтов осевому сжатию, кПа (тс/м2), определяемое согласно /7/ или по настоящим методическим указаниям; gn — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; gc — коэффициент условий работы, принимаемый равным: 1,0 — при определении несущей способности нескальных оснований в случаях действия временных нагрузок: вертикальной нагрузки, давления грунта от подвижного состава, горизонтальной поперечной нагрузки от центробежной силы; 1,2 — при определении несущей способности скальных оснований во всех случаях и нескальных оснований в случаях действия (кроме вышеперечисленных временных нагрузок одной или нескольких временных нагрузок: горизонтальных поперечных ударов подвижного состава, горизонтальной продольной нагрузки от торможения или силы тяги, ветровой нагрузки, ледовой нагрузки, нагрузки от навала судов, температурных климатических воздействий, строительных нагрузок.

Фундамент правильно рассчитан, если удовлетворяется условие формулы (2), характеризующее его несущую способность из основного условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип свай, имеющий более высокую несущую способность и повторить расчет.

5.2. Расчет внецентренно нагруженных

свайных фундаментов с низким ростверком

Внецентренно нагруженным называют свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

При небольших эксцентриситетах в целях сокращения производства работ сваи допускается размещать равномерно. При больших эксцентриситетах у более нагруженного края фундамента устанавливают большее количество свай, смещая тем самым центр тяжести сечения свай в кусте относительно оси симметрии и уменьшая неблагоприятное воздействие момента.

Количество свай во внецентренно нагруженном фундаменте определяют по формуле (16) с увеличением его на 20-25%.

Расчетную нагрузку на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции определяют по формуле:

N = [N0I + NPI + NGI + NCI]/n ± (Mx×y)/Syi2 ± (My×x)/Sxi2, (22)

где N0I, NPI, NGI, NCI, n — то же, что в формуле (17); Mx, My — моменты от расчетных нагрузок относительно главных центральных осей плана свай в плоскости подошвы ростверка; xi, yi — расстояния от главных осей до оси каждой сваи; x, y — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой определяется расчетная нагрузка.

Моменты от горизонтальных нагрузок, действующие в уровне обреза ростверка определяются по формуле Mx, y = Hx, y×hp, (23)

где Hx, y — горизонтальная составляющая расчетной нагрузки, действующей по оси х, у; hp — высота ростверка.

Усилие, найденное по формуле (22) должно удовлетворять условию формулы (2), если оно не удовлетворяется, то увеличивают сечение, длину или количество свай и производят повторный расчет.

5.3. Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай

как условного фундамента мелкого заложения

Условный фундамент принимают в виде прямоугольного параллелепипеда. Его размеры для свайного фундамента с заглубленным в грунт ростверком определяют по рис. 6 и 7, с расположенным над грунтом ростверком — по рис. 8 и 9, для фундамента из опускного колодца — по рис. 10. Среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов jm, прорезанных сваями, определяют по формуле: n

где ji — расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины погружения свай в грунт; hi — толщина этого слоя; d — глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м.

Несущую способность основания под подошвой условного фундамента проверяют по формуле (21), при этом подлежащие проверке среднее P, кПа (тс/м2), и максимальное Pmax, кПа (тс/м2), давления на грунт в сечении 3-4 по подошве условного фундамента (см. рис. 6-10) определяют по формулам:

Nc Nc [6ac×(3Mc + 2Fh×d)]

ac×bc ac×bc bc×[(k×d4/cb) + 3×ac3]

где Nc — нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН (тс), определяемая с учетом веса грунтового массива 1-2-3-4 вместе с заключенными в нем ростверком и сваями или опускным колодцем; Fh; Mc — соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН (тс), и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, кН×м (тс×м); d — глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта (см. рис. 6-10); ac, bc — размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м; k — коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента и принимаемый по табл. 13; cb — коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/м3 (тс/м3), определяемый по формулам: при d £ 10 м cb = 10k, кН/м3 (тс/м3); при d > 10 м cb = k×d.

Источник

СП 32-101-95 Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов

СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО
ФУНДАМЕНТОВ ОПОР МОСТОВ
В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом транспортного строительства (АО «ЦНИИС»)

ВНЕСЕН Корпорацией «Трансстрой»

2 СОГЛАСОВАН Федеральным дорожным департаментом Минтранса РФ (№ НТО-8/151 от 14.11.94 г.) и МПС РФ (№ ЦПИ-4/18 от 30.11.94 г.)

3 ОДОБРЕН Минстроем России (письмо № 13-238 от 05.06.95 г.)

4 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Корпорацией «Трансстрой» (№ МО-299 от 22.12.95)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 Область применения . 2

2 Нормативные ссылки . 2

3 Определения . 3

4 Общие положения . 3

5 Проектирование фундаментов опор мостов . 3

5.1 Основные положения . 3

5.2 Особенности проектирования и расчета основание и фундаментов опор . 6

5.3. Конструирование фундаментов опор мостов . 10

6 Устройство фундаментов опор мостов . 13

6.1 Общие указания . 13

6.2 Бурение скважин . 14

6.3 Устройство свайных элементов . 15

6.4 Устройство фундаментов мелкого заложения . 17

6.5 Особенности производства бетонных работ . 18

6.6 Обеспечение качества работ . 20

Приложение А Прогноз многолетних изменений температуры вечномерзлых грунтов вследствие нарушения, условий теплообмена после постройки мостов . 21

Приложение Б Применение сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) для опор мостов на вечномерзлых грунтах . 32

Приложение В Использование поверхностного охлаждения грунтов для стабилизации вечномерзлого состояния оснований опор мостов . 35

Приложение Г Использование стоек безростверковых опор мостов из полых свай-оболочек в качестве охлаждающих устройств . 38

Приложение Д Проектирование свайных элементов опор из стальных свай-оболочек (стальных труб) 41

Приложение Е Расчет свайных элементов опор . 46

Приложение Ж Расчет фундаментов на действие сил морозного пучения грунтов . 52

Приложение И Бетонирование свайных элементов опор . 53

Введение

Разработанный Свод правил позволяет обеспечить современный уровень проектирования и устройства фундаментов опор мостов на вечномерзлых грунтах в традиционных и вновь осваиваемых регионах.

При разработке настоящих правил использован опыт проектирования, строительства и эксплуатации мостов, построенных на железных и автомобильных дорогах севера Западной Сибири, полуострова Ямал, на БАМе и в других регионах страны, а также результаты научно-исследовательских работ, проведенных АО «ЦНИИС», его филиалом (СибЦНИИС) и Тындинской мерзлотной станцией (ТМС).

Свод правил разработан в лаборатории оснований и фундаментов АО «ЦНИИС» (канд. техн. наук В.П. Рыбчинский — ответственный исполнитель). Приложения А.1, Б и Г разработаны лабораторией инженерного мерзлотоведения АО «ЦНИИС» (соответственно кандидаты техн. наук В.В. Пассек, Л.Н. Слоев, инж. В.И. Петров); приложения А.2 и В — лабораторией оснований и фундаментов ТМС (канд. техн. наук А.А. Опарин); приложение Д — лабораториями теории и методов расчета мостов (д-р техн. наук А.А. Потапкин) и оснований и фундаментов АО «ЦНИИС»; приложение Е — с использованием материалов СибЦНИИСа (канд. техн. наук Э.А. Аблогин); приложение Ж — с использованием материалов лаборатории земляного полотна АО «ЦНИИС»; приложение И — по материалам лаборатории долговечности бетона АО «ЦНИИС» (канд. техн. наук В.С. Гладков).

При разработке отдельных положений правил использованы предложения проектных организаций, в том числе АО «Ленгипротранс», АО «Мосгипротранс», Союздорпроекта, АО «Гипростроймост», АО «Ленметрогипротранс», Сибгипротранса.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ ОПОР МОСТОВ
В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

CODE OF PRACTICE IN PROJECTING AND BUILDING
THE FOUNDATIONS OF THE PIERS OF BRIDGES IN
THE AREA OF PERMAFROST GROUNDS

Дата введения 1996-04-01

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование и устройство фундаментов опор постоянных мостов, путепроводов и эстакад на железных и автомобильных дорогах, сооружаемых в районах распространения вечномерзлых грунтов, включая север Западной Сибири и полуостров Ямал.

Положения настоящего документа обязательны для предприятий, организаций и объединений независимо от форм собственности и принадлежности, осуществляющих проектирование и строительство указанных сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы ссылки на следующие документы:

СНиП 2.01.01-82 Строительные климатология и геофизика.

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений.

СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты.

СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

СНиП 2.02.07-87 Инженерные изыскания для строительства.

СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.

СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы.

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 3.06.04-91 Мосты и трубы.

СНиП II-23-81* Стальные конструкции.

СНиП III-4-80* Техника безопасности в строительстве.

ГОСТ 14098-91 Соединения сварные арматуры и закладных деталей.

ГОСТ 10178-85* Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

ГОСТ 22266-76* Цементы сульфатостойкие. Технические условия.

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

ВСН 165-85 Устройство свайных фундаментов мостов (из буровых свай).

ВСН 156-88 Инженерно-геологические изыскания железнодорожных, автодорожных и городских мостовых переходов.

ВСН 203-89 Нормы и технические условия на проектирование и строительство железных дорог на полуострове Ямал.

ВСН 83-92 Технические указания по проектированию бетонов и цементно-песчаных растворов, твердеющих на морозе, при устройстве искусственных сооружений.

3 Определения

В настоящем своде правил применены термины в соответствии со СНиП 2.05.03-84*, СНиП 2.02.04-88, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.02.01-83, СНиП 3.06.04-91 и СНиП 2.03.01-84*.

4 Общие положения

4.1 Указания настоящего свода правил предназначены для использования при проектировании и устройстве фундаментов опор мостов (путепроводов, эстакад), возводимых на вечномерзлых грунтах, используемых по принципу I и II.

4.2 В своде правил приведены только дополнительные к содержащимся в действующих нормативных документах указания в объеме, необходимом для учета характерных особенностей проектирования и сооружения на вечномерзлых грунтах безростверковых опор, свайных и мелкого заложения фундаментов с использованием типовых или апробированных на практике и рекомендованных для широкого применения проектов, а также для разработки индивидуальных конструктивно-технологических решений опор.

Общие указания, относящиеся к вопросам проектирования и устройства фундаментов опор мостов как на используемых в мерзлом или талом состоянии вечномерзлых грунтов, так и на немерзлых грунтах в части проектирования и сооружения фундаментов и надфундаментной части опор, отсыпки и укрепления конусов, укрепления русел и т. п., следует принимать в соответствии с действующими нормативными документами.

4.3 Проектирование и сооружение фундаментов опор мостов должно осуществляться с учетом требований к охране окружающей среды.

5 Проектирование фундаментов опор мостов

5.1 Основные положения

5.1.1 При выборе оптимального конструктивно-технологического решения фундаментов опор мостов, проектируемых на разных вечномерзлых грунтах, следует ориентироваться, как правило, на применение безростверковых конструкций устоев и промежуточных опор или опор с ростверком, расположенным выше поверхности грунта, а в пределах водотоков — выше или ниже уровня первой подвижки льда. Опоры с фундаментами мелкого заложения допускается применять в тех случаях, когда оттаивание мерзлых грунтов не приведет к появлению недопустимых по условиям нормальной эксплуатации мостов деформаций опор, нормированных СНиП 2.05.03-84.

5.1.2 При проектировании фундаментов опор на мерзлых грунтах, используемых по принципу I, необходимо предусматривать мероприятия, направленные на поддержание в течение всего периода эксплуатации мостового перехода расчетной отрицательной температуры основания. С этой целью следует свести до минимума нарушения мохорастительного покрова, природного режима течения поверхностных и подземных вод на переходе, а при недостаточности этих мер — предусмотреть мероприятия по искусственному поддержанию расчетных температур путем использования специальных конструктивно-технологических решений опор и применения охлаждающих устройств.

Выбор вышеуказанных мероприятий должен производиться на основании теплотехнического расчета.

5.1.3 Для сохранения естественных водных режимов на мостовом переходе, грунты основания фундаментов опор которого используются по принципу I, необходимо по возможности исключить или свести к минимуму:

— пропуск воды под один мост нескольких соседних постоянных или периодических водотоков (за исключением протоков одного водотока);

— застои воды в пересыпанных протоках;

— длительную аккумуляцию воды под мостами и на подходах;

— срезки дна водотоков без укрепления его против размыва;

— срезку русла со вскрытием сильнольдистых грунтов или подземных льдов;

— завалы грунта, приводящие к застою воды под мостом;

— погружение свай с использованием метода протаивания грунтов основания;

— применение фундаментов мелкого заложения или заглубление в грунт сооружаемых в котлованах ростверков свайных фундаментов.

5.1.4 На участках залегания большой толщи (свыше 15 м) сильнольдистых грунтов (с относительной осадкой при оттаивании более 0,03) или подземных льдов, в местах наличия криопегов, в пределах водотоков с наледями, на неустойчивых косогорах и в других сложных условиях решение о месте расположения, типе и конструкции опор безростверковых или с ростверком следует принимать индивидуально для каждого проектируемого мостового перехода исходя из особенностей природных условий и результатов технико-экономического сравнения целесообразных вариантов конструкции моста в целом и подходов к нему, а также мер по предотвращению появления недопустимых деформаций опор в течение всего периода эксплуатации дороги. При этом рекомендуется обследовать целесообразность переноса места расположения мостового перехода, увеличения глубины заложения фундаментов, обеспечения сохранности мерзлого состояния грунтов основания опор с помощью охлаждающих устройств или других мер.

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

5.1.5 Основания и фундаменты опор следует проектировать с использованием материалов инженерных изысканий, включающих результаты инженерно-геологических, мерзлотных, гидрогеологических, гидрологических и геодезических изысканий, выполненных в соответствии с требованиями СНиП 1.02.07-87 и ВСН l 56-88.

5.1.6 Материалы инженерно-геокриологических изысканий должны содержать:

— данные о характере мерзлотно-грунтовых условий строительной площадки, в том числе об особенностях распространения по площади и глубине залегания вечномерзлых грунтов, их генезиса, литологическом и гранулометрическом составах, криогенном строении, особенностях напластования, температуре, толщине слоя сезонного промерзания и оттаивания, средней годовой температуре, о мерзлотных процессах (наледях, буграх пучения, термокарсте, солифлюкционно-оползневых образованиях и др.), степени засоленности грунтов, наличии включений концентрированных солевых растворов (криопегов) и их напоре;

— результаты полевых и лабораторных исследований и испытаний грунтов, отражающие литологические типы, криогенное строение, физические и механические свойства в талом и мерзлом состояниях для нескальных грунтов — плотность, влажность, льдистость, просадочность при оттаивании, угол внутреннего трения, сцепление, теплоемкость, коэффициент теплопроводности; для скальных грунтов — степень выветрелости и трещиноватости, временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент размягчаемости в воде и др.;

— дополнительные данные, необходимые для прогнозирования возможных изменений геокриологических условий строительной площадки, в том числе данные о продолжительности периодов и значениях положительных и отрицательных температур воздуха, толщине снежного покрова, мохорастительном покрове, а также о характерных особенностях проектируемого мостового перехода и производства работ по возведению опор моста и т. п.;

— исходные данные и требования, необходимые для разработки мероприятий по охране окружающей среды, подлежащие включению в проект опор моста, а также в проект организации и производства строительных работ (с целью обеспечения максимальной сохранности мохорастительного покрова, минимальных нарушений естественных условий напластования грунтов и протекания водотоков).

5.1.7 Материалы гидрогеологических и гидрологических изысканий должны содержать данные: об уровнях появления и установления подземных вод; химическом составе подземных вод с целью определения основных показателей их агрессивности по отношению к бетону или стальным оболочкам фундаментов; характере гидравлической связи подземных вод с водами открытых водоемов (рек, водохранилищ или озер).

Кроме сведений о подземных водах должны быть получены:

характерные данные о наземных (поверхностных) водах, включающие расчетные уровень и расход воды; рабочие уровни для каждого месяца в году; уровни высокой и низкой межени; графики среднемноголетней продолжительности стояния характерных уровней воды; сведения о датах начала и конца ледостава и ледохода, толщине льда, уровнях ледостава и ледохода, возможных заторах льда; сведения о характере и степени агрессивности воды.

В дополнение к перечисленным сведениям необходимо собрать данные о специфических особенностях водотоков, характеризующие:

— прохождение паводков поверх ледяного покрова, обычно образующегося на перекатах при промерзании водотоков до дна, а также в местах появления наледей или ледяных заторов, возникающие при таких паводках подпоры воды и связанное с ними повышение ее уровней;

— возможные деформации русла в результате прохода паводков по ледяному покрову или по наледям (спрямления русла, глубинные, боковые размывы русла и т. п.).

5.1.8 В комплекс изысканий, выполняемых для разработки проекта опор мостов, необходимо включать обзор и систематизацию литературных данных по материалам ранее проведенных изысканий, в том числе связанных с поиском полезных ископаемых, нефти и газа, обзор сведений по опыту строительства и эксплуатации ранее построенных мостов и других сооружений разного назначения в районах проектируемых дорог, обращая особое внимание на характер и причины изменений температуры вечномерзлых грунтов, если такие изменения имели место.

5.1.9 Номенклатуру грунтов оснований в описанных результатах изысканий и в проектах фундаментов следует принимать согласно ГОСТ 25100-82, а специфические характеристики вечномерзлых грунтов — согласно СНиП 2.02.04-88.

5.1.10 Количество и глубину разведочных скважин следует назначать исходя из необходимости получения достоверных данных, требуемых для обоснованного принятия оптимальных конструктивно-технологических решений фундаментов опор с учетом сложности геокриологических и гидрологических условий в месте проектируемого мостового перехода, но не менее двух-трех скважин для малого моста и глубиной не менее 15 м.

В зависимости от принципа использования грунтов в качестве оснований глубина скважин должна не менее чем на 5 м превышать глубину заложения фундаментов при применении принципа I и не менее чем на 5 м — подошву возможной чаши оттаивания грунтов под фундаментом при применении принципа II.

В местах распространения засоленных мерзлых грунтов с включением линз криопегов количество скважин должно соответствовать как минимум количеству опор моста. При этом подлежат четкому определению абсолютные отметки залегания линз криопегов и их мощность, а также наличие напора высокоминерализованных вод на момент проходки скважин.

ВЫБОР ПРИНЦИПА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЯ

5.1.11 При проектировании фундаментов опор на вечномерзлых грунтах в зависимости от их конструктивных и технологических особенностей, инженерно-геокриологических условий применяется один из следующих принципов использования этих грунтов в качестве основания:

— принцип I — вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

— принцип II — вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии.

5.1.12 При выборе принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания фундаментов опор мостов следует исходить из условий обеспечения надежности и долговечности, а также минимальных затрат материалов, труда и времени на их возведение.

5.1.13 Вечномерзлые грунты в основании фундаментов глубокого заложения опор с ростверком или безростверковых рекомендуется использовать по принципу I при соблюдении следующих условий и требований:

— вечномерзлые грунты должны быть преимущественно сливающегося типа, температура которых в течение всего периода эксплуатации моста не будет превышать значений, принятых в расчетах несущей способности основания;

— в местах сильных снежных заносов продольный профиль дороги должен обеспечивать в пределах перехода наличие просвета под мостом, как правило, не менее 3,5 м;

— русло в месте мостового перехода следует запроектировать таким образом, чтобы свести к минимуму возможность образования наледей и термокарста, для чего необходимо обеспечить максимальную сохранность поверхностного слоя грунта в пределах меженной части русла и сосредоточенный пропуск вод под мостом, используя для этой цели при необходимости лотки или другие устройства. При недостаточности таких мер рекомендуется с верховой стороны моста на расстоянии 50-100 м осуществить перехват подруслового потока, например, с помощью мерзлотной завесы, устраиваемой с использованием охлаждающих устройств. Для предотвращения появления термокарста следует предусмотреть меры по исключению возможности длительного застоя воды вдоль насыпи и под мостом, а также существенного повреждения мохорастительного покрова в зоне мостового перехода;

— дно русла в местах возможного его значительного размыва должно быть укреплено на длине не менее 15 м в верховую и низовую стороны от оси малого моста;

— промежуточные опоры рекомендуется по возможности размещать вне пределов меженного русла;

— свайные элементы (сваи разных типов) фундаментов следует заделывать в мерзлые грунты ниже уровня максимально возможного их оттаивания на глубину, обеспечивающую восприятие расчетных нагрузок, включая силы морозного выпучивания;

— низ свайных элементов необходимо располагать не менее чем на 4 м выше поверхности подземного льда или сильнольдистых грунтов. Если это условие невыполнимо, такие грунты должны быть прорезаны свайными элементами, а при невозможности этого — решение об использовании сильнольдистых грунтов в качестве оснований следует принимать индивидуально.

5.1.14 В качестве основания фундаментов, используемого по принципу II, пригодны любые вечномерзлые крупнообломочные грунты, плотные и средней плотности пески, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты, а также другие малосжимаемые при оттаивании грунты (характеризуемые относительной осадкой при оттаивании не более 0,03) при условии обеспечения предусмотренной проектом опор несущей способности оснований и перемещений верха опор в пределах допусков, нормированных СНиП 2.05.03-84.

5.1.15 В основаниях фундаментов твердомерзлые грунты следует использовать преимущественно по принципу I. При этом для фундаментов железнодорожных мостов необходимо обеспечить на весь период эксплуатации температуры мерзлых грунтов основания на 0,5 °С ниже расчетных температур для песков и супесей и на 1 °С — для суглинков и глин.

5.1.16 Пластично-мерзлые грунты в основаниях фундаментов следует использовать, как правило, по принципу II. В случае технико-экономической нецелесообразности такого решения допускается использовать эти грунты по принципу I (для железнодорожных мостов в опытном порядке), если в течение всего периода эксплуатации сооружения с помощью комплекса мер (например, охлаждающих устройств, каменных набросок, проветриваемых полостей и других мероприятий) будет сохранена температура грунтов не выше принятой в расчетах несущей способности по прочности и деформативности основания.

При этом количество охлаждающих установок следует назначать с учетом коэффициента надежности, равного 2.

5.1.17 Вечномерзлые грунты в основании фундаментов малого моста, как правило, следует использовать по одному принципу, не допускается опирания их частично на мерзлые и частично на немерзлые или оттаивающие грунты.

При значительном количестве опор большого моста допускается применение двух принципов для грунтов основания фундаментов соседних опор с учетом требований СНиП 2.05.03-84.

Для грунтов основания фундамента каждой отдельной опоры совместное использование двух принципов не допускается.

5.2 Особенности проектирования и расчета основание и фундаментов опор

5.2.1 Во всех регионах распространения вечномерзлых грунтов, где по условиям надежности и долговечности допустимо, экономически оправдано и практически осуществимо, рекомендуется для автодорожных и железнодорожных мостов применять безростверковые опоры с использованием буровых (буроопускных, бурообсадных) и забивных свай, расположенных преимущественно в один-два ряда по фасаду моста.

Безростверковые опоры для железнодорожных мостов допускается применять в обсыпных устоях, а в промежуточных опорах — на суходолах для малых и средних мостов.

Опоры с фундаментом мелкого заложения (на естественном основании) допускается применять для мостов на вечномерзлых грунтах, используемых, как правило, по принципу II.

5.2.2 В регионах распространения засоленных мерзлых грунтов разрешается применение в устоях фундаментов безростверкового типа с плитой, расположенной в уровне подошвы конуса и опирающейся на грунты, поддерживаемые в твердомерзлом состоянии с помощью охлаждающих устройств и специальных конструктивно-технологических мероприятий (по согласованию с заказчиком).

5.2.3 Подошву ростверка свайных фундаментов рекомендуется располагать, как правило, над поверхностью грунта или над уровнем первой подвижки льда. Фундаменты с заглубленным ниже уровня первой подвижки льда ростверком допускается применять в сложных ледовых или других условиях. Для железнодорожных мостов фундаменты промежуточных опор следует проектировать с ростверком, расположенным ниже уровня первой подвижки льда или ледохода.

5.2.4 Для автодорожных мостов допускается применять устои диванного типа при условии осуществления мер по предотвращению появления недопустимых деформаций устоев, а также обеспечению устойчивости их на плоский и глубокий сдвиги.

5.2.5 В безростверковых опорах и фундаментах опор с ростверком рекомендуется применять в качестве стоек или элементов фундамента железобетонные столбы круглого и прямоугольного сечения, буровые сваи и некондиционные газовые стальные трубы диаметром 1 — 1,4 м.

5.2.6 Фундаменты, устраиваемые на вечномерзлых грунтах, используемых по принципу II, следует проектировать на случай полного их оттаивания в пределах зоны основания.

5.2.7 При проектировании оснований и фундаментов опор мостов, возводимых на вечномерзлых грунтах, следует выполнять теплотехнические расчеты основания и расчеты основания и фундаментов на силовые воздействия. При этом надлежит учитывать принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания.

5.2.8 Прогноз многолетних изменений температуры вечномерзлых грунтов, включая определение температуры используемых по принципу I вечномерзлых грунтов, для расчета несущей способности оснований фундаментов автодорожных и железнодорожных мостов к концу установленного срока их эксплуатации допускается выполнять согласно приложению А.

5.2.9 Рассчитанная по приложению А температура мерзлых грунтов должна соответствовать условию обеспечения необходимой несущей способности и устойчивости оснований фундаментов опор моста. В противном случае для использования таких грунтов по принципу I необходимо осуществить меры по глубинному или поверхностному их охлаждению, предусмотренные приложениями А — Г.

5.2.10 Основания и фундаменты опор следует рассчитывать по двум группам предельных состояний:

— по первой — по несущей способности оснований, устойчивости положения фундаментов опор против опрокидывания и сдвига (плоского или глубокого), устойчивости фундамента на действие сил морозного пучения грунта;

— по второй — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным смещениям).

5.2.11 Расчеты по материалу конструкции железобетонных опор необходимо производить согласно СНиП 2.05.03-85. Расчеты по материалу полых и заполненных бетоном стальных свай-оболочек допускается производить, пользуясь приложением Д.

Элементы железобетонных конструкций фундаментов рассчитывают по трещиностойкости.

Предельно допустимую ширину раскрытия трещин в железобетонных свайных элементах опор и фундаментов (на стадии эксплуатации) в неагрессивной среде от воздействия постоянных и временных нагрузок принимают согласно СНиП 2.05.03-84.

Для железобетонных элементов опор, расположенных в агрессивной среде, допустимую ширину раскрытия трещин принимают согласно СНиП 2.03.11-85.

5.2.12 Расчет оснований фундаментов опор мостов следует производить при использовании:

— твердомерзлых грунтов по принципу I — по несущей способности;

— вечномерзлых грунтов по принципу II, а пластично — мерзлых по принципу I — по несущей способности и деформациям.

5.2.13 Расчетную поверхность вечномерзлых грунтов, используемых в качестве основания по принципу I, следует назначать, как правило, на расчетной глубине сезонного оттаивания.

5.2.14 Значения нормативных и расчетных глубин сезонного оттаивания и сезонного промерзания следует определять по СНиП 2.02.04-88 , с — уточнением согласно приложению А .

Значения расчетных глубин сезонного оттаивания или промерзания грунтов в основании опор рекомендуется принимать:

— для промежуточных опор, расположенных в пределах суши, пойменных участков и в руслах промерзающих до дна водотоков — соответственно от поверхности грунта, предварительной срезки (планировки) или от поверхности льда;

— для обсыпных устоев — от поверхности конуса, считая по нормали к ней.

5.2.15 Расчет по грунту свайных элементов безростверковых опор и фундаментов допускается производить, пользуясь приложением Е.

5.2.16 Нагрузки и воздействия на фундаменты опор мостов принимают в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84.

5.2.17 Несущую способность используемых по принципу I вечномерзлых грунтов в основании сжатого (осевой нагрузкой) железобетонного, стального или сталебетонного свайного элемента необходимо проверять по условию

, (5.1)

где N _{m ах} — наибольшее сжимающее продольное усилие в верхнем сечении элемента, кН (т c );

G — собственный вес элемента, кН (т);

m = 1 — коэффициент условий работы;

g _д — коэффициент надежности, принимаемый для используемых по принципу I вечномерзлых грунтов, равным 1,4 независимо от количества свайных элементов в фундаменте и от положения подошвы ростверка по отношению к поверхности грунта, а для грунтов, используемых по принципу II, согласно СНиП 2.02.03-85 (как для немерзлых грунтов);

F_u — несущая способность по грунту элемента, определяемая по указаниям СНиП 2.02.04-88 или СНиП 2.02.03-85, кН (т).

При определении несущей способности F_u допускается учитывать влияние кратковременного характера действия подвижных нагрузок (согласно СНиП 2.02.04-88), приняв следующие значения дополнительного повышающего коэффициента для части F_u , относящейся к учету воздействия временных вертикальных и горизонтальных нагрузок в расчетах несущей способности оснований свайных элементов опор: железнодорожных мостов при одновременном действии сжимающих вертикальных постоянных и временных вертикальных нагрузок — 1,35; то же, но совместно с временными горизонтальными нагрузками (включая сейсмические нагрузки) — 1,5; автодорожных мостов соответственно — 1,5 и 1,75. Для железнодорожных мостов на станционных и подъездных путях, а также других мостов, на которых возможны систематические остановки на неопределенное время поездов или автомобилей, не допускается повышать значение F_u за счет учета временного характера действия подвижной нагрузки.

5.2.18 При работе свайного элемента на выдергивание из грунтов, используемых по принципу I, должно удовлетворяться условие

, (5.2)

где Р _du — наибольшее выдергивающее продольное усилие в верхнем сечении элемента, кН (т);

G, т, g _д — то же, что в формуле ( 5.1);

F_du — несущая способность элемента на выдергивание, кН (т).

Передача выдергивающих усилий на основание свайных элементов от одних постоянных нагрузок и воздействий не допускается.

Несущую способность по грунту одиночных элементов на выдергивание следует определять в мерзлых грунтах, используемых по принципам I и II, согласно приложению Е.

5.2.19 В расчетах несущей способности используемых по принципу I или II вечномерзлых грунтов в основаниях буроопускных свайных элементов (столбов), воспринимающих сжимающие и выдергивающие усилия, в качестве расчетного размера диаметра элементов в грунте допускается принимать диаметр скважин (0,8 — 1 м) при условии, что свайные элементы с рифленой боковой поверхностью (согласно п. 5.3.15 ) омоноличены в скважинах цементно-песчаным, цементно-шламовым или другим раствором марки не ниже: 150 — на высоту не менее 1 м от нижнего конца элемента в скальных и крупнообломочных грунтах; 100 — на высоту не менее 2 м в тех же грунтах; 50 — не менее 3 м в остальных грунтах.

5.2.20 При оттаивании используемых по принципу II мерзлых грунтов в период эксплуатации мостов несущую способность по грунту свайных элементов, за исключением свай-стоек, опираемых на скальные, плотные после оттаивания крупнообломочные и твердые глинистые грунты, определяют без учета отрицательного трения.

5.2.21 Проверку условия прочности заделки свайных элементов в вечномерзлые грунты, используемые по принципу I, на действие поперечных сил и изгибающих моментов, возникающих от временных горизонтальных нагрузок (центробежной силы, поперечных ударов подвижной нагрузки, торможения или силы тяги и др.) допускается производить, пользуясь приложением Е при увеличенной несущей способности оснований согласно п. 5.2.17.

5.2.22 Несущую способность оснований фундаментов мелкого заложения, а также устойчивость таких фундаментов против опрокидывания и плоского сдвига на вечномерзлых грунтах, используемых по принципу II, следует определять, как для немерзлых грунтов, пользуясь указаниями СНиП 2.05.03-84.

5.2.23 Независимо от принятого принципа использования грунтов в качестве основания, фундаменты опор необходимо рассчитывать на действие сил морозного выпучивания согласно приложению Ж при глубине сезонного промерзания, принимаемой по п. 5.2.14 за исключением фундаментов:

а) всех типов в местах, где слой сезонного промерзания-оттаивания состоит из крупного песка и крупнообломочных грунтов с содержанием глинистого заполнителя не более 10 %;

б) обсыпных устоев в местах, где сезонное промерзание-оттаивание грунта конуса не достигает его основания, сложенного с поверхности пучинистыми грунтами, или подошвы непучинистого грунта, уложенного в основании конуса взамен удаленного естественного пучинистого грунта;

в) промежуточных опор, расположенных в пределах непромерзающих до дна водотоков.

5.2.24 Устои и промежуточные опоры, проектируемые на крутых склонах, особенно когда под несущим слоем основания расположены пласт немерзлого или оттаивающего глинистого грунта или прослойка насыщенного водой песка, подстилаемого глинистым грунтом, необходимо обязательно проверить на устойчивость против глубокого сдвига (смещения фундамента совместно с грунтом) по круглоцилиндрической или другой неблагоприятной поверхности скольжения.

Кроме того, для указанных условий надлежит проверить возможность появления локальных (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.

5.2.25 Осадки проектируемых оснований фундаментов опор допускается не определять для мостов:

а) всех систем и пролетов в случаях опирания фундаментов на используемые по принципу I вечномерзлые грунты, за исключением пластичномерзлых глинистых;

б) внешне статически определимых систем железнодорожных (пролетами до 55 м) и автодорожных (пролетами до 105 м) при опирании на используемые по принципу II малосжимаемые при оттаивании скальные, плотные крупнообломочные и песчаные грунты, твердые и полутвердые глинистые или суглинистые грунты.

Осадки опор на основаниях из оттаивающих (в период эксплуатации мостов) остальных грунтов, используемых по принципу II, определяют согласно указаниям СНиП 2.02.04-88, рассматривая фундаменты из свайных элементов как условно массивные.

5.2.26 Основания и фундаменты опор мостов на засоленных вечномерзлых грунтах при использовании их в качестве основания по принципу I следует проектировать согласно СНиП 2.02.04-88 с учетом следующих особенностей:

— засоленные мерзлые грунты отличаются пониженной прочностью и малыми значениями сопротивлений сдвигу по поверхности смерзания свай и столбов;

— температура начала замерзания засоленных грунтов ниже температуры аналогичных видов незасоленных грунтов; при значительной степени засоленности грунты могут находиться при отрицательной температуре в «охлажденном» (немерзлом) состоянии;

— интервал нахождения в пластично-мерзлом состоянии сильно засоленных грунтов может составлять несколько градусов, так как переход таких грунтов в твердомерзлое состояние происходит при более низких температурах, чем аналогичных незаселенных грунтов;

— при вскрытии скважинами, пробуренными для устройства свай или столбов фундаментов, линз грунтов, сильно насыщенных высокоминерализованными (в том числе напорными) водами, происходит смачивание стенок скважины таким раствором, что приводит к резкому снижению, а при определенных условиях почти к полной потере смерзания по боковой поверхности элемента фундамента.

5.2.27 Для более полного использования сопротивления засоленных мерзлых грунтов нормальному давлению при проектировании и устройстве фундаментов следует ориентироваться на применение столбчатых элементов, свай с уширенной пятой и др.

5.2.28 Расчетные сопротивления засоленных мерзлых грунтов нормальному давлению и сдвигу по поверхности смерзания надлежит принимать, как правило, по опытным данным или ориентировочно по указаниям СНиП 2.02.04-88.

5.2.29 Основания и фундаменты на засоленных вечномерзлых грунтах при использовании их по принципу II следует проектировать в соответствии с указаниями СНиП 2.02.04-88 и требованиями СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85 и СНиП 2.03.11-85.

5.2.30 В сейсмических районах фундаменты опор 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 и столбов преимущественно на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты.

При учете сейсмических нагрузок расчет свайных фундаментов следует производить с учетом указаний и требований СНиП 2.02.04-88, СНиП II-7-81, СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85 и СНиП 2.05.03-84.

5.2.31 Для контроля температурного режима грунтов основания фундамента, используемых по принципу I, в каждой опоре должны быть установлены согласно проекту термометрические трубки в количестве не менее двух на глубину, превышающую на 2-5 м отметку заложения концов свай или столбов. В качестве термотрубок рекомендуется использовать стальные трубы диаметром, как правило, два дюйма, устанавливаемые как совместно с элементами фундамента (в сваи-стойки из стальных труб, в зазор между столбом и стенкой скважины и т. п.), так и в специально пробуренные скважины, местоположение которых определяется проектом.

Для контроля температурного режима грунтов в основании фундаментов мелкого заложения или поверхностного типа глубину термометрических трубок следует назначать не менее 10 — 15 м.

5.3. Конструирование фундаментов опор мостов

5.3.1 При конструировании фундаментов глубокого заложения, в том числе безростверковых опор, на вечномерзлых гранях, используемых по принципу I, следует применять буроопускные сваи (сваи-столбы), устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, опускания в скважину цилиндрических или призматических железобетонных элементов сплошного сечения, стальных труб (оболочек) из стали, удовлетворяющей требованиям нормальной эксплуатации при низких отрицательных температурах (минус 40 °С и ниже), полых, заполненных бетоном или песчано-цементной смесью, с омоноличиванием их в скважине цементно-песчаным (цементно-шламовым) раствором.

5.3.2 Свайные элементы фундаментов промежуточных опор, верх которых расположен не менее чем на диаметр элемента ниже расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунтов или нижней поверхности льда при низком ледоставе, а также элементы устоев в непромерзающем грунте конуса насыпи, допускается проектировать из стальных оболочек и буровых свай-столбов (буроопускных или комбинированных железобетонных свайных элементов, заполненных бетоном, или полых железобетонных оболочек) без осуществления дополнительных мер по обеспечению трещиностойкости бетона таких элементов от неблагоприятного воздействия отрицательных температур окружающей среды.

В пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания, в зоне воздействия льда (его первой подвижки и ледохода) пли переменного уровня воды и выше этой зоны свайные элементы безростверковых опор и фундаментов промежуточных опор следует проектировать сплошного сечения из морозостойкого бетона. В этих случаях разрешается применять элементы из железобетонных или стальных оболочек, заполненных бетоном, при условии осуществления мер (приложение И) по предотвращению появления трещин в железобетонных оболочках в период отрицательных температур воздуха.

В автодорожных мостах допускается в таких условиях применять для фундаментов полые железобетонные и стальные оболочки, если они удовлетворяют требованиям надежности и долговечности в течение всего периода эксплуатации мостов.

Свайные элементы из полых или заполненных бетоном стальных труб допускается проектировать, пользуясь приложением Д.

5.3.3 Глубину заложения подошвы фундаментов или низа свайных элементов от уровня естественной поверхности грунта, срезки или размыва дна водотока следует назначать по результатам расчета несущей способности оснований, учитывающего влияние следующих наиболее важных факторов:

— геокриологических, гидрогеологических и гидрологических условий в местах возведения опор;

— принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований;

— глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов;

— возможности пучения грунтов при промерзании и осадке основания при оттаивании;

— наличия льдонасыщенных грунтов и подземных льдов;

— принятых расчетных нагрузок на фундаменты;

— характерных особенностей конструкции и технологии постройки фундаментов.

5.3.4 Глубину заложения свайных элементов, а также расстояния в плане между ними назначают в нескальных вечномерзлых грунтах, используемых по принципу I, руководствуясь указаниями СНиП 2.02.04-88, а в используемых по принципу II- СНиП 2.02.03-85.

Глубину заделки низа свайных элементов в скальные грунты определяют на основании расчетов на сжатие или выдергивание согласно пп. 5.2.17 и 5.2.18 и принимают в зависимости от предела прочности R _с на одноосное сжатие и степени выветрелости грунта: для свайных элементов, воспринимающих преимущественно сжимающие усилия, в слабовыветрелых грунтах с R _с свыше 15 МПа (1500 тс/м 2 ) — не менее 0,5 м, а в остальных грунтах — не менее 1 м; для элементов, воспринимающих выдергивающие усилия, во всех грунтах — не менее 2 м, а в слабовыветрелых грунтах с R _с свыше 15 МПа (1500 тс/м 2 ) — не менее 1 м.

5.3.5 Для уменьшения глубины заложения свайных элементов в необрушающиеся немерзлые или в вечномерзлые нескальные грунты, используемые по принципу II, рекомендуется устраивать уширенные пяты.

Расстояния в свету между уширенными пятами свайных элементов в уровне наибольшего диаметра пят должно быть не менее 0,5 м во всех вечномерзлых грунтах, за исключением сыпучемерзлых, в которых уширения разбуриванием не устраивают.

В засоленных необрушающихся мерзлых грунтах, используемых по принципу I, допускается устраивать уширение в основании столбов при условии принятия мер по уменьшению влияния экзотермии цемента на растепление окружающего грунта (температура бетонной смеси не выше плюс 5 °С, наличие встроенных в свайный элемент охлаждающих устройств и т. п.).

5.3.6 Свайные и мелкого заложения фундаменты допускается опирать на немерзлый грунт, расположенный между подошвой сезонно-промерзающего слоя и поверхностью вечномерзлого, используемого по принципу II малосжимаемого при оттаивании грунта, если толщина слоя померзлого грунта под подошвой свайных элементов или фундаментов будет не менее 1,5 м при обеспечении требуемой их несущей способности на сжатие и на выдергивание.

5.3.7 Подошву ростверка свайных фундаментов на суше и в русле периодических водотоков следует располагать вне слоя сезонного промерзания пучинистых грунтов (ниже уровня промерзания не менее чем на 0,25 м или выше поверхности грунта на 1 м и более для промежуточных опор, на 0,5 м и более для устоев).

Заглубление подошвы фундаментов мелкого заложения в используемые по принципу II вечномерзлые грунты назначают по расчету несущей способности и устойчивости согласно СНиП 2.05.03-84 с учетом указаний СНиП 2.02.01-83.

5.3.8 Подошву ростверка свайных фундаментов или фундаментов мелкого заложения в крупнообломочных грунтах, гравелистых и крупных песках, содержащих до 10 % глинистого заполнителя, располагают, как правило (по отношению к поверхности грунтов), независимо от глубины сезонного промерзания-оттаивания, если слой таких грунтов простирается ниже этой глубины более чем на 1 м и отсутствует вероятность образования линзового льда под ростверком или фундаментом, в том числе и от напорных вод.

5.3.9 Подошву фундаментов мелкого заложения необходимо заглубить в несущий пласт (из любого грунта, кроме скального) не менее чем на 1 м от поверхности пласта, в скальные слабовыветрелые грунты — не менее 0,1 м, а в выветрелые — не менее 0,25 м.

5.3.10 Ростверк свайных фундаментов в русле постоянных водотоков, не промерзающих до дна, допускается располагать на любом уровне по отношению к поверхности воды при условии обеспечения надежности и долговечности фундаментов в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84.

5.3.11 Железобетонные свайные элементы устоев и промежуточных опор, постоянно находящиеся в толще вечномерзлых или немерзлых грунтов (ниже половины глубины промерзания), допускается изготовлять из бетона класса не ниже В 25 при марке по водонепроницаемости не ниже W 4 и ненормируемой морозостойкости.

Для свайных элементов фундаментов и безростверковых опор в пределах зоны переменного уровня воды (согласно СНиП 2.05.03-84) рекомендуется использовать бетон класса не ниже В 35 при марках по водонепроницаемости не ниже W 6 и по морозостойкости не ниже F 300.

5.5.12 Толщина защитного слоя бетона (в свету до продольной арматуры) должна быть в буровых сваях не менее 10 см, а в остальных свайных элементах — не менее 5 см.

5.3.13 Соединения верха железобетонных свайных элементов со сборной или монолитной подферменной плитой (насадкой) безростверковых опор или с ростверком фундаментов, а также отдельных секций свайных элементов или стоек безростверковых опор между собой следует осуществлять с помощью выпусков арматуры, сварными, болтовыми, клеештыревыми или других конструкции стыками.

Для омоноличивания стыков сборных элементов надлежит использовать бетон класса В 35 с характеристикой по морозостойкости F 300.

5.3.14 Конструкция стыков должна обеспечивать возможность надежного и долговечного соединения подферменной плиты или ростверка со свайными элементами. Отклонения в уровне подошвы плиты от проектного положения в плане свайных элементов, погруженных в грунт, не должны превышать, см:

при монолитной насадке — 5;

при сборной насадке и омоноличиваемых стыках — 3.

Для тех же конструкций отклонения по высоте не должны превышать, см:

при монолитной насадке — 10;

при сборной насадке и омоноличиваемых стыках — 3.

Допуски на сварные, болтовые, клеештыревые и другие стыки должны назначаться в проекте опор в зависимости от особенностей конструкции стыков.

Предельно допустимые отклонения свайных элементов от вертикали не должны превышать 1:200 для однорядных по фасаду моста опор и 1:100 для двухрядных опор. Если отклонения превышают приведенные значения допусков, необходимо проверить расчетом несущую способность фундаментов, опор и их оснований.

5.3.15 Боковая поверхность нижнего конца буроопускных столбов диаметром 0,8 м на длине минимум 2 м от их подошвы должна иметь искусственные неровности (рифление), выпуски арматуры и т. п. для обеспечения доброкачественного сцепления элементов с омоноличивающим раствором прочностью не менее 5 МПа (50 кгс/см 2 ).

5.3.16 При заглублении нижних концов забивных свай в немерзлые грунты, прикрытые слоем сезонно-мерзлых или вечномерзлых песчаных грунтов, следует предусматривать установку этих свай в заранее пробуренные на всю глубину мерзлой толщи скважины, засыпку зазоров между поверхностями скважины и сваи песком и последующую добивку до расчетного отказа свай в несущий слой немерзлого грунта. При этом расчетное сопротивление грунта сдвигу в пределах скважины следует принимать равным 10 кПа (1 тс/м 2 ).

5.3.17 Диаметр скважин, предназначенных для свободного опускания и омоноличивания в них цилиндрических свайных элементов должен на 20 см превышать их диаметр, а призматических — на 5 см диагональ поперечного сечения.

5.3.18 Для омоноличивания буроопускных свайных элементов в скважинах ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания или в пределах высоты расчетной заделки в скальных и нескальных грунтах следует применять растворы марок по прочности на сжатие согласно указаниям п. 5.2.19.

Зазор между боковыми гранями свайного элемента и стенкой скважины от верха расчетной заделки свайных элементов в разные грунты и до подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания допускается заполнять сухой цементно-песчаной смесью в пропорции 1:7, а также цементно-шламовым раствором марки 50 (в толще глинистых грунтов) и уплотняемым в процессе заполнения зазора песком (в песчаных и гравийных грунтах), а у добиваемых свай — засыпанным сухим песком.

5.3.19 В пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания зазор между опущенными свайными элементами и боковой поверхностью скважин следует заполнять уплотняемым по мере укладки грунтом, извлеченным при разбуривании этого слоя. Для заполнения такого зазора в песчаных грунтах допускается использовать песок, а при глинистых грунтах того же слоя — уплотняемую по мере укладки сухую смесь цемента с песком в пропорции 1:7.

На чертежах фундаментов опор, свайные элементы которых подлежат заглублению в грунт буроопускным способом, необходимо указать вид раствора, омоноличивающего элементы в скважинах до верха расчетной заделки, и требуемую его прочность к началу безопасного пропуска нагрузок по мосту .

6 Устройство фундаментов опор мостов

6.1 Общие указания

6.1.1 Указания настоящего раздела предназначены для использования при составлении проекта производства работ (ППР) по устройству фундаментов мостов на вечномерзлых грунтах.

6.1.2 Работы по устройству фундаментов следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП 3.06.04-91, СНиП 3.02.01-87, СНиП 3.03.01-87, СНиП III-4-80*, государственных стандартов и указаниями настоящего раздела.

6.1.3 Выбор оптимальных конструктивно-технологических решений фундаментов опор необходимо осуществлять с учетом местных условий перехода, в том числе:

— характеристик вечномерзлых грунтов (глубины сезонного оттаивания, состава, типа, особенностей залегания, температурного режима и т. п.);

— принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований;

— наличия подземных льдин и термокарста;

— наличия наледей, бугров пучения и их режима;

— климатических условий района;

— мощности и времени установления покрова и характера снежных отложений;

— количества и периода выпадения осадков;

— продолжительности летнего периода, а также светлого времени;

— уровней и продолжительности прохода паводковых и ливневых вод, характерных особенностей ледохода и карчехода;

— размеров и конструктивных особенностей элементов опор;

— необходимости выполнения специальных мероприятий, предусмотренных при составлении проекта постройки опор (последовательности работ, поддержания определенного теплового режима твердеющего бетона и т. п.);

— необходимости сохранения растительного покрова на строительных площадках и в полосе отвода трассы при возведении опор моста за исключением кустарника, который необходимо удалять на длине до 20 м в низовую и верховую стороны от оси моста для уменьшения накопления под ним снега.

6.1.4 В местах наличия подземных льдов, наледей, бугров пучения, сильнольдистых грунтов, оттаивание которых может привести к появлению недопустимых деформаций, фундаменты следует устраивать в сроки, предусмотренные проектной документацией на производство работ.

6.1.5 При выборе оптимальной технологии строительства безростверковых опор и свайных фундаментов в используемых по принципам I и II вечномерзлых грунтах необходимо ориентироваться на широкое применение способа опускания свайных элементов в предварительно пробуренные в мерзлых грунтах обсаженные или необсаженные скважины. Способ непосредственной забивки свай может быть использован в редких случаях только для заглубления свай в пластичномерзлые глинистые и суглинистые грунты без твердых включений и больших прослоек песка при условии подтверждения его эффективности положительными результатами пробной забивки свай в конкретных местных условиях. Кроме этих способов допускается сооружать свайные элементы по технологии устройства буровых или комбинированных (сочетающих сваи-оболочки в верхней части и буровые — в нижней части) свай при условии соблюдения требований по обеспечению их надежности и экономичности.

6.1.6 Выбор конструктивно-технологического решения фундаментов опор, сооружаемых на засоленных вечномерзлых грунтах, следует производить исходя из принятого принципа использования грунтов в качестве основания.

6.1.7 При освоении строительных площадок для возведения опор мостов через постоянные или периодические водотоки на вечномерзлых грунтах, используемых по принципу I, требуется:

— строительные площадки для постройки опор мостов располагать, как правило, с низовой стороны подходных насыпей;

— не пересекать трассу построенными дорогами на расстояниях менее 50 м от устоев моста;

— подъезды к строительной площадке устраивать зимой на подсыпках толщиной не менее 1 м из песчаных грунтов или крупнообломочного материала;

— использовать для установки бурового станка, крана и другого оборудования в пределах строительной площадки устроенные зимой по ненарушенному мохорастительному покрову подсыпки толщиной до 1 м из песка или крупнообломочного материала или укладывать на песчаные подсыпки толщиной 0,5 м переносные железобетонные плиты, настилы из бревен;

— площадки, предназначенные для размещения складов, временных зданий и сооружений, зимой покрыть по ненарушенному покрову подсыпкой толщиной до 1 м из песка или крупнообломочного материала и спланировать с образованием уклонов для стока поверхностных вод;

— водотоки в пределах строительной площадки пропускать в трубах, деревянных лотках или в ограждающих банкетках из глинистых грунтов.

Независимо от температуры воздуха грунты и шлам, удаляемый при устройстве скважин, необходимо транспортировать в низовую сторону на расстояние 10-20 м при минимально возможных нарушениях естественных условий протекания водотока.

6.1.8 В местах залегания вечномерзлых грунтов, используемых по принципу I, необходимо: опоры обустроить согласно проекту термометрическими трубками для отслеживания температурного режима грунтов основания в эксплуатационный период моста; после завершения постройки опор и отсыпки конусов очистить русло от завалов грунта с целью исключения застоев воды под мостами и вблизи их.

6.1.9 Проектную документацию по устройству фундаментов опор мостов следует разрабатывать согласно указаниям СНиП 3.01.01-85*.

В проектной документации необходимо предусматривать осуществление мер по обеспечению:

— принятого в качестве расчетного температурного режима вечномерзлых грунтов в периоды строительства и эксплуатации сооружений;

— максимальной сохранности мохорастительного покрова и нормального пропуска водотоков в пределах строительной площадки;

— защиты возводимых конструкций опор, а также вспомогательных сооружений и устройств от неблагоприятного воздействия паводковых и ливневых вод, ледохода, наледей, карчехода и др.;

— высокого качества опор мостов;

— требований техники безопасности, производственной санитарии и пожарной безопасности.

6.1.10 В проекте производства работ по устройству фундаментов глубокого заложения (в том числе безростверковых опор) должны быть указаны способы:

— бурения скважин в вечномерзлых грунтах;

— очистки боковой поверхности и дна скважин от наледей и шлама;

— установки в скважины столбов или других элементов фундамента, закрепления их в проектном положении (в плане и по высоте);

— заделки столбов или свай в скважине;

— устройства сборной или монолитной плиты ростверка (насадки).

6.2 Бурение скважин

6.2.1 Для бурения скважин проектных размеров в разных вечномерзлых и скальных грунтах следует использовать станки как вращательного, так и ударно-канатного действия, имеющиеся в строительной организации. Уширения в основании скважин, в случае необходимости их устройства, разбуривают специальным уширителем.

6.2.2 В неустойчивых грунтах скважины необходимо бурить с применением извлекаемых или неизвлекаемых (предусмотренных в ППР) обсадных труб. В устойчивых грунтах бурение скважин или разбуриваине уширений допускается с использованием инвентарных патрубков или секций обсадной трубы, предназначенных для предотвращения осыпания грунта только в пределах слоя сезонного оттаивания.

6.2.3 Диаметр скважин для свободного опускания в них свайных элементов следует принимать согласно проекту, фундаментов или опор. Для принудительного заглубления элементов диаметр скважин, в том числе и лидерных, рекомендуется назначать по опыту погружения свай в аналогичных геокриологических условиях.

Глубина скважин для опускания или принудительно погружаемых элементов должна равняться длине их заделки в грунте. Для добиваемых до расчетного отказа свай глубина скважин подлежит уточнению по результатам забивки первых свай на стройплощадке в конкретных местных условиях.

6.2.4 Увеличение диаметра разбуриваемых скважин и уширений более 20 см (по сравнению с проектным размером) не рекомендуется, а уменьшение более 5 см не допускается.

Отклонение от проектного положения продольной оси скважины в плане в уровне поверхности грунта не должно превышать 10 см.

Недобур скважин по глубине (предусмотренной в проекте фундамента) запрещается, перебур в скальных и крупнообломочных грунтах допускается не более 0,1, а в остальных грунтах — не более 0,2 м.

6.2.5 После проверки соответствия фактических размеров скважины проектным и записи полученных результатов в журнале буровых работ каждая пробуренная скважина, независимо от принципа использования грунтов, до начала работ по установке свайного элемента или заполнения ее бетонной смесью должна быть принята по акту, при этом в нем должны быть отражены требования, изложенные в п. 6.6.3.

6.2.6 Технология бурения скважин в засоленных вечномерзлых грунтах с включением линз криопегов и пластов охлажденных неустойчивых инженерно-геологических элементов зависит от принятого в проекте принципа использования грунтов в качестве основания.

6.2.7 При применении принципа I бурение скважин под столбы должно осуществляться по технологии, исключающей попадание высокоминерализованных вод за пределы напластований, в которых они разведаны.

Технология бурения скважин принимается в зависимости от конкретных геокриологических условий.

В качестве способов, с помощью которых можно осуществить перехват высокоминерализованных вод (в том числе напорных), рекомендуется:

— предварительное замораживание линз криопегов жидким азотом путем его заливки в скважинные устройства, расположенные на небольшом расстоянии от внешней грани устраиваемого столба;

— затиранием нижней части обсадной трубы в расположенных ниже горизонта криопег связных пластично-мерзлых или талых (тугопластичной — текучепластичной консистенции) грунтах с выбором технологии последующей проходки в зависимости от геокриологических условий.

6.2.8 Технология бурения скважин в засоленных вечномерзлых грунтах, используемых в качестве основания по принципу II, с включением линз криопегов и охлажденных неустойчивых массивов должна обеспечить в последующем, после установки столба, качественную его заделку в грунте путем заполнения зазора цементно-песчаным раствором.

6.3 Устройство свайных элементов

6.3.1 В разные вечномерзлые грунты свайные элементы сплошного сечения или полые с закрытым нижним концом следует заглублять путем опускания их в предварительно пробуренные скважины (диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения элементов) с омоноличиванием в них раствором. Вид и требуемая прочность раствора должны соответствовать требованиям п. 5.2.19 и быть указаны в проекте опор.

В пластичномерзлые глинистые и суглинистые грунты свайные элементы сплошного сечения допускается заглублять до проектного уровня путем забивки их в предварительно пробуренные скважины диаметром, меньшим на 5-10 см размера наибольшего сечения элемента, а полые элементы с открытым нижним концом, в том числе железобетонные и стальные сваи-оболочки — путем забивки или вибропогружения в скважины меньшего на 5 — 20 см диаметра, которые бурят предварительно на требуемую глубину или циклами, чередуя бурение с принудительным осаживанием элементов и удалением грунта сквозь их полость.

6.3.2 Свайные элементы с закрытым концом рекомендуется устанавливать по возможности сразу после окончания бурения скважин. В период положительных температур воздуха перерыв между окончанием бурения скважин и установкой в них элементов не должен превышать суток. При этом перед установкой свайного элемента скважина должна быть освидетельствована и принята в соответствии с п. 6.6.3.

6.3.3 Обнаруженные в скважинах в результате визуального освидетельствования и замера их глубины намерзший на их боковой поверхности лед, обрушившийся грунт или замерзший буровой шлам на забое должны быть удалены непосредственно перед опусканием элементов в скважины.

Особое внимание должно быть обращено на сопоставление замеров глубины скважин, выполненных сразу после окончания буровых работ и непосредственно перед установкой элементов, с целью исключения случаев оставления в забое скважины замерзшего шлама или обрушившегося грунта.

6.3.4 Независимо от принципа использования вечномерзлых грунтов частичное омоноличивание свайных, в основном железобетонных элементов, следует осуществлять путем вытеснения раствора, предварительно залитого в скважины, с последующей доливкой раствора до проектной отметки.

6.3.5 В скальных породах для омоноличивания кроме цементно-песчаных растворов, приготавливаемых в растворомешалках или бетономешалках, допускается использовать цементно-песчаношламовые и цементно-шламовые растворы, приготавливаемые путем механического перемешивания составляющих компонентов непосредственно в скважинах, при условии обеспечения требуемой прочности и долговечности растворов.

Температура бетонной смеси, применяемой для устройства буровых свай и заполнения свай-оболочек, или омоноличивающего раствора, находящегося в скважине, не должна превышать в используемых по принципу I вечномерзлых грунтах плюс 5 °С, а в используемых по принципу II — плюс 40 °С.

6.3.6 Для ускорения твердения бетонной смеси или омоноличивающего раствора при устройстве свайных элементов в используемых по принципу II вечномерзлых грунтах допускается вводить в смесь или раствор противоморозные добавки.

Применение химических добавок для ускорения твердения бетона (раствора), уложенного в распор с мерзлым грунтом, используемым по принципу I, без устройства экранирующего слоя, исключающего возможность миграций солей из бетона (раствора) в грунт, как правило, не допускается.

6.3.7 Дозировку добавок, приготовление и укладку бетонкой смеси или раствора с добавками следует производить, пользуясь СНиП 3.03.01-87, по указаниям бетонной лаборатории строительной организации в зависимости от вида применяемых на стройке добавок, цемента, а также температур воздуха, грунта, смеси или раствора в момент укладки и в период твердения.

6.3.8 Устройство столбов опор, сооружаемых на засоленных вечномерзлых грунтах, используемых по принципу I, с включением линз криопегов и массивов охлажденных неустойчивых грунтов с применением способа замораживания линз криопегов жидким азотом производится в следующей технологической последовательности:

— бурение скважин под замораживающие устройства и термометрические трубки;

— установка термометрических трубок;

— установка жидкостных скважинных устройств;

— замораживание линз криопегов жидким азотом;

— контроль с помощью датчиков температуры замораживания и размеров замораживаемого ледогрунтового цилиндра;

— бурение скважины «насухо» с проходкой линз криопегов, разбуривание при необходимости уширения;

— погружение стальной трубы с открытым нижним концом в скважину меньшего диаметра (на 2-3 см) с одновременным небольшим растеплением стенок скважины и последующим заполнением трубы бетонной или другой смесью.

Столб допускается устраивать и заделывать в грунте традиционным способом, устанавливая его в пробуренную по вышеуказанной технологии скважину большего диаметра с последующим заполнением зазора цементно-песчаным раствором.

6.3.9 При вполне конкретных геокриологических условиях и характере напластования инженерно-геологических элементов основания, используемого по принципу I, когда ниже линзы криопега залегают связные пластично-мерзлые или талые тугопластичной — текучепластичной консистенции грунты, устройство столбов, опирающихся на прочные грунты, осуществляется путем затирания в них нижнего конца обсадной трубы на глубину не менее ее диаметра с последующей проходкой скважины насухо без обсадки стенок скважины, установкой и заделкой в ней столба или же погружением стальной трубы с открытым нижним концом с выборкой грунта до проектной отметки, устройством бетонной пробки и заполнением зазора цементно-песчаной смесью.

6.3.10 Технология устройства столбов в засоленных вечномерзлых грунтах с включением линз криопегов и неустойчивых охлажденных массивов, используемых по принципу II, заключается в следующем:

— бурение скважины в обсадке с откачиванием при необходимости воды (рассола), удалением грунта и наплывающей пульпы;

— погружение обсадной трубы до проектной отметки;

— разбуривание в устойчивых грунтах уширения, если это предусмотрено проектом;

— укладка бетонной смеси в уширение насухо, если удалось перекрыть приток воды путем затирания нижнего конца обсадной трубы в кровле связных грунтов и откачать ее, или же методом ВПТ — при наличии воды в уширении; бетонная смесь укладывается до отметки, превышающей на 1 м отметку кромки ножа обсадной трубы;

— откачивание волы из скважины и немедленная установка с толба;

— заполнение зазора омоноличивающим цементно-песчаным раствором до уровня, на 2-3 м превышающего отметку кромки ножа обсадной трубы;

— вытягивание обсадной трубы с одновременным заполнением зазора раствором, при сохранении заданного перепада в уровнях поверхности раствора и кромки ножа обсадной трубы;

— предварительное частичное (для пригрузки) заполнение бетонной смесью полости столба.

6.3.11 Бетонные и сварочные работы по наращиванию элементов и стыкованию их со сборными или монолитными насадками выполняют в соответствии с указаниями СНиП 3.06.04-91 и СНиП 3.03.01-87.

6.3.12 Выпуски арматуры и закладные детали стыков допускается спаривать при температуре окружающего воздуха не ниже минус 20 °С. При более низких температурах наружного воздуха сварочные работы следует выполнять в соответствии с указаниями СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ 14098-91.

6.4 Устройство фундаментов мелкого заложения

6.4.1 Технология устройства фундаментов мелкого заложения, поверхностного типа и заглубленных в грунт плит фундаментов из столбов или свай на вечномерзлых грунтах зависит от принципа использования грунтов в качестве основания, времени года выполнения работ, геокриологических условий площадки, физико-механических свойств грунтов, наличия и характера грунтовых вод и других факторов.

6.4.2 Котлован под фундамент, запроектированный на сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии, необходимо, как правило, разрабатывать с наступлением зимнего периода, при устойчивых среднесуточных температурах воздуха ниже 0 °С.

6.4.3 Котлован должен иметь надежное ограждение от возможного поступления грунтовой и поверхностной воды. В качестве ограждений котлованов используют стальной шпунт, деревянные закладные крепления, бездонные железобетонные и деревянные ящики.

В зимний период при определенных условиях котлованы разрешается разрабатывать без крепления, используя естественное промораживание грунтов.

6.4.4 Технологический процесс разработки котлованов включает рыхление грунтов с помощью взрывчатых веществ или механических рыхлителей, удаление разрыхленных грунтов и подготовку основания.

К устройству фундаментов разрешается приступать только после освидетельствования и приемки котлована.

6.4.5 Блоки сборных фундаментов следует укладывать на подготовленное основание (очищенное от разрушенного грунта, выравненную поверхность дна, уплотненную выравнивающую подсыпку).

6.4.6 Бетонные поверхности сборных элементов фундамента в местах их омоноличивания должны быть очищены от грунта, снега и льда, а подлежащие сварке выпуски арматуры и кромки закладных деталей — от грунта и раствора.

6.4.7 Бетонные смеси и цементно-песчаные растворы, используемые для омоноличивания швов между бетонными блоками и железобетонными элементами, рекомендуется приготавливать с использованием быстротвердеющих цементов марки не ниже 400 и мелких песков.

6.4.8 Для заполнения вертикальных швов между блоками следует использовать растворы, имеющие осадку конуса 11-13 см, а для заполнения горизонтальных швов — 8-10 см.

6.4.9 Особенности производства бетонных работ по устройству монолитных фундаментов мелкого заложения в зимних условиях отражены в разделе 6.5.

6.4.10 Пазухи между стенками котлована и боковыми поверхностями фундамента, построенного на грунтах, используемых по принципу I, необходимо засыпать связным грунтом.

Засыпку производят талым маловлажным суглинком или глиной слоями толщинок не более 20 см с трамбованием каждого слоя до обеспечения плотности не менее 0,95. Допускается при отрицательной температуре воздуха засыпать пазухи котлована смесью 60 % по объему талого и 40 % мерзлого местного грунта с послойным трамбованием и промораживанием.

6.4.11 Сооружение фундаментов поверхностного типа устоев в случае использования СОУ (типа системы Макарова) для поддержания основания в твердомерзлом состоянии (принцип I) включает следующий технологический цикл.

— устройство основания фундаментной плиты методом втрамбовывания щебня в оттаявший с поверхности грунт катком виброударного действия;

— отсыпку выравнивающего слоя из щебня толщиной 0,3 м;

— установку фундаментных блоков и объединение их в общую плиту.

В случае использования в качестве охлаждающих устройств парожидкостных систем, устанавливаемых под плитой фундамента в виде змеевиков, технология устройства фундамента должна предусматривать:

— разработку котлована под охлаждающую систему;

— отсыпку щебеночной подушки и ее уплотнение;

— укладку труб охлаждающей системы с одновременной присыпкой их песчаным грунтом и его уплотнением;

— досыпку котлована с послойным уплотнением;

— установку фундаментных блоков и их объединение.

Отсыпку конуса и участка подходной насыпи рекомендуется производить в холодный период года.

Поверхностную термоизоляцию откосов конуса и берм, устраиваемую в сочетании с охлаждающими устройствами, рекомендуется осуществлять из слоя торфа толщиной 0,4-0,5 м, укрепленного на откосах каменной наброской мощностью до 1 м, на площадках — слоем камня толщиной 0,3 м.

6.5 Особенности производства бетонных работ

6.5.1 Бетонные и железобетонные работы по возведению фундаментов в зимних условиях следует производить, руководствуясь указаниями СНиП 3.03.01-87, в соответствии с ППР, в котором, кроме технологии приготовления и укладки бетонной смеси, должны быть приведены:

— способ и температурно-влажностный режим выдерживания бетона;

— данные о материале опалубки с учетом требуемых теплоизоляционных показателей;

— данные о теплоизоляционном укрытии неопалубленных поверхностей;

— схема размещения точек, в которых следует измерять температуру бетона, и наименования приборов для ее измерения;

— требуемая прочность бетона конструкций к началу их загружения;

— сроки и порядок распалубливания и загружения конструкции.

В случае применения электротермообработки бетона в технологических картах дополнительно указываются:

— схемы размещения и подключения электродов или электронагревателей;

— требуемая электрическая мощность, напряжение, сила тока;

— тип понижающего трансформатора, сечение и длина проводов.

6.5.2 Прочность омоноличивающего раствора или бетона к началу возможного замерзания должна указываться в проекте конструкции фундаментов или в ППР и составлять от проектной прочности для бетонных и железобетонных свайных элементов фундаментов не менее 70 %, а для железобетонных ростверков и верхней части свайных элементов, расположенных над грунтом, — не менее 80 % при условии, что до начала пропуска эксплуатационных нагрузок раствор или бетон наберет проектную прочность в результате последующего твердения.

В тех случаях, когда фундаменты или безростверковые опоры подлежат загружению до наступления теплого времени года, требуется обеспечить до замерзания бетона его прочность, предусмотренную ППР.

6.5.3 В зимних условиях допускается применять для устройства фундаментов мелкого заложения, ростверков и свайных элементов в вечномерзлых грунтах, используемых по принципу II, бетонные смеси (с добавками нитрита натрия и поташа), твердеющие при низких отрицательных температурах воздуха. Для бетонирования буровых свай в используемых по принципу I вечномерзлых грунтах допускается применять смеси с добавкой поташа до 3 % от массы цемента.

Бетоны с противоморозными добавками разрешается применять при условии, что до момента приобретения ими прочности не менее 5 МПа обеспечивается температура их твердения не ниже минус 15 °С.

6.5.4 Применение бетонов с противоморозными добавками для элементов фундаментов и опор, расположенных вне зоны контакта с используемыми по принципу I вечномерзлыми грунтами, возможно при соблюдении следующих условий:

— общее количество добавок (не более 12 % от массы цемента) должно назначаться по СНиП 3.03.01-87 в зависимости от температуры твердения бетона в период выдерживания;

— поверхности бетона, не защищенные опалубкой, должны быть укрыты во избежание вымораживания влаги на период до набора бетоном расчетной прочности.

6.5.5 Состав бетонной смеси с добавками подбирают, руководствуясь указаниями СНиП 3.03.01-87, СНиП 3.06.04-91, ВСН 83-92.

6.5.6 Транспортирование бетонной смеси в зимнее время должно производиться только в утепленной закрытой таре. Бетонную смесь с противоморозными добавками допускается транспортировать в неутепленной таре.

Продолжительность транспортирования смеси устанавливается строительной лабораторией в зависимости от допустимой потери ее подвижности по условиям укладки и уплотнения.

6.5.7 Перед укладкой бетонной смеси необходимо проверить и принять:

— по актам на скрытые работы конструктивные элементы, которые закрываются укладываемой смесью (подготовленное основание в котлованах или в скважинах, выпуски арматуры свайных элементов, арматуру плиты, закладные детали и т. п.);

— правильность установки и надлежащее закрепление арматурных каркасов, опалубки и поддерживающих ее конструкций;

— готовность к работе всех средств приготовления, транспортирования и укладки смеси.

Опалубку и арматуру перед бетонированием очищают от снега и наледи (например, подачей струи горячего воздуха под брезентовое или полиэтиленовое укрытие до момента высушивания поверхностей), арматуру — от ржавчины. Не допускается удалять наледь с помощью пара или горячей воды.

6.5.8 Фундаменты и их элементы следует бетонировать послойно такими темпами, чтобы разность температур укладываемых друг на друга слоев бетонной смеси не превышала 10 °С при термосном выдерживании бетонов или применении бетонов с противоморозными добавками и 20 °С при последующем обогреве бетона.

Бетонную смесь при термосном выдерживании допускается укладывать на используемые по принципу II вечномерзлые грунты и скальные грунты, если по расчету в зоне контакта с основанием в период выдерживания бетона будет обеспечена температура выше 0 °С.

Требование о положительной температуре в зоне контакта с основанием является необязательным, если используют бетонную смесь с противоморозными добавками для всего фундамента или только для его нижнего слоя высотой до 0,5 м, уложенного на песчаную или щебеночную подготовку толщиной до 10 см.

6.5.9 Укладка бетонной смеси с последующим прогревом допускается на очищенные от снега и наледи вечномерзлые и скальные грунты, на бетон свайных элементов при условии, что к началу прогрева температура бетонной смеси в зоне контакта с грунтом или бетоном будет не ниже плюс 2 °С.

В период отрицательных температур воздуха все открытые поверхности фундаментов или их элементов после окончания бетонирования, а также на время перерывов в бетонировании необходимо тщательно укрывать теплоизоляционным материалом (полимерной пленкой, толем, рубероидом и др.) и утеплять согласно ППР.

6.5.10 Температурно-влажностное выдерживание твердеющего бетона при отрицательных температурах среды допускается производить:

— с применением противоморозных добавок;

— с электротермообработкой бетона;

— с обогревом горячим воздухом в тепляках.

При выборе оптимального способа выдерживания бетона рекомендуется в соответствии с приложением 8 СНиП 3.03.01-87, в первую очередь, исследовать возможность использования способа термоса или термоса с добавками-ускорителями твердения. В случае невозможности получить с их помощью требуемую прочность бетона в заданные сроки необходимо рассмотреть целесообразность применения остальных способов.

6.5.11 Выдерживание бетона монолитных элементов фундаментов способом термоса должно производиться с соблюдением следующих требований:

— конструкции необходимо укрывать теплоизоляцией немедленно после окончания бетонирования;

— термическое сопротивление укрытия и опалубки должно обеспечить сохранение в бетоне положительной температуры до момента достижения им заданной прочности;

— для обеспечения одинаковых условий остывания всей конструкции ростверков и насадок их ребра и углы следует дополнительно утеплить;

— опалубку, а также укрытие с неопалубленных поверхностей конструкций необходимо удалять не ранее, чем бетон приобретает заданную прочность.

6.5.12 При недостаточной эффективности выдерживания бетона фундаментов в их элементов способом термоса с ускорителем твердения следует применять электропрогрев.

Температура бетонной смеси без добавок к началу прогрева после ее укладки в фундамент или ростверк должна быть не ниже плюс 10 °С.

Температура бетонной смеси без добавок, подлежащей электропрогреву, при укладке в скважины в грунтах, используемых по принципу I, должна быть не выше плюс 2 °С.

6.5.13 Наиболее эффективным и экономичным способом электротермообработки элементов фундаментов является электродный прогрев. Электротермообработка бетона фундаментов и их элементов таким способом должна выполняться по специально разработанному и утвержденному в установленном порядке ППР с обязательным включением раздела по технике безопасности.

При необходимости получения сразу после прогрева прочности бетона от 50 до 70 % его марки рекомендуется, как правило, приготовлять бетонные смеси на высокопрочных и быстротвердеющих цементах, применять составы с минимально возможным В/Ц, вводить в смесь добавки-ускорители твердения.

Для получения после прогрева прочности бетона свыше 70 % его марки следует подбирать состав смеси на марку выше указанной в проекте.

6.5.14 При твердении бетона в шатрах или тепляках на уровне 0,5 м от низа ограждения необходимо поддерживать температуру не ниже плюс 5 °С. Продолжительность выдерживания бетона определяют в зависимости от его температуры в нижней части тепляка.

Конструкцию шатров или тепляков выбирают в зависимости от размеров в формы бетонируемых фундаментов и ростверков, местных условии и возможностей строительной организации.

6.6 Обеспечение качества работ

6.6.1 Контроль качества работ по возведению опор должен осуществляться согласно требованиям СНиП 3.06.04-91, СНиП 3.02.01-87, СНиП 3.03.01-87 и приведенным ниже дополнительным указаниям.

6.6.2 До приема скрытых работ запрещается производить последующие работы, в том числе до приемки пробуренных скважин не допускается устанавливать и омоноличивать или бетонировать в скважинах свайные элементы.

Максимально допустимые перерывы между окончанием скрытых работ, их приемкой и началом последующих работ должны назначаться исходя из условий недопущения в законченных элементах фундаментов изменений, которые могли бы оказать отрицательное воздействие на надежность и долговечность опор.

Если после приемки скрытых работ последующие работы начаты после длительного перерыва, необходимо назначить повторную приемку, например, скважин, на боковой поверхности и на дне которых образовалась наледь или замерзший буровой шлам.

6.6.3 Для обеспечения доброкачественного устройства свайных элементов должны быть проконтролированы и документально оформлены:

— соответствие фактических размеров проектным значениям диаметра и глубины скважин и свайных элементов, подлежащих заглублению в грунт;

— качество очистки элементов от снега, грунта и масляных пятен;

— качество очистки пробуренных скважин от бурового шлама и наледей;

— соответствие фактически пройденных слоев грунта слоям, указанным в проекте, с фиксацией отмеченных отклонений;

— состав, температура и консистенция омоноличивающего раствора, применяемого для заполнения зазоров между элементами и поверхностью скважин или бетонной смеси, предназначенной для укладки в сваи-оболочки или в скважины;

— способ и качество заполнения раствором или бетонной смесью скважин до уровня, предусмотренного проектом фундамента;

— соответствие фактического положения свайных элементов или арматурных каркасов проектному;

— наличие термометрических трубок с целью контроля за изменениями температуры используемых по принципу I вечномерзлых грунтов основания;

— своевременность заполнения журналов работ и другой исполнительной документации.

6.6.4 Для оценки продолжительности периода от окончания работ по установке свайных элементов в скважины или укладке бетонной смеси в сваи-оболочки или в скважины и до начала загружения строительными или эксплуатационными нагрузками принятой по акту опоры рекомендуется пользоваться значениями относительной прочности раствора или бетона (согласно приложению 16 СНиП 2.03.01-87), представляющей в процентах отношение прочности образцов, твердевших 7, 28 и 90 сут при разных температурах, которые могут встретиться в практике строительства фундаментов, к марке бетона.

Значения относительной прочности омоноличивающих растворов или бетонов должны уточняться экспериментально в зависимости от их состава, марки применяемого цемента и продолжительности твердения образцов.

6.6.5 Сведения о требуемой к началу загружения опор прочности омоноличивающего раствора и мерзлого грунта в заделке элементов должны быть приведены на чертеже опор или в проекте производства работ по их возведению.

6.6.6 При производстве работ по устройству фундаментов опор мостов следует соблюдать правила техники безопасности и производственной санитарии, изложенные в действующих нормативных документах и в ППР по сооружению конкретного объекта.

Приложение А

ПРОГНОЗ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ВСЛЕДСТВИЕ НАРУШЕНИЯ, УСЛОВИЙ ТЕПЛООБМЕНА ПОСЛЕ ПОСТРОЙКИ МОСТОВ

A .1 Регионы с повышенным снегопереносом

A .1.1 В настоящем разделе приложения А содержатся рекомендации по расчету значений температур вечномерзлых грунтов, используемых по принципу I в качестве оснований фундаментов опор мостов в регионах, где объем снегопереноса больше 200 м 3 /м.

А.1.2 Необходимую для расчетов несущей способности и устойчивости оснований температуру вечномерзлых грунтов следует определять, учитывая три характерных состояния их температурных полей: предельное, начальное и временное.

Предельному состоянию соответствует температурное поле вечномерзлых грунтов в пределах перехода через водотоки, которое формируется в последний год расчетной продолжительности эксплуатации искусственного сооружения: к окончанию теплого периода года, т. е. на 1 октября для определения расчетной температуры грунтов на различной глубине и глубины оттаивания; к окончанию холодного периода года, т. е. на 1 апреля — для определения глубины промерзания.

Начальному состоянию соответствует температурное поле в первый год или в один из последующих 2 — 3 лет эксплуатации сооружения, в который поступает максимум тепла в грунты основания в результате летней отсыпки насыпи, нарушения мохорастительного покрова, тепловыделения твердеющего бетона и т. п.

Временному состоянию соответствует температурное поле, формирующееся в различные характерные периоды строительства или эксплуатации сооружений, которое требуется определить при решении практических задач, например, температурное поле после искусственного охлаждения грунтов в технологических целях.

А.1.3 Расчеты температурных полей для всех трех состояний, перечисленных в п. А.1.2, следует производить, исходя из трехмерного распределения температур в грунтах оснований, характеризуемого тремя эпюрами изменения температур по глубине ( рисунок А.1).

Эпюра 1 (сечения I — I ) характеризует распределение температур в зоне большой площади с одинаковыми условиями на поверхности. В этом случае к концу теплого периода года (на начало октября) образуется талая зона в пределах деятельного слоя с соответствующей глубиной оттаивания d_t , далее до глубины 10 м температура t плавно изменяется, а ниже глубины 10 м остается постоянной;

эпюра 2 (сечения II — II ) характеризует распределение температур в грунте русловой части, где имеется талик. В этом случае к концу теплого периода года образуется сплошная талая зона до низа талика, далее температура грунта плавно изменяется на глубину до 40 м, а глубже 40 м температуру можно считать постоянной. В отдельных случаях глубина талой зоны может превышать 40 м, при этом зона постоянной температуры существенно понижается;

эпюра 3 (сечения III — III ) характеризует распределение температур в пределах береговой части рядом с руслом. В этом случае до глубины 40 м температура может изменяться по различным законам: например, может образовываться мерзлая зона в верхней части, а ниже, до определенной глубины, образовываться талик.

Рисунок A .1 — Характерное температурное поле и эпюры изменения температуры на конец теплого периода года (на 1 октября) по глубине залегания грунтов в естественных условиях вдоль оси мостового перехода

А.1.4 Расчет температурных полей в грунтах оснований моста следует производить численными методами, используя, например, программы [ А.3.1 , А.3.2 ]. Допускается расчет производить приближенным методом, изложенным в п. А.1.5 .

А.1.5 Для приближенного расчета температурных полей следует:

а) площадь перехода через водоток разделить на зоны, в пределах которых можно считать постоянными граничные условия, характеризуемые температурой среды (воздуха или воды) с учетом солнечной радиации, испарений и условий теплообмена (при наличии или отсутствии растительного или снежного покрова и т. п.). Эта операция одинакова как для приближенных расчетов, отражаемых в настоящем пункте, так и для точных методов, отражаемых в п. 4, что обеспечивает единство подхода и возможность взаимоконтроля;

б) для каждой зоны аналитическим или численным методом (например, с использованием программы [ А.3.3] или же на основании натурных данных построить эпюру распределения температуры грунта по глубине (эпюра 1 на А.1) в условиях полной изолированности данной зоны от соседних. Для каждого климатического района рекомендуется заранее подсчитать требуемое количество эпюр. Эпюры должны характеризовать распределение температуры по глубине в зависимости от вида состояния (см. п. А.1.2), для которого производят расчет;

в) определить характер распределения температуры t по глубине основания в пределах любой зоны перехода через водоток, суммируя эпюры отдельных зон. Для этого на плане перехода намечают точку О (одну или несколько) (рисунок А.2), в которой (которых) вычисляют температуру на глубине d , используя формулу

, (А.1)

где t_i — температура грунта на глубине d , определяемая по одномерной эпюре для i -й зоны, построенной с учетом указаний п. А.1.2. Эпюры следует получать аналитическим или численным методом в соответствии с п. А. 1.5, б;

n — число зон в участке радиусом 2 d ;

t_b — температурная добавка за счет влияния элементов поверхностей, расположенных в толще грунта (стенки воздушных полостей, жидкостных, охлаждающих установок и др.)

t_j — температура грунта на глубине, численно равной расстоянию точки О до элемента охлаждающей поверхности (принимается в соответствии указаниями по определению t_j );

А _j — площадь охлаждающей поверхности;

т — число охлаждающих поверхностей.

Для поверхностей, расположенных в толще грунта, для которых учитывается температурная добавка t_b в формуле ( А.1), рекомендуется учитывать следующее.

Если точка в которой необходимо определить температуру, расположена ближе к одному из элементов указанных поверхностей, чем к любой из внешних поверхностей, ограничивающих тело насыпи, и прилегающей поверхности грунта, но не более минимального размера указанного элемента поверхности, то необходимо температуру в ней определять с учетом местного влияния этот поверхности по формуле

, (А.2)

где t — температура в рассматриваемой точке, определяемая по формуле ( А.1);

b — расстояние от рассматриваемой точки до элемента поверхности;

c — расстояние от элемента поверхности до точки, в которой местное влияние указанной поверхности не сказывается; значение с принимается равным d , но не более минимального размера элемента поверхности;

t _с — ордината эпюры распределения температур для соответствующей поверхности на глубине b . Определяется в соответствии с указаниями по определению t_i .

Рисунок А.2 — Схемы для приближенного расчета температуры грунта в точке 0:

1 — опоры моста; 2 — русловая часть; 3 — основная площадка насыпи; 4, 5, 6, 7 — границы зон разных граничных условий

А.1.6 В случае, если температурное поле, рассчитанное по пп. А.1.4 и А.1.5, не соответствует требованиям прочности и устойчивости грунтов оснований, необходимо применять конструктивные мероприятия по охлаждению грунтов, направленные на обеспечение возможности повышения несущей способности мерзлых грунтов, используемых по I принципу, и в ряде случаев — на образование мерзлых зон в талых грунтах.

По характеру влияния на температуру грунтов оснований конструктивно-технологические мероприятия (КТМ) можно разделить на два вида. К первому виду относятся мероприятия, изменяющие величину тепловых потоков (потоков холода) со стороны внешних поверхностей сооружений путем регулирования условий теплообмена на поверхности, температуры среды или теплофизических характеристик материалов. Этот вид учитывают введением новых зон на поверхности сооружения. Ко второму виду относятся мероприятия, которые приводят к передаче тепловых потоков (потоков холода) непосредственно в толщу грунта. К ним относятся в основном различные воздушные полости и жидкостные охлаждающие установки (СОУ) системы С.И. Гапеева или В.И. Макарова. Для их учета вводятся понятия: фоновое влияние КТМ и местное влияние КТМ.

Фоновое влияние КТМ сказывается за пределами расчетного массива, определяемого границами полости или куста СОУ плюс минимальный расчетный размер их сечения в каждую сторону. Местное влияние оказывается внутри указанного массива.

Для определения фонового и местного влияния куст СОУ заменяют линейным размещением охлаждающих установок в виде пластины, площадь А_с которой (обеих поверхностей) равна произведению суммарного периметра всех СОУ в кусте на длину СОУ, равную расстоянию от верхней границы расчетного массива до низа СОУ (верхнюю границу для СОУ считать по глубине 3 м при отсутствии поверхностной теплоизоляции или на уровне низа теплоизоляции при ее наличии). Минимальный расчетный размер сечения равен полупериметру воздушной полости или ширине условной пластины для СОУ.

Температуру грунта с учетом фонового влияния КТМ определяют по формуле ( А.1).

Местное влияние КТМ определяют по формуле ( А.2), при этом под t _с следует понимать ординату эпюры распределения температур на глубине b для соответствующего КТМ.

А.1.7 Начальное и временное состояния температурных полей определяют путем суммирования эпюр, полученных при изысканиях, с тепловыми импульсами (мгновенными или распределенными во времени), возникающими в процессе строительства или эксплуатации моста. При этом ординаты эпюры находят по формуле

где t _{1 i} , i _{и i} , D t_i — ординаты эпюр распределения температур по глубине соответственно при начальном или временном состоянии температурных полей, по данным изысканий, за счет добавки (приращений температуры от воздействия тепловых импульсов). Добавки от тепловых импульсов рекомендуется определять аналитическим или численным методами с использованием, например, программы [ А.3.3].

При определении начального состояния температурных полей следует учитывать в основном тепловые импульсы, имеющие глубинный характер, т. е. когда воздействие тепловых импульсов проявляется непосредственно в толще грунтов. Такие воздействия наблюдаются в результате экзотермии цемента и монолитных элементам фундаментов, заполнения котлованов водой, введения в грунт элементов с температурой, отличающейся от температуры грунтов, летней отсылки грунтов насыпи и др.

Добавку D t_i за счет введения в грунт элементов с температурой, отличающейся от температуры грунтов, с учетом экзотермии цемента бетонной смеси рекомендуется определять по приближенной формуле

, (А.4)

где V ₁ — объем массива, ограниченного размерами введенного элемента (например, массивного фундамента) плюс 2 м в каждую сторону, м 3 ;

V ₂ — объем введенного элемента, м 3 ;

D t ₂ — разность температур между внесенным в грунт элементом и самим грунтом в начальный момент, град.

При отсутствии экзотермии цемента формула ( А.4) существенно упрощается:

(А.4, а)

Начальное изменение температуры D t ₁ от внесения в него тепловых импульсов с течением времени уменьшается, что допускается определять по формуле

, ( A .5)

где k _t — коэффициент, учитывающий уменьшение начальной температуры во времени и принимаемый равным в начальный момент, через полгода, два с половиной года, пять лет соответственно 1; 0,12; 0,012, 0;

k_V — коэффициент, зависящий от объема грунта, V ₁ и принимаемый равным

. (А.6)

Влияние летней отсыпки грунта насыпи или других грунтовых площадок рекомендуется учитывать следующим образом: при высоте отсыпки до 1 м тепловым влиянием отсыпки допускается пренебрегать, при высоте отсыпки более 1 м среднюю температуру грунта в верхних 10 м, считая от естественной поверхности, допускается повышать на 0,2 °С на каждый метр увеличения отсыпки свыше 1 м.

Воздействие поверхностных факторов учитывают при сроке их проявления более года. Степень влияния этих факторов определяют по методике, изложенной в п. А. 1.5 (т. е. как для предельного состояния), при этом продолжительность установления прогнозируемой температуры на глубине 5, 10 и 20 м — соответственно 5, 10 и 20 лет. Уменьшение разницы между значениями прогнозируемой температуры и температуры, полученной при изысканиях, принимают по линейному закону. Продолжительность установления глубины протаивания принимают 2 года.

Временное состояние температурных полей в различные характерные периоды эксплуатации или строительства рекомендуется определять численными методами, например, с помощью программ (см. п. А.3).

А.1.8 Исходные данные для районов с повышенным снегопереносом определяются следующим образом.

В зависимости от характера снегозаносов мосты разделены на четыре группы: 1-я группа — отверстием до 18 м; 2-я группа — отверстием 19-30 м; 3-я группа — отверстием более 30 м с малым водотоком (условно при ширине водотока в уровне меженних вод не более 5 м); 4-я группа — отверстием более 30 м с постоянным водотоком шириной в уровне меженных вод более 5 м.

На основании данных проведенных натурных обследовании существующих мостовых переходов в рассматриваемых природных условиях было предложено разделение мостового перехода на зоны (рисунки А.3- А.5). Характеристика этих зон приведена в таблице А.1.

Таблица A .1 — Зоны граничных условий

Основная площадка насыпи, а также любая площадка с оголенной от растительности поверхностью, возвышающаяся над уровнем естественной поверхности земли и открытая со всех четырех сторон

Верхняя треть бокового откоса насыпи подходов

Нижние 2/3 бокового откоса насыпи подходов и весь речной откос за исключением зоны 6 A

Зона, расположенная между зонами 5Б и 6Б на пойменной части

Продолжение зоны 4Б в русловую часть мостов 4-й группы в пределах меженных вод с глубиной воды до 1 м

Зона повышенных снежных заносов, расположенная на уширенной берме (площадке) и прилегающая к верховой части бокового откоса насыпи

Зона повышенных снежных заносов у подошвы откоса насыпи, расположенная на уровне устоя и продолжающаяся на пойме по русловой части. Ширина зоны 5Б принимается равной 8, 4, 0 м соответственно для откосов насыпи 1:1,5, 1:3, 1:5

Зона повышенных снежных заносов у подошвы откоса насыпи, расположенная рядом с зоной 5Б, но в пределах ненарушенного растительного покрова и имеющая ту же ширину

Часть речного откоса насыпи, расположенная под пролетным строением и равная ширине пролетного строения

Пойменная часть, расположенная под пролетным строением и равная ширине пролетного строения

Часть русла в уровне меженных вод с глубиной воды до 1 м. Зона 6М состоит из двух подзон: одна подзона располагается непосредственно под пролетным строением, другая — за пределами зоны 4БМ. Зоны с индексами «а» и «б» соответственно при глубине воды 0,5 и 1,0 м

Часть русла в уровне меженных вод с глубиной воды более 1 м. Зоны с индексами «а» и «б» соответственно с глубиной воды до 3 м и более 3 м

Зона с нарушенным в процессе строительства растительным покровом, расположенная рядом с зоной 5Б, имеющая ту же длину, а суммарная ширина зон 5Б и 7Б равна 15 м

Поверхность уширений бермы за исключением зоны 5А, открытая с двух сторон

То же, с трех сторон

Поверхность сообщающейся с наружным воздухом полости, оголенные от снега вертикальные бетонные поверхности

Зона, соответствующая размерам в плане промежуточной опоры, плюс минимальный размер опоры в каждую сторону. Зоны с индексами «а» и «б» соответствуют случаям крепления и допущению местного размыва

Продолжение зон соответственно 4Б, 5Б, 6Б, 7Б на русловую часть в мостах 1-й, 2-й, 3-й групп

4БП, 5БП, 6БП, 7БП

Зоны, соответствующие по расположению соответственно зонам 4Б, 5Б, 6Б, 7Б в мостах 4-й группы, но имеющие повышенную поверхность по сравнению с окружающей местностью (например, в результате подсыпки грунта)

4БТ, 5БТ, 6БТ, 7БТ

Зоны, соответствующие по расположению соответственно зонам 4Б, 5Б, 6Б, 7Б в мостах 4-й группы, но с теплоизоляцией на поверхности, эквивалентной 15 см пенопласта

А.1.9 На основании этих данных расчетом были получены эпюры одномерного распределения температуры по глубине (рисунки А.6- А.8).

Эпюры составлены для пункта со значением приведенной среднегодовой температуры воздуха минус 6,3 ° С (представляющим сумму среднемесячных температур воздуха по СНиП 2.01.01-82, равную минус 7,8 °С, за вычетом поправки на солнечную радиацию и испарения плюс 1,5 °С). Для других районов температуру грунта следует определять по упомянутым графикам (эпюрам) с корректировкой ее в сторону понижения на 0,75 °С и в сторону повышения на 1,0 °С на каждый градус отклонения от значения приведенной температуры, учтенной в графиках рисунков А.6 — А.8. По высоте эпюры указанная поправка постоянна в пределах глубины нижних 5 м, а для верхних 5 м — изменяется по линейному закону, достигая нуля в уровне поверхности грунта.

Эпюры распределения температур по глубине для ненарушенных зон для всех климатических районов принимают по данным изысканий.

А.1.10 При расчете эпюр распределения температур по глубине для индивидуальных климатических, грунтовых условий или при применении конструктивно-технологических мероприятий принимают во внимание следующее.

Для граничных условий 13 СОУб (жидкостные двутрубные или коаксиальные установки) температуру по глубине принимают постоянной и равной

где t ₀ — среднеянварская температура воздуха

Рисунок А.3 — Схема расположения зон граничных условий в пределах мостового перехода для мостов 1-й — 3-й групп:

1 — основная площадка; 2 — откос насыпи; 3 — устой; 4 — промежуточная опора; 5, 6 — соответственно продольная и поперечная оси моста

Рисунок А.4 — Схема расположения зон граничных условий в пределах мостового периода перехода для 4-й группы мостов:

1 , 4 — соответственно продольная и поперечная оси моста; 2 — устой; 3 — промежуточные опоры

Рисунок А.5 — Схема расположения зон граничных условий на боковом откосе насыпи при наличии бермы для всех групп мостов

Рисунок А.6 — Эпюры распределения расчетных температур грунта основания по глубине в пределах следующих зон граничных условий:

а — 6БП, 7БП, 6В (3, 4), 6В (3), 7Б, 7В; б — 5БП, 4БП, 4Б (3, 4), 4БМ, 4В (3); в — 6БТ, 7БТ; г — 4БТ, 5БТ, 5А, 5Б, 5В, 4Б (2), 4В (2), 4Б (1), 4В (1)

Рисунок А.7 — Эпюры распределения расчетных температур грунта основания по глубине в пределах следующих зон граничных условий:

а — 6М; б — 21; в — 6А(1), 6Б(1), 6В (1), 6А (2), 6Б (2), 6В (2); г — 6Р

Рисунок А.8 — Эпюры распределения расчетных температур грунта основания по глубине в пределах следующих зон граничных условий:

а — 1А, 2А (1:1,5), 2А (1:3), 8А (б); б — 2А (1:5), 3А (1:5), 3А (1:1,5), 3А (1:3), 3 A ( a ); в — 6 A (3, 4); г — 5Г, 12П

Теплоизоляцию (искусственную или естественную) учитывают по формуле:

, (А.8)

где А — расчетный коэффициент теплопередачи (среднемесячное значение);

А ₁ — коэффициент теплопередачи, принимаемый для соответствующей зоны;

R — термическое сопротивление теплоизоляции.

При наличии теплоизоляции на поверхности ординаты эпюры распределения температуры по глубине умножаются на коэффициент K _т , определяемый в зависимости от размера поверхности теплоизоляции:

, (А.9)

где r _т — средний радиус поверхности теплоизоляции;

R ₁ и R ₂ — соответственно термические сопротивления десятиметровой толщи грунта и теплоизоляции.

Каменную наброску на откосах учитывают ликвидацией добавки к температуре воздуха за счет солнечной радиации и испарения.

При расчете эпюр распределения температур на рисунках А.6 — А.8 принимались усредненные значения для широко встречающихся незасоленных грунтов, т. е. песка, супеси, суглинка и глины. Другие свойства грунтов целесообразно учитывать, если эти свойства отличаются существенно (например, при наличии торфа, засоленных грунтов и т. п.).

Для эпюр распределения температур по глубине, приведенных на рисунках А.6, А.7, следует учесть следующие примечания:

1) эпюры распределения температур для ненарушенной зоны принимать по данным изысканий;

2) эпюры следует корректировать на — 0,5 °С, глубину протаивания уменьшать на 1 м при ненарушенном торфяном слое, растительном покрове, каменной наброске (допускается эти добавки суммировать);

А.1.11 Методика практических расчетов может быть реализована в три стадии:

— ориентировочная оценка расчетной температуры при выборе вариантов;

— расчет численными методами.

Первый этап может быть осуществлен без проведения расчетов. Для этого по графикам рисунков А.6 — А.8 (совместно с рисунками А.3 — А.4) оценивается температура на глубине 10 м для всех зон, попадающих в зону расчетного круга (см. рисунок А.2). Например, если откосы насыпи для круга, указанного на рисунке А.2, имеют откос 1:1,5, то в зону круга попадет на площади примерно 20 % основная площадка насыпи, т. е. зона 1А, дающая вклад отрицательной температуры, но на 80 % площади попадают зоны 2А, 3А, 5Б, 4Б, которые дают вклад положительной температуры. На основании только этого можно сделать вывод о том, что использование грунтов основания по принципу I маловероятно без специальных охлаждающих мероприятий. Если же сделать откосы 1:5, то положение сразу меняется (см. рисунки А.6 — А.8).

На второй стадии расчет целесообразно вести в табличной форме. Рекомендуемые формы расчета будут изложены в методических рекомендациях, издаваемых в развитие данных норм.

Третья стадия (при необходимости) предполагает использование ЭВМ с применением, например, программ (см. п. А.3).

Расчеты на второй и третьей стадиях в ряде случаев могут не производиться.

А.2 Регионы с умеренным снегоотложением

А.2.1 Приведенные в настоящем разделе указания по приближенному методу оценки расчетных значений температур вечномерзлых грунтов, используемых в качестве основании по принципу I, предназначены для проектирования фундаментов и опор мостов в районах, где за зиму высота снежного покрова не превышает 0,6 м, а объем снегопереноса меньше 200 м 3 /м. Указания предназначены для пользования на период до разработки исходных данных, необходимых для обеспечения возможности применения уточненного метода, изложенного в разделе А.2 настоящего приложения для районов малоснежных и с умеренным снегоотложением.

А.2.2 Расчетные значения температур t ₀ вечномерзлых грунтов, используемых по принципу I в основаниях фундаментов опор (без применения охлаждающих устройств разных типов), определяют на глубине 10 м по формулам:

а) при среднегодовой температуре воздуха t _а от минус 6 °С до минус 8 °С

б) при среднегодовой температуре воздуха t _а ниже минус 8 °С

Здесь k_t — коэффициент влияния на t ₀ вида опоры, ширины и высоты подходной насыпи, принимается по таблице А.2;

t — нормативное значение среднегодовой температуры вечномерзлых грунтов, принимается по данным изысканий на глубине не менее 10 м, но не ниже значения 0,3 t _а .

Таблица А.2 — Значения коэффициента k_t

Источник