Приложение Г. Обеспечение расчетного температурного режима грунтов оснований

Приложение Г

Обеспечение расчетного температурного режима грунтов оснований

При расчете допускается условно принимать: холодный период времени с 1 октября по 31 марта; теплый период времени с 1 апреля по 30 сентября.

Г.1 Расчетный температурный режим должен обеспечить с учетом конструктивно-технологических мероприятий:

- требуемую несущую способность грунтов;

- устойчивость к нарушениям, в результате действия непредвиденных природных или техногенных воздействий.

Г.2 При проведении расчетов по прогнозированию температурного режима грунтов оснований должны быть учтены в соответствии с СП 131.13330:

- климатические воздействия;

- мерзлотно-грунтовые условия в зоне мостового перехода;

- рельеф, растительность;

- различные физические процессы (например, фильтрация воды), имеющие место в зоне мостового перехода;

- возможные изменения природных и техногенных условий за время эксплуатации моста.

Г.3 Ширину полосы отвода рекомендуется назначать не менее ширины зоны теплового влияния, определяемой в соответствии с настоящим приложением.

Г.4 При проведении изысканий, проектировании, строительстве и в процессе мониторинга следует проводить оценку следующих особенностей:

- процесса растепления (усиления) мерзлоты, т.е. повышения (понижения) ее температуры;

- процесса деградации (аградации) мерзлоты, т.е. переход фазового состояния грунта из мерзлого в талое (из талого в мерзлое);

- зоны теплового взаимовлияния отдельных частей мостового перехода;

- скорости и характера намораживания для различных конструктивно-технологических мероприятий.

Г.5 Прогнозирование температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований следует осуществлять с учетом трехмерности тепловых процессов.

Г.6 При проектировании искусственных сооружений необходимо учитывать изменение температурного режима многолетнемерзлых грунтов оснований, которое может произойти на всем протяжении их расчетного срока службы на всех стадиях жизненного цикла. Необходимую для расчетов несущей способности и устойчивости оснований температуру многолетнемерзлых грунтов следует определять, учитывая три характерных состояния их температурных полей: начальное, временное и предельное.

Начальному состоянию соответствует температурное поле перед началом строительства моста, определяемое обычно по данным изысканий.

Временному состоянию соответствует температурное поле в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Это промежуточное состояние между начальным и предельным.

Предельному состоянию соответствует температурное поле в последний год расчетной эксплуатации мостового сооружения.

Г.7 Расчетную температуру (т.е. температуру, по которой рассчитывается несущая способность грунтов) в узловых точках массива грунтов оснований , °C, (см. Г.21) определяют, исходя из того, что начальное и временное состояния могут быть как менее благоприятными, чем предельное, так и более благоприятными, и вычисляют по формуле

, (Г.1)

где , - температура грунта соответственно при временном и предельном температурных состояниях, °C;

- температурная добавка, принимаемая для песчаных грунтов 0,5°C, а для глинистых 1°C.

Примечание - Расчетная температура должна быть выше, чем при временном и предельном состояниях.

Г.8 За расчетную температуру по Г.7 принимается температура грунта на момент окончания теплого периода года - при определении несущей способности грунтов, и на момент окончания холодного периода - при определении глубины сезонного промерзания в талых грунтах.

Г.9 При прогнозировании температурного режима грунтов оснований и обеспечения в процессе эксплуатации условий для сохранения температурного режима следует правильно учитывать размеры территории в плане, которые являются зоной теплового влияния для мостового перехода. Для этого рекомендуется использовать приближенную зависимость:

R = 2h, (Г.2)

где R - радиус зоны влияния для любой точки мостового перехода, м;

h - глубина от дневной поверхности (т.е. для опоры моста - от естественной поверхности грунта, для насыпи - от поверхности насыпи и т.п.), на которой определяется температура, м.

Общие размеры в плане зоны теплового влияния для всего мостового перехода определяют огибающей линией для зон влияния отдельных узловых точек (опор, подходных насыпей, регуляционных сооружений). Допускается принимать ширину B зоны теплового влияния равной B = 5b в зоне насыпей подходов, и B = 5h в зоне моста, где b - ширина заложения подошвы насыпи, а h - глубина заложения опоры.

Г.10 При определении зоны теплового влияния по Г.9 следует учитывать, что на температуры грунта ниже 10-20 м существенное влияние оказывают соседние, смежные с сооружением территории, поэтому рекомендуется при проектировании оценивать их тепловое влияние, даже если они и не входят непосредственно в эту зону теплового влияния (рекомендуется оценивать, как проектируемое сооружение оказывает влияние на соседние зоны). В связи с этим, рекомендуется прогноз температурного режима больших в плане объектов осуществлять в три стадии:

- оценка температурного режима территории до строительства с учетом имеющейся растительности, водотоков и водоемов и т.п.;

- оценка температурного режима территории после строительства с учетом изменения растительности, вырубки леса, переформирования водных объектов, искусственных отсыпок и т.п.;

- расчет температурного режима конкретного объекта с учетом изменяющего фонового предельного температурного состояния.

Г.11 Расчеты температурного режима следует проводить в трехмерной постановке, исходя из сложного трехмерного температурного состояния грунтов. Для отдельных частей и конструктивных элементов допускаются расчеты в одномерной и двумерной постановках.

Г.12 Прогноз температурного режима рекомендуется производить двумя методами: приближенным и точным с сопоставлением и взаимопроверкой результатов (см. приложение Д).

Г.13 При назначении исходных данных для расчета следует учитывать, что главное влияние на правильность результатов расчета оказывают граничные условия: температура воздуха и условия теплообмена на поверхности.

Г.14 При расчете термического сопротивления на поверхности следует прежде всего учитывать снежные отложения, растительный покров и искусственные покрытия (пеноплекс и др.).

Г.15 При определении температуры воздуха следует учитывать солнечную радиацию и испарения с поверхности для освещенных солнцем поверхностей с учетом их ориентации.

Расчетную величину среднемесячной приведенной температуры воздуха , °C, вычисляют по формуле

, (Г.3)

где t - среднемесячная температура воздуха, определяемая по данным, имеющимся в климатологических справочниках;

- поправка к среднемесячным температурам воздуха за счет солнечной радиации, °C, вычисляемая по формуле

, (Г.4)

здесь r - среднемесячная сумма радиационного баланса для рассматриваемого элемента поверхности, ;

- коэффициент теплообмена на поверхности грунта, , приближенно вычисляемый по формуле

, (Г.5)

здесь v - скорость ветра, м/с;

- поправка к среднемесячным температурам воздуха за счет испарения, °C, вычисляемая по формуле

, (Г.6)

здесь k - коэффициент, учитывающий характер поверхности, принимаемый в первом приближении равным 0,8 для естественной поверхности и 0,3 - для оголенной.

При отсутствии достаточных данных допускается в теплый период года учитывать суммарную поправку путем прибавления к среднемесячным значениям температуры воздуха с апреля по сентябрь добавки .

Г.16 В случае если температурное поле, рассчитанное в соответствии с Г.11-Г.15, не соответствует требованиям прочности и устойчивости грунтов оснований, необходимо применять конструктивно-технологические мероприятия по охлаждению грунтов, направленные на обеспечение возможности повышения несущей способности мерзлых грунтов, используемых по принципу I, и в ряде случаев - на образование мерзлых зон в талых грунтах (см. приложение Е).

Г.17 Положение верхней границы мерзлоты определяется комплексом глубин сезонного протаивания в характерных точках, а параметры ТР определяются температурами грунта в характерных контрольных точках (см. Г.21).

В проекте сооружения и в ППР по его строительству должны быть охарактеризованы эти параметры и обеспечена их связь с последующим мониторингом.

Г.18 Наблюдения за динамикой криогенных процессов в непосредственной близости от мостов выполняют по термометрическим скважинам, закладываемым по программе изысканий геотехнического мониторинга. Точность измерения - не менее 0,1°C. Время измерения определяют в соответствии с Г.8.

Г.19 Количество и глубину разведочных скважин следует назначать, исходя из условия получения достоверных данных (см. Г.17) необходимых для надежных конструктивно-технологических решений опор с учетом сложности мерзлотно-грунтовых условий. Рекомендуется расстояние между скважинами вдоль моста в пределах мостового перехода (всей зоны теплового влияния) назначать не более 20 м, при этом число скважин должно быть не менее числа опор. Размеры в плане зоны теплового влияния следует определять в соответствии с Г.9.

Г.20 В процессе глобального потепления возможны деформации и другие негативные последствия существующих сооружений. Меры по восстановлению несущей способности сооружения в этом случае рекомендуется назначать в соответствии с общими правилами. В данном пункте изложена специфика проектирования новых сооружений.

На выбор конструкции сооружения и способа его возведения следует учитывать две группы факторов:

- климатические;

- мерзлотно-грунтовые.

По специфике климатических и мерзлотно-грунтовых характеристик территория с распространением многолетнемерзлых грунтов может быть разделена на три зоны:

- северная (в основном арктическое побережье), которая характеризуется низкими температурами воздуха, грунтами со значительной степенью засоленности, криопегами, значительной льдистостью, наличием погребенных льдов;

- южная (южная граница распространения многолетнемерзлых грунтов), которая характеризуется более высокими, хотя и отрицательными температурами воздуха, грунтами малозасоленными или вообще незасоленными, небольшим распространением погребенных льдов;

- промежуточная, расположенная между северным и южным регионами.

В данном пункте приведены некоторые особенности проектирования мостов для северной и южной зон. Проектирование в промежуточной зоне рекомендуется осуществлять по рекомендациям для северной и южной, но с учетом местной специфики.

Для южной зоны рекомендуется применение технических решений с использованием глубинной системы охлаждения, например термоопор (см. приложение И).

Для северной зоны рекомендуется оценивать возможность применения технических решений с использованием поверхностной системы охлаждения, например, уширенных площадок (см. приложение Ж). Одновременно рекомендуется рассматривать конструктивные решения с неглубокими фундаментами или с фундаментами поверхностного типа, поскольку внизу залегают сильнозасоленные грунты, криопеги, погребенные льды, а верхние 5-10 м в большинстве незасоленные.

В фундаментах поверхностного типа (см. приложение А) целесообразно устраивать неглубокие термоопоры в пределах высоты подходной насыпи или тела насыпной площадки или заглубленных на глубину до 10 м.

В северной зоне следует обращать особое внимание на участки пересеченной местности с залеганием высокольдистых грунтов и погребенных льдов. На этих участках опасно нарушение естественной поверхности. Рекомендуется выявлять узлы резкого изменения профиля с предварительным их укреплением сетками и искусственными засыпками.

Скорость растепления или деградации мерзлоты следует прогнозировать используя численные методы расчета.

Г.21 Для правильного понимания температурного режима грунтовых массивов в зоне мостового перехода (в грунтах оснований устоев и промежуточных опор, теле подходной части насыпи и т.п.) рекомендуется при прогнозе в процессе проектирования и при мониторинге определять температуру в характерных точках, которые являются узловыми в температурном поле в характерные моменты времени. В соответствии с этими рекомендациями необходимо обустраивать термометрические скважины.

Для осуществления прогноза температурного режима в процессе проектирования и при мониторинге рекомендуется определять температуру, учитывая размеры территории в соответствии с Г.9.

В зоне береговой или промежуточной опоры рекомендуется контролировать температуру до глубины ниже 10 м от подошвы фундамента. Замеры по высоте должны быть осуществлены не реже, чем через 2 м, а глубина сезонного протаивания определена с точностью 0,2 м.

Температуру грунтов следует измерять для каждой мостовой опоры.

Для подходных участков земляного полотна характерные точки температурного поля рекомендуется назначать в соответствии с рисунком Г.1.

Если по оси пути нет возможности измерить температуру (например, в процессе мониторинга при интенсивном движении), то допускается глубины протаивания h и температуры t определять в пределах бровки основной площадки.

Измерение температур проводят для обеих половин поперечного сечения земляного полотна или массива у опоры. Допускается проводить измерение одной половины в случае обоснования тепловой симметрии по отношению к оси пути.