Текст
СПРАВОЧНИК
по строительству
на вечномерзлых
грунтах
Лени-. .
Стр>“язд~т
ik.:л;г£агтс':13 с > 5Ж2
1777
СПРАВОЧНИК
по строительству
на вечномерзлых
грунтах
Под редакцией Ю. Я. Велли, В.
Н. Ф. Федорова
В.
Докучаева,
ЛЕНИНГРАД
СТРОЙИЗДАТ. ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ. 1977
http://bombhasbeenplant3d.blogspot.ru/
УДК 624.139(031)
Авторы: А. Ф. Антонов, Ю. Я. Веяли, В. В. Гальперин, А. С. Ге-
расимов, В. В. Докучаев, М. А Еремеев, О. В. Заборщиков, А. И. Зо-
лотарь, В. ДЕ Иоффе, II. А. Казанцев, II. С. Либер, И. А. Либерман,
К. Ф. Маркин, Л. II. Неймарк, Н. Ф. Федоров, Р. Э. Фриман,
И. С. Ческис, Д. Р. Шейнкман, А. В. Яковлев, А. Л. Ястребов
Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред.
Ю. Я- Веяли, В. И. Докучаева, Н. Ф. Федорова Л., Стройиздат, Ле-
ниигр. отд-ние, 1977, 552 с.
В книге содержатся справочные данные, необходимые для строи-
тельства и проектирования в районах вечномерзлых грунтов. Рас-
сматриваются особенности планировки, застройки н благоустройства
населенных мест и территорий промышленных предприятий. Даются
рекомендации по выбору проектных решений и их расчетные обосно-
вания. Приводятся таблицы, графики, карты и примеры расчета,
облегчающие труд проектировщика.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников
проектных и строительных организаций, обслуживающих районы
Севера.
30207—035
С 047(01)—77
126—76
© Стройиздат. Ленинградское отделение,
1977
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Прелисловие . . . . ................ т . 6
Введение (Ю Я Веяли) .... .................... ............. 7
Глава I. Климат (Ю. Я- Веяли)......................................... 10
§ 1.1. Температура воздуха. Продолжительность дпя и к.эчн . 1)
§ 1.2. Ветер, влажность возтуха, осадки, солнечная ради i цчч,
расгительность ............................................ 27
§ 1.3. Основные положения климатическою районирования для
с 1 роителютв i.............................................42
Глав 1 2. й’.ерндошо-геологические условия (Ю. Я. Велли)...............43
§ 2.1. Распространение и формы залегания вечномерзлых 'руи-
тов. Подземные волы и подземный лед.........................43
§ 2.2. Понятие о сезонном оттаивании. Температура вечномерз-
лых грунтов.................................................43
§ 2.3. Мерзлотно геоморфологические образования............Г)
Гл а в а 3. Свойства мерзлых грунтов (Ю. Я. Велли)....................52
§ 3.1. Физические свойства мерзлых грунтов.................52
§ 3.2. Механические свойства мерзлых грунтов...............57
§ 3.3. Теплофизические свойства мерзлы'; грунтов...........<6
Г ива 1. Планировка и застройка населенных мест (V В. Яювтез) . . 75
§ 4 1 Выбор п.тоща дки стпоитетвства.......................“5
§42 Анализ условий ввеишей сре нл.........................8|
3 I 1. Общие юебовапия к пл ’.пир ины населенных мест ... 85
§ 1 I .3 к-гио:: ка населенных мест.........................88
Гл а г. а 5. Автомобильные и железные дороги (А. Л. Ястребов) .... 07
§ 5.1. Земтяиое полотно................................
§ 5.2. Поперечный и продольный ппофиди земляною по юти,а 106
§ 5 3. Дорожные одежды автомобию чых дорог (А. Л. Ястре-
бов. Г. Я. Ключников)......................................IB
§ 5.4. Городские дороги и улицы..........................126
I । а в а б. Липни электропередачи и связи (В. В, Гальперин)..........ИЗ
§ 6 1, Расчетные условия.................................113
§ 62 Опоры и их закрепление в грунте.....................141
8 6 3 Прокладка кабелей..................................114
§ 6.4. ЛЗолниезащнта и заземляющие устройства............151
Г । а в а 7. Принципы использования и подготовка оснований...........157
§ 7.1. Принципы использования грунтов в качестве оснований
(В. В. Докучаев)..........................................157
§ 7.2. Глубина сезонного протаивания и сезонного промерза-
ния грунтов (А. И. Золотарь)..............................161
§ 7.3. Глубина оттаивания основании отапливаемых зданий
(А. II. Золотарь)....................................174
§ 7.4. Предпостроечнэе промораживание грунтов (М. А. Ере-
меев) ..............................................186
I* 3
Стр.
§ 7.5. Предпостроечное протаивание грунтов (А. И. Золотарь) К4
§ 7.6. Оценка возможных осадок оснований при выборе прин-
ципа (В. В. Докучаев)......................................2<j7
Глава 8. Сохранение оснований в мерзлом состоянии......................214
§ 8.1. Тепловое влияние зданий на основания (Ю. Я. Велли) . 214
§ 8 2. Основные причины деформаций зданий на мерзлых грун-
тах (Ю. Я. Велли)...........................................220
§ 8.3. Подполья зданий (Ю. Я. Велли) . ................225
§ 8.4. Подсыпки в качестве оснований зданий (Ю. Я. Велли) 239
§ 8.5. Охлаждающие трубы и каналы (М. А. Еремеев) . . . 246
Глава 9. Фундаменты на мерзлых основаниях..............................254
§ 9.1. Общие особенности проектирования (В. В. Докучаев) . 254
§ 9.2. Предельные состояния оснований, нагрузки и расчетные
сопротивления грунтов (В. В. Докучаев) .................... 255
§ 9.3. Столбчатые фундаменты (В. В. Докучаев)...............261
§ 9.4. Свайные фундаменты (К. Ф. Маркин)....................268
§ 9.5. Испытания свай осевой нагрузкой (К. Ф. Маркин) . . . 288
§ 9.6. Фундаменты на сильнольдистых грунтах и подземных
льдах (Д. Р. Шейнкман).......................................294
§ 9.7. Особенности проектирования фундаментов на засоленных
мерзлых грунтах (Ю. Я. Велли)................................302
§ 9.8. Пример расчета фундаментов здания (А. С. Герасимов) 305
Глава 10. Фундаменты на оттаивающих основаниях.........................312
§ 10.1. Общие особенности проектирования (В. В. Докучаев) 312
§ 10.2. Расчет деформаций оснований (В. В. Докучаев) . . . 315
§ 10.3. Свайные фундаменты (К. Ф, Маркин)...................321
§ 10.4. Пример расчета фундаментов (А. С. Герасимов) . . . 323
Глава 11. Несущие и ограждающие конструкции гражданских зданий 329
§ 11.1. Требования к материалам и изделиям (В. М. Иоффе) . 329
§ 11.2. Конструкции нулевого цикла (В. М. Иоффе)............332
§ 11.3. Конструкции надземной части (В. М. Иоффе) .... 343
§ 11.4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
(И. А. Казанцев, И. С. Либер).........................348
Глава 12. Расчет усилий в конструкциях зданий, деформирующихся со-
вместно с неравномерно сжимаемыми основаниями (Л. И. Ней-
марк) ............................................................357
§ 12.1. Дополнительные усилия, вызываемые протаиванием
основания (общие сведения)..............................357
§ 12.2. Расчетная схема системы здание — протаивающее осно-
вание . ,....................................................357
§ 12.3. Расчет бескаркасных зданий по программе «Контакт» . 363
§ 12.4. Приближенный расчет бескаркасных зданий без при-
менения ЭЦВМ [5]............................................364
§ 12.5. Особенности расчета при типовом проектировании н
привязке типовых проектов крупносборных зданий . . 377
Глава 13. Жилые дома и здания общественного назначения (А. Ф. Анто-
нов) .............................................................380
§ 13.1. Общие положения по проектированию зданий на Край-
нем Севере...................................................380
§ 13.2. Здания со стенами из дерева.........................384
§ 13.3. Здания со стенами из кирпича........................385
§ 13 4. Здания со стенами из крупных блоков.................386
§ 13.5. Крупнопанельные здания..............................388
§ 13.6. Здания с применением алюминия, стали и эффектив-
ных материалов..........................................392
Глава 14. Промышленные здания и сооружения (И. С. Ческис) .... 396
§ 14.1. Выбор площадки и генеральный план..............396
§ 14.2. Объемно планировочные решения зданий...........399
§ 14.3. Проектирование зданий и сооружений по принципу I . 402
§ 14.4. Проектирование зданий и сооружений по принципу II 407
4
Стр.
Глава 15. Санитарно-технические коммуникации и сооружения на них
(О. В. Заборщиков)..............................................з12
§ 15.1. Устройство санитарно-технических коммуникаций и со-
оружений на них.....................................................................41'2
§ 15.2. Трассировка сетей.............................................4
§ 15.3. Материал труб. Арматура...............................423
§ 15 4. Защита трубопроводов от замерзания...............4 15
§ 15.5. Трубопроводы в сейсмических районах.......418
§ 15.6. Вводы сетей в здания.................................... Об
Глава 16. Водозаборы (Н. Ф. Федоров)............................................................452
§ 16.1. Источники водоснабжения......................................................452
§ 16 2. Водозаборные сооружения....................................................‘о>8
Глава 17. Насосные станции и очистные сооружения (Н. Ф. Федоров) . 471
§ 17.1. Общие сведения...............................................471
§ 17.2. Насосные станции . . 471
§ 17.3. Очистные сооружения водоснабжения............................4/3
§ 17.4. Противопожарное водоснабжение...............................................4о.З
§ 17,5. Очистные сооружения канализации..............................436
§ 17.6. Местная канализация..........................................*02
Г л а в а 18. Теплотехнические расчеты инженерных коммуникаций
(А. Л. Ястребов)...................................................• 49 >
§ 18.1. Основные положения теплотехнических расчетов . . . 495
§ 18.2. Падение температуры теплоносителя по длине трубо-
провода .............................................................................496
§ 18.3. Определение зоны оттаивания грунтов вокруг трубопро-
водов и каналов......................................................................506
I л а в а 19. Газо- и нефтепроводы (А. Л. Ястребов, Р. Э. Фриман) . . . 513
§ 19.1. Способы прокладки трубопроводов...........................513
§ 19.2. Оттаивание мерзлых грунтов в основании трубопро-
водов ...............................................................................518
§ 19.3. Термоохладители и теплоизолирующие экраны .... 523
§ 19.4. Расчет осадок оттаявших под трубопроводом мерзлых
грунтов..............................................................................525
§ 19.5. Прочность и устойчивость трубопроводов.527
I । а и а 20. Особенности определения сметной стоимости объектов на
Крайнем Севере (И. А. Либерман)......................................................512
20.1. Состав сменой документации........................532
§ 20.2. Способы определения единичных расценок на строи-
тельные работы.......................................................................535
§ 20.3. Нормативы и исходные материалы для составления
единичных расценок на строительные работы .... 537
§ 20.4. Накладные расходы и плановые накопления......................................544
§ 20,5. Определение стоимости дополнительных затрат , . . 547
ПРЕДИСЛОВИЕ
В «Основных направлениях развития народного хозяйства
СССР на 1976—1980 годы» предусмотрено резкое увеличение
объема строительства в северных районах страны, отличающихся
суровыми климатическими условиями и вечномерзлым состоянием
грунтов. Это потребует привлечения к изысканиям, проектированию
и строительству большого количества организаций, многие из которых
ранее в своей практике не встречались с особыми условиями этих
районов. Использование накопленного опыта проектирования и строи-
тельства в районах распространения вечномерзлых грунтов для та-
ких организаций имеет первостепенное значение. Вместе с тем, этот
опыт освещен главным образом в периодической литературе, трудах
научных учреждений и рассредоточен по многим нормативным или
региональным инструктивным материалам. Поэтому возникла необ-
ходимость в специальной справочной литературе, которая позволила
бы оценить основные особенности северных условий и учесть их при
выборе инженерных решений. Необходимость в такой литературе
усугубляется тем, что для условий Севера можно удовлетворить со-
временным требованиям капитальности и экономичности сооружений
при строительстве и эксплуатации только при комплексном проектном
решении самого сооружения, размещения его на местности, инженер-
ной подготовке территории и всех связанных с сооружением
устройств — инженерных сетей, подъездных путей, транспортных
галерей и др.
Настоящий справочник выпускается с целью облегчения решения
таких задач как при проектировании, так и при строительстве, когда
по местным условиям возникает необходимость видоизменить перво-
начальное проектное решение. Данные, содержащиеся в справочнике,
соответствуют действующим строительным нормам и правилам, с уче-
том изменений, предусмотренных проектом новой главы СНиП II—
18—76 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерз-
лых грунтах». Однако круг задач, которые приходится решать в ин-
женерной практике, значительно шире рассматриваемого нормами.
Часто такие задачи, которые возникают впервые, приходится решать
руководствуясь местными особенностями площадки и общими зако-
номерностями, выявленными при строительстве и эксплуатации раз-
личного рода сооружений. Поэтому, помимо основных нормативных
указаний, оказалось необходимым включить в справочник некоторые
сведения из опыта строительства и эксплуатации сооружений и со-
проводить их более подробными пояснениями, чем это обычно делает-
ся в справочной литературе.
Главы 1 —5, 13, 20 редактировал Ю. Я. Велли, главы 6, 7, 9— 12,
14 — В. В. Докучаев, главы 15—19 — Н. Ф. Федоров.
6
ВВЕДЕНИЕ
Вечномерзлые грунты занимают обширные территории Азии,
Северной Америки, Антарктиды, встречаются они и в Европе.
Общая площадь распространения вечномерзлых грунтов составляет
35,17 млн. км2 (23% земной суши), из них 11 млн. км2 в СССР.
В СССР вечномерзлые грунты занимают в основном азиатскую
часть, при этом область их распространения простирается до островов
Северного Ледовитого океана. Они захватывают большую часть
Сибири и полностью Арктику.
Особые природные и экономические условия районов распростра-
нения вечномерзлых грунтов определяют специальные требования к
проектированию, строительству и эксплуатации сооружений. К числу
основных особенностей этих районов, которые необходимо учитывать
при проектировании и строительстве, следует отнести: суровый кли-
мат, вечномерзлое состояние грунтов и экономические показатели,
обусловленные отдаленностью и малой освоенностью территории.
При строительстве в условиях сурового климата повышаются
требования к теплозащитным качествам ограждающих конструкций,
к применяемым материалам и разрабатываемым проектным реше-
ниям. В проектах должно быть предусмотрено сокращение трудоем-
кости и продолжительности производства наружных работ при низ-
ких температурах. Кроме того, в условиях Севера человек большую
часть времени проводит вне улицы. В связи с этим изменяются тре-
бования к составу и размерам помещений. В проектах должны пре-
дусматриваться меры по улучшению микроклимата, сокращению
протяженности транспортных связей, уменьшению радиусов обслу-
живания. Для компенсации недостатка ультрафиолетового облучения
предусматриваются специальные источники искусственного света
(эритемные лампы) или устраиваются помещения — фотарии для
периодического облучения.
Высокие скорости ветров в северных районах требуют не только
специальной защиты ограждающих конструкций от продуваемости,
но и усиления несущих элементов зданий. Повышаются также требо-
вания к монтажной прочности элементов, поэтому обычные техноло-
гические схемы сборки конструкций оказываются непригодными, а
проекты, разработанные для средних широт, практически неосуще-
ствимы.
Из-за часто повторяющихся ветров высоких скоростей в пониже-
ниях, у препятствий скапливается большое количество снега, что на-
рушает в ряде случаев транспортные связи, прекращает нормальное
проветривание подполий и оказывает отепляющее влияние на вечно-
мерзлые грунты оснований зданий. Дороги, здания и сооружения,
н иногда и целые поселки заносятся снегом. Ежегодно на борьбу со
Снегозаносами расходуются значительные средства. Эти обстоятель-
ства вынуждают проектировщиков назначать специальные мероприя-
тия по защите объектов от снегозаносов.
Мерзлотно-грунтовые условия в районах распространения вечно-
мерзлых грунтов весьма сложные. Отмечаются обширные области
7
грунтов пониженной несущей способности — засоленных и сильно-
льдистых, нередко встречаются участки с подземными льдами; ши-
роко распространены мерзлотно-геоморфологические образования:
бугры пучения, морозобойные трещины, формы рельефа, образовав-
шиеся в результате нивации и солифлюкции, наледи и особенно часто
встречающиеся термокарстовые явления; имеют место районы
активной сейсмической деятельности. Все это в значительной мере
способствует деформациям зданий и сооружений. Работа проекти-
ровщиков и строителей осложняется, требуется повышенное внима-
ние к вопросам устойчивости зданий и сооружений на вечномерзлых
грунтах как на стадии проектирования, так и в период их строительства
и эксплуатации. Усиленный авторский надзор, а на крупных строи-
тельствах также и организация мерзлотной службы становятся
обязательными.
Суровые природно-климатические и неблагоприятные мерзлотно-
грунтовые условия наложили отпечаток на характер поселений и на
экономику строительства. Вначале преобладали деревянные одно-
двухэтажные здания, застройка велась хаотично, без разработанных
генеральных планов. В поселках отсутствовали водопровод и канали-
зация, центральное отопление было редкостью.
Открытие новых месторождений ископаемых и все возрастающее
значение сибирских рек и Главного Северного морского пути как
транспортных артерий, широкое применение авиации дали новый
толчок развитию (и возведению новых) городов и поселков. Начался
повсеместный переход к строительству капитальных зданий и соору-
жений, отвечающих современным планировочным и конструктивным
требованиям. В городах наметился переход на крупнопанельное
строительство жилых зданий: Якутск застраивается домами серии
1—464ВМ, заканчивается подготовка к внедрению серии 112 в Вор-
куте и Норильске, серий 122 и 123 в Магадане, серии 122 по трассе
БАМ, экспериментальных домов на Чукотке и т. д. Закономерным и
распространенным становится освоение отдаленных и труднодоступ-
ных районов с помощью облегченных зданий, особенно из стали,
алюминия и эффективных материалов. Создаются крупные энергети-
ческие центры (Хантайская, Вилюйская, Братская, Колымская ГЭС
к др.), возводятся промышленные предприятия, рудники и горнообо-
гатительпые комбинаты. Естественно, проектирование и возведение
таких объектов становится более сложным и ответственным.
Экономические особенности районов распространения вечномерз-
лых грунтов определяются не только природными условиями, но и
отдаленностью большинства из них от центральных районов. Стои-
мость строительства в настоящее время в 3 раза, а в отдельных рай-
онах в 5—6 раз выше, чем в центральных районах страны. Вместе с
тем увеличение отдельных затрат, из которых складывается удоро-
жание, неодинаково.
Материалы массового использования в строительстве (вяжущие,
лес, шифер) удорожаются в 2—2,5 раза, кирпич и камень в 3,5—5 раз,
а металлы и завозные готовые конструкции лишь на 20—70%. По-
этому завоз в отдаленные районы готовых деталей и применение
металлических конструкций экономически оправданы.
В условиях Севера выдерживают экономическое сравнение алю-
миний и современные синтетические материалы, в то время как в
центральных районах их применение часто удорожает строительство
8
вследствие пока еще высоких отпускных цен. Следует иметь в виду,
что при применении традиционных материалов увеличение веса с ген
составляет около 60%, а перекрытий — 80 100%. Поэтому облегче-
ние веса деталей является существенным резервом стоимости строи-
тельства; оно приводит также к снижению складских расходов и стои-
мости фрахта, а транспортные расходы, как известно, составляют от
250 до 1200 руб. за 1 т в зависимости от дальности перевозки, класса
грузов и их упаковки.
Высокая стоимость рабочей силы на Севере определяется не
только повышенной трудоемкостью строительства, но и более высо-
кими тарифными ставками. Если учесть дополнительные расходы,
связанные с льготами в обеспечением потребности трудящихся и их
семей, стоимость рабочей силы удорожается в 3,4—4,8 раза. На
обустройство каждого прибывающего на Север рабочего тратится
17—20 тыс. руб. в год. Следует также учесть, что большинство из них
не задерживаются там более 1—2 лет. Поскольку удорожание рабочей
силы (3,4—4,8 раза) больше удорожания механизмов (1,6—2 раза ,
напрашивается вывод, что индустриальные методы строительства в -»
Крайнем Севере более эффективны и экономический эффект механи-
зации значительно выше, чем в центральных районах страны.
Немаловажным фактором является и сокращение сроков строи-
тельства. В настоящее время продолжительность строительства
объектов на Крайнем Севере в 2 и более раз больше, чем в
центральных районах страны. Так, например, в г. Анадыре один
четырехэтажный дом из блоков керамзитобетона, завозимых из Вла-
дивостока, строился в течение 5 лет. Объясняется это не только при-
родно-климатическими условиями, но также недостатком современ-
ных индустриальных баз и слабой механовооруженностью строитель-
ства (в 1,5—2 раза меньше, чем в центральных районах) главным
образом из-за отсутствия машин, предназначенных для работы на
Севере. Поэтому проведение .мероприятий, позволяющих снизить
стоимость и трудоемкость работ и сократить их сроки на Севере, даст
наибольший эффект.
Вместе с тем стоимость строительства еще не отражает истинной
экономичности здания. Так, увеличение термического сопротивления
стены из традиционных материалов в 1,5 раза против требуемого по
нормам приводит к удорожанию стоимости 1 м2 жилой площади на
6%, а в случае применения современных эффективных материалов —
только на 1,5—2,0%. В последнем случае на площадках, где нет мест-
ного топлива, снижение расходов на отопление в течение двух сезо-
нов полностью окупает дополнительные первоначальные затраты.
Применение простых форм в наружной и внутренней отделке,
долговечных отделочных и кровельных материалов, централизован-
ных систем и автоматики в инженерном оборудовании может зна-
чительно сократить расходы по эксплуатации сооружений.
Проектные решения должны выбираться на основании одновре-
менного экономического сравнения строительных и эксплуатацион-
ных показателей.
Необходимость комплексного подхода к решению задач с при-
менением методов механики и теплотехники является особенностью
современного конструктивного проектирования зданий н сооружений
на вечномерзлых грунтах. При этом недостаточно Gi раничиваться
аналитическими решениями, следует широко использовать счетно-ре-
Шнющие машины или моделирующие приборы — интеграторы.
Глава 1
КЛИМАТ
§ 1.1. Температура воздуха.
Продолжительность дня и ночи
Климат на Севере в значительной мере зависит ст воздействия
воздушных и морских течений. В прибрежных районах, где сказы-
вается действие североатлантических течений, климат более мягкий,
морской. В средней части материка климат имеет резко континен-
тальный характер.
Среднегодовая температура воздуха над всей территорией, заня-
той вечномерзлыми грунтами, имеет отрицательные значения. Дан-
ные о среднегодовой н среднемесячной температуре воздуха по
некоторым пунктам территории с вечномерзлыми грунтами приве-
дены в табл. 1.1. Здесь же даны сведения о средней величине темпе-
ратуры в наиболее холодную пятидневку и сутки и о продолжитель-
ности отопительного периода, за который принят период со средней
суточной температурой воздуха 8 °C.
Зимой наиболее низкая температура устанавливается в зоне
«полюса холода» в Верхоянской впадине и Оймяконской котловине,
где скапливаются массы холодного воздуха, температура которого
понижается иногда до —704—72 °C. Средняя температура января в
этих районах достигает —50 °C.
Для горных районов хребтов Верхоянского, Черского и Колым-
ского характерна зависимость температуры воздуха о г высоты мест-
ности. Зимой более низкая температура наблюдается в долинах, кот-
ловинах, впадинах, летом, наоборот, — на горных вершинах и скло-
нах. Часть территории к востоку от полуострова Таймыр характери-
зуется зимой низкой температурой: от —15° до —30° и даже —40 °C.
В западной части Арктики зимой наиболее часто наблюдается
среднесуточная температура от 0° до —15°, достигая —30 °C, в рай-
оне Чукотского моря от —15° до —35 °C. В центральном полярном
бассейне абсолютный минимум температуры —44 °C. Оттепели в те-
чение зимы наблюдаются редко, преимущественно в западном
секторе Арктики. В центральных районах продолжительность периода
с температурой ниже 0 °C составляет от 180 до 240 дней.
Летом температура воздуха распределяется в зависимости от
широты: наиболее низкая температура устанавливается на арктиче-
ском побережье и наиболее высокая — у южных границ распростра-
нения вечномерзлых грунтов. Исключением являются побережья Бе-
рингова и Охотского морей, где летом удерживается более низкая
температура, чем на тех же широтах в континентальных районах.
Южные районы распространения вечномерзлых грунтов характери-
зуются теплым сухим летом с наиболее часто повторяющейся средне-
суточной температурой от 15° до 20°, иногда достигающей днем 30—
35 °C.
10
На северном побережье Охотского моря летом в основном пре-
обладает сырая прохладная погода со среднесуточной температурой
10—15 °C и ветрами муссонного характера. В центральном полярном
бассейне на островах температура воздуха летом колеблется около
0° и почти никогда не поднимается выше 10 °C. Довольно сильные
Рис. 1.1. График продолжительности полярного дня и полярной ночи
(по Н. П. Георгиевскому)
1 — сплошной полярный день; 2— сумеречные белые ночи; 3—ночи темные;
4—дневные сколополуденные сумерки; 5 —сплошная полярная ночь
суточные колебания температуры отмечаются в центральных райо-
нах. На арктическом побережье они мало ощутимы и в основном
зависят от направлений ветров.
Данные о максимальной и минимальной температуре воздуха,
средней ее величине в течение холодных суток, а также о средней и
максимальной амплитуде суточных колебаний и повторяемости тем-
ператур наружного воздуха приведены в СНиП II-A.6—72 «Строи-
тельная климатология и геофизика».
Период, в течение которого среднемесячные температуры имеют
положительные значения, на островах полярного бассейна равен
1,5 месяцам, на арктическом побережье — 2—3 месяцам, в континен-
тальных районах — 4 — 4,5 месяцам, на побережье Охотского моря—
б месяцам.
11
Таблица 1.1
Температура наружного воздуха в районах распространения вечномерзлых грунтов
Наименование пункта Температура нар уж„ого воздуха> оС Период со средней суточной температурой воздуха <8° С Продолжительность периода со средней суточной темпера- турой < 0 °C, сутки
средняя по месяцам О го со К к ж о S ж ж й) £ QJ Ж о ж ж ж со С Ж - аХ ж о к ж ж 2 О Ч о. о О о «=; ж ° н X со О ® X R S К Я я Ч < ° о & ? ГО О й) о X 2 л ю о х с го ж о ж о к ж Ж Еч О о о
I II III IV V VI VII VIII
IX X XI XII ё й) X ££ ж >> й ° о * Л o-g С ж й) Е So о Ж 5 « X Q. О н o'
Алтайский край Катанда Кош-Агач Онгудай Амурская область Бысса Дамбуки Джалинда Ерофей Павлович Зея Локшак Магда гач и Сковородино Средняя Нюкжа Талдан Тыган-Уркан Тындинский Усть-Нюкжа Шимановск Экимча н Архангельская о б л а с т ь Амдерма Варандей Индига Канин Нос Котлас Койнас Лешуконское Малые Кармакулы Нарьян-Мар Несь Нижняя Пеша Северный Тобседа Хоседа-Хард Шойна Бурятская АССР Бабушкин Баргузин Багдарин Курумкан Кяхта -23,6 -32,1 -22,1 -31,2 -31,1 -28,4 -27,6 -30,1 -33,6 -25,8 — 29,1 -34,7 -26,0 -26,4 -31,7 -32,8 -27,7 -33,1 -18,4 -17,5 -13,8 -8,2 -14,0 -15,9 -14,7 -13,8 -16,6 -13,6 -14,8 -10,6 -14,8 -18,9 -10,7 -16,8 -27,8 -30,3 -30.6 -22,4 -19,7 -28,8 -18,8 -23,9 -24,9 -22,8 -27,0 -23,8 -26,1 -20,2 -23,4 -28,9 -21,2 -21,6 -25,9 -26,4 -21,9 -24,8 -19,2 -18,3 -14,6 -9,6 -13,0 -14,7 -13,8 -14,5 -16,8 -13,8 -14,9 -12,6 -16,0 -18,9 -12,1 -16,5 -23,6 -25,7 — 26,4 - 18,3 -9,8 -16,4 -8,0 -13,1 -15,1 -13,3 -13,0 -13,6 -16,3 -11,4 -14,1 -18,4 -12,4 -13,4 -16,2 -15,7 -12,2 -14,9 -17,9 -17,0 -12,7 -8,9 -7,4 -9,9 -9,3 -14,9 -14,7 -10,8 -11,8 -11,6 -14,7 - 16,4 -10,5 -9,7 -12,1 -16,3 -14,0 -8,9 1,2 -2,5 2,3 -0,4 -1,9 -0,4 -1,2 -0,6 -3,6 -0,7 -1,8 -5,4 -1,1 -1,5 -3,8 -3,3 0,6 -3,2 -11,6 -9,8 -5,9 -4,6 1,4 -1,4 - 1,5 -9,8 -6,2 -4,1 -4,6 -6,7 -7,8 -7,7 -5,4 -0,7 -0,1 -3,7 -0,3 2,9 8,8 5,5 9,2 8,4 7,5 8,2 7,5 8,4 6,0 8,3 7,2 5,3 8,0 7,5 6,0 6,1 9,1 6,0 -5,0 -3,5 -0,7 -0,7 8,3 4,6 4,5 -4,1 -0,3 2,0 1.3 -2,2 -2,5 -0,9 -0,2 5,2 7,7 5,3 8,1 9,5 13,6 11,7 14,2 15,0 14,4 15,4 15,0 15,3 13,1 15,8 14,5 13,2 15,2 14,6 13,4 14,3 16,1 13,0 1,2 3,0 5,3 3,9 14,3 11,7 11,4 1,7 7,6 8,5 8,7 2,2 3,3 7,6 5,4 10,6 15,1 12,3 16,1 16,7 15,2 13,8 16,2 18,6 17,9 18,8 18,3 18,6 17,2 19,2 18,0 16,8 18,8 18,1 17,1 17,6 19,7 16,8 6,1 8,6 9,6 8,2 17,2 15,0 14,8 6,6 12,1 12,3 12,5 6,7 8,3 12,3 9,7 14,2 18,2 15,7 19,2 19,1 13,4 12,0 14,6 16,3 15,3 15,8 15,0 15,7 14,7 16,1 15,0 13,4 15,6 15,1 13,9 14,3 16,9 14,5 6,8 8,4 9,6 8,2 14,6 12,4 12,5 6,5 10,6 11,0 11,2 7,5 8,4 10,1 9,4 14,2 15,8 12,6 16,1 16,5 7.8 6,6 8,3 9,1 8,2 8,5 7,9 9,0 7,3 9,2 7,7 5,7 8,1 7,9 6,3 6,7 10,0 7,7 3,2 4,8 -6,3 5,6 8,4 6,5 6,6 3,0 5,8 6,2 6,1 4,7 5,5 4,9 6,1 8,9 8,6 5,4 8,4 9,3 -0,2 -4,2 0,5 -1,5 -3,3 -2,7 -3,4 -2,4 -4,8 -1,8 -3,8 -6,6 -2,8 -3,4 -5,7 -5,1 -0,8 -3,5 -3,3 -2,0 -0,1 1,4 1,4 -0,5 -0,4 -2,3 -1,6 -о,з -0,8 0,1 -0,7 -3,0 1,0 2,6 -0,4 -5,0 -1,4 0,8 -11,4 -17,3 -10,3 -16,8 -18,8 -17,3 -17,6 -17,8 -21,4 -16,1 -18,4 -22,9 -16,8 -17,2 -21,5 -21,0 -15,7 -19,3 -10,6 -9,4 -5,9 2,5 -5,5 -7,2 -6,8 -8,0 -8,4 -6,1 -7,2 -4,1 -6,6 -11,3 -3,9 -5,3 -12,9 -19,6 -15,3 -10,6 -19,7 -27,4 - 18,2 -28,1 -28,9 -27,1 -26,3 -28,0 -31,6 -24,6 — 27,7 -32,9 -24,9 -25,2 -30,2 -31,4 -25,3 -30,5 -15,3 -14,3 -11,2 -6,1 -11,4 - 13,3 -12,5 - 11,6 -13,9 -11,4 -12,6 -7,8 -12,1 -17,1 -8,3 -10,4 -22,8 -28,3 -25,6 -19,4 1 -2,0 -6,7 -1,1 -4,0 -5,1 -3,8 -4,0 -4,1 -6,6 -2,7 -4,7 -8,0 -3,3 -3,8 -6,5 -6,4 -2,6 -5,9 -7,0 -5,6 -2,8 -1,1 1,2 -1,1 -0,8 -5,1 -3,5 -1,7 -2,2 -2,9 -4,1 -4,9 -1,6 -0,3 -2,8 -6,5 -3,8 -0,5 -41 -46 -39 -41 -41 -40 -37 -41 -43 -38 -39 -45 -35 -37 -41 -45 -38 -43 -37 -38 -34 -23 -33 -41 -37 -29 -37 -33 -34 -32 -36 -39 -28 -28 -42 -43 -43 -35 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -26 -36 -28 -34 -34 -31 -31 -33 -37 -28 -32 -38 -29 -29 -35 -36 -31 -35 -28 -27 -22 -15 -19 -24 -23 -24 -25 -19 — 23 -17 — 25 -28 -17 -18 -29 -34 -34 -24 239 260 235 235 242 238 243 236 25 3 235 246 259 241 243 254 254 229 252 365 315 298 323 237 264 262 365 285 278 277 365 317 291 297 254 239 260 231 232 -9,8- -14 -8,9 -14,1 - 14,7 -13,6 - 13,1 - 14,2 -15,5 - 12,3 - 13,7 -16,6 - 12,5 -12,7 -15,2 -15,3 -13,1 -14,9 -7,0 -7,8 -5,6 -2,3 -5,5 -6,2 -5,8 -5,1 -7,5 -5,6 -6,4 -2,9 -6,0 -8,9 -4,1 -5,8 -11,8 -14,1 -13,6 -9,4 177 206 170 182 193 188 197 190 201 188 195 208 191 193 206 201 183 197 253 241 222 214 170 192 194 252 224 205 212 231 231 233 208 173 183 205 189 174
12
13
й о^й = ~ 3 2 |Д§ 5 ®»2 2й‘,ёю|о g^6 ^5Д §S £* « й* область Алыгджер Ангарск Байкал Бодайбо Братск Дубровское Ербогачен Жигалово Зима Ика Иркутская !х! ft Л 4J 0 Д Д > > С 6 Ы » с С О 3 о к ЛГЙ" •Охз » я о о 2 О g 2 • нос £ о о я о ь и и Q 3 ф Л £ « Ja О Я g ь, В> Наименование пункта
О £ ~ •“'ОЗ д 2х я о з о Я 43 я s 2 » о <т> Я о ГР W енгинск ка 1 •Озерское зга рек
-27,8 -35,2 -25,6 -28,3 -21,4 -26,2 -25,7 -28,2 -17,4 -19,8 -28,2 -22,3 -23,4 -25,5 -25,1 -20,4 -28,2 -27,4 -30,0 -28,9 -25,4 -20,9 -28,9 -26,4 -17,1 -22,3 -16,2 -31,8 -23,6 -28,6 -31,0 -28,5 -23,6 1 -29,4 -29,1 -25,4 -18,7 -26,5 -21,6 -23,8 -30,9 -23,4 -25,4 -20,6 -32,6 -22,8 -
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 — J'Tj .'S' li“ — tо <<* — tJ tJ to U N Ю № Q Ф N S С. Ю W ф |<) ф <;. СП СИ — CO — ~ч о О CC 00 СИ О С> 00 о со -24,8 -23,2 -24,2 -23,9 -22,0 -18,3 -24,0 -23,0 -15,1 -12,5 -15,5 -26,0 -27,4 -23,2 -26,2 -25,6 -20,8 -24,3 -24,8 -20,9 - 17,8 -21,9 -22,5 -20,8 -27,1 -23,4 -22,3 -18,2 -26,5 -21,4
-13,7 -18,7 -13,5 -13,4 -9,9 -14,7 -13,1 - 15,3 -9,9 -9,4 -15,3 -11,0 -10,4 -12,7 - 13,3 -9,8 -14,2 - 13,8 -14,4 - 14,3 -12,6 -9,7 -14,0 -13,7 -8,6 -9,9 -9,4 -15,4 -11,4 -13,6 -16,8 -14,8 -11,3 -15,4 - 16,5 - 10,6 -10,9 -11,5 -9,6 -11,1 -16,9 -16,1 -14,0 0‘И- t‘9I - 1‘П-
-1,8 -6,5 -2,4 -3,0 0,3 -3,5 -1,9 -4,1 -0,3 0,3 -4,8 -0,2 0,8 “1,7 -0,4 0,8 -1,2 -1,9 -2,6 -2,8 -1,6 1,0 -2,9 -2,5 -0,8 1,0 -0,3 -3,0 -11,4 -2,9 -5,0 -1,6 0,5 -3,9 -5,4 1,2 -1,8 0,2 1,8 0,1 -3,1 -5,2 -3,2 1 1 1 со со ьэ он кс"— <
7,1 3,8 5,9 5,8 7,7 5,2 6,3 5,0 6,0 7,8 4,6 7,4 8,9 6,4 7,6 8,3 СИ Си о ооо со О О 00 СП СО 5,8 8,5 5,6 5,9 -0,4 5,7 4,5 7,0 8,5 5,3 3,8 8,8 4,8 8,0 9,9 8,2 5,9 1,6 4,6 О* СП СИ NC СИ ЬЭ < "3
15,2 13,5 14,2 14,2 14,9 13,2 14,2 13,3 11,8 15,4 12,9 14,3 15,8 14,1 14,9 15,1 14,3 15,2 14,0 14,1 14,2 14,8 14,4 13,9 11,9 15,2 10,7 14,2 7,6 14,3 13,8 14,1 15,2 13,7 11,7 16,2 11,2 15,6 17,1 15,3 12,2 6,2 13,1 00 о о < л я м л о н ф
18,0 16,6 17,6 17,0 17,7 16,9 16,9 16,6 15,3 18,3 15,7 17,2 18,6 17,6 17,7 17,8 17,3 18,5 18,0 17,9 17,6 17,6 16,6 17.3 14,4 17,8 13,3 17,9 15,6 17,7 17,1 17,3 17,8 16,7 15,6 19,4 14,7 19,0 19,8 18,4 16,3 10,4 17,1 14,3 18,1 15,1 VII 2 о я л 3 (15
14,7 12,2 14,3 13,2 14,7 13,2 13,8 13,2 14,2 15,0 12,2 14,0 15,8 14,4 14,9 15,0 14,2 15,0 13,9 14, Р 14,0 14,9 14,5 14,4 11,8 15,3 14,3 14,5 18,2 14,0 12,6 14,1 14,8 13,0 12,3 16,5 14,6 15,8 17,1 15,5 13,6 12,2 13,9 11,9 14,4 14,4 VIII £0 "3 я ’0
д> о» ОЭ **1СЯ о> О’ м о< о **• р> О» ^*1 в> в> оэ О’ ^*1 О« о* ?* ®® ® о оо QD 00 О'*4 О 00 “Ч ДЬ. "‘•J "‘•I Ф "Ч СИ Оо о О СИ — 05 —4 —4 со * 00 ‘ С*5 О 6.2 6,5 8,3 9.5 7,4 6,0 6,4 6,7 5.1 8,8 9,1 8,0 >< ужногс
-6,5 -1,9 -3,5 -0,1 -3,4 -1,6 -3,5 1,7 0,2 -4,2 -0,9 0,6 -1,9 -1,5 0,0 1 1 1 0 to со NO ь 0,5 -2,1 -2,2 -0,3 0,6 2,3 -2,6 -0,8 -2,3 -5,1 -2,1 -0,5 -3,6 о П -2,1 -4,5 -0,4 0,6 -1,2 -4,1 -0,3 -2,5 -5,9 -0,1 1.8 -.3 X > воздух
-9,7 -11,0 -7,0 -19,0 -12,9 -17,4 -21,4 -16,3 -12,9 — 18,2 -14,8 -10,8 -17,8 -15,5 -15,4 -16,0 -17,2 -17,4 -15,8 -24.2 -15,0 -17,5 -11,0 -18,1 -13,1 -18,3 -7,3 -10,7 -17,6 -12,4 -11,5 -15,1 -13,9 -11,4 -12,1 -21,4 -11,6 -11,8 -13,2 -18,6 -7,9 -14,6 -19,6 -12,7 -7,6 -13,6 05 О О
-18,7 -26,2 -24,5 -25,5 -25,8 -29,2 -26,1 -26,0 -33,2 -24,4 -27,3 -19,6 -25,9 -22,9 -25,9 -13,5 -18,6 -25,7 -20,4 -19,9 -24,2 -22,3 -18,4 -15,6 -19,3 -12,8 — 28,5 -21,6 -25,8 -30,1 -25,8 -21,2 -28,1 _ OQ Я -18,7 -30,6 -17,7 -22,3 -21,3 -27,2 -14,7 -22.1 -27,2 -21,9 -13,0 -22,2 XII
-8,6 -3,9 -5,0 -1,5 -5,2 -3,6 -5,5 -0,7 -0,9 -5,9 -2,2 -1,4 -3,7 -3,0 -1,0 -4,0 -5,2 -4,7 — 4 л -1,1 -4,8 -4,2 — Л “1 -1,4 -1,3 -0,5 -5,6 -2,3 -4,6 -6,9 -4,7 -2,2 -5,7 — 1 R -1,7 -1,2 -2,5 -3,0 -6,4 -3,2 -1,4 -2,2 -6,2 -4,5 -4,1 -6.3 средняя за год
-51 -46 -49 -39 -42 -44 -43 -28 -40 -49 -41 -41 -46 -43 -38 -48 -45 -44 -49 -38 -50 -44 -46 -34 -40 -27 -47 -43 -50 -50 -47 -42 -51 -45 -32 -45 -32 -38 -35 -43 -37 -37 -41 -38 -30 -39 средняя наиболее холодной пятидневки
-40 -53 -48 -49 -52 -48 -50 -51 -55 -52 -52 -43 -48 -49 -49 -31 -44 — 53 -45 -43 -51 -45 -42 -36 -41 -33 -49 -46 -52 -53 -49 -46 -53 -51 -42 -зз -40 -46 -38 -42 -44 -36 -49 — 35 -40 средняя наиболее холодных суток
-43 -32 — 35 -24 -30 -28 -31 -19 -25 -35 -26 -26 -32 -28 -22 -34 -33 -32 -34 -25 -36 -29 -31 -20 -25 -18 -36 -30 -35 -38 -32 -26 -36 -29 -26 -32 -26 -28 -32 -28 -20 -29 -23 -36 -25 -29 средняя наиболее холодного периода
268 257 259 246 263 256 263 255 244 267 250 235 254 246 241 250 260 256 249 241 255 255 250 262 239 252 257 246 258 268 253 243 261 255 235 253 241 242 257 249 259 243 270 256 260 228 Продолжитель- ность, сутки Л GO темпер; возд Пер! со сре суто*
- 16,5 -11,5 -12.6 -9,0 - 12,4 -11,0 -12,8 -6,5 -8,5 -12,8 -9,5 -10,2 -11,4 -11,4 -8,9 - 12,5 - 13,2 -12,7 -12,6 8,9 -12,9 -11,9 -12,7 -6,7 -9,4 -6,1 -13,9 -10,3 -12,4 -14,4 -12,8 -10,4 -13,4 -11,2 - 10,6 -7,3 - 11,4 -10,6 -13,2 -8,1 -10,4 -13,7 -8,4 -15,1 -9,7 -11,4 Средняя темпе- ратура, °C 1турой .уха °C иод дней 4НОЙ
213 199 203 177 203 193 204 179 182 210 189 180 196 193 186 15 195 199 196 193 180 196 196 193 187 175 177 196 190 205 205 193 183 204 193 00 СО 00 187 200 204 201 213 197 201 185 174 Продолжительность периода со средней суточной темпера- турой < 0 °C, сутки
Продолжение
Продолжение
Температура нар ужиого воздуха, °C Период со средней §2.
суточной
температурой
средняя по месяцам X я 5олее фиода во а духа ° С ё !~ s’h
Наименование пункта год эолее ТИДН( ё * £2 • g
= « X X S 5 о о
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII S К sS к о ч 2 ER X X £ К я родолжит ) средней фой <0° 1
ж 2 ® ч ч 2 к Ч О я
о И о И о и Е а О о.
Камчатская
область -1,4 -7,8 -12,3
Апука Верхнее Пенжино Долиновка Каменское Оссора 1 1 я - 13,2 -12,2 -6,2 0,6 5,9 9,9 10,4 6,6 -2,6 -29 -34 -18 294 -6,0 216
- об —- — -ч - 04 СЧ СЧ — 1111 -28,5 -18,0 -23,0 - 14,9 -23,7 -11,6 - 18,5 - 12,4 -13,5 -2,1 -10,3 -6,1 -1,1 5,5 0,7 0,6 9,9 11,8 9,7 7,0 13,2 15,5 13,1 11,8 10,2 13,9 11,4 12,1 2,7 7,6 5,4 7,6 -11,3 -0,1 -5,8 -0,2 -22,9 -10,9 -16,9 -7,3 -27,2 -18,6 -22,8 -12,6 Illi 1 Ю ст> ьэ с 1111 -49 -40 -43 -34 1111 287 257 276 280 -16,0 -9,0 -12,0 -0,6 236 189 225 211
1 1 1 -23,9 -20,6 11 3 0,4 10,8 13,6 11,2 4,6 -8,0 -18,0 -23,8 -7,3 -42 -45 -26 276 -13,0 231
- 18,5 -13,3 -4,1 -3,1 -9,2 12,9 12,1 7,7 0,3 -8,6 -15,1 -2,8 -36 -40 -21 269 -8,0 196
- 13,5 -11,6 -4,9 1,7 7,4 11,6 12,1 7,4 7,2 -1,4 0,3 -7,5 -11,2 -2,9 -30 -32 -18 279 -6,0 208
- 17,8 - 18,1 -13,8 -5,7 1,2 6,1 9,9 10,4 — 7,7 - 14,0 -3,5 -35 -38 -20 291 -7,0 207
15 8 - 16,3 -13,5 -6,2 -0,1 6,3 12,2 12,6 8,1 0,7 -7,1 - 13,2 -2,7 -33 — 36 -21 280 -7,0 211
Угть-.Пленяет - 14 8 -15,4 -11,8 -5,0 1,3 6,5 10,1 10,4 7,1 0,2 -6,9 -12,5 -2,6 -32 -34 -20 290 -6,0 205
Усть-Хайрюзово Чемурнаут Эссо -15,1 -15,4 -20,1 1 1 1 00 ^5 си -11,9 -12,9 -13,4 -4,5 -6,7 -5,1 2,0 0,3 2,8 7,1 6,9 9,4 11,1 11,1 13,0 11,7 11,2 11,5 8,1 7,3 5,8 1,4 -2,2 -2,1 — 5,8 -10,1 -11,0 7 । । 00 —« СО СО 1 1 1 -32 -34 -37 -36 -35 -41 1 1 1 279 279 275 -6,0 -8,0 -9,0 191 217 199
Коми АССР
Воркута Усть-Воркута - 25,4 - 19,8 -17,4 - 9,6 -3,2 5,8 11,7 9,5 3,8 ^з5 -13,7 -18,3 -6,3 -41 -45 -26 299 -9,9 240
-20,5 -19,7 - 17,2 -9,1 -2,2 6,8 12,4 9,9 4,4 -13,4 -18,2 — 5,9 -41 — 45 -26 293 -9,9 237
Красноярский
край -35 1 -31,3 -23,0 -12,8 -2,2 7,0 13,3 10,4 3,4 -7,4 -25,0 -33,4 -11,4 -54 -58 -42 300 -16,2 234
- 18,8 -16,8 -9,0 0,9 8,4 15,3 18,0 15,0 8,4 1,2 -9,2 - 16,8 -0,3 -39 -43 -24 241 -7,8 174
- 19 7 -18,1 -10,6 -0,8 7,5 14,4 17,5 14,7 8,1 0,0 -10,4 - 17,9 - 1,3 -37 -41 -25 244 -8,8 187
-3L5 -26,2 -15,6 -4,7 3,7 12,2 16,5 12,9 5,2 -5,1 -21,7 -30,5 -7,0 -50 -53 -38 266 -14,5 214
Богучаны Ванавара Верхнеимбатское — 24 3 -21,1 -11,8 -0,9 7,0 15,7 19,0 15,5 8,2 -0,6 -13,3 -22,9 -2,5 -48 -50 -30 24'5 - 10,8 189
-30,1 -25,0 -15,3 -4,2 4,6 13,5 17,1 13,3 5,7 — 4.4 -20,1 -28,8 -6,1 -50 -54 -35 261 - 13,6 213
-25,4 -21,4 -14,3 -5,5 2,4 11,4 16,6 13,4 6,8 -3,6 -17,4 -24,4 — 5,1 -48 -53 -31 250 -11,7 218
-31,8 -28,8 -25,8 -16,4 -6,3 5,3 12,5 9,4 2,2 -11,4 -24,9 -28,6 -12,0 -59 -54 -38 301 - 16,9 9S /
Диксон Дзержинское Дудинка -26,3 -25,5 -24,4 -16,9 -7,8 0,1 4,6 5,0 1,3 -7,0 - 18,0 -23,1 — 11,5 -41 -44 -32 365 -11,5 273
-21,4 — 28 0 -19,3 -26,1 -11,6 -22,6 -0,4 - 15,5 7,8 -6,2 15,1 4,8 18,2 12,8 14,9 10,3 8,0 3,5 -0,3 -8,0 -11,6 -21,4 — 20,2 -26,1 -11,7 -10,2 -45 -45 -49 -51 -27 -35 244 302 -9,7 - 14,6 186 252
-22,0 - 19,0 - 10,6 -0,9 7,1 15,0 18,4 15,1 8,3 -0,4 -12,5 -20,9 -1,9 -47 -50 -28 245 -9,8 194
-36,5 -32,6 -24,3 -14,2 -3,5 6,6 13,3 9,9 2,1 -11,6 -28,0 — За, 5 - 12,9 -53 -57 -44 301 -18,0 252
Игарка Канск -28 6 -25,6 -20,0 -11,7 -2,6 7,7 16,0 14,8 11,6 4,7 -6,1 -21,2 -27,2 -8,7 -48 -53 -34 289 - 14,2 249
-90 2 - 18,4 - 10,2 0,6 8,5 19,2 15,8 8,8 0,5 - 10,4 - 18,6 -0,7 -42 -46 -25 238 -9,0 182
-26,2 -22,6 -14,8 -5,1 3,0 11,6 16,3 13,1 6.4 -3,8 -17,8 -25,8 -5,5 -47 -52 -32 268 -12,2 208
Кежма Ключи -26,9 -23,3 - 13,7 -2,5 6,0 14,7 18,4 14,8 7,2 -2,0 -15,9 -25,2 -4,0 -50 -53 -33 254 - 12,1 200
- 17 4 -14,8 -8,2 0,3 8,2 15,4 18,4 15,2 8,6 3,8 0,3 - 10,3 -17,0 -0,1 -39 -44 -23 239 -7,8 181
-37,2 — 30,5 -19,8 -8,0 2,8 12,0 15,4 11,8 -8,0 -26,2 -34,6 -9,9 -56 -58 -45 273 -17,4 222
Кочумдек Новая Еруда Нордвик Норильск Пономарево Прончищевой, бухта Таймыр, оз. -34,5 -29,2 -19,3 -8,0 1,4 10,1 15,3 11,6 4,5 -6,5 -24,1 -32,8 -9,3 -53 -57 -42 285 -15,4 231
-26,8 -23,4 -15,2 -5,0 3,2 П.5 14,9 11,8 5.0 -4,2 -17,6 -25,6 -6,0 -48 -50 -33 277 -11,8 209
-33,2 -31,1 -28,8 -20,5 - 10,4 1.0 4,8 2,9 -0,8 - 10,2 -24,2 -29,7 -15,0 -45 -49 -40 365 -15,0 240
-27,6 -25,2 -21,4 - 14,0 -5,2 5,9 13,4 10,4 3.6 -8,3 -21,8 -25,6 -9,8 -46 -51 -34 300 -14,3 245
-16,1 -15,7 -8,4 0,2 7,8 14,4 17,4 19,1 8,5 0, > -11,7 - 14,9 -0,2 -33 -36 -21 242 -7,4 178
-31,2 -28,2 -27,3 -19,9 -9,0 0,5 4,0 3,1 -0,8 - 10,4 -22,1 -27,1 -14,0 -47 -27 -35 365 -14,0 283
-33,1 -29,9 -29,2 -21,5 -9,6 0,0 6,5 6,1 1 0,1 - 11,7 -23,6 -28,8 -14,5 -45 -49 -40 365 -14,5 274
16
17
Продолжение
Температура нар
средняя по месяцам
Наименование пункта I II III IV V VI VII VIII
Таймыры, устье р. -31,0 -28,8 -28,4 -21,9 -10,2 -0,2 4,7 ;3,3
Тура -36,7 -30,8 -19,4 -7,9 2,8 12,1 16,3 12,5
Туруханск -27,1 -23,3 -17,0 -8,6 -0,2 9,5 15,8 12,6
Усть-Тарея -31,3 -29,7 -27,6 -19,8 -8,7 2,5 10,5 6,7
Хатанга -33,8 -30,9 -28,1 -19,2 -7,0 4,4 12,3 8,8
Чадобец -24,8 -20,8 -10,8 -1,0 6,9 15,2 19,6 16,0
Челюскин, мыс -29,6 -27,4 -28,0 -21,0 -9,7 -1,1 12,1 1,5 0,8
Чунская Стрелка -32,5 -27,5 -17,6 -6,0 3,4 15,7 11,9
Янов Стан -27,8 -25,1 -19,3 -10,4 -1,7 8,8 14,8 Н,3
Магаданская
область
Агрэс -38,6 -35,0 -26,8 -13,8 0,6 10,2 13,2 9,6
Амгуема -24,0 -26,0 -23,7 -16,8 -5,1 5,8 9,9 6,6
Анадырь -22,8 -22,7 -21,0 -13,2 -3,3 4,9 10,7 9,2
Аркагала -37,9 -33,8 -26,2 -13,8 0,4 10,1 13,2 9,6
Биллингса, мыс -25,9 -28,2 -25,8 -18,0 -7,7 1,1 10,7 2,7 2,5
Вакханка -34,4 -30,7 -23,6 -11,5 1,5 14,4 11,0
Валькаркай -26,5 -28,2 -25,5 -17,4 -7,1 1,7 3,2 -2,7
Банка рем -24,4 -25,8 -24,6 -16,4 -6,9 1,8 5,0 4,5
Гарманда -20,2 -20,0 -16,2 -8,4 1,4 8,4 11,8 11,0
Гастелло -35,0 -31,0 -24,1 -12,6 0,6 9,6 13,6 10,3
Гижига -19,5 -20,2 -16,0 -8,6 1,4 7,7 12,0 11,0
Еропол -32,4 -30,4 -25,3 -14,4 -0,4 10,3 13,4 9,9
Илирней -32,6 -33,2 -28,0 -18,0 -4,3 6,4 10,6 7,8
Иультин -24,8 -25,4 -22,7 -15,6 -5,9 5,4 9,4 6,1
Хе гали -36,1 -34,2 -25,9 -14,0 -0,4 10,0 12,7 9,4
Коркодон -39,4 -35,6 -26,1 -11,8 2,6 12,8 14,7 10,9
Кедон -34,5 -33,0 -26,8 -15,7 -2,3 8,9 11,7 8,4
Красноармейский Кулу Лабазная -27,5 -38,2 -28,0 -32,9 -24,0 -23,9 -16,2 -11,6 -3,7 1,6 7,2 11,2 10,0 14,1 6,4 11,3
-34,0 -31,9 -26,9 -15,3 -2,2 7,9 11,4 8,5
Лаврентия, залив -17,9 -18,3 -17,0 -10,6 -2,9 3,7 6,8 6,3
Магадан -21,0 -19,8 -15,2 -6,2 2,8 8,2 12,6 11,8
Мадаун -30,6 -27,8 -22,1 -10,6 0,9 9,6 13,3 10,6
Марково -26,8 -25,5 -23,0 -14,1 -1,6 10,3 13,6 10,5
Мякит -37,4 -35,3 -27,3 -13,9 -0,2 10,5 13,2 10,4
Наварин, мыс -13,8 -14,4 -13,6 -8,0 -1,5 2,6 6,8 7,4
Нагаева, бухта -18,2 -17,8 -13,1 -5,9 1,3 6,8 11,5 11,5
Ола -19,3 -18,6 -13,5 -5,8 1,6 6,5 М,4 11,4
Омолон -39,2 -36,6 -28,2 -14,7 0,2 11,1 13,0 9,4
бмеукчан -34,6 -32,2 -24,2 -12,2 0,4 10,0 13,6 10,6
Омсукчан, сопка -29,3 -28,5 -21,0 -12,0 -1,4 8,3 12,2 10,0
Островное -35,3 -34,6 -26,1 -14,2 0,0 11,2 12,9 9,0
Палатка -23,4 -21,4 “17,1 -7,8 1,6 9,0 12,9 11,2
Певек -26,2 -27,8 -23,9 -15,4 -3,8 5,2 7,6 6,2
Пестрая Дресва -20,8 -20,6 “14,9 -7,2 1,6 7,8 12,4 11,8
Провидения, бухта -15,2 -15,6 -14,9 -8,0 -1,5 4,3 7,7 7,7
Рау-Чуа Сеимчан -30,8 -39,1 -32,0 -35,2 -28,0 “26,4 -20,0 -11,8 -7,0 2,8 2,6 13,2 4,9 15,6 4,4 11,6
ужного воздуха, °C Период
со средней
суточной О й
температурой р>, т*
воздуха
§ <8° С
133 aS
(У О О Ч о « н
ч м Ч X х 2 о
О ю н Н X Ч г
S Я X X X QJ К S <и
aS СЗ сЗ СЗ Н X So ~ iXO
IX X XI XII К ЭДа к о к ж К X к ж СС О К X 1- к °. X X у t; rt V
ж < к Ч X < Ef X -У
о ч: 2 ч S (У Е» < 2 О г_ о о g О. ~ Г*
о X С g о а с 3 &
-1,2 -11,0 -22,8 -27,5 -14,6 -42 -47 -34 365 -14,6 280
4,8 -7,4 -26,0 -31,1 -9,5 -55 -57 -41 270 -17,4 222
5,6 -5,5 •-20,0 -26,3 -7,0 -50 — 55 -33 280 -13,1 22)
0,2 -11,4 -24,0 -28,1 -13.4 -47 -53 -38 324 - 16,2 267
1,5 8,5 -11,9 -26,2 -30,6 -13,4 -50 -53 -41 309 -17,7 258
-1,0 -14,2 -23,1 -2,5 -46 -50 -31 246 -10,9 194
-2,2 -10,4 -21,2 -25,9 -14,5 -41 -44 -33 365 -14,5 307
4,4 -6,3 -22,4 -30,8 -8,0 -51 -55 -40 271 -15,1 216
4,8 -6,5 -21,3 -27,5 -8,3 -49 -54 -34 288 -13,8 231
1,5 -16,0 -30,6 -36,8 -13,5 -49 -54 -43 284 -20,5 236
0,8 -7,6 - 15,7 -23,8 -10,1 -38 -43 -32 319 - 12,9 о 50
3,6 -5,6 -14,4 -20,9 -8,0 -41 -43 -30 307 -11,3 238
1,4 -15,4 -29,6 -36,8 -13,2 -48 -53 -42 287 -19,9 235
-0,6 -9,1 -18,3 -24,6 -12,7 -38 -43 -29 365 -12,7 2 г, 7
3,0 -И,7 -25,4 -33,4 -10,8 -44 -48 -38 278 -17,9 2
-0,4 -9,1 -18,8 -24,9 - 12,5 -38 -41 -29 365 -12,5
1,2 -5,7 -13,9 -22,6 -10,6 -36 -40 -27 365 -10,6
4,6 -6,6 -15,1 -19,6 5,8 -34 -35 -26 280 -10,7 925
2,4 -12,2 -25,7 -33,0 -11,4 -45 -49 -39 285 -17,8 931
5,9 -5,2 -13,8 -19,2 -5.4 -37 -38 -25 285 -9,9 956
2,7 -11,4 -23,6 -30,6 -11,0 -51 -54 -39 283 -17,5 235
0,4 -13,3 -25,5 -31,7 -13,4 -48 -52 -40 310 -17,5 252
-0,1 -8,1 - 15,9 -23,1 -10,0 -36 -39 -31 323 -12,5 459
2,1 -12,2 -26,4 -35,2 -12,5 -49 -53 -44 285 — 19,0 241
3,3 - 11,4 — 28;8 -36,8 -12,1 -53 -55 -47 272 -20,5 225
0,8 -13,8 “27,1 -34,0 -13,1 -47 -51 -42 297 -18,4 246
-0,2 -10,6 -19,9 — 25,6 -11,0 -40 -43 -30 316 -14,1 250
3,3 -12,4 -28,2 -36,4 -11,9 -49 -53 -42 276 -19,5 230
0,9 -13,8 -26,6 -33,3 -12,9 -47 “50 -41 300 -17,8 446
3,4 -2,1 -8,7 -15,8 -6,1 -32 “36 -23 365 -6,1 935
6,5 -4,3 -13,4 -18,3 -4,7 -35 -37 -23 278 -9,6 210
3,4 -10,4 -22,2 -28,4 -9,5 -46 -49 -34 282 -15,6 230
3,4 -8,6 -19,2 -25,2 -8,8 -49 -50 -34 282 -14,9 236
1,8 -11,9 -27,8 -36,0 -12,8 -51 — 55 -42 280 -20,1 238
5,0 -1,6 -6,7 - 12,0 -4,1 -30 -34 -19 365 -4,1 228
7,0 -2,4 -10,9 -15,8 -3,8 -29 -33 -21 282 -8,0 2.17
7,0 -3,2 -12,0 — 17,0 -4,3 -30 -34 -21 286 -8,4 212
1,6 -11,7 -27,5 -36,2 -13,2 -53 -57 -47 283 -20,2 231
3,2 -11,1 -25,6 -33,6 -11,3 -48 -51 -42 281 -18,1 232
2,6 -10,6 -22,0 -27,6 -9,9 -42 -44 -36 289 -15,3 238
1,6 -12,0 -26,0 -32,6 -12,2 -50 -52 -41 285 -18,7 240
5,2 -7,0 -16,0 -20,8 -6,1 -38 -40 -26 280 -11,4 217
1,4 -8,2 - 18,5 -24,6 -10,6 -38 -42 -29 365 -10,6 245
6,8 -3,6 - 13,7 -19,3 -5,0 -35 -36 -23 280 -9,8 217
4,1 -1,5 -6,9 -13,6 -4,4 -33 -35 -21 345 -5,1 229
-0,1 -10,8 -22,0 -28,4 -13,9 -43 -48 -34 365 — 13,9 259
3,8 -11,8 -28J -37,4 -11,9 -53 — 54 -44 270 -20,6 227
18
19
Тюменская область Гы да Дровяной, мыс Леуши Марресале Надым Новый Порт Ныда Полу й Салехард Сеяха Газовский Гам бей Тарко-Сале 1олька >]р-Сале Тувинская АССР Акт ал Знаменка Кызыл Тоора-Хем Туран Чадан Чиргаланды Эрзин so a w Ц> с Л «< ч << «< << ч ч ч о оо о о о ilOhiPO i PiiOl пом top Наименование пункта
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 £ 8 8 £ g g S g £ £ « £ S £ “ о to О ОТ Ч] о ОТ ОТ 00 00 ОТ ’от То ’►₽> ОТ 1 1 1 1 1 1 1 1 tO 4»- О СО ОТ ~-| О "о 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8pppp"ppp"5;jopS_“joppp“p СЛ — 4>. 4*. О 4*. o от to CO to О О О О ОТ О 41 СП СО ’to
1 1 1 1 Г 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S8 Р й й£ К К S £13 £ 5 ’ос от от с'ч^Ъ'^ЪЪС 1 1 1 1 1 1 1 1 ГО to О Ф О СИ сл 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 О — Ф *Ф to Ф ф Ф С© СО СО Ф ф to Ф *Ф Ф — to Ф 00
llllllllllll.ll §отот8ййот^^£от8р£й *- ЬО 4». О 01 Ч| со "от 4* ® ОТ СО СЛ ОТ -14,9 -19,6 -18,4 -14,5 -18,4 -14,8 -14,7 -20,5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 to 4* 00 to ОТ -4 ОТ СО to tO 00 "to О to — ’-4 00 ОТ 4» О
-17,4 -16,5 1,0 -13,0 -9,0 -13,7 -12,3 -8,2 -9,4 -15,9 -14,2 -15,9 -9,0 -7,3 -11,6 1 1 1 1 1 II ротрррр-- 00 СЛ СЛ СП от СО 00 -4 - 14,7 -12,8 -6,8 -14,2 -11,7 -14,0 -13,0 -8,0 -14,4 -14,1 -10,1 -13,5 -11,4 -12,7 -12.6 -19,9 -18,0 -11,5 -14,7 -13,5 -9,1 <
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 со Ф n ui *4 “ ф сл •--* сл оо **q **q СЛ СЛ ЬЭ to СЛ to СТ) о со со сл — Ъ) со 6,2 9,0 10,5 5,4 7,8 11,0 4,3 9,6 1 1 1 1 1 1 Illi 1 Ф Ф *- to “Ч Ф СО Ф — ф to ND СО to ф и- to О to ►— (О ФсО^ООФО^^ФООФ*--ОФ*—tOUltOtOcOCn < сред!
ф О О “ СЛ 0^1 00 °’ ^Р0 “ © ЬЭ Vc> V© ю V» ЬГсл Ь с> b Ъ ~ о СОСЮФЮООЮ — СЛ to Ф — Ф W*-Ф ЬЭООФФФЬЭФФЬЭФ 00 Ф ф Ф ЬО ЬЭ СО 00 Фи 00 — Ъ1 О 00 Ф*> to Ф оо со < SQ Я О о' 2
СОфСЛСЛСО-‘-ОСОСОСО —* ф. О Ч •* © со О Ф СЛ Ф to 00 оо to о"^ ф CD Ф ф “Ч to ро О~> Ф © ЧФ> ООФСОФСХ»Ъ>фЪ1 < месяца перату
оююооч—--о — Фшсл» Vi сл со ф оо ф to о о ф. kj to сл \э •sgsSsbSe NO Орр Юррр—р ОТ — Of3 О О^—р — — о а "сл 4». to ’to 4>. 00 СО to — СЛ ОТ ’— ’-4 05 О ЬЭ ОТ 00 05 О VIII g ра нар
1
СЛФСлЬЭФьСОСЛСЛСЯФ*СЛСОФ>—to Ф to Ф СО to СО ф. СО ф. О1 от to О *Ф сл 5,7 8,3 9,8 4,9 7,7 9,3 4.0 9,8 3,1 4,1 5,8 2,0 3,7 1,8 2,8 6,6 3,3 4,2 4,1 2,2 3,6 2,6 3,4 1,0 -0,4 3,0 3,2 2,9 7,7 >< ужного возду:
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II -U ф сл CD СЛ со ф ф ф ф ф о СЛ <] Ф Ф 00 СЛ -t- -^q Ф ф оч О tO “Ч ф -2,8 -1,2 -0,4 -3,2 -1,9 -0,5 -4,3 -0,3 -8,7 -11,4 -6,4 -13,0 -11,2 -15,1 -11,6 -5,1 -8,0 -11,8 -3,5 -11,4 -10,9 -2,4 -4,2 -10,1 -7,9 -13/2 -11,7 -1,5 X
-19,0 - 15,5 -9,4 -13,1 -17,2 -16,8 - 16,9 - 16,2 - 15,3 -16,2 -19,4 - 15,9 -17.7 -18,1 -16,6 -14,6 -16,0 -15,4 -14,5 -16,2 - 16,2 -16,4 - 16,6 1 1 1 1 1 1,11.1111111111 pgS=pt2 = iSSpgppSgg^OTgOT СП a CD to Ф 1о СЛ Ф Ф со О Ф 00 О 00 Ф сс ф ф — со X С» о О
— 24,8 -21,2 - 16,2 -18,4 -22,8 -21,9 -22,4 -21,2 -21,2 -21,0 -24,9 -21,7 -23,9 -25,н -21,6 1 1 1 1 1 1 1 1 ОТ — — ’-J ОТ4». OT 'J 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 отйй^^ёотрййр^^йй^й^й^ CnlocOWCOtOOCO — О Ф ф Ф to CD фф. 00 to CD "Ч X
-11,2 -10,7 -0,2 -8,3 -6,6 -8,8 -7,8 -6,3 -6,4 -9,8 -9,3 -10,6 -20,7 21,9 17,7 i i I 1 I I I I СПфСОСЛСЛФСЛСЛ СЛ CO СЛ "со сл СЛ CD -8,8 -11,8 -5,9 -12,7 -12,3 -13,6 -11,5 -7,5 -8,9 -12,6 -5,6 -12,3 -11,0 -7,8 -7,3 -12,8 -12,1 -6,6 -13,3 -11,5 -4,9 средняя за год
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 йот^-&й--йот^ёё?йот 1 1 1 1 1 1 1 1 SS5SSS23S 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I I | | | | | | средняя наиболее холодной пятидневки
। । । । । । । । I । । । । । । । 1 1 1 1 1 1 1 sssssggg 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 средняя наиболее холодных суток
| 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । средняя наиболее холодного периода
isS« s' gsSsg-S । g Продолжитель- ность, сутки ш 2 А8.Г Период со средней CVTrtUHau
-13,0 -6,9 - 11,6 -11,8 -12,3 -10,8 -11,0 -13,0 -10,2 -10,6 - 12,0 -,г.4| -16,1 -16,6 - 12,1 - 15,4 - 14,9 -11,9 -17,0 -14,2 -20,4 -11,5 - 19,3 -20,5 -21,2 -18,3 -14,3 -13,9 -21,6 -7,7 - 19,3 - 18.2 -7,8 -7,9 - 1.5,7 - 12,1 -8.7 -22,1 - 18,9 -9,6 Средняя темпе- ратура, °C татурой
— го—. — to — — — Продолжительность периода со средней суточной темпера- турой <0°С, сутки
to Sbb 8В’оЧ'<'0'0®ьп*5'Г0 1»вч:оь1х2 х-с л>-< £ о ь > 2 g х о s к в » l^pg^^gS-S^S Й Л ° S'SgSgS'S^ s5 ч о °Й®ЙЙ88 =*“»£ g Ф °s Я“»Я§ * П31рЗЯ л W д О (Ъ 5? * д w г* ТЗ О' «-4 ^з ► •-. fc3 Г Я X gw^ f О 5 g & <° m °v СО § 2“И 50 ю ° x •с g. g » g О „ s. OS . Й О s -i я " o > g ы ₽в Я й в x X О § § » XI s= > Наименование пункта
III 1 1 1 1 1 I 1 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S£SS gggg““S?S3l3g2g?§^8?IS£SgS3IS8 СЛСООО C>--J 00 ЬЭ CO ©lolotO ФСВ-с'^ Ы- ©VlklOS tCs'^^'ccMu'.-ucb'B'J'-"* 4'-) <-• J средняя по месяцам Температура нар
III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 g g £ gggg{SSggSS8©^S8©8 5«8J2?3SgSjg,ggS,gS 53?? oslo© co»-<o-wow(OoiX'ioa>-9>X»oi-a> o»lo ©cooo cnas сл o»-oio>oico"o>b>
III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , 1 1 1 •s-й 5-йй-ййё£-:£25£Й-йЁ s-SsssssesSSgs-sSSs £
III 1 1 1 1 1 1 1 Illi 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II <
<
£•:§ eSeSgs5g§S€S5§€€tgg§ s-sg <
0 4^-0 QoOOOOa^OCnOOOOCSOOSSSi^CSCOOO ~ t\D co M 4^ 00 и- 4b. 4b. CM ►— <0 *4 05 О CO о >— NO 00 00 4b. bob 0100 "tO bO O'To to to ic> О — CM QO 0'6 oil ►“ CO CM О •—4 0O 00 >— — CO 4^ to Tu <
££-“ Ж?ъъьъ^ъъъьь€ьъъ VIII
9,6 9,1 11,1 12,4 8,8 6,7 11,0 8,4 6,2 5,1 9,4 8,1 9,4 6,2 9,5 9,5 10,0 8.9 8,6 8,8 9,7 8,9 7,1 6,2 7,4 8,9 7,0 9,3 8,8 9,8 6,3 5,0 9,0 5,8 6,2 8,4 5,5 8,3 5,4 3,7 0,8 ' £ ужного воздуха, °C Продолжение
0,4 -0,6 1,4 3,0 -2,0 -4,9 1,1 -2.3 -5,1 -7,8 -0,7 -2,2 -1,3 -6,5 0,0 -0,9 0,7 -0,5 -0,5 -0,1 -2,0 -0,6 -4,4 -1,2 -5,4 -1,2 -0,2 -3,8 -0,9 -0,7 -0,1 -2,6 -6,9 -1,1 -3,8 -4,9 -2,0 -5,9 -1,0 -6,1 -12,4 -10,0 X
-11,0 -15,2 -12,1 -9,8 -17,0 -21,9 -12,6 -14,1 -20.6 -19,1 — 15,1 -14,6 - 17,5 - 19,1 - 12,9 -17,0 -12,9 -11,4 -13,0 - 12,1 - 15,8 -14,5 -19,0 -13,0 -22,4 - 13,8 - 12,3 - 19,2 -16,7 -15,0 -14,0 -15,1 -23,4 -17,3 -19,0 -20,8 -18,0 -21,7 -14,4 -19,8 -31,6 -21,7 X
III 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 J 1 1 1 p“ppppppppSSSSg©g!288S — © w сов-оо'оооо-лоот^’-оивмюоои© сл w as ooTP— as Ъ.'— Vi ui as io aibsooP'^ X
Hl 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I III £^CO0> bO J-4 4* O> 0 4 00 4^ J— co CO CM >— СО^-Ч tO СИ to — — WW^tOO^Ul^G^Ol-SUlO-WW •ч C0 bO *4 oo 05 Is» CO ~ oo >— CO Тэ СЛ CO to 4^ CO СЛ ~4 4^. 4^. "cD 4^ О Ci CO 4-. 4^- CO СЛ О CM СЛ bO 05 C> CO средняя за год
III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 egg средняя наиболее холодной пятидневки
mi । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । средняя наиболее холодных суток
iii । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । । средняя наиболее холодного периода
»3s s“84s““agg“-s8ssssgE88 ОО8ОёШбгШ83 Продолжитель- ность, еутки Период со средней суточной температурой воздуха <8° С
-7,4 -11,7 -10,9 -10,3 -13,5 -16,4 -12,3 -10,0 -14,7 -12,6 -11,4 -10,0 -14,5 -12,9 -11,2 -15,4 -9,3 -7,9 -10,8 -10,0 -13,0 - 13,8 - 15,3 -9,8 -16,5 -11,3 -10,1 -14,1 -15,1 -13,1 -11,0 -11,6 -16,6 -15,0 -14,2 -15.4 -15,0 -13,2 -11,6 -13,1 - 19,6 - 12,7 Средняя темпе- ратура, °C
co Продолжительность периода со средней суточной темпера- турой <0°С, сутки
ИП№Жщ«ШГ»Ч'’ШИ!1= *““ § г Й 8 £ 8 ® О О • W Наименование пункта
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N 1 1 1 1 1 1 1 1 N СоЪ1 00 Id <75 ЬЭ О о СаЭ “Ч 00 СаЭ 1л CD СЛ Ю С5->q Ln СаЭ 4ь СЛ С5 W СЛ О 4ь <Л ►— Ю Ю СО С5 CD 4ь СО Jl СО W СР ф ф Q О W О СЛ О» СО средняя по месяцам Температура нар ужного воздуха, °C
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 К й £ “ g g оо« g о 8? 8? 8? £ £ £ S S й 8? g S 8? £.“йо “ “ о й Й S “и“8 3 io ic 05 со ooieio сл io о и’ со со to -- oo’-jЪ>1о co”to onio со w'co ooio ь ь чо’-ч >— iobcn со ел suibi’o’ло>чо1 со tc
I I | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Q QcV] Ъ ОС Ф С “ сс СО io О С' А ОО СО Ъ О Ъ 7) ОО S С'/о СО О — W 4^ С4 ОС ОС “s] 4^ и) О О О 'чС“- С
Illi ili ili iliLLililtili ililli ill । iLillillilli ill । । фьэьосз^ сзсомФФсс^гоь: Ф^со(х)-ф^асоА.4у y coa^ptc фсзфсо — О Id 4* 00 CD СЛ -4 CO CO CO L-05 Id 00 О СЛ ОО СЛ со СЛ С5 Оо"*-qo С5 4ь СЛ Сл"—СИ 00 ОЧЬЭФ СИ —00 "—со О 00 СО СО 05 сл <
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 III II ЧЮМС1СЛС!1АИЮДЮа>и100010»0>Ч<»01СЛ-а1.-М_а>*Юйи01И01Л-и1-ССЛ10 0р1АМЛи_а1 о о со о о-~1 io со a> со ь io — о-о — '-1 ь со О ь 1— со ы оо'-ч о — ел со oc"-i to’-q cn'-qio оэ со ос“-ч о-ф- — о io оо ел <
ГФ Ю Ю X СО 05СОСОЬОСООЬФСОср — 4ь. — ^^^О^^О^^О^4ьО“Са54ь.^Ч4ь^Ч 00 4ь.ЮЮСаЭУ7О4ь.4ьЮС0Са5 4ь — С5 00 ЬФ *4 4^b0b0C5C0UiO5C0C04^O — — СО 4^. СОЮ СЛ <D -Ч СЛ 00 — 00 05 СЛ О "*Ч 05 "*Ч "cD СО "cD О Id 4ь Ю Ю 4ь Lq — 00 СО <
00СЛел^^~о1с£сл^)^-Ча5Ю^ ^3 СО Lq^—ОО СО ;-q Lq 4ь 00 Дь. Ю 00 — СЛ о> Ю 00 ОЮ 00 ел ел ^Ч 4ь COJ"I 00 СЛ Q5^q -1 I—bi "о -ч 05 "со 4*. cd "со "со Id о Id Id О5о"^а5слдо4ь.4ьслсло5 — to со — ccLwoobotcooDteLLiotob Ьоо <
<
i 1
1 — СаЗ Ю 05 СЛ — 4*. СО СО СЛ 4b. — СЛ Ю Ю СЛ Ю 05 — О G> СЛ СЛ Ю 05 Ю — 05 СЛ Ю фь СЛ Ю 05 JsOjSO О5СОСОСЛ — О 05 СЛ Ю 4». СЛ Ot Ю — "^COCHbol«qlDC04bOLqoOCnColD — СО 4b — Ю 00 ОС Ю СО СО Id 00 Ю О О Ю 1ф 00 00 Id СО Ю4ь СЛ СИ 4^. L*1 я
llliiliiliiLillililli ililliiliiil 11i1i।1„iiliii — ^^^СЛЮО>^^<^^0^ — —^ — »—Ю^ОО» — 4^СЛЮС0^40^4054ь — ООСЭ4Ь.СЛ — СФСЛЮСЮСО^4ь.О5СО00 О5"-^СЭ "ел — 4b. Iqk 4b CD CO CD Lq co CO О СЛ CD-Ч — О CO-4 4b. Ю СЛ 4b. — 05 05 CD CO Ю Id 00 Lq ОЮ 00 О — Ю o"-*J 4b Io. to 05 X
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 CC — co ~-4 — — tО 'to О to CO U> Й1 CT> О CO — 00 О io i- О io "— to СЛ io — — 05 io M О 5^ ОС О — О СП Ъ> -J О С is ts i£> о X
I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 osooioi—О5 0С00 — Cwosookl ?S1 СП О сел i—io ~4 CO <1 O5CO 4. СПС» — ib-00 05 oib. CO to 00 ooio"—05 СЛ CO Olio bi». 05 — X
-11,1 -11,1 -8.0 -15,7 -9,3 -5,6 -17,2 - 13,6 -7,7 -11,9 -11,8 -7,9 - 16,6 -13,4 -11,4 - 13,7 -6,3 -7,6 -7,8 - 12,3 -8,8 -5,6 -13,2 -16,6 -6,7 -13,6 -11,4 -10,2 -13,6 -15,1 -14,0 -10,1 - 12,5 -7,8 -13,5 -11,9 -10,2 -13,4 -11,2 -8,5 - 14,0 -10,3 -8,2 -14,6 -7,4 - 10,0 -15,0 -15,3 -14,3 средняя за год
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 SggSe-S2g4£g££S;g?gSSg&68g!3g2££iS£*££S3&gS££2S38SS£SS средняя наиболее холодной пятидневки
i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i । i i i i i i i i i i i i i i i i i 2£ggggg2g£gSSggS£ggKe;S}233g£83S^SS:88£ag33g8gg;g833 средняя наиболее холодных суток
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 средняя наиболее холодного периода
Продолжитель- ность, сутки Период со средней суточной температурой Т8д°Уса
-20,2 - 20,3 -15,3 -22,0 - 17,7 -12,8 -20,6 - 16,7 - 15,5 - 15,2 -20,1 - 16,0 -19,7 - 15,9 -20,7 -16,4 - 13,6 -14,9 - 12,5 -14,9 -16,9 -13,0 -16,1 -22,9 -14,6 - 16,7 -20,6 -18,9 -13,7 -15,2 - 16,6 - 18,8 - 15,4 -15,7 -16,7 -14,6 -18,6 -13,4 -16,7 -16,4 -23,0 - 18,4 -15,6 -17,2 -15,1 - 18,8 -21,2 — 1'4,8 - 14,4 Средняя темпе- ратура, °C
Продолжительность периода со средней суточной темпера- турой <0° С, сутки
л
Температура нар
средняя по месяцам
Наименование пункта
I II III IV V VI VII VIII
Усть-Янск
Чаингда
Чокурдах
Чульман
Чумпурук
Шологонцы
Эйк
Якутск
-35,3
-28,2
-39,9
-31,0
-32,0
-35,3
-32,3
-35,9
- 18,3
— 7,0
-18,9
-7,1
-8,9
-12,4
-12,0
“7,4
-5,8
3,8
-6,1
3,6
2,9
0,1
-0,2
5,7
10,7
16,5
9,7
15,9
16,9
14,5
14,8
18,7
,8,4
i 2,6
6,9
12,4
12,7
10,6
10,5
14,8
За Полярным кругом в определенные периоды года устанавли-
вается полярный день и полярная ночь. Продолжительность поляр-
ных дня и ночи зависит от широты: она увеличивается по направлению
к северу и в высоких широтах достигает 4—4,5 месяцев (рис. 1.1).
Различают так называемые «гражданские сумерки», когда солнце
находится ниже горизонта не более чем на 7°, и «астрономические
сумерки», когда солнце снижается над горизонтом больше 7 и мень-
ше 16°. Некоторое удлинение сумеречного времени в Арктике вызы-
вает почти постоянная в этих районах низкая облачность, сильно
понижающая видимость.
Климат зарубежного Крайнего Севера в еще большей степени
зависит от влияния морских и воздушных течений. Теплые морские
течения (нордкапское, южношпицбергенское, западношпицбергенское)
смягчают климат Исландии, Шпицбергена и побережий Гренландии.
Значительно мягче климат на южном и юго-восточном побережье
Аляски в зоне действия теплого северотихоокеанского течения.
В целом климат зарубежного Крайнего Севера суров. Холодные
морские течения, направляющиеся с севера на юг (восточпогренланд-
ское, восточношпицбергенское), вызывают передвижение льдов из цен-
тральных районов полярного бассейна к берегам материка и способ-
ствуют охлаждению климата. Наиболее холодным климатом характе-
ризуется центральная Гренландия — страна вечных льдов, ледники ко-
торой, сползая в море, являются основным источником образования
айсбергов. Зимой и летом здесь держится отрицательная температура:
в июле она равна —14°, в январе —50 °C, в то время как в южной
части острова соответственно в январе —7-4—10°, июле —6-4-10 °C.
На североамериканском материке в районе Гудзонова залива и на
Лабрадоре температура января равна —20 °C, июля —16 4- 18 °C. На
Аляске и в Северной Канаде, вдали от побережий, средняя темпера-
тура января колеблется от —20 до —30 °C, июля — около 12 °C. На
26
Продол жени е
ужного воздуха, °C
Период
со средней
суточной
температурой
воздуха
<8° С
IX X XI XII
2,0 -11,8 -27,3 -33,8 -14,2 -48 -53 -42 303 -16,8 245
4,4 -7,4 -23,6 -32,6 -8,4 -50 -54 -38 266 -16,1 219
0,9 -12,4 -25,8 -32,3 -14,2 -48 -52 -39 318 — 16,4 251
4,4 -7,7 -24,2 -34,2 -9,4 -49 -54 -40 268 -17,0 219
4,5 -8,6 -27,3 -35,7 -10,1 —54 -56 -45 267 -18,3 221
2,3 -10,8 -29,8 -38,4 -12,9 -55 -60 -50 280 -16,0 236
2,7 -10,6 -27,4 -35,0 -11,6 -51 -55 -45 281 -14,7 236
6,2 -7,9 -28,0 -39,8 -10,3 -55 -58 -45 254 -19,5 211
побережье арктических морей и на островах Канадского архипелага,
а также на северо-западной окраине полуострова Лабрадор средняя
температура января составляет —30°, а июля —5 4- 6 °C.
Данные о среднемесячной и среднегодовой температуре в неко-
торых пунктах зарубежного Севера приводятся в табл. 1.2.
§ 1.2. Ветер, влажность воздуха, осадки,
солнечная радиация, растительность
В зимний период в Восточной Сибири устанавливается область
высокого давления (до 1035 мб), ввиду чего проникновение влажных
масс воздуха из других районов прекращается. Это характеризует
основные особенности климата в центральных районах Сибири —
ясная, холодная и сухая погода. Отрог области высоких давлений,
вытянутый в направлении Алдан — Среднеколымск — Нижнеколымск,
определяет направление преобладающих ветров зимой; к северу от
этой оси — юго-западные, к югу — северные и северо-восточные. Вес-
ной и летом область высокого давления разрушается (изменяется на
низкое давление), поэтому направление ветров меняется на обратное.
Скорость и направление ветра весьма различны на
территориях распространения вечномерзлых грунтов. В прибрежной
части среднегодовая скорость ветра составляет 6—8 м/сек, а в от-
дельных пунктах (м. Наварин, Пестрая Дресва, Малые Кармакулы)
превышает 8 м/сек. В континентальных районах ветры бывают много
реже и слабее (например, в Верхоянске среднегодовая скорость
ветра—1,7, Якутске — 2,4 м/сек). Скорость ветра, как правило, по-
вышена в долинах. Так, в населенных местах, расположенных в до-
линах рек, наример в Дудинке, Хатанге, Жиганске, среднегодовая
скорость ветра достигает 4,5—7 м/сек.
27
Таблица 1.2
Среднемесячные и среднегодовая температуры в пунктах зарубежного Севера (по Г. В. Горбацкому)
Наименование пункта Температура, °C (среднемесячная) Средне- годовая темпера- тура, °C
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Аклавик (Канада) -28,2 -27,7 -23,4 -14,3 -3,2 7,2 13,1 8,8 2,4 -6,7 -21,4 -28,6 -10,3
Ангмагсалик (Гренлан- дия) -7,7 -7,5 -4,7 -3,2 3,2 6,3 7,9 6,8 4,5 -0,8 -2,8 -4,4 -0,2
Годхоб (Гренландия) -8,5 -6,2 -5,2 -1,1 2,7 5,8 9,0 7,5 4,6 0,0 -3,4 -6,7 -0,1
Ивигтут (Гренландия) -6,2 -3,3 -3,0 1.7 5,8 8,4 10,8 8,8 6.4 1,7 -2,0 -4,3 2,1
Ист-Фьорд (Шпицберген) -6,6 -12,6 -11,7 -10.2 -2,7 2,2 5,5 5,5 1,1 -2,2 -4,3 -5,2 -3,4
Кембриджбей (о. Вик- тория) -33,4 -35,0 -30,2 -21,7 -9,5 2,9 9,6 7,2 0,6 -10,3 -21,6 -31,4 -14,4
Коппермайн (Канада) -30,8 -30,1 -26,5 - 18.6 -6,7 3,6 10,1 7,3 1,6 -7,7 -22,3 -29,9 -12,5
Крейг-Харбор (о. Эле- мира) Медвежий, о. (Норвегия) -30,1 -29,7 -25,8 -20,8 -9,2 0,4 4,7 3,4 - 1,9 -11,3 - 19,4 -27,2 -13,9
-2,7 -7,5 -7,6 -5,2 -0,3 2,7 4,6 5,9 3,5 1,0 -1,1 -2,5 -0,8
Мюгг-бухта (Гренлан- дия) -19,4 -20,5 -18,5 - 16,2 -4,6 2,3 4,9 3,4 -0,5 -9,1 -14,2 -16,4 -9,1
Ном (Аляска) -17,3 -15,3 -10,4 -5,3 -0,3 6,5 8,8 10,3 4,8 -1,7 -10,4 -12,6 -3,8
Пангниртунг (Баффи- нова Земля) -29,4 -25,3 -21,4 -13,5 -4,6 3,0 7,8 7,3 3,0 -3,4 -10,4 -21,7 -9,0
Упернивик (Гренландия) -18,2 -18,8 -16,7 -10,3 -2,2 2,8 6,7 6,0 1,8 -3,1 -7,0 -11,5 — 5,9
Понд-Инлст (Баффи- нова Земля) -34,0 -32,1 -28,4 -20,2 -9,0 1,2 6,0 4,5 -0,2 -9,6 -21,2 -30,6 -14,4
Честерфилд (Канада) -32,9 -31,6 -25,5 -16,1 -6,4 2,7 8,2 8,0 2,6 -6,9 -21,8 -29,5 -12,6
Якобсхови (Гренландия) -14,0 -11,4 -10,3 -4,7 1,1 5,8 9,1 6,8 3,0 -3,3 -6,6 -9,5 -2,8
Ян Майей, о. -3,2 -5,7 -6,0 -3,4 0,1 3,1 5,9 6,7 4,8 0,4 -0,9 -2,2 0,1
Скорость ветра, м/сек
Таблица 1.3
Наименование пункта Среднемесячная скорость Средняя за три холодных месяца
I 11 III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Малые Кармакулы 10,9 10,8 10,0 8,9 7,3 6,9 6,2 6,2 7,6 8,2 9,5 10,6 8,6
Желания, м. 8,6 7,6 7,9 8,1 7 9 7,4 7,6 7,8 8,1 8,7 9,7 10,1 8,2
Русская Гавань 8,6 8,2 7,7 6,7 5,6 4,9 4,6 5,7 6,6 7,7 8,9 9,6 7,1
Югорский Шар 8,5 8,6 8,1 7,9 7.3 6,4 5,8 5,8 6,9 8,3 9,1 8,5 7,6
Амдерма 9.3 8,8 8,0 8,1 7,5 6,2 5,8 6,1 7,1 8,7 9,7 9,1 7,9
Марресале 8.0 8,2 7,6 7,6 7,5 6,5 6,0 6,2 6,9 3,4 8,7 8,2 7,5
Визе, о. 6,5 5,6 6,7 6,2 6,9 6,1 6,4 6,6 7,2 7,9 6,8 6,7 6,6
Белый, о. 6,0 5,5 5,8 6,1 6,2 5,7 5,5 5,6 6,3 6,6 7,2 6,0 6,0
Тарко-Сале 3,1 3,7 4,0 4,2 4,3 4,5 3,6 3,2 3,2 4,0 3,9 3,5 3,9
Уединения, о. 6,5 5,7 5,6 5,9 6,6 6,3 6,0 6,2 7,1 8,0 7,3 6,3 6,5
Диксон, о. 8,4 8,1 7,4 7,3 7,1 6,8 6,6 6,7 7,3 8,1 8,1 8,0 7,5
Дудинка 6,1 6,3 6,0 6,9 6.9 6,1 6,0 5,9 6,2 6,9 6,0 6,0 6,3
Игарка 5,0 4,7 4,6 5,2 5,1 5,0 4,3 4,5 4,8 5,9 5,0 5,0 4,9
Алата 1,4 1,6 2,4 3,3 3,1 3,0 2,4 2,6 2,9 3.7 1,6 1,1 2.4
Кочумден 1,4 1,9 2,6 3,2 3,2 2,6 2,3 2,0 2,2 2,6 1,7 1,3 2,0
Байкит 0,4 0,5 1,1 1,6 1,7 1,5 1,2 1,0 0,9 1,0 0,5 0,3 0,7
Малый Таймыр, о. 6,0 4,9 5,2 5,1 5,9 5,7 5,6 5,7 6,1 7,2 5,5 4,6 5,6
Челюскина, мыс 7,2 6,2 6,3 5,8 6,3 6,1 6,2 6,4 6,7 7,2 6,8 6,4 6,5
Хатанга 3,8 4,2 4,3 5,0 5,0 5,2 5,0 4,7 4,6 4,7 4,7 4,2 4,6
Ессей 1,8 1,7 3,1 6,0 4,5 4,2 4,1 4,1 3,1 3,4 2,0 2,1 3,6
Тура 1,6 1,4 1,9 2,7 2,7 2.4 2,1 1,8 2,0 2,5 1,7 1,4 1,6
Ербогачен 1,1 1,2 1,7 2,2 3,1 3,2 2,5 2,1 2,0 2,3 2,4 2 1 1,8
Ванавара 1,1 1,2 1,7 2,5 2,6 2,2 1,7 1,6 1,5 2,1 1.7 1.0 1,3
Преображения, о. 4,4 4.4 4,9 5,4 5,5 5,7 5,5 5,9 6,1 6,3 0,2 5.0 5.4
Саскылах 3,4 3,2 3,5 3,9 4,2 4.2 3,8 3,7 4,0 4,1 3,4 3,4 3,6
О Джалинда 1,5 1,6 1,8 2,8 3,2 3,0 2,2 2,4 2,2 2,3 1,6 1,7 2,2
Продолжение
Наименование пункта Среднемесячная скорость Средняя за три холодных месяца
I “ 1 III IV V VI VII VIII X | X X. | XII
Оленек 0,8 0,8 1,4 2,4 3,0 3,2 2,6 2,3 2,0 1,8 1,0 1,0 1,9
Шологонцы 0,6 1,0 1,4 2,1 2,3 2,4 1,8 1,8 1.7 1,7 1,0 0,6 1,5
Сюльджюкяр 0,7 0,6 1,2 1,5 1,7 1,6 1,4 1,2 1,3 1,4 1,0 0,8 0,8
Туай-Хая 1,2 1,2 1,6 2,6 2,8 2,1 1,6 1,6 1,9 2,2 1,5 1,6 1,8
Мухтуя 4,1 3,4 2,5 3,4 3,2 3,1 2,2 2,5 2,8 3,8 3,2 3,4 3,1
Нюя 2,9 2,6 2,2 3,2 2,9 2,4 2,1 2,2 2,7 3,6 2,9 2,7
Витим 2,4 2,2 2,3 3,3 3,1 2,6 2,3 2,2 2,5 2,9 2,6 2,5 2,6
Воронцовка 4,6 3,4 3,0 2,8 1,8 2,3 2,1 2,4 2,6 3,4 3,7 4,4 3,1
Бодайбо 0,9 0,8 1,4 1,9 2,2 1,7 1,3 1,2 1,2 1,6 1,1 1,0 1,0
Тикси, бухта 6,2 5,4 4,7 4,4 4,7 4,4 4,4 4,8 5,1 5,7 5,4 5,2 5,0
Кюсюр 2,6 2,6 3,6 4,4 4,2 5,5 5,1 4,4 4,2 4,4 3,1 2,9 3,9
Джарджан 4,1 3,5 5,0 4,9 4,8 4,9 4,6 5,1 4,7 5,8 3,8 3,2 4,5
Жиганск 3,4 3,2 4,0 4,7 5,2 4,9 4,9 5,0 4,8 4,8 3,8 3,3 4,3
Сангар 2,1 2,2 3,4 5,1 5,4 4,6 5,5 5,3 5,1 4,8 2,8 2,0 4,0
Вилюйск 1,8 1,7 2.1 2,6 2,8 2,5 2,3 2,1 2,2 2,4 2,1 1,8 2,2
Батамай 1.5 1,5 2,5 3,0 3,3 2,9 2,7 2,9 2,6 2,6 2,0 1,4 1,8
Якутск 1,4 1,5 1,9 2,7 3,5 3,1 2,9 2,8 2,6 2.6 1,9 1,5 2,4
Покровск 2,2 2,5 2,6 3,2 3,2 2,9 2,8 2,5 2,8 2,6 2,0 2,0 2,6
Исить 2,2 1,8 1,5 2,0 2,4 2,2 2,1 2,2 2,2 2,5 2,5 2,8 2.2
Олек минск 1,2 1,2 1,6 2,2 2,5 2,4 2,2 2,2 1,9 2,5 1,6 1,6 1.9
Алдан 2,9 2,5 2,8 3,4 3,5 3,0 2,6 2,6 2,6 3,4 2,8 2,3 2,9
Чульман 4,0 2,5 2,5 2,8 2,5 3,4 4,0 3,5 2,9 3,5 3,8 3,0 3,6
Нагорный 3,2 3,3 3,1 2,9 2,4 1,9 1,8 2,0 2,2 2,6 2,7 3,1
Котельный, о. 5,7 5,7 5,7 5,6 6,2 6,2 6,2 6,7 6,0 6,4 5,8 5,4 6,0
Верхоянск 0,7 0,8 1,0 1,8 2,9 3,2 2,6 2,2 1,8 1,4 0,8 0,7 1,7
Сюрен-Кюель 2,8 2,3 3,0 2,4 2,8 2,3 2,4 2,8 3,4 4,0 2,7 1,8 2,7
Томпо 2,7 2,7 2,4 2,4 2,4 2,3 2.2 2,0 2,0 2,2 2,4 2,7 2,4
Продолжение
Наименование пункта Среднемесячная скорость Средняя за три холодных месяца
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Чурапча 0,8 0,8 1,5 2,4 2,7 2,5 2,1 2,2 2,0 2,0 1,2 0,8 1,8
Амга 0,8 0,9 1,4 2.6 3,0 2,7 2,2 2,4 2,4 2,0 1,5 1,0 1,9
Усть-Мая 1,2 1,2 1,9 2,4 2,8 2,6 2,4 2,6 2,4 2,4 1,6 1,4 2,1
Шалурова, мыс 4,8 4,4 4,9 5,1 5,6 5,9 5,4 5/ 5,9 5,4 4,9 4,9 5,2
Чокурдах 3,7 3,9 4,4 4,9 5,5 6,0 6,0 5,6 4,2 4,1 3,9 3,8 4,7
Усть-Мома 0,2 0,4 0,8 2,1 3,1 2,9 2,6 2,0 2,1 1,2 0,3 0,2 1,5
Дарпир 1,6 2,0 1,5 2,5 2,5 2,9 2,8 2,6 2,6 2,7 2,0 2,0 2,3
Оймякон 0,3 0,4 0,8 1,5 2,3 2,2 1,7 1,5 1,6 1,5 0,6 0,3 1,2
Охотск 4,4 3,8 3,7 3,6 3,4 3,5 3,4 3,4 3,5 4,5 4,9 4,7 3,9
Усть-Олой 1,6 1.5 1,8 2,4 2,6 2,5 2.6 2,4 2,4 2,1 1,4 1.5 1,9
Зырянка 1,9 2,1 2,0 3,0 3,5 3,6 3,7 3,2 3,1 2,8 2,1 1.9 2,7
Кедон 1,9 1,6 2,0 2,5 2,6 3,0 2,7 2,5 2,5 2,2 1,4 1,4 2,2
Стрелка 2,0 2,4 2,2 2,3 2,4 2,8 2,6 2,2 2,0 2,0 2,1 2,0 2,2
Четырехстолбовой, о. 6,9 6,6 6,1 6,0 6,0 6,4 6,1 6,0 5,9 6,7 6,7 6,8 6,4
Кресты Колымские 3,1 3,1 3,3 3,2 3,8 3,5 4,6 4,3 3,9 4,1 3,2 3,6 3,3
Илирней 3,3 2,6 2,8 2,4 3,1 3,1 3,4 3,3 3,1 3,3 2,9 2,6 3,1
Анадырь 7,3 8,2 6,8 6,6 5,4 5,7 6,0 5,9 5.9 7,1 8,1 7,2 6,7
Марково 2,1 2,3 2,2 2,1 2,2 2,6 2,5 2,4 2,3 2,4 2,3 2,4 2,3
Угольная, бухта 8,4 9,1 7,6 6,2 4,7 3,8 4,2 4,4 4,7 6,4 8,2 9,0 6,4
Врангеля, о. 5,9 6,0 5,2 4,6 4,3 3,8 4,3 4,1 5,7 7,1 8,0 7,5 5,5
Шмидта, мыс 6,7 6,1 6,5 5,1 4,8 4,8 4,8 5,0 5,5 7,0 7,3 6,5 5,8
Креста, залив 5,8 7,2 4,6 5,1 4,6 3,0 3,4 4,4 5,5 6,8 6,6 5,8 5,2
Уэлен 5,6 6,2 5,0 5,3 4,6 4,8 6,6 5,9 6,6 7,3 7,8 6,0 5,9
Ротманова, о. 5,8 5,6 5,9 5,4 4,1 3,8 4,5 4,6 6,2 7,1 7,6 6,9 5,6
Провидения, бухта со 5,6 6,3 8,0 4,9 3,4 3,0 3,7 3,7 4,1 4,8 6,0 5,4 4,9
Данные о среднемесячных скоростях воздуха для некоторых
пунктов в районах распространения вечномерзлых грунтов приведены
в табл. 1.3. Наибольшие скорости ветра наблюдаются па побережьях
морей. Они достигают там 40—50 м/сек. В континентальных районах
максимальные скорости ветра в основном не превышают 20 м/сек.
В некоторых местах наблюдаются направленные в сторону моря
местные ветры большой ст-
Таблица 1.1 Лы («бора» на Новой Земле,
Классификация силы ветра «южак» в районе Певека,
______________________ скорость которых превышает
Балл Ха ра кте р истика ве гр а Скорость ветра, м/сек 50 м/сек). Штормы зимой в Арк- тике — частое явление. Me-
Штиль Tuxu II стами дни со штормами со-
0 1 0-0,5 0 6-17 ставляют около 1/3 продол-
2 Легкий Ц8-3,3 жительнсти зимнего пери-
3 Слабый 3,4-5,2 ода. В восточной части по-
4 5 6 Умеренный Свежий Сильный 5,3-7,4 7,5-9,8 9,9-12,4 бережья штормы более ред- ки (3—7 дней в месяц).
7 Крепкий 12,5- 15,2 Средняя продолжительность
8 9 10 Очень крепкий Шторм Сильный шторм 15,3- 18,2 18,3-21,5 21,6-25,1 штормов 1 сутки, наиболь- шая — 11 суток.
11 Жестокий шгорм 25,2-29,0 В практике часто при-
12 Ураган Свыше 29,0 нимается оценка характс-
ристики силы ветра по бал-
лам. Взаимозависимость
баллов и скорости ветра приводится в табл. 1.4.
Почти все зимние ветры сопровождаются метелями. Наибольшее
количество дней с метелями — в западном секторе Арктики. Здесь
они составляют около половины зимнего периода, а в отдельные
годы — до 20-4- 26 дней в' месяц. Данные о количестве метелей по
пунктам приводятся в табл. 1.5,
Таблица 15
Количество дней с метелями (не считая с поземками)
Количество 1 Количество
Наименование пункта дней Наименование пункта дней
с метелями с метелями
Амдерма 103 Магадан Р.8
Амбарчик 66 Наварин, мыс 109
Анадырь 64 Наяхан 25
Верхоянск 2 Новая Земля (Малые 108
Воркута 67 Кармакулы)
Восточная (верховья 38 Новый Порт 90
р. Индигирки) Нюя 10
Врангеля, о. 92 Охотск 25
Диксон 123 Певек 68
Дудинка 103 Среднеколымск 13
Земля Франца Иосифа 131 Тпкси 54
(о. Рудольфа) Хатанга 42
Зырянка 29 Челюскин, мыс 92
Индига 73 Шмидта, мыс 68
Казачье (на р. Яне) 29 Якутск 11
Сведения о наибольшей скорости ветра, возможной один раз за
один год, повторяемости и средней скорости ветра по направлениям,
а также средней и наибольшей скоростях ветра в январе и июле по
различным пунктам содержатся в СНиП II-A.6—72.
32
Таблица 1.6
Средняя относительная влажность наружного воздуха
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Алта некий край Катанда 81 78 70 63 59 66 73 74 72 73 80 81
Кош-Агач 76 75 70 55 49 51 54 57 56 62 72 76
Онгудай 79 76 69 58 57 64 71 72 69 69 75 79
Бысса 76 71 69 59 59 72 80 85 82 73 78 78
Дамбуки 66 62 60 56 57 70 77 81 78 69 72 71
Джалинда 72 68 63 57 56 69 77 80 76 68 75 75
Ерофей Павлович 79 72 68 61 59 67 73 78 74 72 78 81
Зея 69 66 62 56 56 70 78 72 77 68 72 73
Локта к 74 66 64 60 60 69 76 81 78 74 78 77
Магдагачи 71 65 60 56 65 67 74 79 73 65 73 76
Сковородино 74 69 66 58 57 70 76 81 76 71 77 77
Средняя Нюкжа 76 72 69 64 62 69 76 80 77 76 78 77
Талдан 73 68 63 57 56 67 73 79 75 68 74 78
Тыган-Уркан 69 64 60 55 55 69 77 81 75 69 72 77
Тындийский 75 70 65 61 60 69 76 80 75 73 77 78
Усть-Нюкжа 76 72 63 57 56 64 72 78 75 72 77 78
Экимчан 74 72 68 64 63 71 78 84 82 77 79 76
Архангель- ская область Амдерма 85 85 85 88 89 90 89 89 90 90 88 86
Варандей 85 85 85 86 86 88 85 87 88 89 86 86
Индига 86 85 85 84 83 83 84 85 85 87 86 85
Канин Нос 86 86 86 86 86 85 86 87 87 84 84 85
Котлас 86 84 80 72 69 67 72 78 84 87 87 87
Койнас 85 83 78 70 67 66 70 78 86 89 88 87
Лешуконское 88 86 81 74 69 68 72 79 88 91 91 90
Малые Карма- 80 78 78 89 80 82 82 84 83 82 82 82
кулы Нарьян-Мар 85 84 82 82 78 74 76 82 86 89 88 86
Несь 86 86 84 82 78 74 78 83 88 88 88 86
Нижняя Пеша 84 84 82 88 78 74 76 81 87 90 88 86
Северный 86 85 85 86 87 90 90 90 90 89 88 88
Тобседа 90 89 89 89 88 89 87 88 88 89 90 89
Хоседа-Хард 84 83 82 81 78 72 73 81 86 89 87 84
Шойна 87 86 86 87 85 81 82 84 86 87 88 88
•Бурятская АССР Бабушкин 76 76 73 67 67 76 80 81 76 67 63 69
Баргузин 76 74 66 54 49 57 68 71 71 70 77 79
Багдарин 78 72 66 59 53 63 75 78 72 71 78 89
Курумкан 81 80 70 56 48 63 68 70 70 72 78 83
Кяхта 74 75 64 50 46 54 64 65 66 64 70 76
Монды 65 64 60 52 53 64 74 77 72 66 67 69
Муя 76 71 65 58 53 64 70 74 74 72 77 77
Нижнеангарск 75 74 68 64 62 70 77 74 68 62 62 66
Новоселенгинск 76 74 64 50 48 56 64 67 67 65 64 76
Он охой 78 74 67 54 48 56 64 68 72 71 77 80
Романовка 74 68 61 55 51 62 74 76 71 70 76 79
Сосновка 81 81 78 76 76 81 88 86 84 76 74 74
Сосново-Озерское 76 72 64 60 58 64 73 76 72 70 74 80
Уанит 74 70 62 54 50 59 70 72 66 67 74 77
Улан-Удэ 75 72 64 54 49 57 65 69 69 68 75 78
Харауз 77 77 74 69 68 76 82 81 77 72 69 73
Хоринск 75 70 60 51 48 54 64 68 69 68 74 79
2 Зак. 190
33
Продолжение
Продолжение
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I 11 III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Иркутская
область
Алыгджер Ангарск Бода йбо Братск Дубровское Ербогачен Жигалово 64 80 62 74 57 69 44 58 56 56 69 65 78 74 80 77 74 76 61 72 61 80 61 85
80 81 78 79 79 80 78 78 78 78 77 76 72 70 70 66 71 71 67 64 63 59 66 62 62 58 62 55 60 55 68 66 68 60 68 63 74 72 74 66 76 73 80 77 80 74 81 76 79 78 82 76 80 75 78 76 81 79 79 74 81 80 81 80 81 79 82 82 81 80 81 82
77 74 68 62 59 66 75 78 78 78 78 78
89 73 68 59 56 67 74 78 78 76 81 86
Иркутск Казачинское Качу г Киренск 80 78 76 78 77 73 75 74 76 76 68 68 66 72 71 59 62 57 65 66 56 60 51 60 62 67 68 62 68 67 74 75 71 74 74 78 80 76 78 80 78 80 74 80 79 76 76 72 79 77 81 78 78 79 78 86 80 79 80 78
Марково 78 77 76 76 71 68 65 62 60 62 66 61 74 69 79 75 79 76 79 80 78 81 79 80
78 76 70 62 60 64 73 79 80 78 78 79
78 76 68 60 58 66 76 80 78 77 78 79
Нижнеудинск Перевоз Распутино Светлый 77 73 74 71 68 66 61 63 56 61 66 67 74 74 78 78 78 76 72 71 76 71 79 74
81 71 80 69 72 65 67 62 60 60 70 65 78 72 82 77 81 74 78 70 82 72 84 72
Слюдянка Тайшет 76 78 76 76 73 68 65 64 63 56 72 62 78 71 80 77 77 77 72 74 69 76 73 79
Токма 79 74 68 62 60 67 75 79 79 80 80 80
Тулун Усть-Ордынский 77 80 72 77 66 73 59 62 53 54 64 65 73 72 76 76 74 75 71 75 76 79 80 82
Камчатская
о б л а с т ь
Апука Верхнее Пенжино Долиновка Каменское Оссора Слаутное Тигиль 78 76 83 80 79 78 81 76 73 79 78 78 76 81 74 69 72 80 78 76 76 80 71 67 78 80 78 75 84 70 63 74 82 75 72 88 62 66 69 81 66 73 89 70 75 74 83 74 79 88 74 81 78 82 79 84 83 76 81 78 80 81 82 78 76 77 79 77 81 82 76 78 84 80 78 79 82 76 76 85 78 78 78 82
Тиличики 74 68 71 75 79 80 82 80 76 74 73 72
Усть-Воямполка 83 82 81 82 82 85 88 90 86 83 84 80 80
Усть-Лесная 80 79 78 79 78 80 85 87 83 79
Усть-Хайрюзово 84 84 82 83 84 86 88 89 87 84 85
Чемурнаут Эссо 79 81 76 77 77 73 80 70 82 66 78 67 81 76 82 78 82 78 77 81 82
Коми АССР
Воркута Усть-Воркута 86 80 83 79 83 78 83 80 82 78 75 72 74 72 80 80 86 84 88 86 86 83 84 80
Краснояр- ский край
Агата Агинское 76 75 75 74 73 70 69 63 66 58 67 66 71 75 75 80 78 77 78 71 78 72 76 74
Артемовск 82 79 72 70 65 70 75 78 79 79 ЯП
Байкит 80 78 72 65 62 66 72 78 81
Богучаны Ванавара 76 78 75 75 69 67 62 61 58 59 60 64 69 71 77 77 77 80 75 81 81 80
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Верхнеимбатское 82 81 76 68 67 68 71 78 80 84 83 82
Волочанка 79 78 76 76 77 72 69 78 82 84 80 80
Диксон, о. 86 86 85 86 87 90 90 89 89 87 88 87
Дзержинское 77 75 72 66 59 64 72 78 79 76 77 78
Дудинка 76 77 76 78 82 78 71 78 84 85 79 77
Енисейск 79 77 70 63 61 66 73 79 80 79 81 80
Ессей 75 76 73 68 66 68 70 75 78 79 78 76
Игарка 78 78 76 72 72 67 68 77 82 85 80 78
Канск 77 77 73 64 57 62 68 74 76 74 76 77
Келлог 78 76 70 63 61 65 68 77 79 82 80 78
Кежма 78 76 70 63 59 63 70 76 78 79 80 79
Кислокан 76 75 68 61 59 62 70 74 76 77 77 75
Ключи 76 72 64 61 55 63 70 76 77 73 71 79
Кочумдек 77 76 71 65 63 66 72 78 80 81 80 78
Новая Еруда 78 76 72 67 64 66 74 79 80 81 80 79
Норильск 77 80 78 77 77 72 67 76 80 82 79 78
Пономареве 75 74 69 67 65 72 78 82 81 77 78 77
Прончищевой, бухта Таймыр, оз. 85 87 87 89 89 88 86 89 88 87 87 87
74 75 76 77 81 83 79 80 84 81 77 75
Тура 78 78 72 65 61 64 70 76 78 80 79 78
Туруханск 80 79 75 68 67 65 69 71 79 83 80 79
Усть-Тарея 76 76 78 80 84 85 73 79 84 84 79 76
Хатанга 79 79 78 79 80 75 69 79 84 86 82 80
Чадобец 80 79 72 63 59 62 69 75 77 78 79 79
Челюскин, мыс 84 84 83 85 88 92 93 94 91 87 86 84
Чунская Стрелка 78 76 68 61 59 61 69 74 76 79 78 78
Янов Стан 80 81 74 73 71 67 71 80 83 80 81 81
Магада некая область Амгуема 79 82 80 77 80 73 77 80 78 79 79 79
Анадырь 81 80 81 84 84 81 80 82 82 84 84 83
Аркагала 73 71 68 66 61 64 67 71 74 77 75 73
Биллингса, мыс 87 87 85 89 90 89 91 92 90 88 87 84
Вакханка 72 70 64 62 58 60 64 68 72 73 74 72
Валькаркай 85 85 84 85 88 86 88 89 87 86 86 85
Нанка рем 87 85 86 87 89 86 88 90 89 88 87 88
Гижига 76 76 78 79 76 81 82 82 78 74 74 74
Еропол 76 72 68 68 65 61 70 74 74 78 78 75
Илирней 77 77 75 77 76 70 72 76 82 84 80 76
Иультин 76 78 76 78 82 73 75 80 82 72 82 80
Кегали 74 73 70 70 66 60 69 74 76 80 78 76
Кедон 78 77 75 74 70 60 68 73 77 81 78 78
Коркодон 74 73 69 65 56 59 70 74 73 80 78 76
Красноармейский 79 77 75 77 74 65 68 76 81 83 82 80
Кулу 74 72 65 64 57 60 66 69 70 75 76 74
Лабазная 82 81 76 75 72 67 72 76 79 84 83 82
Лаврентия, залив 81 78 75 80 81 82 84 82 82 82 80 80
Магадан 70 68 68 71 72 80 80 82 79 72 69 68
Мадаун 68 64 63 64 60 66 69 72 73 74 70 68
Марково 78 76 75 78 76 65 73 77 77 78 78 77
Нагаева, бухта 64 63 66 71 78 86 84 84 78 66 65 64
Ола 63 61 64 68 77 87 86 87 80 68 65 61
Омолон 76 74 72 71 65 60 68 74 77 82 79 76
Омсукчан 75 74 70 68 64 60 65 70 72 76 78 76
Омсукчан, сопка 80 80 72 71 68 64 67 70 71 76 80 82
Островное 75 74 69 67 62 57 65 72 76 80 78 76
Палатка 72 76 66 67 74 72 74 76 75 73 72 72
Певек 82 82 81 80 78 74 76 80 80 83 84 83
Пестрая Дресва 71 68 69 71 74 82 82 78 74 63 67 72
34
2*
35
Продолжение
Продолжение
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Провидения, 78 74 74 76 79 84 86 84 79 75 75 74
бухта Рау-Чуа 77 74 69 67 60 59 67 71 72 78 79 78
Сеймчан 77 74 69 67 60 59 67 71 72 78 79 78
Снежное 7 7 78 78 81 78 67 73 75 76 81 79 77
Среднекан 76 75 72 70 62 59 66 71 72 78 78 76
Стекольный 71 70 69 72 66 74 79 82 81 76 76 78
Стрелка 73 71 68 70 63 62 66 72 75 78 76 75
Сусуман 73 72 69 69 62 64 68 72 74 78 76 74
Талая 77 76 72 74 65 60 63 70 73 78 80 78
Талон 75 71 68 70 72 76 80 82 82 78 78 73
Танюрер 79 76 76 82 81 70 73 76 80 80 80 77
Таскан 72 72 70 68 62 61 68 73 72 75 76 72
Угольная, бухта 82 81 81 82 87 84 83 84 82 81 83 81
Усть-Олой 79 75 71 70 60 60 68 76 77 80 81 79
Усть-Омчуг 69 68 67 66 60 62 66 70 72 73 73 70
Уэлен 84 82 83 86 90 91 90 92 90 87 86 85
Уэлькаль 82 81 89 84 86 88 88 86 83 83 85 85
Чаун 86 84 82 84 85 80 79 82 84 86 88 85
Шмидта, мыс 85 85 86 88 90 89 90 92 89 86 87 85
Эгвекинот 76 73 72 73 73 78 80 76 72 69 69 72
Эльген 74 73 68 67 62 61 68 74 74 79 77 75
Ягодное 76 75 70 70 64 62 67 71 72 72 77 76
Ямск 76 76 79 83 86 87 85 84 81 74 73 78
Тувинска я АССР Актал 83 80 74 63 56 66 73 76 73 71 79 82
Знаменка 79 78 79 66 52 62 69 72 72 74 82 82
Кызыл 73 72 76 57 42 51 58 62 63 65 77 77
Тоора-Хем 79 76 72 64 58 68 77 80 80 77 81 81
Туран 76 76 74 ео 48 58 64 67 66 66 79 81
Чадан 74 71 63 52 44 54 64 68 66 70 77 78
Чиргаланды 83 78 71 64 58 66 75 76 74 75 82 85
Эрзин 70 70 75 62 40 47 56 56 52 55 71 75
Тюменская область Гы да 82 82 82 83 87 86 79 83 89 89 84 82
Дровяной, мыс 87 86 85 87 89 92 91 90 91 89 88 87
Леуши 81 76 70 65 60 63 70 74 78 80 82 82
Марресале 86 85 84 86 88 90 87 89 90 89 88 86
Надым 78 77 72 72 69 68 70 76 83 82 79 78
Новый Порт 83 82 82 85 87 86 81 84 88 89 85 83
Ныда 81 80 80 82 82 79 75 80 84 87 84 82
Полуй 82 81 77 76 71 70 71 79 85 85 83 82
Салехард 84 84 81 80 77 71 71 77 84 85 85 84
Сеяха 84 84 84 86 88 88 85 86 88 89 87 85
Тазовский 80 80 81 83 84 79 73 80 86 89 84 81
Тамбей 86 86 85 87 88 91 88 88 89 90 87 86
Тарко-Сале 79 78 75 74 72 68 69 77 84 86 82 80
Толька 79 78 72 68 66 66 69 76 82 84 82 80
Яр-Сале 82 82 82 83 81 77 75 82 86 87 84 82
Хабаровский край Аян 50 54 62 71 81 88 88 85 77 59 52 51
Баладек 74 70 64 63 65 75 81 84 80 69 74 77
Биракан 72 69 66 62 64 76 83 84 80 69 72 74
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Биробиджан 74 71 69 66 67 78 84 84 82 70 71 74
Бурукан 73 69 67 65 67 73 79 84 83 74 74 77
Нелькан 76 73 66 60 58 64 72 78 76 74 78 78
Облучье 79 76 72 65 65 73 80 83 80 70 75 79
Охотск 70 73 76 77 81 84 86 85 82 71 66 67
Софийск 76 72 70 67 64 71 77 82 80 77 79 78
Уега 66 64 59 60 63 69 72 74 74 67 65 69
Удское 71 65 65 63 68 75 79 83 81 70 71 73
Улья 61 63 67 76 84 89 98 87 81 63 61 62
Усть-Умальна 75 73 66 61 61 71 78 83 82 76 79 77
Хейджан 74 74 69 68 64 69 76 78 79 76 77 75
Хуларин 73 70 68 65 65 76 81 84 82 70 70 74
Чекунда 74 72 69 65 65 76 82 86 84 76 78 77
Чумикан 73 70 72 74 82 87 88 87 82 70 68 71
Энкан Читинская область 48 49 55 64 77 86 86 81 75 56 61 49
Агинское 74 72 63 52 50 61 72 74 71 68 73 78
Акша 73 70 60 49 47 62 74 75 70 64 71 76
Алекса ндровский Завод 80 77 72 60 56 67 78 80 75 70 77 82
Борзя 78 76 69 53 48 57 68 72 69 64 74 79
Дарасун 72 70 61 51 48 62 75 75 72 66 71 74
Калакан 74 70 65 58 53 64 75 78 73 72 77 77
Красный Чикой 78 76 68 57 52 63 75 78 74 70 76 79
Мангут 69 64 53 44 45 61 72 75 68 61 64 73
Могоча 76 71 66 59 56 67 75 78 74 72 77 79
Нерчинск 77 76 71 56 48 60 70 74 70 68 76 81
Нерчинский Завод 79 76 67 54 49 65 75 78 72 64 74 81
Оловянная, 77 75 66 51 46 58 67 69 67 63 72 78
Средний Калар 78 72 66 59 56 66 76 80 76 76 80 80
Сретенск 78 75 68 55 49 62 72 75 71 66 74 79
Тунгокочен 76 72 66 59 54 65 76 79 74 74 76 78
Тупик 77 73 68 62 60 69 76 80 76 74 77 81
Урюпино 80 75 66 58 54 69 78 81 76 69 78 81
Чара 80 74 69 64 60 65 72 76 76 76 80 82
Чита Якутская АССР 75 73 64 49 76 58 68 72 70 66 74 78
Алдан 78 77 69 63 63 61 67 73 74 76 78 80
Аллах-Юнь 78 76 71 68 62 66 70 73 75 80 79 78
Амбарчик 86 86 85 85 85 81 83 85 84 82 84 84
Амга.; 79 79 74 67 60 63 67 72 76 82 82 80
Батамай 70 70 67 60 58 65 68 73 74 7? 74 70
Буйыттах 76 73 66 58 55 61 71 74 74 76 76 70
Верхоянск 74 74 70 65 58 59 64 70 74 80 79 76
Вилюйск 76 77 71 62 56 58 64 68 71 79 79 76
Витим 75 75 70 64 62 67 74 78 80 80 78 77
Делянкир 73 72 68 67 63 62 66 70 75 79 76 76
Джалинда 74 74 72 67 68 65 68 75 80 81 78 76
Джикимде 76 75 66 61 60 66 72 78 79 78 80 79
Жиган ск 74 75 72 64 61 64 66 75 77 83 78 76
Зырянка 77 77 72 69 62 62 70 75 76 82 80 78
Исеть 74 74 70 60 54 59 63 73 74 77 77 76
Иэма 73 73 73 74 71 69 69 69 74 79 76 73
Крест-Халджай 74 74 68 58 52 61 65 70 74 81 79 75
Кюсюр 74 75 75 72 71 69 68 76 79 81 77 75
Ленек 76 74 68 59 58 64 71 76 77 77 77 76
37
26
Продолж ение
Наименование пункта Средняя относительная влажность воздуха, % по месяцам
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XJI
Нагорный 73 71 66 64 63 66 74 78 75 74 76 75
Нижнеколымск 77 78 74 69 69 66 72 77 79 82 81 86
Нюрба 76 76 68 60 54 58 66 69 72 78 79 77
Нюя 74 73 65 56 56 62 69 74 74 74 76 75
Ожогино 76 76 72 67 66 65 67 76 79 84 79 76
Оймякон 75 75 72 67 62 60 66 72 75 80 78 77
Олекминск 77 76 70 62 58 61 67 74 77 78 80 79
Оленек 74 74 70 63 61 59 64 73 76 80 76 74
Охотский Перевоз 74 74 70 64 56 64 70 76 77 81 79 75
Покровск 75 76 70 61 55 60 64 68 72 78 78 76
Преображения, 85 86 88 89 89 90 88 90 89 87 88 87
остров Саскылах 75 76 75 78 81 73 69 79 84 83 78 76
Сангар 72 72 68 63 60 62 66 72 74 81 76 74
Среднеколымск 77 78 75 70, 66 64 68 74 76 83 81 78
Сун тар 78 76 66 59 54 59 66 70 74 78 78 78
Сухана 73 73 70 62 61 58 63 72 76 80 77 75
Сюрен-Кюель 77 75 69 66 64 61 67 72 78 81 85 84
Тегюльте-Терде 78 76 69 62 58 67 71 77 76 80 80 78
Тикси, бухта 80 81 82 82 86 86 83 82 82 82 81 80
Токо 76 75 71 67 65 65 75 81 80 78 79 78
Томмот 78 77 70 65 65 67 73 80 80 79 80 79
Томпо 74 74 71 67 61 64 68 73 74 79 78 75
Тонгулах 76 74 66 58 57 62 68 74 76 78 79 78
Туой-Хая 76 74 64 58 54 59 68 74 74 77 78 76
Тяня 79 76 69 63 61 66 73 79 80 82 82 81
Усть-Мая 74 74 68 54 55 62 68 72 74 77 78 75
Усть-Мома 76 76 68 64 57 60 67 71 72 80 80 78
Усть-Оленек 82 82 84 84 86 85 79 83 87 87 81 81
Усть-Янск 80 81 80 80 82 78 77 82 84 85 83 81
Чаингда 78 76 64 56 53 60 68 73 76 80 80 78
Чокурдах 85 85 86 85 84 78 76 81 85 87 85 85
Чульман 76 74 69 66 64 67 73 78 78 77 78 78
Шологонцы 74 72 70 63 62 60 68 74 76 80 76 75
Эйк 75 76 74 66 62 62 68 73 75 81 80 76
Якутск 73 73 68 59 53 55 59 66 70 77 77 74
Абсолютная влажность воздуха в районах распространения веч-
номерзлых грунтов незначительна; зимой составляет около 0,1—1,5 мб,
летом — до 6—14,7 мб. Относительная влажность на побережье очень
высока и находится в пределах 85—90%, а в континентальных рай-
онах не превышает 50—60% (табл. 1.6).
Высокая относительная влажность, низкая температура и нали-
чие вечномерзлых грунтов в Арктике обуславливают незначительное
испарение с поверхности. Почвы насыщаются влагой и не просыхают
в течение лета, чем и объясняется сильная заболоченность примор-
ских равнин на арктическом побережье. Летом, весной к осенью
часто появляются туманы, приносимые ветрами небольшой скорости.
Осадки в области распространения вечномерзлых грунтов незна-
чительны; среднегодовое их количество на большей части территории
колеблется в пределах 100—300 мм и лишь на западе и северо-востоке
достигает 400—500 мм в год. Наименьшее количество осадков выпа-
дает в период с января по март (2—7 мм в месяц) и наибольшее —
в течение июля-августа (20—50 мм в месяц). Летнее количество
осадков местами превышает зимнее в 5 раз. Снежный покров зави-
38
сит не только’ от количества осадков, но и от направления и силы
ветра, переносящего снег, и характера рельефа.
Максимальная высота снежного покрова отмечается в районах
среднего течения Енисея (80—90 см), на Чукотском полуострове сна
достигает 60—70 см, на побережье — 30 4-50 см, на островах —
20 4- 25 см. На побережье, где снег откладывается при сильных вет-
рах, снежный покров имеет высокую плотность. Это дает возмож-
ность передвигаться по нему автомашинам и тракторам.
Продолжительность периода со снежным покровом приблизитель-
но совпадает с периодом отрицательных температур воздуха. Снеж-
ный покров образовывается преимущественно в октябре, таяние
снега начинается в апреле-июне.
На зарубежном Крайнем Севере количество осадков также не-
равномерно. В южной части Гренландии их выпадает более
1000 мм/год, в центральных районах и на севере — около 100 мм/год.
На побережье Ледовитого океана, островах Канадского архипелага
и на северо-западе полуострова Лабрадор годовое количество осад-
ков равно 200 —350 мм, на южном побережье Гудзонова залива и
остальной части полуострова Лабрадор — до 800 мм/год. Так же, как
в Советской Арктике, зимой здесь часты метели.
Различные климатические условия в районах Крайнего Севера
обуславливаются разницей в теплоприходе. В северных районах по-
ниженный теплоприход объясняется низким стоянием солнца над
горизонтом, продолжительной полярной ночью, в связи с чем боль-
шое количество тепла, получаемого за счет радиации, теряется на
излучение. Снижение теплоприхода связано также с высокой отра-
жательной способностью снега и льда и расходом тепла на их таяние.
Суммарная солнечная радиация (прямое и рассеянное излучение
солнца) на Крайнем Севере весьма неравномерна; зимой она пони-
жена (в период полярной ночи равна нулю), летом в период поляр-
ного дня сильно повышается, достигая к июню по ряду пунктов
200 ккал/м2-ч и выше.
Радиационный баланс (приход — расход лучистой энергии солнца,
поглощаемой и излучаемой поверхностью земли) в высоких широтах
почти круглый год имеет отрицательные значения, и только влияние
полярного бассейна сохраняет эти области от прогрессирующего
охлаждения. На материке южнее 79° северной широты отрицательный
радиационный баланс удерживается в течение холодного периода,
летом повсеместно он имеет положительные значения.
Характер растительности районов распространения вечномерзлых
грунтов определяется их расположением в подзонах полярной пусты-
ни, тундры, лесотундры и тайги.
Для зоны полярной пустыни (Земля Франца Иосифа, Северная
Земля, Север Канадского архипелага и Гренландия) характерно
преобладание площади, занятой ледниками. Растительный покров
здесь не сомкнут и представлен отдельными пятнами с небольшим
количеством стелющихся многолетних цветковых растений и зепеными
мхами.
В подзоне арктической тундры (северные части полуостровов
Ямала, Гыданского, Таймыра, островов Канадского архипелага и
Гренландии) преобладают моховые и осоко-моховые ассоциации с
примесью лишайников и цветковых растений. Тундра отличается
более разнообразной растительностью. В долинах рек и на южных
склонах встречаются кустарниковые ивы, ольха и карликовые березки
39
Таблица 1.7
Физико-географическая характеристика климатических
подрайонов I климатической зоны
Климати- ческий район Среднемесячная температура воздуха, °C Средне- месячная влажность воздуха, % Средняя скорость ветра за три зимних месяца, М/ССК
в январе в июле
IA От —32 и ниже 4-19
1Б > -28 и » 0-13 Более 75 5 и более
IB -14 Д- -28 12-21 — —
1Г -14-4- -28 0-14 Более 75 5 и более
1Д -28 -4- -32 10-21 — —
Рис. 1.2. Схематическая карта районирования территории СССР
для строительства
высотой 0,1—1,5 м. Наиболее часто встречаются лишайнико-мохо-
вые, дерновинно-лишайниковые и мохово-осоковые сообщества.
В кустарниковой тундре преобладает кустарниковая, травянистая и
лишайниково-моховая растительность,
40
Физико-географическая характеристика подзон северной строительно-климатической
Природно-климатические факторы, определяющие общность типологических требований к зданиям и сооружениям Суровая длительная зима с со- четанием низких температур воз- духа с сильным продолжитель- ным ветром. Снегозаносы, поляр- ная ночь продолжительностью до трех месяцев, короткое холод- ное влажное лето. Необходима максимальная теплозащита зда- ний и сооружений с предотвра- щением недопустимого воздухо- проницания Суровая длительная зима с весьма низкими температурами воздуха, обуславливающая мак- симальную теплозащиту зданий и сооружений, значительная солнечная радиация. Короткое теплое лето Холодная длительная зима, короткое теплое лето, обуслав- ливающие достаточную тепло- защиту зданий и сооружений
Особые физико-геологические условия Вечномерзлые грунты на боль- шей части территории. В отдель- ных районах сейсмичность 6-7 баллов. В горных районах на отдельных участках проявле- ния селей. Имеются лавиноопас- ные участки и участки распро- странения карстов. Часть терри- тории подвержена оползневым процессам Вечномерзлые грунты на всей территории. В отдельных райо- нах сейсмичность 6 — 7 баллов. Имеются участки распростране- ния карстов, появления селей, подверженные оползневым про- цессам с лавиноопасностью Вечномерзлые грунты в отдель- ных местах островного харак- тера. В отдельных районах сейсмичность от 6 до 9 баллов. Имеются участки с лавиноопас- ностью распространения карс- тов, проявления селей, подвер- женные оползневым процессам
инк ‘эо ()1 ЭШ1ЧЯ вхЛКеоя иобЛх -вбэннэх ЦОНЬОХЛЭ иэпКэбэ оэ вКоибэн чхэопчкахижкоКобц От 0 До 70 От 40 до 90 От 30 ДО 110
% ‘акош а вхХКеон чхэонжекн КВНЧ1ГЭ1ИЭОН1О КВНЬЕЭОК ИИНКэбЭ SS Sg SS С§ 53 53
Эо ‘эксяи я вхХк -еоя EdXxEdouwai квнькээи KKuffadg От 0 ДО 14 От 14 ДО 16 От 12 ДО 16
1Лэ ‘вК'оибэп озопчкэхиною чхэончкэхижкоКобц S3 53 63
инк *эо эжин ijodAi -EdoHwax ионьохХэ иэнКэбэ оэ вКоибэп чхэончкэхижкоКобц НО НО НО О< о
яээ/w ‘иПкоэи ХИН -кие udi ве Bdxaa чхэойомэ KKHKsdg »s 88 S3 5=
Oo ‘обвянв a вхХКеоа EdXiBdanwai квнькээк KEHKad^) it II II 53 5§ 5§
BHoeVojj
41
Для подзоны лесотундры характерно лиственничное редколесье
(на севере — даурская лиственница, на востоке — корейская ива и
тополь).
Таежная зона занята лесами с преобладанием сибирской и даур-
ской лиственниц. Кое-где встречается ель и береза. В северных рай-
онах Аляски и Канады тайга более разнообразна. Там встречаются
черная и белая ели, американская лиственница, а также березы,
осины и тополя.
§ 1.3. Основные положения климатического
районирования для строительства
Из-за многообразия природно-климатических условий в районах
распространения вечномерзлых грунтов, связанного с широким диа-
пазоном изменения температур и влажности воздуха, ветровых воз-
действий, ландшафта и других факторов, территорию залегания
вечномерзлых грунтов подразделили на зоны по общим климатиче-
ским факторам (рис. 1.2). Отдельно для каждой зоны разрабаты-
ваются приемы планировки населенных пунктов, типологические тре-
бования к зданиям и сооружениям, нормативы и т. д.
В соответствии со СНиП II-A.6—72 северная климатическая зона
разделена на три подзоны:
I —климатические подрайоны 1Б и 1Г;
II —климатический подрайон IA;
III—климатический подрайон 1Д.
В табл. 1.7 и 1.8 приводится физико-географическая характери-
стика подрайонов и подзон северной климатической зоны.
Глава 2
МЕРЗЛОТНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
§ 2.1. Распространение и формы залегания
вечномерзлых грунтов. Подземные воды
и подземный лед
Грунты называются вечномерзлыми, если они имеют отрицатель-
ную или нулевую температуру, содержат в своем составе лед и на-
ходятся в мерзлом состоянии в продолжение многих лет (более срока
службы зданий и сооружений). Вечномерзлые грунты — четырехком-
понентная система взаимосвязанных между собой частиц (минераль-
ных, льда, незамерзшей воды и газообразных).
Встречаются многообразные формы залегания вечномерзлых
грунтов. По площади вечномерзлые грунты могут иметь сплошное,
прерывистое пли островное распространение; среди вечномерзлых
грунтов встречаются острова талых грунтов — талики. Они обычно
присутствуют близ южной границы распространения вечномерзлых
грунтов, где последние имеют близкую к 0° температуру. Талики
также располагаются под водоемами (озерами и реками), в местах
выходов подземных вод и на морских берегах, где грунты и грунто-
вые воды засолены и температура их замерзания понижена. Образо-
вание таликов иногда связано с деятельностью человека. Например,
при строительстве зданий и сооружений нарушается температурный
режим вечномерзлых грунтов.
По глубине вечномерзлые грунты могут залегать непрерывно или
переслаиваться талыми. Слоистое распространение вечномерзлых
грунтов встречается в районах, где температура на глубине нулевых
амплитуд ее колебаний близка к 0° или где грунтовые воды связаны
с поверхностными. Верхняя граница (или поверхность вечномерзлых
грунтов) определяется границей максимального сезонного оттаива-
ния (промерзания) грунтов.
При полном замерзании в течение холодного сезона деятельного
слоя мерзлота является сливающейся. Если между сезоннопромерз-
шим слоем и верхней поверхностью вечномерзлого грунта сохраняет-
ся талый прослоек, то мерзлота несливающаяся.
Нижнее положение вечномерзлых грунтов определяется широтой
местности: в направлении с юга на север граница мерзлоты посте-
пенно понижается, достигая в северной части материка глубины
500—600 м. Локальные изменения ее мощности зависят от крупных
элементов рельефа.
По геокриологическим признакам И. Я. Баранов предлагает
территорию распространения вечномерзлых грунтов разделить на
четыре района: арктический, субарктический, умеренно холодный и
южный (табл. 2.1).
Вечномерзлые грунты по состоянию (на основании различной их
сжимаемости под нагрузкой) подразделяются на твердомерзлые,
пластичномерзлые, сыпучемерзлые.
Твердомерзлые — прочно сцементированные льдом, характе-
ризуемые относительно хрупким разрушением и практически
43
К
Характеристика геокриологических районов (по И. Я. Баранову)
Наличие термокарста, пучения а« н з Ч >, а 2 о га к ь з ° т 5 о « ? в а я ь я <и ® а ь га >. д s £ 2 £ о зв £•» £ s о § К 3 Я я X га Й а в я 3 « 2 > га а х х с. ч л о ч я s § >, g г & £ ж о о к й ю £и>. Е ® 3 £§ ёё &2га о л о 2 ч к о 3 о ч а а и ь а • - я я ° 2 о 1 Э ® s 8 о ft о о ° 3 Я 1 S Д Ч Д О f. л . п X О я я О К га Р-x га ь О 55 га В ft oft л S “ „ га о ft X о а ° ч g « a s ч о? а а« га га а л я га о щ д л д а е- е ч 2 л вад в ч
Льдистость Я 2 Й ® з ® 1 а 6 га о о s « 6 5t-5 Е oi ft ч с ч я ЕС а 2 я га я £ я ft ** «г ft = я о _ 2 £ м я а я § _ g S я 5 « я 2 хо“ £-1 3- « я Чч Sgw 5 О »<D я к * g * я S ЯД О g | S Л Я - 3s 4 5s Ч £ я 0) сч га&хя® « л 4 6 Еа о о5"м х 5 я Н к 3 Яга н з О Н « 2 О я S 2 ® 2 S Я з о О ft га о га Е Я га д ь 2 я Ч я S ч «д s н и е[ s® 35 Д га ч ° Я Е-> Д — а „ О га Я о га О X Я га га я о ft га о а л га £ ч га Е Ч Ч 3 g га ’£ m щЧчёаяоЧ к 5 oSgra уЧл?^а. " л » га Я Е- л 1-1 й и чЗЕ О о я ч 2 ч а 2 Е-. >, я ч ж яи2 аяяав
Глубина сезонного протаива- ния, м 0,5-0,8 ДО 1 1,0-1,5 До 3,5
о 1 ® w г СЗ о S >» СХ (П л ь е я ° 5У S я Ч К 0 0.0 г f-c > а -9-S--12 -5-ь —9 -3-4—5 0-1 0-0,5
Характер распространения вечномерзлых грунтов 1ёв шШ istih Shg pSC|S ;,SS|S ОЗ°Й° П ® &1§ГДО ЯгаХ*°3 Sig* 3 O=s’§ §gs««H » ч О Д Sal H S Н O s 5 й°га2 и S >. 1 Ь d о £ и u б Я1 £ H 9* я ш 1) 1) rt- eJ O 01 Q. ьг л Q 3 S 3 S я о n s ₽s 5- S s я S к cT Q r> * W 2 £ 2 2 « co . IC О ® О *й CX ® »-г За О A ® О <5 SaB° 5 2®°fflH& ч2.-и& Cgs g.p° о Я g о ОгаКЙ E'^So®o<N ^EgsS: ОЯ®Я og-Sft wsxroogl Sff®— й &Я&1 & *2 SSx'Sgg SSraoSa 5 2 5<d3E Sgggraxs "агадд га 5 ra< иЗяЗ я5£й £| я .Irao а я Й . а ч в о -i и „ г 1 1 - « х 1 2 о га га g й <1> Д ° u = S’ а § О Е R Е- ° 5- §Kss ^G°^° gS2gS2 Ч ° g га чнгага о з я л 2 я л о н“ х д я Ч д к я я ч К я ч О Дга-Е-Зоь о и н X О X и >, X о О >> О Ч fflraoft^^ft И 2 2 ° ес а ь £ р >» а>.О «2 ° га X О а ч о га о га £7 га а ьи а а х 2 я ь га я в к л ас ч
Район в« я я гая з HS CL л S ЧЧ >ОО <“ д п £ ао 'J? о) 2 в 2 я <и >> я Ч <; в Q я о «
44
несжимаемостью под нагрузками от сооружения, коэффициент их
сжимаемости не превышает 0,05 см2/кг. К твердомерзлым относятся
песчаные и глинистые грунты, если их температура, °C, ниже:
0,0 — для крупнообломочных; 0,3 — для песков крупных и сред-
ней крупности; —0,3 — для песков пылеватых; —0,6 — для супесей;
—1,0 — для суглинков и —1,5 — для глины.
Твердомерзлые грунты практически несжимаемы при нагрузках,
меньших 5—10 кгс/см2.
Пластичномерзлые — сцементированные льдом, но обладающие
вязкими свойствами (вследствие содержания в них значительного
количества незамерзшей воды), характеризуемые способностью сжи-
маться под нагрузками от сооружения (коэффициент сжимаемости
102—103 см2/кг); к пластичномерзлым относятся песчаные и глинистые
грунты со степенью заполнения пор льдом и незамерзшей водой
G 0,8, если их температура находится в пределах от 0 °C до зна-
чений для твердомерзлых грунтов.
При G < 0,8, а также для засоленных грунтов состояние грун-
тов определяется специальными исследованиями.
Сыпучемерзлые — не сцементированные льдом (вследствие малой
влажности) песчаные и крупнообломочные грунты (117с 0,05) об-
ладают такими же свойствами сжимаемости, как и немерзлые грунты
аналогичных составов, влажности и объемного веса.
По льдистости мерзлые грунты делятся на слабольдистые (льда
менее 25%), льдистые (льда от 25 до 40%) и сильнольдистые (со-
держание льда более 40%).
Подземные воды встречаются в талых и сезопноталых слоях и
подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлот-
ные. Они могут сообщаться между собой и с водоемами.
Надмерзлотные воды питаются за счет атмосферных осадков,
поверхностных вод, иногда за счет более глубоких подземных вод и
оттаивания подземных льдов.
Зеркало подземных вод в основном повторяет рельеф местно-
сти, движение вод направлено в сторону уклона местности, поверх-
ность вечномерзлых грунтов является для них водоупором. В усло-
виях сливающейся мерзлоты такие воды находятся в жидком со-
стоянии только в период сезонного оттаивания. По этой причине, а
также ввиду сильной загрязненности они не могут использоваться
для водоснабжения. Режим надмерзлотных вод зависит от условий
протаивания и промерзания водоносного слоя и количества выпав-
ших атмосферных осадков в период таяния. Действие надмерзлотных
вод как теплоносителя вызывает протаивание нижележащих слоев
мерзлого грунта, особенно интенсивное в направлении движения
потока грунтовых вод. Освоение территории может резко изменить
химический состав надмерзлотных вод.
Межмерзлотпые воды встречаются реже, в основном в районах
с деградацией или аградацией мерзлоты. Существование их возмож-
но, как правило, благодаря связи с надмерзлотными и подмерзлот-
ными водами и постоянному переносу (при движении воды) тепла в
межмерзлотную талую зону. Возможно также наличие межмерзлот-
ных вод в замкнутых таликах, если эти воды засолены и температура
замерзания их понижена. Межмерзлотные воды имеют в основном
две формы залегания: пластово-линзовое (в виде таликов среди ал-
лювиальных отложений речных террас в долинах) и жильное (в тре-
щиноватых скальных и полускальных породах или морозобойных
45
трещинах). В тех случаях, когда межмерзлотные воды связаны с
другими более мощными горизонтами, их можно использовать для
водоснабжения.
Подмерзлотные воды имеют повсеместное распространение в
районах вечномерзлых грунтов. К ним относятся воды артезианских
бассейнов непосредственно под мерзлой толщей и воды более глубо-1
ких горизонтов. Подмерзлотные воды питаются главным образом за
счет просачивания надмерзлотных и речных вод через сквозные та-
лики и трещиноватые зоны. Обычно подмерзлотные воды обладают
напором и изливаются на поверхность через естественные выходы
или квитируются искусственно. Иногда подмерзлотные воды, подни-
мающиеся с больших глубин, имеют высокую температуру, что обе-
спечивает существование незамерзающих источников в суровом кли-
мате. Подмерзлотные воды могут служить хорошим источником
водоснабжения, поскольку имеют относительно постоянный напор и
дебет и неизменяющпйся химический состав; для возможности их
использования чаще всего бурятся глубокие скважины.
Подземные льды, содержащиеся в вечномерзлых грунтах, де-
лятся на три группы: конституционные, пещерно-жильные и погре-
бенные.
Конституционные льды образуются при промерзании увлажнен-
ных горных пород и включают в себя лед-цемент, сегрегационные
(«выделившиеся»), инъекционные («внедрившиеся») и жильные льды.
Пещерно-жильные льды образуются в трещинах замерзших
ранее горных пород. Среди них различают жильные, заполняющие
трещины, и пещерные в полостях пород.
Погребенные льды образуются в результате замерзания воды
наледей, водоемов, принесенные водогенами (конжеляционные льды)
и как продукт преобразования снега (осадочно-метаморфические
льды).
Формы залегания льдов самые разнообразные:
пластовая — лед залегает слоем сравнительно одинаковой мощ-
ности (от нескольких сантиметров до десятков метров) площадью
до нескольких квадратных метров;
линзовая — лед имеет увеличенную в средней части мощность
площадью до нескольких десятков квадратных метров;
жильная — лед заполняет трещины скальных и полускальных
пород, как правило, небольшой мощности;
клиновидная — лед заполняет морозобойные трещины на глу-
бину до 20 м (в районе Новосибирских островов встречен клино-
видный лед мощностью около 80 м);
гнездовая — лед заполняет отдельные полости в виде неболь-
ших включений;
натечная — лед находится в виде отдельных кусков, глыб на-
земного происхождения.
Встречающиеся в пределах строительной площадки подземные
льды могут представлять опасность для зданий и сооружений.
§ 2.2. Понятие о сезонном оттаивании.
Температура вечномерзлых грунтов
Поверхностный слой грунта в районах распространения вечно-
мерзлых грунтов, подвергаемый сезонному оттаиванию или промер-
занию, называется деятельным слоем. Толщина его определяется:
46
при оттаивании летом и промерзании зимой, но без слияния
с толщей вечномерзлого грунта — глубиной зимнего промерзания;
при оттаивании летом и промерзании зимой до полного слияния
с толщей вечномерзлого грунта — глубиной летнего оттаивания.
Слои грунтов, замерзшие зимой и не оттаивающие в течение
нескольких лет, называются перелетками.
। Мощность деятельного слоя зависит от интенсивности и продол-
жительности прогревания поверхности (в основном от широты мест-
ности) и меняется от 0,2—0,3 м (в высоких широтах) до 3—4 м (на
Широте 55—60°). В одной и той же местности она неодинакова в
различные годы и зависит от изменений теплоприхода в толще грун-
тов, вызванных интенсивностью солнечной радиации, изменениями
температуры воздуха, скорости, направления и повторяемости ветра.
Рис. 2.1. График изменения темпера-
туры по глубине грунта
1 -сезоннооттаивающий слой; 2 — зона акку-
муляции; 3 — граница зоны годовых нулевых
амплитуд; 4 — кривая максимальных темпе-
ратур; 5—то же, минимальных температур;
6-то же, среднегодовой температуры; 7 —
нижняя граница вечномерзлых грунтов
На глубину деятельного слоя оказывают влияние многие факторы:
экспозиция и крутизна склона, наличие растительности и ее харак-
тер, затененность местности, состав и степень влажности грунтов,
мощность снежного покрова, гидрологический режим и пр.
На южных склонах сезонное оттаивание больше, на северных
меньше. Снегоотложения мощностью до 1,5 м мало влияют на изме-
нение глубины сезонного оттаивания грунтов, поскольку таяние снега
в этом случае заканчивается еще в период отрицательных средне-
суточных температур воздуха. При мощности снегоотложений более
1,5 м величина сезонного оттаивания грунта уменьшается. Под расти-
тельным покровом протаивание всегда меньше, чем на свободных от
растительности площадках. Влияет и характер растительности. По
наблюдениям Л. Е. Ведерникова, в пос. Куйга протаивание грунтов
под моховым покровом равно 0,3—0,45 м, а на участках, покрытых
травяным дерном, — около 1,0 м. Отмечено, что при двойном увели-
чении мощности торфяного покрова протаивание под ним умень-
шается на 80—90%.
Глубина сезоннооттаивающего слоя неодинакова в грунтах раз-
личного состава и влажности. Наибольшей величиной протаивания
характеризуются скальные щебенистые грунты, наименьшей — гли-
нистые. Сильновлажные, насыщенные льдом грунты протаивают на
меньшую глубину, чем маловлажные, поскольку они обладают повы-
шенной теплоемкостью и требуют большего количества тепла для
плавления льда. На величину протаивания влияет также цвет поверх-
ности, с которым связана степень поглощения солнечных лучей.
47
Грунтовые воды, поток которых в фильтрующих грунтах спо-
собствует лучшему теплообмену в них, увеличивают глубину оттаива-
ния. Интенсивность протаивания в течение сезона неравномерна: она,
как правило, снижается во второй половине лета, когда уменьшается
теплоприход с поверхности.
Температура вечномерзлых грунтов — один из решающих факто-
ров, определяющий пригодность мерзлых грунтов в качестве основа-
ний зданий и сооружений. По глубине вечномерзлой толщи грунта
по температурному фактору различают две зоны (рис. 2.1):
зону аккумуляции, отмечаемую сезонными колебаниями темпе-
ратур, мощностью обычно 15—20 м;
зону нулевых годовых амплитуд с постоянной, не меняющейся в
течение года температурой. В этой зоне с глубиной среднегодовая
температура повышается в соответствии с величиной геотермического
градиента, который колеблется в пределах 0,02—0,035°С/м.
Температура на поверхности грунта отличается от температуры
наружного воздуха, так как летом солнечная радиация повышает
температуру поверхности, а зимой снежный покров защищает ее от
охлаждения. Кроме того, различие этих температур обусловлено за-
тратами тепла на испарение, затенением поверхности и др.
В зоне аккумуляции температура грунта непрерывно изменяется.
Период и амплитуда ее зависят от географического расположения
площадки строительства, метеорологических факторов, снегоотложе-
ний, времени года, глубины от поверхности грунта и других условий
тепло- и массообмепа. На глубине решающее влияние на температуру
оказывают длительно действующие факторы, в первую очередь пе-
риод действия холодных температур наружного воздуха. Непродол-
жительные, периодически действующие факторы (например, ветер,
радиация) в этом случае существенно не влияют. Мало сказываются
колебания величины среднегодовой температуры наружного воздуха.
Последние (как и колебания среднемесячных температур) существен-
но влияют на глубину сезонного оттаивания и промерзания, поэтому
максимальная глубина сезонного оттаивания в высоких широтах
Арктики больше минимальной в 2—3 раза.
Разница между среднегодовой температурой воздуха данного
района и температурой в зоне нулевых годовых амплитуд не пре-
вышает 5 °C. Изменения температурного режима грунтов, связанные
с естественным изменением климата и геологическими процессами,
происходят крайне медленно по сравнению со сроком эксплуатации
сооружения и поэтому не имеют практического значения.
Температура вечномерзлой толщи характеризует устойчивость
мерзлоты, т. е. прочность мерзлых пород и способность их восстанав-
ливать мерзлое состояние после протаивания в результате строитель-
ства и эксплуатации сооружений. Величина температуры в зоне годо-
вых нулевых амплитуд колеблется от 0° до —16 °C. Близкую к пулю
температуру грунта имеют вечномерзлые породы у южной границы
распространения мерзлоты. Наиболее низкая температура мерзлоты
отмечена на островах и побережье Восточно-Сибирского и моря
Лаптевых, а также на Таймыре и в высокогорных районах.
Особенностью динамики температур мерзлых грунтов является
запаздывание максимальных и минимальных значений с глубиной,
что необходимо иметь в виду при использовании материалов инже-
нерных изысканий.
48
§ 2.3. Мерзлотно-геоморфологические
образования
К мерзлотно-геоморфологическим образованиям относят все виды
деформаций поверхности: бугры пучения, наледи, морозобойные тре-
'щины, формы рельефа, обязанные нивации и солифлюкции, термо-
карстовые и провальные образования и т. д. Их образование и суще-
ствование на площадках строительства может привести к деформации
зданий и сооружений.
Наледи возникают под напором надмерзлотных вод вследствие
уменьшения при промерзании живого сечения потока грунтовых вод
Рис. 2.2. Виды паледей
(грунтовые наледи) или рек (речные наледи). Причиной образования
наледей могут быть источники подземных вод. Постепенно изливаю-
щаяся в результате растрескивания грунта или льда наледная вода,
замерзая, образует на поверхности наледи.
Грунтовые наледи могут появляться на участках, где движению
потока грунтовых вод препятствует какая-либо преграда, например
местное увеличение промерзания с поверхности (рис. 2.2,а) или за-
легание слабофильтрующих грунтов. Грунтовая наледь может обра-
зоваться: из-за скопления воды и возникновения бугра под почвенным
слоем с последующим прорывом вод из него на поверхность
(рис. 2.2 6), под отсыпанным в летний период штабелем грунта,
шлака, золы и т. д. (рис. 2.2, в), в результате устройства выемок,
водоотводных канав за счет промерзания водоносного горизонта под
канавами и кавальерами. Прорыв напорных грунтовых вод с образо-
ванием наледи имеет иногда место в домах, банях и других строе-
ниях, эксплуатация которых прекращена.
Речные и озерные наледи отличаются наиболее крупными раз-
мерами: они могут иметь мощность до 4 м и заполнять площади
шириной до 1 км и более (на северо-востоке Якутской АССР наблю-
дались наледи мощностью до 10 м и длиной до 27 км). Наледи
49
бывают однолетними и многолетними. Образование последних про-
исходит в том случае, когда наледный лед не успевает оттаивать в
течение одного летнего сезона и сохраняется до возникновения новой
наледи. Речные наледи деформируют деревянные мосты, трубы, водо-
заборные сооружения, а также препятствуют движению по зимним
дорогам, проложенным по льду рек.
Бугры пучения — внешние поднятия почвы под действием под-
тока грунтовых вод к фронту промерзания, в ядре которых находятся
ледяные включения. Различают: гидролакколиты — бугры с ледяным
ядром, образованные при проникновении в поверхностную толщу
подземных (подмерзлотных) вод; булгунняхи — все виды бугров с ле-
дяным ядром различного генезиса (в том числе и гидролакколиты);
торфяные бугры, состоящие из торфа с ледяным ядром.
Лед в ядре бугров пучения может залегать в виде крупной
залежи, а также в виде многочисленных мелких линз и прослойков.
Кроме льда, в ядре бугра пучения может находиться напорная вода.
Бугры пучения имеют широкое распространение на северо-востоке,
особенно в Якутской АССР. Они могут быть однолетними и много-
летними. Однолетние располагаются только в пределах сезоннопро-
таивающего слоя и обычно имеют небольшие размеры: высота их не
превышает мощности сезоннооттаивающего слоя, а диаметр основа-
ния — нескольких метров. Многолетние бугры пучения отличаются
большими размерами: высота достигает нескольких метров, диа-
метр — нескольких сот метров.
Разрушение бугров пучения связано с изменением теплового
режима (повышенная солнечная радиация, нарушение растительного
покрова и т. д.). В результате разрушения на месте бугра часто
остается провальная впадина, заполняющаяся водой. Срезать много-
летние бугры пучения не рекомендуется, так как это повлечет за
собой быстрое их разрушение.
Бугры пучения не следует смешивать с сезонным поднятием
грунтов из-за проявления пучинистых свойств при промерзании. По-
следние отрицательно влияют на сооружения с мелким заложением
фундаментов (опоры, ограды).
Морозобойные трещины возникают в результате неравномерного
охлаждения грунтов, вызывающего развитие в них растягивающих
напряжений, превышающих предел прочности на разрыв мерзлого
грунта. Как правило, трещинообразование происходит при сезонном
промерзании грунтов в результате резких колебаний температур в
их верхнем слое, чаще всего на оголенных от снега участках, и со-
провождается содроганием земли и гулом. Глубина растрескивания
ограничивается зоной сжатия грунтов (до 5—10 м). Первоначально
образуются вертикальные трещины шириной от 2—3 до 10—20 см.
При повторном растрескивании трещины расширяются и углубляются,
а затем заполняются снегом и водой, превращающейся в лед.
1Чорозобойные трещины, возникающие на застроенных площад-
ках, опасны для подземных сооружений и коммуникаций.
Термокарстовые образования — провальные формы рельефа
вследствие оттаивания льдистых вечномерзлых грунтов и льда. Они
образуются при изменениях температурного режима грунтов, связан-
ных с увеличением теплоприхода в грунты в летний период, с изме-
нением гидрологического режима, повышением теплопроводности по-
верхностного слоя грунтов при уменьшении мощности последних
и т. п.
50
Явление термокарста на Севере имеет широкое распространение.
Чище всего термокарстовые озера самых различных размеров встре-
чаются на прибрежных равнинах или слабо наклонных участках.
Отличительной особенностью термокарста является прогрессирующее
интенсивное увеличение, сопровождающееся оползанием грунта у бе-
регов и провалами. Глубина таких озер достигает 1,5—3,0, редко
5,0 м. Иногда они распространяются на обширные территории, обра-
зуя заболоченные низменности — аласы.
При вытаивании подземного льда, залегающего в виде клиньев
или включений неправильной формы, на поверхности могут остаться
отдельные массивы грунта, получившие название байджарахи.
Образованию термокарста нередко способствуют нарушения тер-
мического режима грунтов при застройке территории, особенно часто
при нарушении растительного покрова от проезда транспорта. Воз-
никновение и развитие термокарста в пределах населенных мест
представляет серьезную угрозу для сооружений.
Оврагообразованию на застраиваемой территории предшествуют
эрозионные процессы, связанные главным образом с размыванием
проточными водами льдистых мерзлых грунтов. Особенно значитель-
ному разрушению подвергаются склоны и откосы при стекании по
ним водных потоков.
Интенсивность размывания мерзлых грунтов обуславливается
скоростью вытаивания льда, цементирующего грунтовые частицы, и
сопровождается разрушением структуры грунта. Частицы его легко
уносятся водой, что вызывает оттаивание новых слоев грунта. Таким
образом, разрушение захватывает все новые и новые участки мерз-
лого грунта и может остановиться только при изменении условий,
благоприятствующих этому процессу, например при прекращении
действия потока.
Усугубляют образование оврагов неправильная эксплуатация
площадок, нарушение или уничтожение растительного покрова, не-
организованный водоотвод, создающий условия для размыва верх-
него покрова ручьями. Примером может служить пос. Диксон, на
территории которого рост оврагов в свое время принял угрожаю-
щие размеры.
Солифлюкция — медленное вязкое течение переувлажненного
грунта по склону под влиянием силы тяжести, вызванное процессом
Сезонного промерзания — оттаивания.
С попаданием атмосферных осадков явление солифлюкции значи-
тельно усиливается: сплыванию подвергается растительный покров и
верхний слой грунта по поверхности мерзлого грунта.
Солифлюкционные явления приносят значительный ущерб стро-
ительству и дорожному хозяйству, разрушая покрытия и уничтожая
почвенный слой иногда на больших территориях. Известны случаи
перехода солифлюкционного сплывания в оползни катастрофического
характера.
Глава 3
СВОЙСТВА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
§ 3.1. Физические свойства мерзлых грунтов
Физические свойства, характеризующие мерзлый грунт как си-
стему частиц, определяются группами характеристик, отражающими:
наличие в грунте воды в жидкой фазе (весовая и суммарная
влажность, показатели консистенции, количество незамерзшей воды);
наличие в грунте воды в твердой фазе (льдистость, льдонасы-
щенность, относительная льдистость);
вес и объем пор грунта (объемный вес, объемный вес скелета,
удельный вес, пористость, коэффициент пористости);
состав твердой фазы (гранулометрический и минералогический).
Ниже отмечаются характеристики мерзлых грунтов, являющиеся
дополнительными по сравнению с обычными немерзлыми грунтами.
Суммарная влажность II7 с — отношение веса всех видов воды,
содержащихся в мерзлом грунте, к весу скелета грунта, выраженное
в долях единицы:
Гс=Гв+Гг=Гв + (Гц + Ги), (3.1)
где IV в— влажность за счет ледяных включений, т. е. линз и прослой-
ков льда; определяется по опытным замерам прослойков льда или
по формуле (3.1), если найдены величины IV г и IVO; IV г— влажность
мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями;
определяется по пробам минерального грунта, отобранным между
прослойками льда; IV4 — влажность за счет цементирующего мине-
ральные частицы порового льда; IVH — влажность за счет незамерз-
шей воды, определяемая калориметрическим методом.
При замерзании грунта поровая влага перераспределяется и мо-
жет быть представлена в виде трех частей: одна — образует отдельные
скопления в виде кристаллов, линз и прослойков льда; другая — за-
мерзает в порах, цементирует частицы между собой; третья — остается
в rtopax в виде незамерзшей воды. Количество последней зависит от
температуры, состава и засоленности мерзлого грунта, оно сильно
меняется в глинах в интервале температур от 0 до —10 °C, в суглин-
ках от 0 до —5°, в супесях от 0 до —3° и в песках от 0 до —0,5 °C.
При’ понижении температуры часть незамерзшей воды переходит в
лед-цемент и наоборот. Содержание незамерзшей воды в мерзлых
грунтах обуславливает их несущую способность, упругость, вязкость
и пластичность. При затруднениях в опытном определении значения
№н ориентировочно можно принять по формулам:
для незасоленных грунтов
(3.2)
52
для засоленных грунтов
(3.3)
для заторфованных грунтов
W —
w н — 4
(3.4)
где Wp — влажность грунта на границе раскатывания в долях едини-
цы; Kw—коэффициент, принимаемый по табл. 3.1 в зависимости от
Значения
Таблица 3.1
Наименование грунта Число пластичности 7Р Значения Кц/ при температуре грунтов, °C
-0,3 -0,5 -1 — 2 — 4 -10
Крупнообло- мочные пески и супеси 7 < 0,02 0 0 0 0 0 0
Супеси 0,02 < Jp<0,07 0,6 0,5 0,4 0,35 0,30 0,25
Суглинки 0,07 <J <0,13 0,7 0,65 0,6 0,5 0,45 0,40
Суглинки 0,13 < Jp < 0,17 X 0,75 0,65 0,55 0,50 0,45
Глина /р>0,17 X 0,95 0,90 0,65 0,60 0,55
Пр и меча и не. Знаком X обозначено, что вся вода в порах нс за-
мерзает.
вида грунта, числа пластичности /р и температуры;
Д’«г = %w + 0,9
Кир — определяется по формуле (3.11) или (3.12); Кр — равновесная
концентрация порового раствора; принимается в зависимости от тем-
пературы грунта; для значений температур ниже температуры начала
замерзания грунта:
Температура грунта, °C . 0,5 -1 -2 -3 —4 -6 -8 -10
/Ср, доли еди- ницы .... 0,05 0,012 0,026 0,045 0,062 0,100 0,135 0,168
t — температура мерзлого заторфованного грунта без учета знака,
°C; П — параметр (град ’Д), равный для торфа 1,6; для заторфован-
ных грунтов определяемый в зависимости от степени заторфованно-
сти по формуле П =_2,2</— 0,1.
63
Льдистость грунта Лв— количество льда в грунте за счет ледя-
ных включений. Например, если Лв = 0,2, то в слое мерзлого грунта
толщиной 100 см содержится прослоек льда суммарной толщиной
20 см. При оттаивании максимальная осадка мерзлого грунта под
действием собственного веса равна сумме ледяных включений
у Г ।
Лв = V, + v4(^c’-o,iir„) ’ (3'5’
где уч — удельный вес минеральных частиц грунта, кг/см3; ул —
удельный вес льда, равный 0,0009 кг/см3. Приближенно значение Лв
Рис. 3.1. Графики для определения в мерзлых грунтах
льдистости за счет ледяных включений Лв
а — в песчаных грунтах; б —в супесчаных и суглинистых грунтах.
Значения №с и W приведены в долях единицы; ум — в т/м3
(СН 450-72)
допускается определять по графикам, составленным для песчаных и
глинистых грунтов (рис. 3.1).
Суммарная льдистость Ло в долях единицы, определяемая отно-
шением объема льда в мерзлом грунте к объему мерзлого грунта:
Лс = Ла + Лв (3.6)
где Лц— льдистость за счет порового льда.
В литературе встречается понятие льдистости как общее содер-
жание льда в грунте. При этом льдистость выражается в долях от
веса мерзлого грунта или его объема и соответственно называется
весовой или объемной. Н. А. Цытович рекомендует определять объем-
ную льдистость 1об по формуле
.• _ V
zo6~ —
гл
(1Рс - Ц^н)
1 + 1Гс
(3.7)
54
Относительная льдистость i0 — отношение веса льда к весу воды
II твердой и жидкой фазах в мерзлом грунте, для супесей и суглин-
ков может быть определена в зависимости от температуры грунта и
общего содержания воды в нем по графикам рис. 3.2.
Наличие и расположение льда в мерзлом грунте определяют его
криогенную текстуру (сложение мерзлого грунта, обусловленное
замерзанием содержащейся в нем воды и характеризуемое формой,
величиной и расположением ледяных включений). Различают три
вида текстуры:
а) б) в)
Рис. 3.3. Криогенная текстура мерзлых грунтов
а — массивная; б—слоистая; в — сетчатая; 1 — минеральная
часть грунта; 2— лед
массивную (или слитную) с равномерным распределением ледя-
ных кристаллов, характеризуемую в основном наличием порового
льда (рис. 3.3, а);
слоистую, при которой ледяные включения располагаются в
виде линз и прослойков, ориентированных в одном направлении
(рис. 3.3, б);
55
сетчатую (или ячеистую), при которой ледяные включения раз-
личной ориентации образуют сеть или решетку (рис. 3.3, в).
Максимальную осадку при оттаивании дают грунты сетчатой и
слоистой текстуры. Наибольшее количество ледяных включений со-
держится в торфяных грунтах, где иногда их вес во много раз пре-
восходит вес органической и минеральной частей грунта. Незначи-
тельны ледяные включения в глинистых грунтах с влажностью после
оттаивания, не превышающей предела раскатывания, а также в
плотных песчаных или гравийно-галечниковых грунтах, замерзающих
без подтока грунтовых вод.
В скальных породах лед заполняет только трещины, и количе-
ство его зависит от степени трещиноватости вмещающих пород.
Степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и пеза-
мерзшей водой G определяется по формуле
(1,1Гс + ^)уч ‘
G =--------—---------, (3.8)
где ем — коэффициент пористости мерзлого грунта в естественном
состоянии; ув — удельный вес воды, равный 0,001 кг/см3.
Величина G используется при определении пластичномерзлого
состояния грунтов и при оценке прочности сцепления частиц грунта
льдом. При малой величине G грунт легко разрушается подударной
нагрузкой, при больших значениях (G > 0,9) отмечается распучен-
ность грунта, а следовательно, повышенная уплотняемость после от-
таивания.
Объемный вес мерзлого грунта ум — частное от деления веса
мерзлого образца gip па его объем ненарушенного сложения уГр:
Ym ^гр/^гр'
(3-9)
определяется опытным путем при отрицательной температуре по
монолитам мерзлого грунта, взятым грунтоносом.
Засоленность мерзлого грунта z характеризует относительное
содержание в грунте водорастворимых солей, определяется как от-
ношение веса солей gz к весу скелета мерзлого грунта (включая вес
содержащихся в нем солей) по формуле
г=------------100.
(£ск + gz)
(3.10)
Для грунтов слоистой и сетчатой текстуры при их льдистости
Лв >0,4 засоленность следует определять только для грунтовой
прослойки, расположенной между ледяными включениями.
Концентрация порового раствора Кир, характеризующая степень
минерализации грунтовой влаги, определяется как отношение веса
солей gz к весу раствора (gw + gz) по формуле
Кпр
gz
gw + gz
(З.Н)
где gw — вес всей воды, находящейся в мерзлом грунте, а при льди-
стости грунта Лв > 0,4 — вес воды, находящейся только в грунтовой
прослойке.
56
При известной засоленности грунта концентрацию порового раствора
допускается определять по формуле
г+iw (3-12>
где W — влажность засоленного грунта в долях единицы, принимае-
мая для грунтов с льдистостью Лв ^0,4 равной 1^с, а с Лв > 0,4
равной lFr.
Состав водорастворимых солей, характеризующий тип засолен-
ности грунта (хлоридный, сульфатный, карбонатный, бикарбонатный
и т. д.), следует определять методом водной вытяжки.
§ 3.2. Механические свойства мерзлых
грунтов
Прочность мерзлых грунтов определяется связями между агре-
гатами и отдельными их частицами. Различают несколько видов
внутренних связей в мерзлом грунте (молекулярные, льдоцементные,
структурно-текстурные), однако основным связующим является лед.
Как известно, любая, даже крайне незначительная, нагрузка на
лед вызывает пластично-вязкие его течения. В соответствии с опреде-
лением вечномерзлый грунт всегда содержит известное количество
льда. Таким образом, проявление реологических свойств мерзлых
грунтов (течение их во времени под нагрузкой) является основным
элементом в понимании, определении и рассмотрении механических
свойств грунтов.
Ползучесть мерзлых грунтов подразделяют па затухающую
(с постепенным уменьшением скорости необратимых деформаций до
нуля) и незатухающую (при напряжениях больше некоторого преде-
ла, названного пределом длительной прочности), характеризуемую
возникновением необратимых структурных деформаций. Различают
три стадии незатухающей ползучести;
неустановившейся ползучести, при которой скорость деформа-
ций стремится к некоторой постоянной величине;
установившейся ползучести с постоянной скоростью деформиро-
вания, которая может продолжаться иногда значительное время:
величина этой скорости характеризуется коэффициентом вязкости,
который сам по себе непостоянен и зависит от времени действия,
нагрузки и величины отрицательной температуры грунта;
прогрессирующего течения с разуплотнением мерзлого грунта,
нарушением его структуры, в конечном счете разрушением основания.
В отличие от льда мерзлые грунты имеют пределы длительной
прочности. Последние определяются опытным путем с использованием
шарикового штампа Н. А. Цытовича или динамометрическим мето-
дом С. С. Вялова.
Из рассмотрения основ реологии мерзлых грунтов вытекает по-
ложение о нестабильности их механических свойств и невозможности
анализа последних без учета фактора времени.
Быстрое действие внешних нагрузок характеризуется величиной
мгновенной прочности мерзлых грунтов, длительное — пределом дли-
тельной прочности. По данным С. С. Вялова, величина предельно
длительной прочности грунта в 5—15 раз меньше мгновенной и
67
наступает, особенно в связных грунтах, через достаточно длительное
время.
Ниже рассматриваются характеристики механических свойств
мерзлых грунтов.
Сопротивление мерзлых грунтов сжатию осж и растяжению о₽
зависит от температуры и влажности. С понижением отрицательной
температуры значения о возрастают. На их величину оказывает влия-
ние также состав грунтов, их льдистость-влажность, текстура и пр.
Характер изменения от температуры грунта и влажности пока-
зан на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Зависимость временного сопротивления сжатию мерзлых
грунтов от температуры (а) и влажности (б)
1—пылеватый песок; 2 — кварцевый песок; 3 — супесь; 4 — глина, суглинок
тяжелый; 5 — лед; 6 — песок; 7 — глина
При быстром, мгновенном действии нагрузки так называемые
временные (кратковременные) сопротивления сжатию и растя-
жению о^р весьма велики и стремятся к аналогичным показателям
скальных пород. Количественные данные о их величине приводятся
в табл. 3.2 и 3.3. Из таблицы следует, что мерзлые грунты хорошо
сопротивляются действию кратковременных нагрузок. Предельно-
длительные сопротивления мерзлых грунтов сжатию в 5—10 раз
меньше временного их сопротивления. При этом, чем больше ступень
нагрузки, тем медленнее происходит затухание деформаций. Предель-
но-длительное сопротивление растяжению мерзлых грунтов значи-
тельно (в 2—6 раз) меньше их сопротивлений сжатию, поскольку при
растяжении уменьшается число контактов между минеральными
частицами грунта, а при сжатии оно увеличивается. Значения ОдЛ
в глинистых грунтах больше, чем в песчаных.
Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу определяется главным
образом температурой грунта, величиной внешнего давления и вре-
менем действия нагрузки. Естественно, оно различно для грунтов
разного состава и состояния.
58
Таблица 3.2
Временное сопротивление мерзлых грунтов ненарушенной
структуры сжатию
Наименование грунта Суммарная влажность №с- % Температура, °C осж врг кгс/см2
По данным Н. А. Цытовича
Пылеватый песоч (содержание 19,8 -1,3 105
фракций > 0,05 мм —76,4 %, < 19,1 -3,9 140
< 0,005 мм —2,8%) 19,8 -12,0 174
29,3 -11,0 97
Супесь (содержание фракции < 24,8 -3,3 58
< 0,005-10%) 26,5 -6,0 80
Суглинок тяжелый (содержание 24,9 -1,5 20
фракции < 0,005 мм —14,8 %) 25,0 -4,8 38
25,1 -11,8 65
Щебенистый суглинок (содержа- ние фракций > 2 мм—43 — 63%, 2ч-0,05 мм —19-5-29%, 0,05 мм — -14 + 28%) 12-17 -9,8 49-59
По данным С. С. Вялова
Супесь легкая 20-24 -4 33-36
Супесь тяжелая 32-35 -4 16-18
Примечание. Предельно-длительное сопротивление сжатию в опытах
С. С. Вялова составляло: супеси легкие—5, супеси тяжелые—2 3 кгс/см2.
Таблица 3.3
Мгновенные и предельно-длительные сопротивления разрыву
(растяжению) мерзлых грунтов ненарушенного сложения
(по С. С. Вялову)
Наименование грунта Влажность % Темпера- тура грунта, °C <jP, кгс/см2
мгновен- ное действие нагрузки предельно- длительное
Суглинок тяжелый пыле- ватый 30 -4,2 24,0 1,7-1,8
То же, легкий 30 -4,0 20,0 1,6-1,7
Супесь тяжелая пылевая 44 -4,2 20,0 1,6-1,7
44 От -0,2 до -0,4 7,0-8,0 0,3
30 -4,6 — 1,7-1,8
Супесь легкая пылеватая 31 -4,3 20,0 1,8
При не очень больших давлениях (до 10—15 кгс/см2) оно в
общем виде может быть описано уравнением
== Ct + р tg (3.13)
где Ct — сцепление; р —нормальное давление; дц — угол внутреннего
трения.
59
Сопротивление сдвигу увеличивается с понижением температуры
грунта (рис. 3.5) или увеличением нормального давления (рис. 3.6).
Величина сцепления в общем сопротивлении сдвигу мерзлых
грунтов составляет значительную часть: по опытным данным
Н. А. Цытовича, для мерзлых глин сна колебалась в пределах
60—94%.
Особенно большое снижение сопротивления сдвигу мерзлых грун-
тов наблюдается при длительном действии нагрузки. По данным
Н. А. Цытовича, в опытах с мерзлым глинистым грунтом сетчатой
структуры при U7C — 33% и t = —2 °C было получено тМги =
= 13,7 кгс/см2, а длительное сопротивление тдд — 1,1 кгс/см2.
Рис. 3.5. Зависимость сопроти-
вления сдвигу мерзлого грунта
и льда от температуры (по
П. Л. Шейкову)
1 —лед; 2 —супесь; 3 — глина
Рис. 3.6. Зависимость сопротивле-
ния сдвигу от величины нормаль-
ного давления (по С. С. Вялову)
Суглинок пылеватый, влажность 31%,
/=-0,3° С
1 — мгновенное сопротивление; 2 — пре-
дельно-длительное сопротивление
По С. С. Вялову, предельно-длительное сопротивление в 2,5—
6 раз меньше мгновенного. Количественные данные приведены в
табл. 3.4.
Таблица 3.4
Мгновенные и предельно-длительные сопротивления
мерзлых грунтов сдвигу
Наименование грунта Темпе- ратура, °C тмгн’ кгс/см’ тдл, кгс/см2
Нормальное давление р, кгс/смг
1,0 2,0 3,0 1,0 2,0 3,0
Супесь тяжелая пыле- ватая, 117 = 35% Суглинок легкий пыле- ватый, Wz=32% -0,3 3,4 5,4 6,8 0,8-0,9 1,0-1,1 1,3-1,4
-0,3 4,7 5,0 6,2 0,7 0,9-1,0 1,3-1,4
60
Определять Ct и <pt можно на срезных приборах, а также испыта-
нием образцов на трехосное сжатие или кручение.
Н. А. Цытовичем и С. С. Вяловым предложена методика опреде-
ления сил сцепления мерзлого грунта по величине осадки, возникаю-
щей при вдавливании сферического штампа, при этом вводится по-
нятие эквивалентного сцепления СгцВ—комплексной характеристики,
учитывающей совместно как силы сцепления, так, в известной
мере, и трение.
Величина эквивалентного сцепления подсчитывается по резуль-
татам испытаний
Сэкв — 0,18
Р
nDSf ’
(3-14)
где Р — нагрузка на штамп; кг; D — диаметр штампа, см; St—вели-
чина осадки штампа, различная в разные промежутки времени.
Рис. 3.7, Кривые изменения
сил сцепления мерзлых грун-
тов во времени (по С. С. Вя-
лову)
/ — песок; 2 — глина ленточная;
3 — супесь тяжелая пылеватая;
4 — суглинок тяжелый пылеватый
Эквивалепгное сцепление в значительной степени зависит от
температуры грунта и времени действия нагрузки. Величины сил
сцепления, полученные в результате мгновенного действия нагрузки,
% превышают величины, полученные от действия длительной нагрузки,
в 4—8 раз. Изменения эквивалентного сцепления во времени пока-
, завы на рис. 3.7, данные о их величине для грунтов различного со-
f пава приведены в табл. 3.5.
1 По предложению С. С. Вялова, величину Сдл определяют по
« результатам испытаний продолжительностью 8 ч с введением коэф-
' фициента 0,8: Сдл = 0,8 Се. Но, по-видимому, это нельзя отнести ко
всем грунтам. По опытам, проведенным в Амдерминской комплексной
лаборатории, для мерзлых засоленных грунтов различного состава
(ил, суглинок, супесь, песок) и состояния этот коэффициент был по-
лучен в пределах 0,35—0,90.
Прочность смерзания грунтов RCn — сопротивление сдвигу грун-
f тов по поверхности их смерзания с материалом фундаментов; опреде-
ляется путем продавливания или выдергивания стоек, заделанных в
I мерзлый грунт.
Различают предельно-длительную устойчивую (используемую
для расчетов на выпучивание) и временную прочности смерзания
определяемые в результате мгновенного действия нагрузки и
• используемые для расчетов сооружений при динамических нагрузках.
61
Таблица 3. 5
Мгновенное и предельно-длительное эквивалентное сцепление
мерзлых грунтов ненарушенной структуры при различной
их температуре (по С. С. Вялову)
Наименование грунта Влаж- ность W, % Температура, °C
-0,34--0,4 —1,1 -г- —1,2 — 4,0 -Ь -4,2
Г МГН Сдл Г мгн Сдл ^мгн Сдп
Глина ленточная плотная (мине- ральные прослой- ки) 35 5,7 1,8 8,0 2,6 14,4 4,2
Суглинок тяже- лый пылеватый 36 4,3 0.6 8,5 1,0 11,7 —
Суглинок лег- кий пылеватый 32 4,1 0,9 5,4 3,0 8,4 4,6
Супесь тяже- лая пылеватая 28-34 4,0-4,5 0,9-1,0 7,3 1,6 7,7-15,0 2,8-3,2
Супесь тяже- лая пылеватая сильно влажная 43 6,0 0,8 — 11,0 2,0
Супесь легкая заторфованная 30 — — — — 9,0 2,0
Песок 23-25 11 4-17,1 2,3-1,9 13,8-19,0 2,7-2,2 18,7-20,2 4,5-3,7
На величину временной прочности смерзания мерзлых грунтов
с деревом, как показали опыты Н. А. Цытовича, при одинаковой сте-
пени увлажнения грунтов существенно влияет механический состав
Рис. 3.8. Зависимость вре-
менной прочности смер-
зания грунта с деревом
при t =—10° С от гра-
нулометрического соста-
ва (по Н. А. Цытовичу)
грунта: чем крупнее частицы грунта, тем меньше прочность смерза-
ния. Наименьшей прочностью смерзания характеризовались гравий-
но-галечниковые грунты (рис. 3.8).
Временная прочность смерзания особенно сильно возрастает с
понижением температуры в области фазовых превращений воды,
когда большая часть поровой воды превращается в лед (для песков
и супесей от 0 до —1°, для глин — от 0,5 до —5°C). При низких
62
„ММпературах она может достигать большой величины (300—500/тм2).
МВИСИМость величины /?Сд от температуры грунтов, как показали
работы Б. И. Далматова, близка'
N линейной. Таблица 3.6
Для предельно-длительной ве-
личины прочности смерзания
Значения параметров С и 6
= С + Ыг , (3.15) Наименование л р грунта Где С, b — параметры линейной с, кгс/см2 ь, кг/см2-град
зависимости Тем от температуры; /,.р — температура грунта без уче- линТчерепо^ца та знака. Пылеватый тя- Величины С и b для некоторых желый суглинок видов мерзлых грунтов установ- п^ёватая тя. лены Б. И. Далматовым ОПЫТНЫМ желая супесь путем (табл. 3.6). Игарки Величины предельно-длитель- ИОЙ прочности смерзания в 5—10 раз Меньше временной прочности смерзания. Предельно-д 0,5 0,4 0,4 ;лител! 0,12 0,10 0,16 □ная проч-
ность смерзания грунта /?с^’ с деревянными сваями при различной
температуре грунта (по С. С. Вялову):
Температура вечно- мерзлого грунта и фундамента, °C . . —0,2 -0,5 — 1,0 —2,0 -3,0
кгс/см2 0,3 0,6 1,0 1,5 2,0
Примечание. Для песчаных грунтов, а также при забивке
свай в пробуренные скважины приведенные данные рекомендуется
увеличивать в 1,25—1,5 раза.
Таблица 3.7
Нормативные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу, кгс/см2,
по бетонным и деревянным поверхностям фундаментов
Наименование грунтов Нормативные сопротивления /?” , кгс/см2 при температуре грунтов, °C
-0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 — 4 и нп.хе
Песчаные всех разно- видностей 0,8 1,3 1,6 2,0 2,3 2,6 2,9 3,3
Глинистые, включая Пылеватые 0,5 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 2,3 2,5
Для расчетов сооружений величину 7?Сд рекомендуется опреде-
лять опытным путем, а в случае отсутствия опытных данных допу-
скается принимать по табл. 3.7.
63
Значения 7?”д при смерзании грунтов с металлическими поверх-
ностями, если эти поверхности специально не обработаны, прини-
маются с коэффициентом 0,7.
На засоленные мерзлые грунты в силу специфических их свойств
данные табл. 3.6 не распространяются, сведения о их характеристи-
ках приводятся ниже (§ 9.7).
Для свай, погруженных в скважины, заполненные грунтовым
раствором. принимаются, как для глинистых грунтов, по составу
раствора.
Величины касательных сил морозного пучения, характеризующих
смерзание грунта с поверхностью фундамента, различны по высоте
Таблица 3.8 Значения относительной силы выпучивания
Наименование района т“• кгс/см2 при мощности пучи- нистых грунтов сезоннооттаиваю- щего слоя
до 1 м 2 м и более
Районы Запо- лярья Средняя часть районов распро- странения вечно- мерзлых грунтов Районы южнее 55-й параллели Примечав жуточных мощное вающего слоя с определяются по в 60 75 90 и е. Дл5 гей сезог илы вып нтерполя 100 120 150 проме- щооттаи- учивания ции.
фундамента, поскольку изменяют-
ся температура, влажность грунта
и другие факторы. В общем случае
они зависят от мощности зоны,
активной в смысле пучения.
По мнению С. С. Вялова и
В. О. Орлова, за величину удель-
ных (на единицу площади смерза-
ния) касательных сил морозного
пучения можно принимать величи-
ну предельно-длительного сопро-
тивления мерзлого грунта сдвигу
по материалу фундамента /?сд.
В практических расчетах ча-
сто принимаются относительные
силы выпучивания т
т = —, (3.16)
и
где Т — суммарная сила, выпучи-
вающая фундамент; и — периметр
фундамента.
Величину т рекомендуется при-
нимать по табл. 3.8.
На участках с глубоким залеганием вечномерзлых грунтов, как
показали опыты А. М. Пчелинцева и других, относительные силы
выпучивания могут превышать табличные значения в 2—3 раза.
Сжимаемость мерзлых грунтов проявляется в зависимости от
времени действия, величины и характера приложенной нагрузки.
Грунты разного состава, температуры и влажности имеют различную
сжимаемость.
Мерзлые грунты с низкой температурой характеризуются незна-
чительной величиной деформации сжатия и относятся к категории
малосжимаемых.
При высокой, близкой к нулю, температуре мерзлые грунты
могут даже при малых нагрузках значительно уплотняться, не пере-
ходя в талое состояние. Величина сжатия достигает 1,5—4,0 см на
1 м сжимаемой толщи. Такие грунты относятся к категории сжимае-
мых, и осадка их рассчитывается общепринятыми в механике грун-
тов методами.
Величине сжимаемости грунтов соответствуют и виды их дефор-
маций (мгновенные, длительные разрушения). Для мгновенных в
64
большей степени свойственны упругие деформации, характеризуемые
модулем нормальной (продольной) упругости (модуль Юнга Е,
Кгс/см2) и коэффициентом поперечной упругости (коэффициент Пуас-
сона ц). Для деформаций уплотнения показателями являются приве-
Рис. 3.9. Зависимость модуля
упругости мерзлых грунтов от
величины отрицательной темпе-
ратуры цри давлении 2 кгс/см2
(по Н. А. Цытовичу)
1 — песок; 2— супесь пылеватая; 3 —
глина
Рис. 3.10. Зависимость модуля
упругости (103 кгс/см-’) мерзлого
суглинка от влажности и тем-
пературы при давлении 1 кгс/см2
(данные Ленморниипроекта)
денный коэффициент относительной сжимаемости мерзлого грунта
а0 и модуль его общей деформации Ео.
Общая величина сжатия мерзлых грунтов составляется из оста-
точных (структурного уплотнения пластического течения) и упругих
(собственно упругих и адсорбционно-обратимых) деформаций. По
Рис. 3.11. Зависимость модуля
упругости мерзлой супеси и
льда от величины внешнего да-
вления (по Н. А. Цытовичу)
/ — супесь (/=-4° С); 2 — лед (t =•
= —1,5° С)
данным Н. А. Цытовича, упругие деформации могут достигать 60%
от величины общей деформации и больше.
При длительном действии нагрузки упругие деформации прояв-
ляются главным образом у твердомерзлых грунтов с низкой темпе-
ратурой. Грунты с температурой, близкой к 0°С, как правило, упру-
гих свойств не проявляют и накапливают только остаточную дефор-
мацию. При быстром действии нагрузки упругие деформации имеют
все виды грунтов.
3 Зак. 190
65
Модуль упругости мерзлого грунта Ем представляет собой отно-
шение величины напряжения к величине относительной упругой де-
формации в условиях кратковременного внешнего воздействия и
отрицательной температуры.
Модуль упругости мерзлого грунта—величина переменная, зави-
сящая от вида грунта, влажности и особенно от температуры и
внешнего давления (рис. 3.9, 3.10, 3.11). Влияние отрицательной
температуры на упругие свойства мерзлого грунта тем больше, чем
меньше внешнее давление, и, наоборот, влияние внешнего давления
особенно сказывается при незначительной отрицательной темпера-
туре (выше границы фазовых переходов воды в лед).
Таблица 3.9
Значения модуля упругости мерзлого грунта
Наименование грунтов Влажность грунта, % и внешнее давление, кгс/см2 Значения Р-104, кгс/см2 при температуре грунта, °C
от —0,2 до —0,5 -1,5 от —2 до -6 ниже —6
Песок №=18 Р =0,5-5- 2 1,0-2,0 3,5-5,5 5,0 —
Песок однород- Р =1,0<-2,0 — 3,2-3,9 11,0-12,0 —
ный 2,8-3,4 6,5-11,0
Песок с ледяны- Р =1,04-2,0 — —•
ми прослойками
Супесь II II 10,0 __
Р =2,0 — — 6,0 —
Р=3,0 — — 4,7 —
Супесь пыле- №=9,4-23 0,64-1,75 2,0-3,3 2,85-3,5 3,5-9,7
вата я
Пылевато-илис- тые грунты №=9,4 Р =2,0 0,7-1,0 2,5 3,2 —
Суглинок Пыле- ва го-ил истый № = 41 Р =2,0 0,51 — — —
Суглинок пыле- ватый II II QO ьэ — 1,3-1,6 3,7-7,2 7,65-11,9
Суглинок мстин- ский IIII 0,16-0,65 1,2-1,9 1,1-5,2 2,35-10,9
Суглинок сло- истый №=32 Р =1,0 — 4,1
Р =2,0 — — 4,0 —
Р =3,0 — — 3,5 —
Глина № = 35 Р =2,0 0,5-0,6 0,8 1,0
№ = 7,54-25 — 0,05-0,25 0,08-0,65 0,4-1,59
Глина кольдие- № = 4,54-52,5 0,19-2,0 2,35-3,2 2,6-4,25 3,45-8,9
вая
Глина бентони- № = 27,04-105 — 0,13 0,19-2,45 0,75-7,4
товая
Глина каолино- №=16,54-47 0,44 1,6-2,0 2,6-5,0 3,0-7,9
вая
Лед Р =1,0 — 3,7 4,5 •—
Р =2,0 — 2,4 3,4
66
В количественном отношении мерзлые грунты характеризуются
Величиной модуля упругости в пределах (0,5—10) -104 кгс/см2', что
существенно отличает их от грунтов талых. В области низких темпе-
ратур возможно такое положение, когда величина модуля упругости
мерзлого грунта превысит модуль упругости материала фундамента.
Полученные экспериментальные данные о величине модуля упру-
гости мерзлых грунтов приводятся в табл. 3.9.
Коэффициент Пуассона (поперечной упругости мерзлых грунтов)
представляет собой отношение поперечной относительной упругости
Деформации к продольной упругой деформации при том же осевом
напряжении. Отмечается значительное влияние температуры па вели-
чину коэффициента Пуассона для мерзлых грунтов, при низких зна-
чениях которой ц приближается к величинам для твердых тел. Зна-
чения ц, полученные опытным путем, приведены в табл. 3.10.
Таблица 3.10
Значения коэффициента Пуассона для мерзлых грунтов
(по Н. А. Цытовичу)
Наименование грунта Влаж- ность, % Те мпера- тура, °C Внешнее давление, кгс/см2 Коэффи- циент Пуассона
Песок 19 -0,2 2 0,41
19 -0,8 6 0,13
Суглинок 28 -0,3 1,5 0,35
28 -0,8 2 0,18
25,3 -1,5 2 0,14
28,7 -4,0 6 0,13
Глина 50,1 -0,5 2 0,45
53,4 -1,7 4 0,35
54,8 -5,0 12 0,26
Лед - — 0,2-5- —1,0 - 0,34
Приведенный коэффициент относительной сжимаемости мерзлого
грунта отражает объемное уменьшение образца при увеличении на-
грузки, определяется расчетом по результатам компрессионных испы-
таний или методом пробных нагрузок. Величина приведенною коэф-
фициента относительной сжимаемости переменна, зависит от вели-
чины отрицательной температуры мерзлого грунта, его состава и
внешних давлений. Данные о его величине для некоторых разновид-
ностей грунтов приведены в табл. 3.11.
Модуль общей деформации Ео — отношение величины давления
К суммарной величине относительной деформации мерзлого грунта
(упругой и остаточной), определяется по данным опытных нагрузок.
Величины его для некоторых разновидностей грунтов приведены в
табл. 3.12.
Удельная энергоемкость скола и удельное сопротивление резанию
(по А. Н. Зеленину) характеризуют податливость мерзлого грунта
скалывающим (режущим) усилиям для определения методов эффек-
тивной их разработки. Удельная энергоемкость скола представляет
собой отношение количества работы, затрачиваемой на скалывание.
3* 67
Таблица 3.11
Значения приведенного коэффициента сжимаемости
мерзлого грунта (по данным Н. А. Цытовича, С. С. Вялова,
Г. Н. Максимова, Л. П. Гавелиса)
Наименование грунта Давление, кгс/см2 Влаж- ность, % Темпера- тур а, °C Приведенный коэффициент сжимаемости, см2/кг
Песок 8 13 -0,3 0,0010
32 -2,0 0,0002
Супесь средняя 8 24 -1,0 0,0017
43 -2,2 0,0014
Супесь пылеватая 1-12 28 -0,1 ' 0,0231
28 -0,3 0,0139-0,0070
28 - 1,4 0,0080-0,0040
28 -3,6 0,0050-0,0030
Суглинок — 40 -1,0 0,0032
46 -2,0 0,0020
Глина ленточная 1-8 36 -3,6 0,0019-0,0026
34 -0,4 0,0016-0,0030
Таблица 3.12
Величина модуля Ео
Наименование грунта Темпера- тура, °C Модуль общей дефор- мации, кгс/см2 По каким данным
Пылеватый грунт с линза- ми льда F=5800-7-9800 см2: Норильский комбинат
0 = 44-8 кгс/см2 -2,5 1130-2140 Полевые исследования
0=24-10 кгс/см2 -1,0 515-1420 То же
0=44-12 кгс/см2 Супесь пылеватая /=9,64-40,6 см2, 0=7,0 кгс/см2, — 2,0 378-624 »
№' = 204-23% -5,0 593-676 В. Г. Березанцев. Лабораторные иссле- дования
То же, F —19,6 см2 Суглинок пылеватый /'=154 см2, 0=7,7 кгс/см2, -7,0 635 То же
№' = 334-39% Супесь пылеватая 0=14-7 кгс/см2, -1,0 560 Ленморниипроект, Полевые исследования в пос. Тикси
№'=28,5% -0,3 57-82 С. С. Вялов.
-1,4 -3,6 92-185 147-240 Длительные испытания
к объему сколотого мерзлиго грунта и определяется специальным
ударным скалывающим плотномером. Данные о ее величине приве-
дены в табл. 3.13.
68
Таблица 3.13
Удельная энергоемкость скола
мерзлых грунтов различного состава
(по А. Н. Зеленину)
Наименование грунта Влаж- ность, % Темпе- ратура, °C Удельная энерго- емкость, кгм/см3
Песок 17 -12 0,06
Супесь 18 -12 0,09
Суглинок легкий 19 -12 0,12
» тяжелый 25 -12 0,15
Глинистый грунт (не мерзлый) 19—25 Поло- жи- тельная 0,004
Таблица 3.14
Классификация мерзлых грунтов по трудоемкости
их разрыхления отбойными молотками
Кате- гория Грунта Наименование грунтов Трудоемкость разрыхления 1 м3 грунта, чел.-ч
непол- ностью льдоиасы- щенные грунты при полном смерзании грунтовых частиц полностью льдонасы- щенные грунты при полном смерзании частиц грунта, Но при отсут- ствии линз и прослой- ков льда избыточно льдонасы- щенные грунты с линзами и прослой- ками льда толщиной 2 см избыточно льдонасы- щенные грунты с большим количе- ством линз и прослой- ков льда мощ- ностью более 2 см
I Растительный слой, торф и заторфованные грунты 1,30 1,75 1,30 1,15
II Пески 1,80 2,40 1,80 1,55
III Супеси, суглинки, глины 2,20 2,90 2,20 1,90
IV Пески, супеси, суглин- ки и глины с примесью гравия, гальки, дресвы и щебня в количестве до 20% без валунов, с ва- лунами не более 10% 2,60 3,40 2,60 2,20
То же, с примесью гра- вия, гальки, дресвы и щебня в количестве до 20% и валунов более 20% 3,00 4,00 3,00 2,60
V То же, с примесью гра- вия, гальки, дресвы и щебня в количестве более 20% и валунов более 10% 3,50 4,80 3,50 3,10
VI Гравийно-галечные и щебе нисто-дресвяные грунты с примесью валу- нов в количестве 10% 4,00 5,60 4,00 3,69
Подземный лед — 0,35 —
69
Изменение температуры мерзлого грунта в пределах от — 0,3 до
—12 °C не оказывает существенного влияния на величину удельной
энергоемкости скола.
Удельное сопротивление резанию мерзлого грунта k представляет
собой отношение усилия резания с помощью стандартного режущего
органа элементарною профиля (плоский клин) к площади среза.
Чаще всего употребляется инструмент с шириной b — 3 см, углом
заострения |3 = 180° и углом резания а = 90°. Наиболее высоким
сопротивлением резанию из песчаных и глинистых грунтов обладают
супеси и суглинки. Величина сопротивления резанию зависит также
от влажности (максимальная при полном заполнении пор грунта
льдом) и температуры мерзлого грунта.
В практике для определения сопротивляемости мерзлых грунтов
воздействиям применяют испытания его числом ударов стандартного
ударника ДорНИИ, т. е. числом ударов, необходимых для углубле-
ния в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня с углом
заострения |3 = 180° и площадью 1 см2 при падении груза весом
2,5 кг с высоты 0,4 м.
Мерзлые грунты с небольшим содержанием влаги, поры которых
не полностью заполнены льдом, а также грунты, содержащие вклю-
чения льда в виде линз и прослойков, разрабатываются легче льдо-
насыщенных грунтов массивной текстуры, лед в которых содержится
в качестве цемента. Скалывание льдистого грунта происходит чаще
всего по ледяным прослойкам или по плоскостям соприкосновения
минеральных и ледяных прослойков.
Трудоемкость разработки пластично-мерзлых грунтов в среднем
повышается на 10% относительно твердомерзлых грунтов.
Влияние температуры на трудоемкость разрыхления твердомерз-
лых грунтов не имеет практического значения.
Классификация мерзлых грунтов по трудоемкости их разрыхле-
ния приводится в табл. 3.14.
§ 3.3. Теплофизические свойства мерзлых
грунтов
Показатели теплофизических свойств необходимы для характе-
ристики теплофизических процессов в мерзлых грунтах, особенно при
их промерзании — протаивании. Теплофизические свойства грунтов
основания, облагающих разнородными характеристиками, могут оце-
ниваться по осредненным характеристикам отдельных слоев. В прак-
тических расчетах наиболее распространены показатели теплоемкости
и теплопроводности талых и мерзлых грунтов.
Обьемная теплоемкость грунтов С — количество тепла, необхо-
димое для изменения температуры 1 см3 грунта на 1 °C в
ккал/см3-град (рис. 3.12).
C = Vo6CB> (3.17)
где уОб —объем, вес грунта, кг/см3; Св — весовая теплоемкость грун-
та, ккал/кг-град.
Приближенно весовую теплоемкость можно определять в зави-
симости от весовой влажности W и относительной льдистости i0 по
формулам:
70
Для талых грунтов
для мерзлых грунтов
т _ 0,2 + Г
в 1 + U7 ’
(3.18)
rM 0,2+ IF (1 - 0^£o)
(3.19)
1 +
Для песчаных, гравийных и галечниковых грунтов при температуре
ниже —0,5 °C относительная льдистость практически равна 1. В этом
случае
м 0,2+ 0,5 IF
gb j + w
Чем больше влаги
он обладает, так как
2,5—5 раз выше, чем у
содержит грунт, тем большей теплоемкостью
теплоемкость воды и льда соответственно в
минеральных составляющих грунта.
Рис. 3.12. Значения объем-
ной теплоемкости Ст и См
грунтов
Рис. 3.13. Значения коэффи-
циента теплопроводности Л. за-
торфованных грунтов
а — талые; б — мерзлые
Значения объемной теплоемкости в основном определяются их
влажностью и объемным весом и практически не зависят от состава
грунта, так как удельная теплоемкость минерального скелета у раз-
личных грунтов изменяется незначительно (от 0,17 до 0,2).
Расчетные значения объемной теплоемкости трунтоз могут при-
ниматься по табл. 3.15.
71
Таблица 3.15
Расчетные значения теплофизических характеристик
талых и мерзлых грунтов
Объем-
ный
вес
ске-
лета
грунта,
тс/м
Суммар-
ная
влаж-
ность
грунта,
доли
единицы
Коэффициент теплопроводности грунта,
ккал/м -ч-град
Пески
Супеси
Суглинки
и глины
Торфы
Объемная
теплоемкость
грунта,
ккал/м3-град
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,3
0,3
0,4
0,7
1,0
1,2
1,4
1,4
1,4
1,6
1,6
1,6
1,6
1,
1,
1,8
1,8
1,8
1,8
2,0
2,0
950
650
450
250
900
500
990
750
900
855
820
740
800
720
660
590
520
450
380
835
750
670
590
515
435
755
660
575
485
640
540
400
300
200
570
350
570
500
650
500
520
505
560
520
490
450
420
415
350
590
560
510
480
430
400
575
540
485
450
540
500
Примечание. Для крупнообломочных грунтов значения теплофизиче-
ских характеристик допускается принимать как для песков, для засоленных
грунтов—определять по таблице без учета засоленности.
В теплотехнических расчетах встречаются также понятия:
аддитивной теплоемкости Сад (количество тепла, необходимое
для изменения температуры 1 г мерзлого грунта на 1 °C);
эффективной теплоемкости Св$ (теплоемкость, включающая те-
плоту фазовых превращений воды — замерзания или оттаивания);
скрытой теплоты плавления льда, содержащегося в единице
объема мерзлого грунта,
<Э = Улр, (3.20)
где Ул— объем льда, м3; Ул = ^czoYo6; р —скрытая теплота
плавления 1 кг льда, принимаемая равной 80 ккал/кг.
72
Рис. 3.14. Значения
них грунтов (пески,
а — талые; б — мерзлые
б)
коэффициента теплопроводности Л песча-
супеси при 1ГП < 5)
а)
Рис. 3.15. Значения коэффициента теплопроводности Л гли-
нистых грунтов (супеси при > 5; суглинки и глины)
а—талые; б — мерзлые
Коэффициент теплопроводности грунта X, ккал/м-ч-град— коли-
чество тепла в кал, проходящее в 1 сек через площадь 1 см2 слоя
грунта толщиной 1 см при разности температуры его поверхности
1 °C (рис. 3.13—3.15).
Величина Л так же, как и теплоемкость, зависит от плотности,
влажности, состава и в меньшей степени — от температуры грунта,
ее рекомендуется принимать по табл. 3.15. Для воды она равна
0,4—0,5, для льда 1,9 4- 2,0 ккал/м-ч-град.
Коэффициент температуропроводности а характеризует скорости
выравнивания температуры в различных точках грунта. Чем больше
его значение для грунта, тем быстрее последний будет нагреваться
или охлаждаться:
а = ^-. (3.21)
Глава 4
ПЛАНИРОВКА И ЗАСТРОЙКА
НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
§ 4.1. Выбор площадки строительства
При выборе площадки под строительство населенного места не-
обходим тщательный микроклиматический анализ территории (мик-
рорайонирование). Он должен проводиться по следующим основным
параметрам: зимним температурам, направлению и протяженности
стоковых ветров, скорости и направлению зимних и летних ветров,
снегопереносу, инсоляции, летним радиационному нагреву и темпе-
ратурам.
При выборе площадки в горных районах Севера необходимо
принимать во внимание все указанные параметры. В равнинных
местностях с уклонами менее 3% учитывается лишь величина снего-
переноса, так как остальные факторы влияют очень мало. Оценивать
местность следует на топографической основе масштаба 1:25 000—•
1 : 10 000.
Перед определением микроклиматических параметров необхо-
димо проанализировать территорию по уклонам и экспозиции скло-
нов. Ориентация при этом принимается по четырем главным румбам.
Границы между экспозиционными участками определяются по точ-
кам на горизонталях, в которых нормали к ним имеют промежуточ-
ные азимуты 45°, 135°, 225®, 315°. Непригодными следует считать
площадки с преобладающими северными склонами, предпочтитель-
ными— площадки, обращенные на южную половину горизонта.
При оценке рельефа местности на топографической основе выде-
ляются территории с уклонами до 3%, от 3 до 10%, от 10 до 20%, на
карте также выделяются вершины, плоские водоразделы и дно долин
с уклонами до 0,5%. Пригодными считаются участки с уклоном от
3 до 10%, ограниченно пригодными — от 0,5 до 3 и от 10 до 20%,
непригодными — уклон менее 0,5 и более 20%.
В гористой местности до уровня 600—1000 м в зимнее время в
повышенных местах теплее, чем в долинах, т. е. наблюдается темпе-
ратурная инверсия: холодный воздух скатывается по склонам вниз
и замещается более теплым воздухом, притекающим из атмосферы.
При этом в низинах и котловинах образуются так называемые линзы
холода. Перепад температур в пределах линзы холода в отдельных
случаях достигает 15—20 °C. Высоту линзы холода в зимнее время
ориентировочно можно определить в 2/3 перепада между средней
высотой окружающих долину возвышенностей и дном долины
(с уклоном менее 3%). Образующийся выше линзы холода слой
изотермии препятствует вертикальному перемешиванию воздушных
масс и способствует концентрации в воздухе промышленных выбро-
сов, что может привести к возникновению смога. Зимние температур-
ные условия должны анализироваться с учетом указанного явления.
75
Температура на разных уровнях рассчитывается по формуле
где tt — температура воздуха на определенных уровнях, °C; —
температура воздуха по данным ближайшей метеостанции, °C; hi —
высотная отметка определяемого уровня, м; Лм — высотная отметка
метеостанции, м; у — температурный градиент, °С/100 м.
Зимний температурный градиент в районах с антициклональным
типом погоды может достигать в приземном слое долин, котловин
до —10 °C, в прибрежных районах до —5 °C.
По данным расчета территория членится на районы с градацией
температур 3—5 °C. Зимние температурные условия рассчитываются
по характерному для данной местности зимнему градиенту темпера-
тур и среднемесячной температуре воздуха самого холодного месяца.
Линии стока наносятся на топографическую основу от водораз-
дела к тальвегу перпендикулярно горизонталям. При этом имеется
в виду, что сток происходит при уклонах более 3%. Линии стока
членятся на отрезки по 500 м и выделяются пояса воздухосборов
различной мощности. Наилучшие условия будут в зоне наименьшей
длины стока.
Ветровой режим территории анализируется по основным направ-
лениям и скорости ветра. Изменения направлений при огибании вер-
шин помечаются на карте стрелками. Направления преобладающих
ветров по данным метеостанций в связи с их возможным изменением
под действием рельефа рекомендуется контролировать по картам
Климатического атласа СССР.
При определении скорости ветра над различными частями рель-
ефа следует пользоваться коэффициентами скорости ветра. По этим
коэффициентам на гипсометрической карте выделяются зоны скоро-
стей ветра. Коэффициент изменения скорости ветра на рельефе по
сравнению с открытым ровным местом для высоты 2 м при скорости
ветра на метеостанции 3—6 м/сек следующий:
вершина сопок Д/г > 500 м .................. 2,2—2,4
наветренные склоны:
нижняя часть крутизной
3-10%................................... 0,7-0,8
средняя часть крутизной > 10% .... 1,2—1,4
верхняя часть крутизной > 10% .... 1,6—1,7
подветренные склоны:
нижняя часть крутизной 3—10%........... 0,6—0,7
средняя часть крутизной > 10%.......... 0,7—0,8
верхняя часть крутизной > 10%.......... 1,2—1,3
параллельные ветру склоны:
нижняя часть крутизной 3—10% ..... 0,9—1,1
средняя часть крутизной > 10% ..... 1,2—1,4
верхняя часть крутизной > 10%.......... 1,6—1,8
дно долин:
продуваемых ветром................. 1,3—1,5
не продуваемых ветром.................. 0,7—0,8
Этот способ дает примерную характеристику ветрового режима.
Более точные данные получают при анемометрической съёмке мест-
76
Иости. Изменения ветрового режима под воздействием рельефа рас-
сматриваются для зимнего и летнего периодов. По результатам
Этого анализа строятся розы ветров.
Интенсивность снегопереноса зависит от скорости ветра, местных
особенностей рельефа, площади снегосборного бассейна, величины
снежного покрова, наличия растительности. Поэтому для каждой
возможной строительной площадки необходима оценка объема пере-
носимого снега с построением розы объемов снегопереноса.
Расчет идет по скорости ветра, обеспечивающей перенос снега
(^6 м/с), и по характеру снегосборного бассейна.
Объем снега, который может быть перенесен ветром, определяет-
ся по формуле
п
qb = X/т- <4-2)
1
где п — число переносов; т — продолжительность переносов, мин;
/—интенсивность переноса, равная 0,00046 и3 (и—скорость ветра,
м/с).
Данные по числу и продолжительности переноса снега и скорости
ветра берутся из климатологических справочников.
Объем возможного снегопереноса по характеру снегосборного
бассейна (?Сб подсчитывается по формуле
Qc6 = 0,7A/zqp, (4.3)
где L — длина снегосборного бассейна, м; в зависимости от средне-
зимней скорости ветра и характеристики рельефа снегосбор-
ного бассейна:
ровная тундра или замерзшая водная по-
верхность ................................... 15 000—20 000
кочковатая тундра............................ 12 000—17 000
бугристая тундра с мелкой растительностью . 3 000—6 000
сильно пересеченная местность с раститель-
ностью .................................... 0—500
лесной и кустарниковый массив............. 0—100
h — высота максимальных годовых снежных осадков за 10 лет, м;
ф — коэффициент снегосноса:
сильно пересеченная местность с расти-
тельностью ............................. 0,00
холмистая тундра с редкой растительно-
стью ................................... 0,20
холмистая тундра без растительности . . 0,46
.1 ровная тундра............................. 0,73
г открытые замерзшие водные поверхно-
[ сти........................................... 0,70—0,90 1
вершины гор.............................. 0,80—1,00 2
т
к Расчеты проводятся по восьми румбам. При построении розы
а снегопереносов по каждому из румбов принимается наименьшее из
.1___________
| 1 В зависимости от площади и степени раскрытия,
f 2 В зависимости от микрорельефа.
I
I
полученных значений. Следует иметь в виду, что в местах затишья
(k < 1) возможно отложение больших масс снега. Так, наиболее
снегозаносимыми участками являются подветренные склоны. Однако
построенная в таком месте роза снегопереноса покажет малые его
объемы. Поэтому следует, двигаясь от этих участков навстречу на-
правлению ветра, определить объемы снегопереноса на подступах к
месту затишья (в районе с k — 1) и места снегоотложений.
Для районов, где имеются площадки с уклонами более 20%, сле-
дует проверить затененность территории близлежащими горами, воз-
вышенностями. Такая проверка выполняется для районов, располо-
женных южнее 60° с. ш. на 22 марта, севернее 60° — на 22 апреля.
Оценка затененности территории выражается в процентах сокраще-
ния продолжительности инсоляции от всего инсоляционного дня и
отмечается на карте. Непригодными следует признать площадки с
потерей инсоляции более 30%, ограниченно пригодными — с потерей
от 20 до 30%.
Анализ экспозиции и крутизны склонов позволяет прокартиро-
вать также приход солнечной радиации и связанные с ней изменения
летних температурных условий. Территории с уклонами до 20% в за-
висимости от экспозиции подразделяются на районы с различным
приходом прямой солнечной радиации, выраженной в процентах от
величины ее прихода на горизонтальную площадку. Для уклонов
более 20% приход солнечной радиации не рассматривается, так как
такие площадки для гражданского строительства непригодны.
Температура воздуха на подветренных южных склонах летом в
дневное время выше на 1—3°, чем на открытом ровном месте, а в се-
верных— ниже. Различие в поступлении тепла сказывается на изме-
нении продолжительности устойчивого снежного покрова. Так, в
районах Якутска и Верхоянска южные склоны крутизной 10° осво-
бождаются от снега раньше на 5—8 дней, а склоны крутизной 20° —
на 9—11 дней по сравнению с северными. Летом в районах за Поляр-
ным кругом увеличиваются влажность и заболоченность, равнинных
территорий и участков на нижних частях склонов, что ведет к пони-
жению температуры воздуха.
На основе карт микроклиматического анализа территории соста-
вляется сводная карта. На ней отмечаются участки, не пригодные для
строительства: северные склоны, уклоны круче 10% и менее 3%, не-
достаточно инсолируемые участки. Затем указываются участки,
малопригодные по грунтовым, гидрологическим, геологическим и
другим факторам, например подверженные солифлюкции, оползням,
термокарстовым явлениям, с наличием наледей, бугров пучения
и т. д. Остальная территория анализируется по зимним и летним тем-
пературам, скорости ветра, солнечной радиации, снегопереносу. Пред-
почтение отдается площадкам, на которых возможно градострои-
тельными средствами изменить имеющиеся отрицательные факторы.
Так, площадка с более высокими температурами и большими
скоростями ветра предпочтительнее площадки с низкими темпера-
турами без ветра, хотя по комплексной суровости может быть и хуже
ее. Два-три лучших участка отбираются для детального архитектур-
но-климатического расчета и окончательного решения по размещению
селитьбы, промышленности, транспортных сооружений и т. д. В слу-
чае опасности смога или резких зимних температурных перепадов,
вызывающих дополнительные капитальные и экспуатационные за-
траты, должен быть поставлен вопрос о выборе другой площадки.
78
Ниже приводятся некоторые общие положения и рекомендации
для проектной практики. В пурговом районе, на побережье Ледовк-
Рис. 4.1. Требуемое расположение населенных мест в пур-
говом районе
А — на вершинах холмов; Б —на высоких берегах рек; В—на обрыви-
стых берегах морей; Г — за оврагами; Д — за речными поймами; Е — за
лесными или кустарниковыми массивами
того и Тихого океанов следует избегать мест с большими снегоотло-
жениями, которые образуются в понижениях рельефа, на подветрен-
ной стороне возвышенностей и других участков падения скорости
ветра. Непригодными будут территории, лежащие на подветренной
стороне больших снегосборных бассейнов, являющихся исходной
79
базой снегопереноса. Предпочтение следует отдавать возвышенным
участкам, лежащим на верхних частях наветренных склонов, на
вершинах, над речными обрывами или на высоких скальных берегах
морей, чтобы снеговой поток остановился перед населенным местом,
Рис. 4.2. Требуемое расположение населенных мест в особо
морозном районе
Л—на верхних частях склонов; 5—на отдельных возвышенностях;
В—на высоких берегах рек; Г — на склонах ниже лесных или кустар-
никовых массивов и выше «озера холода»; Д — расположение поселка
Нюрба
имея достаточную емкость накопления, или обошел его в соответ-
ствии с изменением направления ветра в условиях рельефа (рис. 4.1),
Населенные места необходимо располагать за большими оврагами,
как, например, расположен пос. Диксон, поймами, кустарниковыми
зарослями или другими снегоаккумулирующими преградами, способ-
ными задержать массы поступающего снега. При равнинном рельефе
или на пологих склонах, если позволяют геокриологические условия,
снегоаккумулирующие преграды могут быть созданы устройством
80
искусственных крутых обрывов, чередующихся с горизонтальными
площадками, земляных валов и т. д.
В ветренных районах следует избегать мест с высокими скоро-
стями ветра: верхних частей наветренных склонов, вершин возвы-
шенностей, седловин или участков, фланкируемых холмами, лощин
и долин, ориентированных по направлению господствующих ветров.
Предпочтительнее подветренные склоны холмов и гор и близлежа-
щие за ними территории, долины, расположенные поперек преобла-
дающего направления ветров. Однако во всех случаях необходимо
проверить эти территории на снегозаносимость и образование озер
холода. С учетом этого наиболее благоприятными участками под
строительство будут участки, расположенные на промежуточных
террасах подветренных склонов.
При выборе площадки под строительство следует избегать по-
нижений рельефа, где может скапливаться холодный воздух. Так,
в долине р. Воркуты воздух бывает холоднее, чем на высоких бере-
гах, где расположен сам город.
В антициклональной области, характеризующейся сильными
морозами и безветрием, в горных районах следует выбирать площадки
на верхней трети склонов (рис. 4.2). В равнинных местностях под
застройку лучше всего использовать возвышенности, песчаные гряды,
озы, морены, а также крутые берега рек, дальние горные отроги и
т. д. Непременным условием выбора должна явиться возможность
стока охлаждающегося воздуха с территории населенного места.
Крайне желательно отсутствие или минимум поступления холодного
воздуха с вышележащих участков. По склону ниже выбранной пло-
щадки не должно быть древесной или кустарниковой растительности,
задерживающей сток. Выше площадки, наоборот, растительность
была бы вполне уместна по тем же причинам.
§ 4.2. Анализ условий внешней среды
Для выявления оптимальных условий, обеспечивающих прожи-
вание в данной местности при минимальных эксплуатационных за-
тратах и капитальных вложениях, необходимо проанализировать
условия внешней среды.
Биотермический режим холодного периода следует рассматривать
по двум метеоэлементам — температуре воздуха и скорости ветра.
При этом архитектурно-планировочными средствами поддается регу-
лированию в холодный период лишь ветер. Погодные условия для
различных скоростей ветра, соответствующих открытой местности и
застроенным территориям с разной степенью ветрозащиты, рассчиты-
ваются на основе данных о гигиенически недопустимых сочетаниях
скорости ветра и температуры воздуха, приводимых Г. И. Муравье-
вой [4], и данных метеонаблюдений за 20—25 лет. Строится график
эффективности ветрозащиты (рис. 4.3). Показателем суровости био-
термических условий является отношение в процентах гигиенически
недопустимых погод к холодным. Критерием суровости служит ее
20-процентная вероятность. При более высоком значении вероятности
необходимы внутрикомплексные отапливаемые пешеходные связи с
учреждениями первичного обслуживания. По пересечению графика
с линией критерия определяется необходимая степень ветрозащиты —
коэффициент ветрозащиты.
81
В некоторых случаях (при нечетко направленной розе ветров,
широком секторе ветрозащиты, противоположных направлениях
ветра и др.) необходим совместный анализ суровости зимних биотер-
мических условий и направлений ветров. Для этого в прямоугольной
системе координат строятся графики суровости погод в зависимости
от направления ветра (по 16 румбам) при скоростях ветра, равных
скорости на открытой местности (полевой), 60 и 40% от полевой и
полном исключении ветра. Процент суровости по каждому румбу
Коэффициент снижения скорости
Петра
Рис. 4.3. Эффективность ветро-
защиты
/-суровость зимних биотермических
условий; 2 — допустимый предел су-
ровости зимних биотермических
условий; 3- пурговые условия; 4-до-
пустимый предел пурговых условий
определяется путем откладывания
на графике уровня существующих
штилевых условий, определяемых
при делении общего их процента
на принятое число румбов. Таким
же путем определяется критерий
суровости, линия которого прово-
дится по уровню 1,25%. Основные
пути дальнейшего анализа сле-
дующие:
полное исключение превыше-
ния гигиенически недопустимых
погод над линией критерия по
одним румбам за счет малой их
вероятности по другим, при со-
хранении по некоторым румбам
необходимости достижения низких
коэффициентов ветрозащиты;
достижение высоких коэффи-
циентов ветрозащиты по разным,
часто противоположным румбам
при компенсации суровости с низ-
кими коэффициентами за счет их
малой вероятности по другим
румбам;
сужение сектора ветрозащиты
за счет такой же компенсации.
Анализ пургового режима
определяет необходимый коэффи-
циент снижения скорости ветра на
защищаемых территориях (площадках, пешеходных трассах). Он ве-
дется аналогично анализу суровости климата: определяется вероят-
ность возникновения пурги в застройке с разной степенью ветроза-
щиты и строится график. Критерием допустимости возникновения
пурги на жилых территориях принимается 15-процентная вероятность
за снежный период, что соответствует одному дню в неделю. Напра-
вление пургозащиты определяется по розе пург. Необходимо стре-
миться к одинаковым направлениям и степени ветрозащиты по усло-
виям суровости и возникновения пурги на территории застройки.
Для летних месяцев проводится анализ биотермических условий
по всему комплексу метеоэлементов: температуре и влажности воз-
духа, скорости ветра и интенсивности солнечной радиации, извест-
ному под названием эквивалентных температур (ЭТ) и радиационно-
эквивалентных температур (РЭТ). Вместе с тем ЭТ не учитывают
влияния солнечной радиации на тепловой баланс человека, и поэтому
оценка по ним определяет биоклиматические условия в пасмурную
82
Месяцы
------f -------------5
......2 -------- 6 9
------3 Г~~ П7
гпттгтггтп //
Рис. 4.4. Условия использования ультрафиолетовой радиации
солнца
1 — среднечасовая ультрафиолетовая радиация в биодозах; 2 —продолжи-
тельность ультрафиолетовой радиации, ч; 3 — необходимая продолжи-
тельность облучения; 4 — РЭТ при V = V0; 5~ РЭТ при И=0; 6 — средне-
месячная температура воздуха в 13 ч; 7—естественное облучение на от-
крытых ветру площадках; 8 —естественное облучение для закрытых от
ветра площадках; 9—естественное облучение за одним увиолевым сте-
клом; 10—естественное облучение за двумя увиолевыми стеклами; 11 —
искусственное облучение. (Расчет производится с учетом облачности и
альбедо снега)
погоду или при условии затенения от прямых солнечных лучей, теп-
лового излучения нагретых стен и т. п. РЭТ характеризуют биотер-
мические условия при радиационном облучении. ЭТ определяется
с помощью таблиц Н. А. Ремизова [5], а для исчисления РЭТ допол-
нительно используются номограммы РЭТ Г. В. Шелейховского [6].
В связи с большим количеством компонентов анализ летних
условий следует вести двумя путями. Первый — определение необхо-
димых коэффициентов для достижения комфортных условий, вто-
рой — продолжительности комфортных теплоощущений и их увели-
чения при снижении скорости ветра. Расчеты производятся по сред-
немесячным значениям температуры, относительной влажности
воздуха, скорости ветра и напряжению солнечной радиации на 13 ч.
Принятие этого времени из-за смещения максимума температуры
воздуха на 15—16 ч обеспечивает значения ЭТ и РЭТ в течение 3—
5 ч не ниже полученных расчетом и дает возможность достаточно
характеризовать дневные условия биоклимата. Должна быть также
учтена ультрафиолетовая радиация солнца (рис. 4.4). В расчеты на
15 число каждого месяца принимается радиация при высоте стояния
солнца выше 20° как нижнего предела, при котором достигающая
поверхности земли биологически активная часть спектра становится
достаточно эффективной. Время стояния солнца (выше 20°) опреде-
ляется как «ультрафиолетовый день». Определение биологической
активности (эритемной облученности, мэр/см2) проводится исходя
из высоты стояния солнца, согласно данным проф. Н. Ф. Галанина
[7]. В расчете учитываются среднемесячное состояние облачности
неба и альбедо снега (в снежные месяцы). При делении общей облу-
ченности за ультрафиолетовый день на его продолжительность по-
лучаем среднечасовую облученность, мэр/см2. По этим данным
строится график годового хода среднечасовой облученности. Затем,
исходя из необходимой для человека нормы суточной облученности,
равной 1/8—1/10 биодозы (1 биодоза — 500 мэр• мин/см2), на том же
графике строится годовой ход необходимой продолжительности пре-
бывания человека на солнце для получения требуемой нормы облу-
ченности. Довольно долгий срок ультрафиолетовой радиации доста-
точен, чтобы в пределах 1 ч получить необходимую облученность.
Однако низкие температуры воздуха, заставляющие носить теплую
одежду, не позволяют этого сделать. На совмещенном графике по-
казывается годовой ход продолжительности ультрафиолетового дня,
пересечение которого с ходом необходимой продолжительности
облучения дает границы биологически активного «ультрафиолетового
года», и ход дневных среднемесячных температур и линий —10 и
—30 °C. По их пересечению определяются сроки и периоды, когда не-
обходимо одинарное или двойное увиолевое остекление, пропускаю-
щее ультрафиолетовую радиацию.
На основе анализа ультрафиолетовой радиации определяют
возможность облучения в естественных условиях при скорости ветра,
равной полевой, на любых освещенных солнцем площадках; на
открытых, полностью защищенных от ветра площадках, верандах, в
соляриях в условиях комфортных РЭТ; в закрытых помещениях с
искусственно созданными условиями биотермического комфорта за
оконным остеклением, пропускающим ультрафиолетовую радиацию
солнца.
Для конкретного города, поселка, площадки строительства дан-
ные анализа внешней природной среды и его результаты целесо-
84
образно сводить в архитектурно-климатический паспорт, который
должен определять требования к генеральному плану, планировке,
застройке и благоустройству населенных мест и к отдельным здани-
ям, вызываемые местными, присущими данной площадке природно-
климатическими условиями.
Паспорт содержит архитектурно-климатический анализ всего
года в целом и отдельных его периодов. В нем следует приводить
данные по высоте и азимуту солнца для получения радиационных
добавок и построения конвертов теней. В паспорте дается общая
оценка климата, расчет зимних биотермических условий, пурговых
условий, летних биотермических условий и эффективности использо-
вания солнечной ультрафиолетовой радиации, распределение выпа-
дания осадков и величина снежного покрова в течение года, сезон-
ная и годовая роза ветров, роза пург, роза снегопереноса и полу-
ченные на их базе направления ветрозащиты и снегозащиты.
Архитектурно-климатический паспорт является основополагаю-
щим расчетным документом при проектировании населенного места.
Приведенный состав паспорта в отдельных случаях может меняться,
быть дополнен или, наоборот, сокращен, что зависит от конкретных
условий площадки, ее географического положения, наличия справоч-
ного материала. Но он должен полностью характеризовать физиче-
скую картину природной среды и содержать требования к генераль-
ному плану, планировке, застройке, благоустройству и зданиям.
§ 4.3. Общие требования к планировке
населенных мест
Основное требование, предъявляемое ко всем без исключения
населенным местам Севера, — защита человека от отрицательного
воздействия внешней природной среды и максимально возможное
улучшение биоклиматических условий и условий эксплуатации горо-
да, поселка. Оно при необходимости последовательно выполняется
исключением при строительстве особо неблагоприятных площадок,
изменением параметров факторов внешней среды и созданием изоли-
рованных от нее пространств с искусственными, не зависимыми от
внешней среды физическими параметрами.
По экономическим соображениям следует стремиться к наибо-
лее компактному пятну города. Однако в некоторых случаях неиз-
бежно его разделение на несколько планировочных районов.
В пурговом районе при устойчивом направлении снегопереноса
город должен быть вытянут, располагаясь нешироким фронтом про-
тив снегового потока. Обтеканию города снеговым потоком должна
способствовать система снегоотбойных щитов, вынесенная на-
встречу снегопереносу. В составе больших городов должны появиться
незастроенные пространства, служащие для пропуска метелевых по-
токов сквозь территорию города. Эти пространства («снеговые кана-
лы») должны быть четко ориентированы по направлению снегопере-
носа, не иметь снегозадерживающих препятствий, древесно-кустарни-
ковой растительности; их возможное оборудование — снегонаправля-
ющие щиты. По таким «каналам» могут пройти трассы линий
электропередач, наземные водопроводные трассы, автодороги. При
больших объемах снегопереноса и его неустойчивом направлении с ко-
лебаниями от среднего до 45° генеральный план должен компоноваться
85
из отдельных районов, расчлененных снеговыми каналами, обеспе»
чивающими их обтекание снеговым потоком. Большие населенные
места превращаются в своего рода «шахматные» города, состоящие
из отдельных районов, расположенных для большей компактности в
шахматном порядке. Очевидно, чем выше этажность, тем большие
размеры может иметь жилой район, и чем больше отклонения направ-
ления снегопереноса, тем более широкими должны быть снеговые
каналы. Исключенные из застройки сильно снегозаносимые участки
могут быть использованы под зоны отдыха, на них будет лучше раз-
виваться растительность, защищенная зимой снегом. Примером этому
могут служить территории, отведенные под городской парк и пляж
в Воркуте на берегу реки, находящиеся зимой под защитой крутого
берега и заносимые снегом. При невозможности пропустить поток
снега сквозь город следует предусматривать места с искусственным
падением скорости ветра и соответственно отложением снега, какими
могут быть территории коммунального назначения или скверы пло-
щадей. Иногда следует организовывать в городе систему небольших
участков для искусственного складирования снега, куда он может
быть транспортирован грейдерами, бульдозерами или автомашинами.
В особоморозном районе необходимо обеспечить теплые пеше-
ходные связи между зданиями; в небольших населенных пунктах
предусмотреть возможность объединения в единый комплекс сели-
тебных, промышленных, коммунально-складских и, по возможности,
территорий внешнего транспорта. Особенно это относится к сель-
ским населенным местам скотоводческого и звероводческого профиля,
в которых необходимо в любое время суток быстро попасть в произ-
водственную зону.
В горных районах для пропуска холодного воздуха город должен
расчлениться как бы просеками, «стоковыми каналами», представля-
ющими собой незастроенные пространства без древесно-кустарнико-
вой растительности, направленными перпендикулярно или под углом
к горизонтали, с уклонами не менее 5%. На территориях с возмож-
ным смогообразовапием лишь в порядке исключения допускается
располагать коммунально-складские предприятия и другие учрежде-
ния, разрешенные к строительству в санитарно-защитных зонах.
Наилучшие в микроклиматическом отношении территории следует
отводить под селитьбу. При этом желательно, чтобы она была вытя-
нута вдоль склона, что не только обеспечит транспортные связи, но
и улучшит сток холодного воздуха.
Определенную специфику имеет трассировка магистралей и жи-
лых улиц. В пурговом районе их ориентация и профили должны
быть увязаны с направлением пург и снегопереноса, что вызывается
требованием снижения снегозаносимости и уменьшения затрат на
снегоуборку. Основные магистрали необходимо трассировать по пре-
обладающему направлению снегопереноса. При этом они исполняют
роль «снеговых каналов» на территории города. Однако по их краям
у окаймляющих зданий все же будет откладываться снег, поэтому
следует организовать газонные полосы у красных линий. Проезжая
часть должна располагаться по центру, где имеют место максималь-
ные скорости. При возможных отклонениях в направлении снегопере-
носа направление магистрали уже будет строго фиксировано.
При пересечении магистрали с направлением снегопереноса под
углом от 20—30 до 60—70° у наветренного фронта застройки обра«
86
вуется узкая незаносимая полоса, остальная часть заносится почти
равномерно с некоторым увеличением снегоотложений у подветрен-
ного фронта зданий. Здесь в состав поперечного профиля следует
включать газонную полосу для складирования при снегоочистке
проезжей части.
При трассировке улицы близко к перпендикулярному направле-
нию по отношению направления метелей наветренный фронт за-
стройки отбрасывает снег, на подветренном возникает подсос, вызы-
вающий его большие отложения. В этом случае следует смещать
проезжую часть к наветренной стороне, а на подветренной стороне —
предусматривать газонную полосу для отложения снега шириной,
равной высоте зданий на подветренной стороне. Чтобы избежать у
подветренной стороны задний больших отложений, следует примерно
по середине газонной снегосборной полосы предусматривать кустар-
никовые посадки или устанавливать декоративные снегозадержива-
ющие заборы, рекламные щиты и т. п.
Изложенные требования к поперечным профилям справедливы
при сплошной застройке обеих сторон улиц. В случае разрывов в
застройке или постановке зданий с отступом, курдонером характер
снегоотложений будет изменяться в соответствии с расположением
прилегающей застройки. Так, если здания будут выходить торцами
на подветренную сторону, то снегоотложения подсоса дадут языки,
а между ними отложений не будет. Если на наветренной стороне в
фронте застройки появится курдонер или здание, стоящее с отсту-
пом от линии регулирования застройки, то отложения перед ними
также сместятся.
Улицы и магистрали не должны пересекать зон повышенного
снегоотложения. Магистрали, соединяющие селитьбу с промышлен-
ными предприятиями, шахтами, карьерами, должны трассироваться
по возвышенным местам с повышенными скоростями ветра, по его
направлению или под защитой снегозадерживающих или снеговыду-
вающих щитов. В ветренных районах, не подверженных снегопере-
носу, улицы следует трассировать под углом к направлению ветров,
чтобы в одинаковой степени снизить скорость ветра. В холмистой
местности или в условиях горного рельефа трассировка уличной сети
должна учитывать стоки холодного воздуха, пропуск их сквозь тело
Города, т. е. работать также и в качестве «стоковых каналов». Уклоны
улиц, как правило, должны превышать 3—4%.
В пурговых и ветренных районах уличную сеть следует дублиро-
вать пешеходными трассами, защищенными от ветра и не подвержен-
ными снегозаносам. Они должны пролегать по территории микро-
районов и объединять детские учреждения, школы, учреждения пов-
седневного обслуживания, жилые дома, остановки транспорта.
Общественные учреждения, магазины, отдельные павильоны
должны размещаться таким образом, чтобы входы в них не заноси-
лись снегом. То же относится и к стоянкам такси.
Остановки коммунального транспорта желательно располагать
под защитой специальных сооружений, в курдонерах, разрывах
между зданиями в теле микрорайона с организацией специальных
заездов. В особоморозном районе остановки транспорта должны
быть приурочены к центрам первичного обслуживания данного жи-
лого комплекса, в который должны быть включены специальные по-
мещения для ожидания с повышенными относительно внешней среды
температурами.
87
Застройка населенных мест Севера должна быть максимально
компактной. Это требование вызывается не только условиями внешней
среды, но и трудными в освоении грунтовыми условиями, боль-
шими затратами на прокладку инженерных коммуникаций, а также
невозможностью озеленения территории, сниженной потребностью
свободных пространств, предназначенных для отдыха и занятий
спортом на открытом воздухе. Плотность застройки может быть
повышена за счет совмещения жилых территорий с территориями
учреждений повседневного обслуживания, школ, детских учреждений.
§ 4.4. Застройка населенных мест
При строительстве населенных мест в пурговых и ветренных
условиях необходимо добиться перераспределения скоростей ветра,
обеспечив необходимые площади максимального их снижения. В этих
целях следует организовать застройку аэродинамическими группами,
под которыми надо понимать группу зданий, объединенных зоной
аэродинамического влияния основного ветрозащитного здания, пер-
вым встречающего набегающий ветровой.поток (рис. 4.5, 4.6).
Поскольку зона влияния ветрозащитного здания (расстояние до
места падения верхового потока и восстановления его направления)
составляет 8—9 Н, то с учетом образования наветренной подпорной
подушки для обеспечения подъема потока над следующим ветроза-
щитным зданием глубину аэродинамической группы, т. е. расстояние
до следующего основного ветрозащитного здания, необходимо вы-
держать 11 —12 Н.
Архитектурно-планировочная организация аэродинамических
групп должна обеспечить дальнейшее снижение скорости ветра, уве-
личение площади защищаемой территории, выравнивание ветрового
поля защищаемой территории, недопущение на защищаемую терри-
торию прорывов первичного ветра, несущего во время метелей боль-
шую массу снега. Первая цель может быть достигнута постановкой
здания «вторичной» защиты на пути возникновения и развития
вторичного ветра обратного направления, снижающей скорость ветра
примерно в 1,5 раза по сравнению со скоростью под одинарной
защитой. Скорости ветра за вторичной защитой несколько увеличи-
ваются, что способствует созданию подпорной наветренной подушки
перед основным ветрозащитным зданием следующей аэродинамиче-
ской группы. Вторичная ветрозащита не должна превышать по
высоте мощность вторичного ветра, т. е. //г = 0,8/Л, где Н\ — высота
первичной преграды; Н2 — высота вторичной преграды. Она должна
располагаться не далее 6Н от наветренного фронта первичной пре-
грады. В пределах от 7Н до 12/7 здания должны располагаться
продольной осью по направлению первичного ветра, чтобы не мешать
созданию подпорной подушки перед основным ветрозащитным зда-
нием следующей аэродинамической группы. При многократной
ветрозащите каждая ветрозащитная преграда должна иметь высоту,
равную мощности ветра того же порядка. В качестве преград могут
быть использованы здания последовательно понижающейся этажно-
сти, игральные стенки, заборы, древесная и кустарниковая расти-
тельность. Прием застройки с многократной ветрозащитой необходим
в районах с сильными ветрами.
Максимальное увеличение площади защищаемой территории мо-
жет достигаться различными путями, в том числе постановкой и
88 •
конфигурацией основного ветрозащитного здания. Его протяженность
должна быть равна восьми высотам или более. В случае вынужденной
постановки ветрозащитного здания меньшей протяженности площадь
защищаемой территории может быть увеличена за счет исключения
Рис. 4.5. Принцип застройки аэродинамическими груп-
пами
Д-решение аэродинамических групп; Б — решение аэродинамиче-
ских комплексов; 1—основное ветрозащитное здание; 2 — здания
кулисной защиты; 3 — здания вторичной защиты; 4—увеличение
скорости ветра; 5—снижение скорости ветра; 6 — снижение ско-
рости ветра (обратный поток); 7 — аэродинамическая группа;
8—аэродинамический комплекс
торцовых и боковых вихрей путем постановки на их пути зданий
кулисной защиты. Целесообразно применение угловых ветрозащит-
ных зданий с углом поворота 120—140°, не только исключающих
торцовые, но и отводящих боковые вихри. При колебании направле-
ния ветра и метеленесущего потока в пределах четырех румбов (45'4
целесообразно применять здания с углом 120°. При ориентации оси
симметрии такого здания по среднему направлению ветра угол стока
при отклонениях ветра на два румба в каждую сторону будет равен
£9
7° 30'. При больших колебаниях направления необходимо прибегать
к дополнительной кулисной защите.
Рис. 4.6. Эффективность ветрозащиты одиночного здания
Равномерность ветрового поля достигается путем ликвидации
прорывов ветра на территорию аэродинамической группы. Идеальным
решением следует считать полузамкнутые композиции. Это может
быть П-образная постановка зданий с длиной боковых корпусов
90
(8—9)/7, которая применима при устойчивом направлении ветра.
При колебании последнего необходима композиция незамкнутого
шестиугольника с аналогичной или несколько меньшей длиной боко-
вых параллельных корпусов, возможно подковообразное здание.
В пурговых районах эти композиции должны быть раскрыты на
подветренную сторону. В местностях, где снегозаноса опасаться не
следует, они могут быть раскрыты и на наветренную сторону. Но в
этом случае длина боковых корпусов должна быть уменьшена до
(4—5)//; площадь защищаемой территории соответственно сокра-
щается и изменяется глубина аэродинамической группы.
При низовых и общих метелях основу снегозащиты обеспечивает
здание первичной защиты. При больших объемах снегопереноса сле-
дует применять угловые (120°) ветрозащитные здания, способные
устоять против значительного снегового потока и исключающие про-
никновение снега на территорию с торцовыми вихрями. Во всех
случаях необходимо применять кулисную защиту, которая препят-
ствует проникновению снега с боковыми вихрями. Снег отбрасы-
вается за пределы групп и далее идет по направлению ветра или по
снеговым каналам города. При колебаниях направления снегового
потока разрывы между зданиями основной и кулисной защиты
должны быть не более Н, при этом их торцы должны образовывать
угол 100—120°.
При общих метелях целесообразно применять вторичную защиту,
которая остановит основную массу снега. Попадающий во двор снег
частично относится к подветренной стороне здания, а частично (при
наличии разрывов между зданиями основной и кулисной защит) вы-
носится в о^йбающий группу ветровой поток. Во избежание больших
отложений снега у вторичной защиты она может быть решена также
угловым зданием, но развернутым в противоположную сторону, на-
встречу вторичному ветру.
При больших объемах снегопереноса и застройке в один-два
этажа здания следует подымать на опоры или располагать продоль-
ной осью вдоль снегонесущих потоков, отказавшись от ветрозащиты
территории, так как другими средствами избежать их полного заноса
пока не представляется возможным.
Рекомендуется принимать следующие ориентировочные значения
коэффициентов ветрозащиты для различных типов застройки:
свободная застройка . . 0,8—1,0, местами до 0,6 и до 1,2
компактная застройка . 0,6—0,8, местами до 0,4 и до 1,0
застройка аэродинами-
ческими группами:
с одинарной ветро-
вой защитой . . . 0,4—0,6
с двойной ветроза-
щитой ........... 0,2—0,4
под дополнительной
локальной ветроза-
щитой ............. 0,1—0,2
Из аэродинамических групп на базе учреждений обслуживания
формируется аэродинамический комплекс. Он должен быть рента-
бельной численности для включения в его состав ясель-садов, шко-
лы, центра повседневного обслуживания. Таким образом, размеры
91
комплекса должны быть в пределах 4—8 тыс. человек. При мало-
этажной застройке размеры комплекса будут ограничиваться пеше-
ходной доступностью. Небольшие поселки (менее 4 тыс. человек)
также будут решаться единым аэродинамическим комплексом, а
иногда и группой. Аэродинамический комплекс может состоять как
из одной, так и из нескольких аэродинамических групп в зависимо-
сти от этажности застройки и величины населенного места, т. е.
может быть простым и сложным.
В состав простого комплекса, кроме жилых зданий, должны
войти детские учреждения, школа и учреждения повседневного об-
служивания, если же он охватывает весь поселок, то и общепоселко-
вые учреждения (рис. 4.7). Здание детских садов-яслей и их участки
Рис. 4.7. Простой аэродинамиче-
ский комплекс
/—жилые здания; 2 — общественно-тор-
говый центр; 3—детские ясли-сад;
4 — школа
Рис. 4.8. Сложный аэроди-
намический комплекс
1—жилые здания; 2 — обществен-
но-торговый центр; 3—детские
ясли-сад; 4 — школа; 5 — ветро-
защитные переходы
должны располагаться в наиболее защищенном от ветра и инсолиру-
емом месте под двойной защитой. Желательно, чтобы на участке
детского сада была и зона повышенной интермии (радиационного
обогрева). Для сохранения инсолируемой территории с низкими ко-
эффициентами ветрозащиты детские учреждения целесообразно
встраивать в жилые дома. Под защитой от ветра в пределах террито-
рии аэродинамического комплекса следует организовывать остановки
коммунального транспорта. Участки комплекса с- небольшим сниже-
нием скорости ветра следует отводить под учреждения повседнев-
ного обслуживания или поселковые центры.
Сложный аэродинамический комплекс может состоять как из
полного, так и неполного числа аэродинамических групп. Основные
планировочные отличия сложного комплекса от простого заключаются
во взаиморасположении групп, размещении учреждений обслужива-
ния и организации пешеходных связей (рис. 4.8). В комплексе аэро-
92
динамические группы могут стоять друг за другом (по отношению
К основному ветрозащитному направлению), в ряд, в шахматном по-
рядке; могут быть смешанные композиции. При компоновке комплек-
сов из групп, стоящих друг за другом, может быть как полное, так
И неполное их число. Неполная группа замыкает комплекс и может
защищать какую-либо территорию общегородского назначения. При
постановке групп в ряд связи между ними укорачиваются, но про-
ходят поперек ускоренных потоков, обтекающих группы, так что при
сильных ветрах преодолеть эти 30—40 м будет затруднительно, а в
пургу и невозможно.
Пешеходные связи на разрывах между группами следует при-
крывать локальной ветрозащитой. В пурговом районе, или при рас-
йоложении между группами транспортного проезда, пешеходную
связь следует осуществлять по переходам на уровне второго этажа
под локальным прикрытием от ветра.
Расположение аэродинамических групп в комплексе в шахмат-
ном порядке требует сквозных проходов в демах, пристройки к
ним проходных корпусов и локальной ветрозащиты пешеходных свя-
зей в виде переходов на уровне первого или второго этажа. Детские
учреждения, школа, центр повседневного обслуживания с общест-
венно-культурным центром комплекса должны располагаться йод
защитой отдельных его групп или входы в эти здания должны быть
ориентированы на сторону, обеспечиваемую ветро- и снегозащитой.
Расположением зданий учреждений административно-культурного
и торгового назначения на неблагоприятных участках можно обеспе-
чить сообщение между аэродинамическими iруппами и увеличить
плотность застройки.
Центры населенных мест, так же как и территория жилой за-
стройки, должны обладать необходимой снего- и ветрозащитой.
В этой роли должны выступать жилые здания В тех случаях, когда
городской центр становится достаточно развитым, он может ре-
шаться из нескольких аэродинамических групп, связанных в единый
комплекс. Это могут быть административно-торговая группа с ветро-
защитным зданием гостиницы, культурно-зрелищная группа с до-
мом молодежи, спортивная группа с общежитием.
В особоморозном районе жилую застройку следует вести крипто-
климатическими комплексами (когда обеспечивается возможность
попадания в любое здание комплекса без выхода наружу). В состав
жилого криптоклиматического комплекса входят, кроме собственно
жилища, детские учреждения, школа и учреждения повседневного
обслуживания. Кроме того, необходим и ряд дополнительных поме-
щений: зимних садов при детских учреждениях и школах, комнат
для самодеятельности и технического творчества, библиотек, комнат
общественных организаций, детских игровых комнат, кафе для про-
ведения встреч, семейных торжеств и т. п., и также помещений для
жилищно-эксплуатационной службы (рис. 4.9).
В небольших населенных местах, поселках в случае их решения
единым комплексом в состав центра входят и все общепоселковые
учреждения. Все здания комплекса должны быть обеспечены пеше-
ходными связями, проходящими зимой по отапливаемым помещениям:
коридорам, холлам, зимним садам, специальным галереям. Летние
пешеходные трассы должны проходить по открытой территории ком-
плекса по кратчайшим расстояниям, преимущественно по участкам
с улучшенными микроклиматическими условиями.
93
Рис. 4.9. Криптоклиматический ком-
плекс
1—жилые здания; 2 — общественно-тор-
ясли-сад;
6 — теплые
говый центр; 3—детские
4— школа; 5 — зимние сады;
переходы
Общее композиционное решение криптоклиматической застройки
может быть различно: объединение отдельных зданий застройки
переходными связующими галереями, объединение жилых зданий
учреждениями обслуживания, объединение жилых и общественных
зданий прямым примыканием друг к другу с возможным включени-
ем шарнирных переходных звеньев (холлов, зимних садов) и реше-
ние всего комплекса (населенного места) в виде единого здания
дома-комплекса. При компоновке аэродинамических групп и крипто-
климатических комплексов необходимо добиваться создания зон по-
вышенной интермии, приурочивая их к местам значительного сниже-
ния скорости ветра, что усилит эффективность воздействия солнечной
радиации на теплоощущения человека. Эти зоны образуются у
южного фасада прямоугольного
широтного здания, не имею-
щего балконов или лоджий.
Целесообразно применять в ка-
честве отражающего угловое
(под 120°) здание, раскрытое
на юг. В этом случае зона по-
вышенной интермии будет сме-
щаться в течение дня, обра-
зуясь сначала у одного крыла
здания, а затем у другого. В
околополуденные часы повы-
шенная радиация будет наблю-
даться вдоль обоих крыльев;
в самом углу отражения от них
наложатся друг на друга и тем
самым еще выше поднимут ин-
термию участка. Еще более
эффективно применение отра-
жающего здания в виде рас-
крытой на юг половины шести-
угольника или полукруглого
здания—своеобразного реф-
лектора, концентрирующего
площади двора. В зависимости
небольшой
солнечную радиацию на
от направлений летней ветрозащиты отражающие здания могут быть
первичной, вторичной или кулисной защиты, их фасады должны
иметь высокие коэффициенты отражения солнечной радиации, в том
числе и в ультрафиолетовой его области.
Особые требования к композиции застройки предъявляются в
горных условиях: нельзя допускать проникновения в дворовые про-
странства стоковых ветров, для них должен быть обеспечен свобод-
ный выход; жилые дома следует ставить под углом к горизонталям
с уклоном территории вдоль длинного фасада 3% и более.
Радиусы обслуживания зависят ог условий внешней среды и
уклонов площадки строительства. Эта зависимость построена на
принципе эквивалентности энерговременных затрат при движении
пешехода в различных условиях внешней среды и при различных
уклонах и представлена в виде таблицы коэффициентов сокращения
радиусов обслуживания (табл. 4.1).
Проект благоустройства необходимо решать на базе карт ветро-
вого поля, поля интермии и снегоотложений (рис. 4.10). При этом
94
Таблица 4.1
Коэффициенты сокращения радиусов обслуживания
I —яз
МАЛАЛЛИ
мт
I ^2
1111111111» 5
Рис. 4.10. Анализ биоклиматических условий в застройке
/ — £>0,6; 2—0,6>fe>0,4; 3 — fe <0,4; 4—снегоотложение; 5 — затенение на
12 ч 22 апреля; 6 — повышение обогрева на 12 ч 22 апреля
следует широко применять специальное оборудование и малые архи-
тектурные формы: ветро- и снегорегулирующие стенки, локальные пе-
реходы, отражательные стенки, раковины-солярии и т. д. Ветро- и
спегорегулирующее оборудование может быть различным по высоте и
95
протяженности: это могут быть бетонные стенки с декоративными
панно, стенды с наглядной агитацией, рекламой, просто ограды. Вы-
полненные с большим архитектурно-художественным вкусом, они
значительно оживят городской ландшафт.
Переходы в местах повышения скоростей ветра или проноса
снега могут быть решены в виде ветрозащитных заборов или по типу
виадука, поднятыми на опоры. Для лучшего обеспечения снего- и
ветрозащиты такие переходы должны, кроме наветренной стенки,
иметь кровлю. Иногда они могут быть и полностью закрыты. В этом
случае переходы обеспечиваются освещением и насыщаются рекла-
мой. Отражательные стенки, раковины могут одновременно быть и
игральными, на них крепятся шведские стенки, присоединяются ка-
чели и т. д. Раковины, построенные по принципу солнечных домиков,
должны иметь кривизну стенки, максимально концентрирующую сол-
нечную энергию, и быть остеклены увиолевым стеклом для возмож-
ности принятия солнечных ванн уже ранней весной. Отражающие
поверхности стенок раковин должны иметь гладкую фактуру и вы-
сокое альбедо во всех областях спектра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вронская О. А., Яковлев А. В. Основные принципы
архитектурно-планировочной организации населенных мест Севера.
В сб.: «В помощь проектировщику-градостроителю. Планировка и
застройка северных городов». Киев, «Буд1вельник», 1974, с. 6.
2. Градостроительные методы регулирования климата при про-
ектировании населенных мест в Северной зоне страны. Сб. трудов
ЛенЗНИИЭПа. Л., 1972.
3. Назарова Л. Г., Полуэктов В. Е. Опыт проектирова-
ния и строительства городов Крайнего Севера. М., Стройиздат, 1973.
4. Муравьева Г. И. Гигиенические особенности планировки
населенных мест в условиях Крайнего Севера. М., 1964.
5. Ремизов Н. А. Учебник медицинской метеорологии и кли-
матологии. М.-Л., Биомедгиз, 1934.
6. Шелейховский Г. В. Естественные санитарно-гигиениче-
ские факторы планировки. Планировка и социалистическая рекон-
струкция городов. Вып. 2. М.-Л., Госстройиздат, 1934.
7. Галанин И. Ф. Руководство по коммунальной гигиене, М.,
Медгиз, 1961.
Глава 5
АВТОМОБИЛЬНЫЕ И ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ
§ 5.1. Земляное полотно
Устойчивость насыпи обеспечивается определенной ее высотой,
при которой ВГМ (верхняя граница вечномерзлой толщи грунтов)
сохраняется на определенном уровне и осадка земляного полотна в
оттаявшее основание не будет превосходить допустимой величины
(S). Последняя назначается в зависимости от вида и класса (кате-
гории) дороги. Высота насыпи, при которой осадка ее от оттаивания
Рис. 5.1. Способы регулирования ВГМ на дне выемки
а — разделка выемки под насыпь; б—замена грунта на дне выемки
грунтов основания не будет превосходить допустимой величины, на-
зывается оптимальной высотой насыпи (ДОп). Высота насыпи не
должна быть меньше оптимальней. Если по условиям продольного
профиля нельзя иметь насыпь высотой Ноп или более, то заменяют
грунт в основании насыпи. Такая же замена производится и на пу-
левых местах. Глубина замены и высота надземной части в сумме
должны составлять Ноп.
При сооружении выемок в вечномерзлых грунтах различают два
вида деформации: сползание или обрушение откосов выемки при их
оттаивании и осадку верхней площадки земляного полотна (дна вы-
емки). Для исключения сползания откосов их рекомендуется соору-
жать пологими или покрывать слоем теплоизоляции. Устойчивость
дорожной одежды в выемке обеспечивается одним из двух способов:
выемка разделывается под насыпь (рис. 5.1, а) или на дне выемки
заменяется грунт (рис. 5.1,6).
4 Зак. 190
97
Оптималгная высота насыпи рассчитывается по формуле
(5.1)
где Нн — глубина сезонного оттаивания конструкции насыпи, м (в
конструкцию насыпи включается, кроме тела насыпи, балластный
слой железных дорог и слои дорожной одежды автомобильных до-
рог); Нт—глубина сезонного оттаивания грунтов основания насыпи
(до сооружения насыпи), определяемая по картам изолиний оттаива-
ния грунтов (рис. 7.7—7.10), м; 6 — относительное сжатие грунтов
основания при оттаивании под нагрузкой (величина безразмерная,
определяемая по рис. 5.2—5.4); S — расчетная осадка насыпи, см:
S
Автомобильные дороги и городские улицы:
с цементобетонным покрытием............. 0,5—1
с асфальтобетонным покрытием............. 2—3
с черным щебеночным и черным гравий-
ным покрытием........................ 5—6
с щебеночным и гравийным покрытием , . 10—12
Железные дороги магистральные........... 8—10
Подъездные ветви и станционные пути . . , 12—14
Все сооружения на грунтах IV категории про-
садочности (см. ниже табл. 5.9)........... 0
При грунтах основания IV категории просадочности осадка на-
сыпей не допускается и оптимальная высота насыпи принимается
равной Нн.
Для автомобильных дорог с «черным» покрытием (асфальтобетон
и др.) оптимальная высота насыпи, полученная по формуле (5.1),
умножается на коэффициент kali (табл. 5.1), учитывающий отража-
тельную способность поверхности дорожного покрытия (альбедо по-
верхности).
В горных районах в расчет оптимальной высоты насыпи вводится
поправка на экспозицию склона для участков дороги, проходящих по
склонам южной экспозиции, и расчет ведется по формуле
тт _______ i гт
‘Т ОП кЭп Н 77
лл т
(5.Г)
где k3\
южнее Северного Полярного круга ...» 1,05—1,10
между Северным Полярным кругом и ши-
ротой 70°............................... 1,10—1,15
севернее широты 70°....................... 1,15—1,25
Примечание. Меньшие значения следует брать для более
пологих склонов крутизной 1 : 5—1 : 4 и большие — для крутых скло-
нов.
Расчет оттаивания насыпей и их оснований, состоящих из не-
скольких разнородных слоев (грунт тела насыпи, балластный слой
или слой дорожной одежды), ведется по методу эквивалентных слоев
[формулы (7.11) и (7.12)].
98
Для слоев дорожной одежды и балластного слоя железных дорог
вводится дополнительный коэффициент ka, учитывающий интенсив-
ность оттаивания дорожных стро-
ительных материалов:
песок......................1,00
песок крупный чистый ... 1,05
песок с гравием............1,13
Гравий и галька...........1,21
щебень и дресва ...........1,25
асфальтобетон ....... 1,30
цементобетон ............. 1,37
С учетом kn глубина оттаива-
ния каждого слоя определяется по
формуле
<5-2>
Нк берется по картам для песча-
ных грунтов (см. рис. 7.7, 7.9).
Влажность грунтов насыпи и
слоев дорожной одежды для опре-
деления значения при расчетах
кой к оптимальной), %:
Таблица 5.1 Коэффициент поправки на альбедо поверхности &ал
Средняя температура воздуха за теплый период года, °C Грунт насыпи
песок или гравий глинистый
3 4 5 0 7 8 9 10 11 и выше 1,18 1,15 1,13 1,12 1,11 1,10 1,10 1,09 1,09 1,25 1,20 1,17 1,15 1,14 1,13 1,12 1,12 1.11
принимается нормативной (близ-
гравийно-галечный и щебенистый грунт .... 5
песок:
средней крупности ......................... 7
мелкий .................................... 8
пылеватый.................................. 10
супесь:
легкая..................................... 10
тяжелая................................... 12
суглинок:
легкий..................................... 13
средний................................... 15
тяжелый................................... 17
балластный слой железных дорог:
песчаный.................................... 5
щебеночный................................. 3
гравийные и щебеночные покрытия............... 3
основания под покрытия:
песчаное .................................. 6
щебеночное................................. 4
асфальтобетонное покрытие..................... 1
цементобетонное покрытие...................... 2
Примечание. При замене грунта на дне выемок и на нуле-
вых местах нормативную влажность грунта замены следует прини-
мать с коэффициентом 1,25, а влажность дорожно-строительных
материалов — с коэффициентом 1,15.
Глубина сезонного оттаивания органических грунтов (торфов,
мохо-растительного слоя) определяется по карте (см. рис. 7.10).
Глубина оттаивания торфяного грунта почти не изменяется при любом
4*
99
увеличении влажности свыше 70%. Влажность торфов в области
вечномерзлых грунтов, как правило, превышает это значение. Поэто-
му при определении сезонного оттаивания органических грунтов по-
правка на влажность не производится.
Расчет относительного сжатия 6 мерзлых грунтов при их оттаи-
вании в основании насыпей
давления, принимаемого при
Рис. 5.2. Относительное сжа-
тие при оттаивании песча-
ных грунтов
7—песчаные крупные; 2 — песча-
ные средней крупности; 3 —пес-
чаные мелкие и пылеватые
Зная влажность грунта и
производится с учетом уплотняющего
оптимальных высотах насыпей равным:
для автомобильных дорог р = 0,75
кгс/см2, для железных дорог р =
= 1 кгс/см2.
Для песчаных грунтов величина
относительного сжатия берется по
графику на рис. 5.2 в зависимости от
влажности грунтов основания насыпи,
определяемой при мерзлотно-грунто-
вых изысканиях.
Для глинистых грунтов
Ум (уЦ7тУч + YB)
0>8учУ
где ум — объемный вес скелета
мерзлого грунта, т/м3; ув — 1000
кг/см3 — удельный вес воды; уч —
удельный вес твердой фазы грунта:
для супеси 2,7, для суглинка 2,71 и
для глины 2,74 т/м3; WT — влажность
грунта на границе текучести, доли
единицы; v—относительная оптималь-
ная влажность грунта, которая при-
нимается равной 0,60 для легких су-
песей и 0,54 — для тяжелых супесей и
суглинков.
число пластичности Wn, относительное
сжатие грунтов при оттаивании можно получить непосредственно из
[рафиков (рис. 5.3 и 5.4).
При сливающейся мерзлоте расчетное относительное сжатие при
оттаивании под насыпью органических грунтов следующее.
торфяные грунты:
лесо-топяная залежь......................... 0,40
топяная залежь............................. 0,45
ненарушенный торфо-моховой покров, вклю-
чая почвенный слой.......................... 0,30
теплоизоляционные подушки из торфа и мха . . 0,35
При несливающейся мерзлоте осадка торфа под насыпями рас-
считывается обычным способом, как для талых грунтов. При этом
глубина залегания торфа принимается равной расстоянию от дневной
поверхности до расчетного горизонта ВГМ, если на более близкой
к поверхности глубине не залегают минеральные грунты.
При наличии в основании насыпей глинистых грунтов с крупно-
обломочными включениями относительное сжатие грунтов 6, полу-
ченное расчетом или взятое по графикам, уменьшается на коэффи-
циент (табл. 5.2).
100
Рис. 5.3. Относительное сжатие при оттаивании глини-
стых грунтов основания под насыпями железных дорог
и аэродромов
Рис. 5.4. Относительное сжатие при оттаивании глинистых
грунтов основания под насыпями автомобильных дорог
Таблица 5.2
Коэффициенты, учитывающие
снижение относительного сжатия
грунтов с крупнообломочными
включениями
Наименование грунта Коэффициенты снижения значений б при наличии крупных фракций в количестве
ДО 20% 20-35% 35-50%
Супесь:
легкая 1 1 0,5
тяжелая 1 0.8 0,6
Суглинок:
легкий 1 0,8 0,6
средний 1 0,8 0,6
тяжелый 1 0,8 0,55
Глина 1 0,8 0,55
с учетом поправки на влажность и
Пример 5.1. Определить оптимальную высоту насыпи автомо-
бильной дороги в районе города С. Грунты в основании насыпи —
средние суглинки с влажностью 35% и числом пластичности Wn = 12.
Насыпь возводится из карьерного песка средней крупности. Покры-
тие дороги — бетонные пли-
ты толщиной 25 см, уклады-
ваемые непосредственно на
грунт насыпи. Растительный
покров в основании насыпи
в процессе строительства не
сохраняется.
Глубина сезонного отта-
ивания грунтов основания
насыпи с учетом поправки
на влажность грунта (для
пункта С по карте рис. 7.8)
Н?=0,<87 -2,2=1,91 м.
Нормативная влажность
для слоев дорожной кон-
струкции для плит покрытия
—2%; для тела насыпи 7%,
(см. с. 99). Глубина оттаи-
вания слоев дорожной кон-
струкции:
слой покрытия — бетон-
ные плиты по карте (рис. 7.7)
коэффициента согласно фор-
муле (5.2):
Нсл = 1,37* 1,1 -3,0 = 4,52 м;
тело насыпи по карте (рис. 7.9)—грунты песчаные, подстилаемые
глинистым с учетом поправки на влажность:
Н"л = 0,95 • 2,65 = 2,52 м.
Глубина оттаивания всей дорожной конструкции согласно фор-
муле (7.11)
9 59
Ян = 2,52 - -=~ • 0,25 4- 0,25 = 2,63 м.
4,52
Расчетную осадку S принимаем 0,01 м (см. с. 98).
Относительное сжатие мерзлых грунтов основания насыпи при
его оттаивании 6 = 0,09 берем по графику на рис. 5.4.
Оптимальная высота насыпи по формуле (5.1):
Яоп = 2,63_^-(^_1)-0,0! =2,48 м.
Насыпь надо отсыпать на высоту 2,48—0,25 = 2,23 м.
Пример 5.2. Рассчитать оптимальную высоту насыпи железной
дороги в районе населенного пункта О. В основании насыпи уложен
слой теплоизоляции из торфа высотой в плотном теле 0,25 м. Насыпь
отсыпана из мелких пылеватых песков, добываемых из карьера. Бал-
ластный слой щебеночный высотой 0,40 м, считая до верха шпал.
102
Грунты, в основании насыпи — моренные суглинки с примесью щебня
и гальки до 30 %. Влажность грунтов основания 45%, число пластич-
ности — 9. Мохорастительный покров толщиной 0,10 м сохра-
няется в процессе строительства под насыпью и в полосе отвода.
Глубину сезонного оттаивания грунтов основания насыпи рас-
считываем (пользуясь данными карт для пункта О.) как двухслойную
толщу по формуле (7.11). Для верхнего слоя (мохорастительный
покров) находим Н = 0,65 м, для нижнего слоя (моренный сугли-
нок) н\ = 0,85-2,5 = 2,13 м.
9 1 Ч
Ят = 2,13 -4^-.0,Ю+ 0,10= 1,99 м.
0,65
Дорожная конструкция состоит из трех слоев. Толщина верхнего
слоя (балластная призма) и нижнего (торфяная подушка) известны.
Толщина среднего слоя (тела насыпи) неизвестна. Чтобы можно было
воспользоваться методом эквивалентных слоев, надо условно поме-
нять порядок слоев (на резу льтатах расчета это не отразится) и
считать вторым слоем торфяную подушку, а третьим — грунт самой
насыпи. Нормативная влажность по данным на с. 99 для первого
слоя (щебеночный балласт)—3%; для второго слоя (торфяная по-
душка) влажность не принимается в расчет, для третьего слоя (песок
мелкий пылеватый) — 9%. Определяем глубину оттаивания каждого
слоя в отдельности:
Н'сл — 1,25 • 1,05 • 3,2 = 4,19 м [формула (5.2), рис. 7.7].
Я"л = 0,65 (рис. 7.7).
= 0,93-3,1 =2,88 м (рис. 7.10).
По формуле (7.11) находим:
Нн = 2,88 - —TH” ‘ 0.40 - -^41- 0.25 + 0,40 + 0,25 = 2,15 м.
4,19 0,65
По графику на рис. 5.3 при W = 45% и Wa = 9 относительное
сжатие грунтов основания 6 = 0,27. Так как в грунте имеются круп-
ные фракции, вносим поправку по табл. 5.2 и принимаем 6 =
= 0,8 0,27 = 0,22. Расчетная осадка насыпи (с. 98) S = 0,08 м. По-
лученные величины подставляем в формулу (5.1)
„ 1е 2,15-0,08 /1 ппо ,
"« = 2'15-------П99— ( бЗТ - 1) ~ °’08 = 1176 -•
Посмотрим, какая должна быть высота насыпи, если исключить
теплоизолирующую торфяную подушку в ее основании.
Глубина оттаивания насыпи как двуслойной конструкции по
формуле (7.11), принимая во внимание, что Нсл — 4,19, а Н''л=2,88 м,
будет
Ян = 2,88 - • 0,40 + 0,40 = 3,01 м.
Оптимальная высота насыпи по формуле (5.1)
и 3,01-0,08 ( 1 ппо — ок
— 3,01 0,22 - 1J - 0,08 — 2,5 м.
103
Высота насыпи за вычетом толщины балластного слоя в первом
случае будет 1,36 м и во втором — 2,10 м.
Глубина замены грунта в основании земляного полотна (насыпей
высотой менее оптимальной) и на нулевых местах рассчитывается
по формуле
/г3 = Ноп Н, (5.4)
где Ноп — оптимальная высота насыпи, рассчитываемая по формуле
(5.1), м; И — высота надземной части насыпи, включая балластную
призму или дорожную одежду, м.
Замена грунта на дне выемки рассчитывается также по формуле
(5.4). В этом случае величина Ну, входящая в формулу (5.1), пред-
ставляет собой не слой сезонного оттаивания грунтов с поверхности,
а оттаивание грунтов на дне выемки за теплый период года.
Пример 5.3. Определить глубину замены грунта на дне выемка
железной дороги, проектируемой в районе Т. Балластный слой —
песок средней крупности; высота балластной призмы Н — 0,60 м.
Грунты, залегающие на дне выемки, — суглинки средние с влажно-
стью 30% и с числом пластичности Wn = 10. Грунт на дне выемки
предполагается заменить материалом из балластного карьера, т. е.
тем же песком средней крупности.
Глубина сезонного оттаивания грунта на дне выемки для района
Т. по карте на рис. 7.8 равна Ну = 0,9-2,1 — 1,89 м.
Глубину оттаивания балластной призмы и грунта замены рассчи-
тываем как двухслойную толщу Грунты слоев одинаковые, но влаж-
ности их различны, а именно: для балластного слоя нормативная
влажность равна 5%, а для грунтов замены, принимая во внимание
примечание на с. 99, —1,25-7 — 9%. Кроме того, для балласта зна-
чение Нк надо брать по карте на рис. 757, как для песка, подстилае-
мого песчаным грунтом, а для грунта замены — по карте на рис. 7.9,
как для песчаных грунтов, подстилаемых глинистыми грунтами.
Тогда по формуле (5.2) находим Ясл = 1,0 1,0 • 2,9 = 2,9 м и по
карте рис. 7.9 Н''л — 0,92-2,5 = 2,3 м. По формуле (7.11) глубина
оттаивания дорожной конструкции составит
2 2
Я„ = 2,3 — • 0,60 + 0,60 = 2,43 м.
2, У
Относительное сжатие грунтов, залегающих на дне выемки, при
их оттаивании по графику на рис. 5.3 равно 0,09. Расчетная осадка
S = 0,08 м (с. 98). По формуле (5.1)
Яоя = 2,43_^3(^_ 1)-0,08=1.34М.
Глубина замены грунта на дне выемки по формуле (5.4) h3 =
= 1,34—0,60 = 0.74 м.
Во избежание деформаций пучения основной площадки земля-
ного полотна замену грунта на дне выемки всегда следует делать на
глубину не менее 0,8 м даже в тех случаях, когда по расчету она
окажется меньше. При значительной глубине замены грунта зыгод-
нее на дно котлована под слой засыпки укладывать слой теплоизо-
ляции (торф или твердый пенопласт).
104
Крутизна и теплоизоляция откосов выемок назначается такой,
чтобы оттаявший за теплый период года мерзлый грунт не сползал
по откосу. Для этого необходимо соблюдение условия
sin а < тт—, (5.5)
где а — острый угол, составляемый откосом с горизонтальной поверх-
ностью; \о — объемный вес мерзлого грунта, слагающего откос
выемки, кг/м3; тСд— сопротивление грунта сдвигу, соответствующее
началу возникновения пластических деформаций, кгс/м2;
тсд = с + ptgcp, (5.5)
где с — сцепление мерзлого грунта после его оттаивания, кгс/м-’;
гр— угол внутреннего трения оттаявшего мерзлого грунта; р— дав-
ление оттаявшего слоя грунта, кгс/м2, которое можно определить как
Р = #tYo, (5.7)
где Нт — сезонное оттаивание грунта откоса выемки, м.
Значения с и ср должны быть получены при мерзлотно-грунтовых
изысканиях. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться
данными табл. 5.3.
Таблица 5.3
Углы внутреннего трения гр и сцепление с для оттаявших
мерзлых грунтов
Объемный вес грунта уо, кг/м3 ф, град с, кгс/м2
Песок Супеси Сугли- нок Песок Супеси Сугли- нок
мелкий средней крупности круп- ный
1400 — — 3 2 0 0 0
1500 — — — 6 4 0 0 200
1600 — — 8 6 0 0 300
1700 — — — 10 9 0 100 400
1800 24 26 27 16 12 0 209 500
1900 26 28 30 18 15 0 50) 1000
2000 28 30 32 — — 0 — —»
2100 30 32 55 — — 0 — —•
Пример 5.4. Найти крутизну откоса выемки, обеспечивающую
его устойчивость в районе географического пункта И. Грунты — су-
глинки с объемным весом 1800 кг/м2 и влажностью 27%. Из табл. 5.3
имеем: ср = /2°; tg ср = 0,213\ с ~ 500 кгс/м2. Глубина сезонного
оттаивания откоса Нт = 0,91 -2,6 ~ 2,37 м (по карте на рис. 7.8)
при влажности 27%. По формуле (5.7) получаем р — 2,37 1800 —
= 4266 кгс/м2. По формуле (5.6) вычисляем сопротивление грунта
сдвигу тед = 500 4- 4266-0,213 — 1409 кгс/м2.
По формуле (5.5)
1409
SlnCt 1800-2,37 ~ ’33 *
105
Отсюда а — 19°17f и tg а == 0,350. Требуемая крутизна откоса
m — 1/tg а = 110,350 — 2,86 или уклон откоса 1:2,86. Следует кру-
тизну откоса принять 1: 3.
При откосах круче расчетного следует откосы изолировать тор-
фом, мхом или плитами твердого пенопласта. Толщина теплоизоля-
ции определяется по формуле
д = Нх~, (5.8)
где Нт—то же, что в формуле (5.7); Хм, X — коэффициент теплопро-
водности соответственно мерзлого грунта откоса выемки и материала
теплоизоляции, ккал/м-ч-°C (см. табл. 3.15).
При теплоизоляции местным осушенным грунтом толщина тепло-
изоляции должна равняться глубине сезонного оттаивания этого
грунта, с тем чтобы за теплый период года подстилающий мерзлый
грунт откоса не оттаивал.
Устойчивость косогоров, сложенных мерзлыми грунтами, прове-
ряется на подвижность верхних слоев грунта при их оттаивании. Ко-
согор не будет подвержен движению земляных масс (солифлюкции),
если угол падения склона удовлетворяет неравенству (5.5).
Пример 5.5. Склон южной ориентации, находящийся в районе
географического пункта К., крутизной 1:5 сложен льдистыми супе-
счаными грунтами с влажностью 55°/0. Проверить расчетом, будет ли
склон подвержен солифлюкции.
Так как tg а = 1/5 = 0,2, то угол падения склона а = 11° 19'.
Глубина сезонного оттаивания грунта в данном районе по карте на
рис. 7.8 с учетом поправок на ориентацию склона (см. с. 98) и влаж-
ность равна: Нт — 1,10-0,80-1,5 = 1,32 м. Объемный вес грунта по
данным мерзлотно-грунтовых изысканий у о —1600 кг/м3. По табл. 5.3
для такого грунта ф = 8° и с — 0. Сопротивление грунта сдвигу по
формуле (5.6) тСд = 0 + 1,32’16008° = 297 кгс/мг. По формуле
(5.5) находим
297
81па = ТббоГП32=0Д405; а = 8°05'-
Неравенство (5.5) не соблюдено: ИНЭ'^-З^Об', и, следовательно,
косогор будет подвержен движению земляных масс.
§ 5.2. Поперечный и продольный профили
земляного полотна
Поперечный профиль насыпи и выемки назначается с учетом до-
рожно-мерзлотной классификации вечномерзлых грунтов, по которой
грунты в зависимости от величины относительного сжатия при от-
таивании б делятся на четыре категории:
I — грунты «непросадочные», 6 = 0.
II — грунты «малопросадочные», б не превышает 10%.
III — грунты «просадочные», б колеблется от 10 до 40%.
IVя — грунты «сильнопросадочные», б более 40%.
IV6 — то же, содержащие в верхних горизонтах крупные (толщиной
более 10 см) включения подземного льда, при вытаивании ко-
торого будут образовываться термокарсты,
106
Для предварительного отнесения грунтов к той или другой кате-
гории можно пользоваться табл. 5.4.
Таблица 5.4
Дорожно-мерзлотная классификация грунтов
Наименование и состав грунтов Влажность мерзлых грунтов, % категории
I, менее II III IV, более
Гравийно-галечные и щебе- нисто-дресвяные с примесью:
песка 5-9 9-15 Более 15
супеси или суглинка до 25% 9-13 13-17 Более 17
то же, до 50% 11-16 16-20 Более 20
Пески Супеси: 15-17 17-25 Более 25
легкие 11-13 13-23 23-53 53
тяжелые 14-16 16-25 25-56 56
Суглинки:
легкие и средние 17-20 20-28 28-61 60
тяжелые 21-23 23-35 35-66 66
Глины 25 25-40 40-75 75
В табл. 5.5 даются поперечные профили насыпей, в табл. 5.6 —
выемок. На схемах этих таблиц сливная призма не показана; она при-
нимается по обычным правилам. Значения /Топ включают высоту
дорожной одежды или балластного слоя. Ширина верхней площадки
земляного полотна принимается по формуле
В' = В + 3S, (5.9)
где В — ширина верхней площадки земляного полотна по техническим
условиям, м; S—расчетная осадка (с. 98), м.
Водоотводные сооружения на дорогах устраиваются в соответ-
ствии с категориями грунтов, приведенными в табл. 5.4. При грунтах
I категории водоотводные сооружения проектируются по обычным
правилам. При грунтах II и III категорий водоотводные канавы
удаляются от подошвы откоса насыпи на расстояние, указанное на
схемах табл. 5.5. При поперечном уклоне местности круче 1 : 5 сле-
дует назначать с нагорной стороны два ряда канав с разрывом между
ними 30—40 м.
Укреплять канавы и кюветы следует железобетонными или
армоцементными плитами, укладываемыми по слою торфа или мха
толщиной 10—15 см (рис. 5.5, о). В качестве теплоизоляционного
слоя можно также использовать плиты твердого пенопласта. Швы
железобетонных или армоцементных плит заделываются асфальто-
вой мастикой или иным эластичным герметиком. Вместо крепления
канав плитами удобнее применять фасонные железобетонные блоки
(рис. 5.5, б). Более надежный водоотвод можно получить, устраивая
телескопический лоток из готовых железобетонных блоков, имеющих
более широкое сечение с верховой стороны (рис. 5.6). Блоки лотка
укладываются в канавы на щебеночной подготовке толщиной 10 см.
Зазоры при стыковке заделываются на длину 6 см паклей, проварен-
ной в битуме, и на длину 4 см цементируются.
107
Поперечные профили насыпей
Таблица 5.5
Схема конструкции
Область применения
Условия производства работ
На грунтах II катего-
рии. Для железных и
автомобильных дорог
Возводятся в теплый период года.
Мохорастительный покров не сохра-
няется. Допустима разработка
резервов глубиной не свыше 1 м.
Кювет-резервы не допускаются.
Откосы для автомобильных дорог
1 : 2-1 :3
Схема 1: 1—песчаная или гравийная подушка высотой 0,5 м;
2 — местный грунт
На грунтах III кате-
гории, на устойчивом
косогоре крутизной не
более 1 : 5. Для желез-
ных дорог
Работы по отсыпке насыпи на
высоту 0,75 Яоп должны быть вы-
полнены до наступления положи-
тельных температур воздуха. Грунт
привозной, из карьеров. Мохо-
растительный покров сохраняется
в основании насыпи и на расстоя-
нии по 50 м от оси дороги. Рубка
кустарника за пределами земля-
ного полотна запрещается
На грунтах III кате-
гории, на устойчивом
косогоре крутизной не
более 1 : 5. Для автомо-
бильных дорог
Схема 3: / — привозной грунт из карьера
То же, что и для схемы 2. При
небольшом поперечном уклоне
местности и небольшом значении Ноп
(что имеет место преимущественно
в высоких широтах) откос с низо-
вой стороны можно принимать 1 •'3
без устройства бермы. При высо-
ких насыпях и значительной кру-
тизне косогора профиль для авто-
мобильных дорог следует прини-
мать по схеме 2
На грунтах IV кате-
гории, на устойчивом
косогоре крутизной не
более 1 : 5. Для желез-
ных дорог
То же, что и для схемы 2. На
грунтах категории IV®’ высота на-
сыпи увеличивается на 0,5 м и
водоотводы проектируются инди-
видуально (водоотводные и нагор-
ные канавы заменяются водоотвод-
ными валами-дамбами шириной по
верху 3 м). Большие массивы льда,
залегающие на глубине до 2ЯТ, не-
обходимо удалять
Схема 1: / — привозной грунт на карьере
Схема 5: / — привозной грунт из карьера
На грунтах IV кате-
гории, на устойчивом
косогоре крутизной не
более 1:5. Для автомо-
бильных дорог
То же, что и для схемы 4
о
«5
Продолжение
Схема конструкции
Область применения Условия производства работ
Схема 7:
На грунтах III кате-
гории, на неустойчивом
косогоре (подверженном
солифлюкции) крутизной
не более 1 : 5. Для же-
лезных и автомобильных
дорог
То же, что и для схемы 2
1 — привозной грунт из карьера;
2 — по расчету в зависимости от S
Насыпи малой высоты
(ниже оптимальной) ина
нулевых местах на грун-
тах III и IVa категорий
Для железных и автомо-
бильных дорог
Схема 8: 1 — привозной грунт из карьера;
2 — местный грунт
Работы по замене грунта и от-
сыпке насыпи должны быть закон-
чены до наступления положитель-
ных температур воздуха. Мохо-
растительный покров сохраняется
на расстоянии 50 м от оси дороги.
Пазухи, образованные между от-
косами насыпи и траншей, засы-
паются грунтом, полученным от
разработки траншеи, или оптималь-
ной смесью (местный грунт + пе-
сок + гравий в пропорции по объему
1 ’ 1: 0,5). Расстояние между бров-
ками траншеи и водоотводной ка-
навы 5 м при грунтах III категории
и 10 м—при грунтах IVa категории.
Для автомобильных дорог откосы
насыпи 1:3
Насыпь малой высоты
со слоем теплоизоляции
на грунтах III и IVa
категории. Для желез-
ных и автомобильных
дорог
Схема 9: При грунтах IV категории Ноп—
1 — привозной грунт Из карьера;
2 — теплоизоляция (торф, мох или твердый пенопласт)
Мохорастительный покров сохра-
няется в основании насыпи и по
50 м от оси дороги. Слой тепло-
изоляции укладывается в конце
зимнего периода. Отсыпка насыпи
может производиться при положи-
тельных температурах воздуха в
весенний период продольной возкой.
Бермы теплоизоляции 3 м при
грунтах III и 5м при грунтах IV
категорий
На торфах III кате-
гории просадочности
Для железных и авто-
мобильных дорог
Возведение насыпи производится
в зимний период на высоту не
менее 0,75 НО[Г Выторфование не
производится. При мощности торфа
менее 0,5 м насыпь проектируется
по схемам, принимаемым по грун-
там подстилающего слоя мине-
ральных грунтов. При этом опти-
мальная высота насыпи рассчи-
тывается с учетом наличия слоя
торфа в основании насыпи. Для
автомобильных дорог крутизна
откосов насыпи' 1; 3
Продолжение
№ __________________________
Схема конструкции
Область применения
Условия производства работ
Схема 11: 1—привозной грунт из карьера
На торфах IV кате-
гории просадочности.
Для железных и авто-
мобильных дорог
Возведение насыпи производится
в зимний период на полную вы-
соту ffQn. Выторфование не произ-
водится. Крутизна откосов на авто-
мобильных дорогах 1:2—1:3
На грунтах III и IV
категорий для железных
дорог возле береговых
опор мостов и у водопро-
пускных труб
Охлаждающие установки (системы
С. И. Гапеева) изготовляются из
горячекатаных стальных труб.
Заполнение установок керосином
производится после их размещения
в проектное положение. Объем
теплоносителя (керосина) в уста-
новке 270 л
Схема 12: /—стальная труба d = 194 мм, 6=8 мм;
2 — стальные трубы d—7Q мм, 6 = 6 мм
Т а блица 5.6
Поперечные профили выемок
со
Схема конструкции
Область применения
Условия производства работ
Откосы не круче 1 :2
Схема 1: 1 — привозной грунт из карьера
В грунтах II кате-
гории. Для железных
дорог
В грунтах II кате-
гории. Для автомо-
бильных дорог
Полувыемка в грун-
тах III категории.
Для железных и
автомобильных дорог
Разрабатывается в любой
период года.
В летнее время разработка
может вестись путем снятия
слоев гру'нта по мере их от-
таивания
Те же, что и для схемы I.
При глубоких выемках луч-
ше применять профиль по
схеме 1, с закюветными
полками
Разработка выемки разре-
шается только в зимнее
время. Крутизна низового
откоса полунасыпи для авто-
мобильных дорог 1 : 2 или
1 : 3
Схема конструкции Область применения Условия производства работ
С- Е
Схема 5: 1 — теплоизоляция (мох, торф или твердый пенопласт),
114
При грунтах IV категории нельзя устраивать водоотводные ка-
навы. Отвод воды организовывается вдоль водоотводящих земляных
Рис. 5.5. Укрепление водоотводных канав
а — плоскими армоцементными или железобетонными плитами;
б — фасонными железобетонными блоками
Рис. 5.6. Железобетонный телескопический лоток
Толщина стенок 60 мм
валов (дамб) из уплотненного суглинка. Высота валов рассчитывает-
ся так, чтобы ВГМ поднялась до основания вала, т. е. расчет ведется
аналогично расчету оптимальной высоты насыпи при грунтах IV ка-
тегории.
115
При грунтах III и IV категорий воду рекомендуется перепускать
через земляное полотно на каждые 300—400 м по трассе дороги,
сооружая в местах перепуска мосты малых отверстий, а не трубы
(если высота насыпи не превышает 5 м), так как эксплуатация водо-
пропускных труб затруднена в условиях Крайнего Севера.
Направление трассы выбирается, исходя из следующих основных
положений:
прокладку трассы на местности надлежит вести по наиболее
сухим грунтам, дающим при оттаивании незначительные осадки
(грунты I и II категорий по табл. 5.4) и, по возможности, ближе к
песчаным и гравийным карьерам,
избегать выемок в грунтах III категории и не допускать их в
грунтах IV категории;
места распространения наледей, термокарстов, бугров пучения
следует обходить;
по тундре и на марях, характеризующихся высокой влажностью
грунтов верхних слоев, желательно выбирать наиболее сухие участки
(местные возвышенности или пологие склоны);
предпочтение следует отдавать долинному ходу, а не водораз-
делам, поскольку последние в большинстве случаев сложены неодно-
родными по своему составу льдонасыщенными грунтами, дающими
большие осадки при оттаивании;
следует избегать неустойчивых косогоров с солифлюкдионными
явлениями; не рекомендуется прокладывать трассу непосредственно
у подошвы склонов, так как здесь часто встречаются подземные льды,
возможно образование наледей и эти места неблагоприятны по снсго-
заносимости; следует или поднять трассу вверх по косогору не менее
чем на 10 м, или отнести ее в сторону от подошвы склона па 80—
100 м.
Проектирование продольного профиля следует начинать с нане-
сения на профиль фиксированных (контрольных) отметок бровки
полотна (Ноп минус высота дорожной одежды или балластного слоя
минус высота сливной призмы).
В выемках по расчету глубины замены грунта наносятся линии
разработки грунтов ниже основной площадки земляного полотна.
На продольном профиле размечаются участки с залеганием грун-
тов различной категории (по табл. 5.4).
На участках грунтов III и IV категорий продольный профиль
следует наносить по принципу обертывающей проектировки, стремясь
к тому, чтобы красная линия прошла возможно ближе к контрольным
отметкам. Проложение проектной линии выше контрольных отметок
допустимо и часто необходимо для получения более спокойного про-
филя дороги. Можно допускать проложение проектной линии ниже
контрольных отметок не более чем на 10 см и на коротких участках.
Там, где эти условия соблюсти невозможно, высоты насыпей полу-
чаются ниже оптимальной. На всех таких участках, так же как и на
нулевых местах, следует рассчитать глубину вырезки для замены
грунта в основании земляного полотна.
На участках с залеганием грунтов I и II категорий красную
линию допускается наносить по методу секущей проектировки со
срезкой местных возвышенностей. Однако и здесь следует отдавать
предпочтение обертывающей проектировке, так как разработка
выемок, даже неглубоких, в мерзлых грунтах представляет немалые
трудности,
116
tO 50 60 80 ЮО к Востока от ГриЛича f80 к
Рис. 5.7. Карта дорожно-климатического районирования области вечномерзлых грунтов
§ 5.3. Дорожные одежды автомобильных
дорог
Дорожные одежды автомобильных дорог устраиваются по на-
сыпному грунту (в насыпях) или на слое замененного грунта (в вы-
емках и на нулевых местах). Могут применяться обычные типы до-
рожных одежд, но с учетом суровых климатических условий.
При работах в условиях пониженных температур воздуха необхо-
димо применять асфальтобетонные смеси теплого типа (температура
нагрева смеси в зависимости от марки битума от 70 до 130 °C), что
дает возможность вести ра-
боты по устройству покры-
тий при отрицательных тем-
Таблица 5.7
Расчетные значения относительной
влажности грунтов насыпи W/WT
«3 к Группа грунтов
к as
ч от S о
2 а. ® Ч оЮ t- о
К « S 05 о
6 « 2 ко. ь Ч 3 S «3 я s 2
® s ЙС о- о со _ * я ® £
ж ~ га . о S О о о н с- о щ К S о у к £ 9 3 S £ ~ s 2 ~ ч л к S ® ш о S “
п* о u » >> S К н С- Е S Е у S
<5 а> a t- >> S сз >.0 4
и и и у W я и В h и и Е
I, I 0,75 0,80 0,85
II 0,80 0,85 0,85
III и IV 0,85 0,90 0,90
12 I 0,70 0,75 0,80
II 0,75 0,80 0,85
III и IV 0,80 0,85 0,90
ь I 0,70 0,70 0,75
II 0,70 0,75 0,80
III и IV 0,75 0,80 0,85
пературах воздуха.
Применяются и жесткие
бетонные и железобетонные
покрытия (монолитные и
сборные) из отдельных плит,
укладываемых на песчаную
подготовку. При использова-
нии для дорожных покрытий
«холодного бетона» количе-
ство добавок хлористых и
фтористых солей назнача-
ется в зависимости от тем-
пературы воздуха при ук-
ладке.
Следует иметь в виду,
что асфальтобетонные и во-
обще «черные» покрытия
требуют более высоких на-
сыпей по сравнению с по-
крытиями щебеночными и
цементобетонными. Объясняется это малой отражательной способ-
ностью черных поверхностей, благодаря чему температура на таких
поверхностях выше и грунты под ними оттаивают более интенсивно.
Дорожные одежды нежесткого типа рассчитываются по дейст-
вующей инструкции ВСН 46—72 [1] с некоторыми особенностями,
изложенными ниже.
1. Для назначения расчетных характеристик грунтов и дорожных
материалов область распространения вечномерзлых грунтов разде-
ляется на четыре района [2] (рис. 5.7):
11 — район высокой влажности грунтов сезоннооттаивающего
слоя (влажность грунтов выше границы текучести №т);
12 — район умеренно высокой влажности грунтов сезоннооттаи-
вающего слоя [влажность грунтов (0,8—1,0) VZT];
13 — район малой влажности грунтов сезоннооттаивающего слоя
(влажность грунтов менее 0,8 УЧ);
14 — район островной вечной мерзлоты.
2. При назначении расчетных характеристик грунтов в границах
каждого района показатель «Тип местности по характеру и степени
увлажнения», принятый в ВСН 46—72, заменяется категориями
грунта по табл. 5.4, а именно:
118
участки, сложенные грунтами I категории просадочности, следует
относить к I типу местности («сухие места»);
участки, сложенные грунтами II категории, — ко 2 типу местно-
сти («сырые места»);
участки, сложенные грунтами III и IV категорий, — к 3 типу
местности («места с постоянным и избыточным увлажнением»),
3, Расчетные значения относительной влажности грунтов насыпи
берутся по табл. 5.7 (вместо табл. 1 прилож. 2 инстоукции ВСН
46—72).
Приведенные в табл. 5.7 показатели относятся к насыпям с вы-
сотой, равной или несколько выше оптимальней. При высотах насы-
пей, превышающих оптимальную не менее чем в 2 раза, относитель-
ная влажность принимается как при грунтах I категории.
4. Для грунтов насыпи расчетные характеристики Е, ф и с берутся
по табл. 4 прилож. 2 инструкции ВСН 46—72 с учетом всех данных
табл. 5.7.
Для оттаявших мерзлых грунтов в основании насыпи значения
Ф и с берутся по данным, приведенным в табл. 5.3, а для модуля
упругости грунтов Е, кгс/см2 принимаются следующие:
песчано-гравийный грунт...................... 1150
песок:
крупный................................... 1000
средний ................................... 850
мелкий..................................... 650
пылеватый.................................... 300
супесь:
легкая..................................... 350
пытеватая.................................... 200
суглинок:
тяжелый.................................... 250
пылеватый.................................. 150
торф:
пушицевый................................... 40
моховый...................................... 25
Примечание. Для торфа приведены значения модуля дефор-
мации.
Расчетные значения модуля упругости мерзлого слоя грунтов и
коэффициента Пуассона мерзлых грунтов следующие:
Е, кгс/см2 р,
Песок.........
Пылеватый грунт
Глинистый грунт
25 000 0,41
15 000 0,35
5 000 0,45
Расчет жестких покрытий автомобильных дорог ведется с уче-
том влияния мерзлых оттаявших и вечномерзлых грунтов, входящих
В активную зону основания, по одной из трех принципиальных схем.
Первая схема (рис. 5.8, а) применяется в тех . случаях, когда ВГМ
находится на уровне подошвы насыпи или поднимается в тело насыпи;
вторая схема (рис, 5.8, б) используется при допущении оттаивания
119
мерзлых грунтов в основании насыпи; третья схема (рис. 5.8, в) —
для расчетов при применении в насыпи эффективного слоя теплоизо-
ляции из пенопласта.
Расчетным местом воздействия транспортной нагрузки является
поперечный край плит у температурных швов со стыковыми соеди-
нениями.
При расчете по первой схеме принимается упругая работа по-
крытия и основания, и расчет ведется по модулям упругости слоев
насыпи. При расчете по второй и третьей схемам принимается упру-
го-пластическая работа покрытия и основания (вследствие наличия
остаточных деформаций грунтов при оттаивании и пенопластов при
разгружении). Здесь расчет ведется по модулям деформации слоев
насыпи и ее основания.
Рис. 5.8. Схемы для расчета жестких покрытий
а —первая схема; б — вторая; в—третья
Величина общего (эквивалентного) модуля упругости (или мо-
дуля деформации) определяется по следующим формулам:
для первой схемы
Е = E2kMr, (5.10)
где Е2 — модуль упругости слоя насыпи (слой 2 на рис. 5.8, а),
кгс/см2; Амг — коэффициент влияния мерзлого грунта в основании
насыпи, получаемый по графику на рис. 5.9 в зависимости от отно-
шения hz/D и значения Е2; D — условный диаметр площади воздей-
ствия нагрузки на основание.
з/ Ел
£>= 1,43й/V
V е2
(5.П)
где h2 — толщина слоя 2 (см. по рис. 5.8, а); Ее — модуль упругости
бетона при расчете по первой схеме и модуль деформации бетона при
расчете по второй и третьей схемам, кгс/см2; h — толщина покры-
тия, см;
для второй схемы
Eq = Ег&тг&е&мп (5.12)
120
где Е2— модуль деформации слоя насыпи (слой 2 на рис. 5.9,6),
кгс/см2; ктг — коэффициент влияния талого грунта в основании на-
сыпи, получаемый по графику на рис. 5.10, в зависимости от отноше-
ний h2/D и (/г4 + Л5)/й2; h2, й4 и й5 — толщины слоев на рис. 5.8, б, ем;
Ле — коэффициент, учитывающий соотношение модулей деформации
грунта насыпи и оттаявшего ее основания, находится по графику на
рис. 5.11 в зависимости от отношений h2/D и Е2!Еа:
Р ___ E^hi ф- Е5Й5
Л4 + Л5
(5.13)
где £4 и Е5 — модули деформации слоев 4 и 5 на рис. 5.8, б; /г4 и h5 —
толщины этих слоев; kMT определяется, как и для первой схемы
расчета, по графику на рис. 5.9;
для третьей схемы
Eq = E2kK3kckm, (5.14)
где Е2 — модуль деформации слоя насыпи (слой 2 на рис. 5.8, в),
кгс/см2; Лиз — коэффициент влияния слоя теплоизоляции в конструк-
ции насыпи, получаемый по графику на рис. 5.12 в зависимости от отно-
шений hijh.2 и /12/Д; h2 и й4 — толщина слоев на рис. 5.8, е, см; k6 и
Лмг — как для второй схемы, берутся по графикам на рис. 5.11 и 5.9.
Модули упругости слоев насыпи определяются так же, как и при
расчете нежестких дорожных одежд, т. е. по табл. 4 прнлож. 2 Ин-
струкции ВСН 46—72 с учетом табл. 5.7. Для грунтов оттаявшего
основания насыпи модули упругости берутся по данным, приведен-
ным на с. 119. Модули упругости слоя эффективной теплоизоляции
принимаются по СНиП I-B.15—69 «Материалы и изделия на основе
полимеров». Модули деформации слоев при расчете жестких покры-
тий Ео вычисляются по полученным значениям модулей упругости Е
121
с использованием соотношения Ео = 0,5 Е. Модули упругости и де-
формации бетона следующие:
Марка бетона по
ГОСТ 8424—72 . . 250/35 300/40 350/45 400/50 500/55
Нормативная проч- ность на растяже- ние при изгибе, кгс/см2 35 40 45 50 55
Нормативный модуль упругости бетона Eq, кгс/см2 .... 290 000 315 000 330 000 350 000 380 000
Нормативный модуль деформации бето- на Eq, кгс/см2 . . 230 000 250 000 265 000 280 000 305 000
формулам (5.10), (5.12) или (5.14), в зависимости от схемы расчета,
д затем делают проверку принятой величины h по формуле
ь Р
й = 0,374&бр —, (5.15)
Где Р — нагрузка, приходящаяся на заднюю опору автомобиля, кгс;
Лд — коэффициент динамичности воздействия нагрузки (для автомо-
билей типа ГАЗ и ЗИЛ кд = 1,2); р— коэффициент, учитывающий
123
жесткость слоистого основания покрытия, см2/кг; он принимается по
графику на рис. 5.13, в зависимости от значения Е, получаемого по
формуле (5.10), или от значения Ео, вычисленного по формуле (5.12)
или по формуле (5.14); «б—коэффициент, учитывающий модуль
Рис. 5.13. График значений коэффициента р для расчета толщины
жесткого покрытия
1 — Е или Ео в пределах (1 -е 15)-102 кгс/см2; £д=3-105 кгс/см2; 2 — Е или Еа
в пределах (2 4- 15)• 10’ кгс/см2; £д=3-105 кгс/см2; 3 — поправочный коэффициент
к значениям Р в зависимости от модуля упругости (или деформации) бетона
покрытия
упругости или модуль деформации (бетона); берется по графику на
рис. 5.13; w — допустимый прогиб покрытия, см:
w = 0,428усг/г, (5.16)
где h — толщина покрытия, см, принятая предварительно; у — коэф-
фициент, получаемый по графику на рис. 5.14 в зависимости от отно-
шения модулей упругости (или модулей деформации) бетона и
эквивалентных модулей основания покрытия, а также от отношения
толщины покрытия к радиусу отпечатка спаренных колес автомо-
биля— h/r, см2/кг; о — допускаемое напряжение в бетоне;
а = О,6то/?р. и, (5.17)
124
где 7?Р.и — нормативная прочность бетона на растяжение при изгибе,
кгс/см2 (см. с. 123); 0,6 — обобщенный коэффициент однородности
прочности, устойчивости при многократном воздействии нагрузки и
нарастания прочности во времени для бетона; т0—коэффициент
условий работы покрытия в зависимости от грунтов основания:
Щебень, гравий, песок . . . .
Песок мелкий ..............
Супесь.....................
Суглинок, глина............
Пылеватые грунты...........
Торф.......................
При расче-
те по схе-
ме 1
1,00
0,97
0,95
0,90
0,85
0,75
При расче-
те по схемам
2 и 3
1,20
1,16
1,14
1,08
1,02
0,80
Пример 5.6. Рассчитать толщину бетонного покрытия автомобиль-
ной дороги для условий примера 5.1. Грунт основания насыпи — су-
глинок средний с влажностью 35%.Насыпь из карьерного матери-
ала — песок средней крупности. Мохорастительный покров при
125
строительстве не сохраняется. Нагрузка на заднюю ось автомобиля
Р = 1 -10* кгс; радиус отпечатка одной опоры оси автомобиля г =
= 18 см; бетон марки 350/45.
Оптимальная высота насыпи для этого случая равна 2,23 м
(см. пример 5.1) и глубина оттаивания основания S/д — 0,01/0,09 =
= 0,11 м.
Расчет ведем по скеме 2. Толщина слоев насыпи и основания:
hi — 223 см; hi — 0; h$ = 11 см. Определяем модули деформации
слоев и бетона: Е2 = 1200-0,5 = 600 кгс/см2 (по табл. 4 прилож. 2
ВСН 46—72 с учетом Ео = 0,5Е); Е5 = 150-0,5 = 75 кгс/см2 (см.
с. 119), Eq = 265 -103 кгс/см2 (см. с. 123).
Задаемся предварительно толщиной покрытия, принимая h =
= 25 см и находим коэффициенты, входящие в формулу (5.12).
По графику на рис. 5.10 получаем
d=''43"a/>=
265• 103
600
272 см;
h2/D = 223/272 = 0,82; .-4_±А = . 0 ~t~ 1-L = 0j05.
П2 223
По этим данным no рис. 5.10 находим Кт.Г = 0,54
По графику на рис. 5.11 с помощью данных:
= 0,82; £и = - о~^5нИ “= 75 кгс/см2;
Е2 = 600
Еп 75 б-
Находим ке = 1,0. По графику на рис. 5.9 при h2,'D = 0,82 и Ег =
= 600 кгс/см2 получаем kMi г = 1,28.
По формуле 5.12 вычисляем общий модуль деформации Ео =
= 600-0,54-1,0-1,28 = 414 кгс/см2.
Определяем допустимый прогиб по формуле (5.16).
По графику на рис. 5.14 при
h/r = 25/18 = 1,39 и Eq/Eq = 265 • 103/414 = 640
находим коэффициенты: у = 1,40- 10~i см2/кг;
233-1,20 +11.1,08 ,
=-------2зз+Т1----------1119 (см' с' 125)'
При Рр. и = 45 кгс/см2; ст = 0,6-1,19-45 =32 кгс/см2; допусти-
мый прогиб покрытия по формуле (5.16) w = 0,428-1,40-10~’^-32
% 25 = 0,048 см.
Проверяем принятую толщину покрытия по формуле (5.15). Так как
общий модуль деформации Ео = 414 кгс/см2, то следует пользоваться
кривой 1 на рис. 5.13, по которой находим коэффициент р =
= 2,45-10-* см2/кг. По кривой 3 на том же рисунке получаем коэф-
фициент кв = 1,04 (при модуле деформации бетона Еб — 265-103).
Тогда h = 0,374 1,04 2,45 10~i(l,2 1 lQi/0,048) = 24 см.
Расхождение с принятой величиной (25 см) 4%, что вполне до-
пустимо.
§ 5.4. Городские дороги и улицы
Поперечные профили городских автомагистралей, улиц и про-
ездов назначаются в соответствии с принятыми планировочными
решениями для застройки городской территории и организацией
126
внутригородских и пригородных перевозок пассажиров и грузов.
В этом отношении возможны два решения.
1. Движение людей и автомашин строго разграничивается. По-
токи пешеходов и автомашин не пересекаются в одном уровне и не
идут параллельно — по тротуарам и проезжей части. В этом случае
городские транспортные магистрали устраиваются по схеме на
рис. 5.15. Аллеи и дорожки для пешеходов трассируются по различ-
ным кратчайшим направлениям и, по возможности, с сохранением
Рис. 5.16. Пешеходные дорожки
а —обычного типа; б — совмещенные с трассой санитарно-технических
коммуникаций
вдоль них естественного ландшафта и растительности Конструктивно
они устраиваются по типу парковых аллей на невысоких насыпях
(рис. 5.16).
Такое решение рационально в районах с сильными ветрами и
снегозаносами.
2. Традиционное решение — создание на городской территории
магистралей и улиц обычного типа (рис. 5.17). В этом случае улицы,
площади и проезды сооружаются в уровне красных отметок- плани-
ровки,
127
При решении улиц по схеме на рис. 5.15 насыпь в месте остановки
автобуса уширяется, и сооружается пассажирский павильон. Прл
традиционном решении улиц пассажирские помещения устраиваются
в первых этажах зданий.
Ливневые и талые воды отво’дятся преимущественно по откры-
тым водостокам: лоткам и канавам. Уличные дорожные лотки,
устраиваемые за счет профилирования проезжей части, часто не
справляются с водоотводом, особенно в период таяния снегов. По-
этому в профиле улиц надлежит предусматривать уширенные лотки
глубиной до 0,5 м с устройством через них легких мостиков в местах
переходов. Все канавы и лотки крепятся железобетонными плитами
или профильными готовыми блоками с соответствующей теплоизоля-
цией и гидроизоляцией (рис. 5 5:
Рис. 5.17. Улица с заменой грунта в основании дорож-
ной одежды
1 — черная отметка (до планировки участка); 2 — красная отметка
вертикальной планировки
В последнее время для крупных городов и поселков Севера
создаются проекты общесплавной подземной канализационной сети,
в которую, кроме хозяйственно-бытовых сточных вод, предусматри-
вается сброс ливневых и талых вод. Эксплуатация такой сети в усло-
виях залегания вечномерзлых грунтов возможна только при обеспече-
нии канализационной сети от промерзания за счет усиленной тепло-
изоляции труб и подогрева сточных вод.
Городские дороги, сооружаемые на насыпях, должны иметь опре-
деленную высоту дорожной конструкции (насыпи плюс дорожной
одежды). Эта высота рассчитывается как оптимальная по формуле
(5.1). Если по условиям продольного профиля высота дорожной
конструкции получается ниже оптимальной, то необходимо заменить
грунт в основании насыпи, рассчитывая глубину замены по формуле
(5-4).
На улицах, площадях и проездах, сооружаемых в уровне крас-
ных отметок планировки, грунт заменяется в основании проезжей
части и тротуаров. Глубина замены (рис. 5.17) рассчитывается по
формуле (5.4). При этом за Н принимается высота слоя между крас-
ными и черными отметками вертикальной планировки.
Пример 5.7. По проекту вертикальной планировки в городе Н.
отметка проезжей части улицы на данном участке выше поверхности
128
грунта естественного залегания на 92 см. Грунты на участке строи-
тельства— супеси с влажностью 28°/0 и числом пластичности = 5.
. Проектируется следующая конструкция дорожной одежды: покрытие
из асфальтобетонной смеси высотой 8 см; основание под покрытием —
слой щебня высотой 12 см\ ниже — гравийно-песчаная смесь с при-
! месью пылеватых частиц (грунт подсыпки). Этим же грунтом будет
заменяться грунт под улицей. Определить необходимую глубину за-
мены грунта в основании улицы.
Глубина сезонного оттаивания грунта в данном географическом
пункте основания по каоте на рис. 7.8 И? = О,9 -1,8 =1,62 м. Норма-
тивная влажность конструктивных слоев (см. с. 99): верхний слой
(асфальтобетон) — /%; второй слой (щебень)—4%; нижний слой
Рис. 5.18. Планировка местности при грунтах
III категории
1—красная отметка планировки; 2 — грунт, подлежащий
выемке и замене; 3—естественный рельеф местности;
4 — ВГМ до работ по планировке; 5 — ВГМ после планиро-
вочных работ
(гравийно-песчаная смесь) — 9% 1. Глубина сезонного оттаивания
этих слоев по формуле (5.2) и на рис. 7.7, 7.9: //С1 — 1.30 'к
X1Л • 2,6 = 3,72 м; //" = 1,25 • 1,05 • 2,6 = 3,40 м; Н'" = 1,13- 0,93Х
Х2,1 =2,21 м.
Глубина сезонного оттаивания конструкции насыпи по формуле
(7.12) Нц=2,21 — 2,21-0,08/3,72 — 2,21-0,12/3404-0,084-0,012=2,28 м.
По графику на рис. 5.4 определяем относительное сжатие грун-
тов основания при оттаивании 6 = 0,10. Расчетная осас'ка насыпи
S = 0,03 (см. с. 98). Средняя температура воздуха за теплый период
года 8,5 °C. Поправочный коэффициент для «черных» покрытий
Кал = 1,10 (табл. 5.1). Оптимальная высота насыпи по формуле (5.1)
= 1 1 [2-28 - ( ОТ - 1)] - 0,03 = 2,06 м.
Так как высота слоя между красными и черными отметками
। fi = 0,92 м, то глубина замены грунта под улицей по формуле (5.4)
Лз = 2,06—0,92 = 1,14 м.
Проектирование вертикальной планировки при наличии проса-
, Дочных грунтов на площадке ведется с сохранением сложившегося
. Термовлажностного режима вечномерзлых грунтов (рис. 5.18 и 5.19).
1 Для гравия 5%, для мелкого песка 8%, среднее значение 7%.
й» Для слоя замены надо принять влажность 1,25-7 - 9%.
| 5 Зак. 190 129
3
Нарушение этого принципа может привести к провалам дневной по-
верхности, образованию термокарстовых озер, к интенсивному овра-
гообразованию и превратить территорию в состояние, не пригодное
для застройки и благоустройства.
Проект вертикальной планировки составляется на основе гео-
криологической карты местности, на которой даются виды, характер
залегания и физические характеристики грунтов, рельеф местности и
вид растительности. На территории, подлежащей вертикальной пла-
нировке, необходимо на карте оконтурить участки с различными
грунтовыми условиями применительно к дорожно-мерзлотной клас-
сификации грунтов, данной в табл. 5.4.
Рис. 5.19. Планировка местности при грунтах IV
категории
1 — красная отметка планировки; 2 — грунт, подлежащий вы-
емке и замене; 3 — естественный рельеф местности; 4 — поло-
жение ВГМ до работ по планировке; 5 — ВГМ после планиро-
вочных работ; 6 — включения подземного льда
На участках, слагаемых грунтами I и II категорий, допускается
изменение рельефа путем срезок, подсыпок, смягчения уклонов и при-
способление рельефа для целей строительства. Грунты, получаемые
в результате срезок, могут быть использованы на участках, требую-
щих подсыпки. Земляные работы по планировке территории допус-
кается проводить в летний период, когда верхние слои грунта
оттаивают.
При планировке участков с залеганием грунтов III категории
необходимо сохранить верхнюю границу вечномерзлых грунтов
(ВГМ) на ее прежнем уровне. Поэтому планировка допускается
только за счет подсыпок карьерным грунтом, при этом грунт по ко-
личеству содержащейся в нем влаги должен удовлетворять условиям
грунтов I или II категорий.
Высота подсыпки (Я) не должна быть менее величины (рис. 5.18)
Я>дЯсл,
(5.18)
где 6 — относительное сжатие при оттаивании грунтов, из которых
сложена данная площадка, определяется по графику на рис. 5.4; при
130
втом Wn и определяются опытным путем; ориентировочно их
можно принимать следующими:
Гп Гр
Супесь:
легкая 1-3 0,17-0,16
тяжелая 3—7 0,155
Суглинок:
легкий 7—9 0,16
средний 9-13 0,16-0,17
тяжелый 13-17 0,17-0,19
Нел—глубина сезонного оттаивания подсыпки. грунта, используемо
для
Срезка отдельных бугров разрешается, но при условии, что
оставшийся после срезки объем (заштрихован на рис. 5.18) заме-
няется тем же грунтом, который используется для подсыпки.
При производстве планировочных работ в летний период грунт
должен подсыпаться способом «от себя>, с тем чтобы естественная
поверхность и ее мохорастигельнып покров не нарушались колесами
или гусеницами транспортных машин. Срезать бугры лучше в зим-
нее время.
Пример 5.8. Определить минимальную высоту подсыпки при вер-
тикальной планировке в населенном пункте Р. П лощадка сложена
супесями с влажностью 55%. Принимаем !Vn = 3; по графику на
рис. 5.4 6 =0,38. Предположим, что для подсыпки будет использован
мелкий песок, взятый из карьера. Влажность грунта подсыпки прини-
маем нормативной 1Г = 5% (см. с. 99). Глубина сезонного оттаива-
ния слоя данного грунта по карте на рис. 7.9 (песчаный грунт, под-
стилаемый глинистым) Нел = 0,94-2,2 — 2,07 м. Необходимая вы-
сота подсыпки по формуле (5.18) Н = 0,38- 2,07 = 0,79 м.
На участках, сложенных грунтами IV категории («силыюпро-
садочных» или содержащих в верхних горизонтах подземные льды),
местность планируется также подсыпкой высотой, определяемой по
формуле (5.18). При срезке бугров под ними следует заменять грунт
на глубину /г3, равную Нал-
При грунтах IV категории планировочные работы должны про-
изводиться тогда, когда грунт с поверхности промерз па глубину не
менее 20 см. Для подсыпок и замены в местах срезок следует приме-
нять только круппообломочные грунты.
Пример 5.9. Определить глубину замены грунта под срезанным
бугром при вертикальной планировке для города Ф. Грунты, слагаю-
щие участок территории, — льдсиасыщенные супеси, относимые к
грунтам IV категории. Для замены используется грунт из карьера —
мелкий песок с примесью 20% гравия.
Мелкий песок с влажностью 8% составляет 80% объема и гра-
вий, имеющий нормативную влажность 5%, — 20% объема. Норма-
тивная влажность заменяемого грунта
FH = 1,25 8 ‘ 80 .t:5 '- = 9 % •
1 vJ
По карте на рис. 7.9 (песчаные грунты, подстилаемые глинистыми)
для города Ф. имеем й$ = Нсл—0,92-1,8 = 1,66 м.
5* 131
В обычных условиях земляные работы по вертикальной плани-
ровке выполняются преимущественно после окончания работ нулево-
го цикла и прокладки подземных коммуникаций. На территориях,
слагаемых вечномерзлыми грунтами, такой порядок работ допускается
при грунтах I и II категорий. При грунтах III и IV категорий верти-
кальную планировку местности или засыпку территории строитель-
ства привозным грунтом на высоту //, определяемую по формуле
(5.18), необходимо произвести до начала всех строительных работ.
Нулевого баланса в объемах выемок и насыпей в пределах пла-
нируемой площади достичь невозможно, в особенности на террито-
риях, сложенных грунтами III и IV категорий. Непригодные для
планировки грунты вывозятся за пределы строительства.
Устойчивость откосов при вертикальной планировке рассчиты-
вается так же, как устойчивость откосов выемок дорог, т. е. опре-
деляется допустимая крутизна откоса по формуле (5.5).
Если необходимо сохранить откос круче допустимого расчетного,
то следует теплоизолировать его торфом, мхом или эффективной
теплоизоляцией (плиты твердого пенопласта или слой заливочного
пенопласта). Толщина слоя теплоизоляции рассчитывается по фор-
муле (5 8). Слой теплоизоляции откоса прикрывается защитным слоем
крупнообломочного грунта толщиной не менее 15 см. Если по откосу
разрешается движение транспортных машин, то защитный слой уве-
личивается минимум до 50 см.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ВСН 46—72 Минтрансстроя. М., «Транспорт», 1973.
2. Земляное полотно автомобильных дорог в северных условиях.
Под ред. А. А. Малышева. М., «Транспорт», 1974.
I п а з з 6
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И СВЯЗИ
§ 6.1. Расчетные условия
Расчеты проводов и конструкций спор, фундаментов и других
элементов линий выполняются по нормативам и методикам для
обычных условий [2, 7, 8,9, 11, 12, 13, 14] с учетом особенностей исход-
ных данных. Для полного
учета свойств региона не-
обходимо также использо-
вать [1, 3, 4, 5, 6, 10, 10].
Коэффициенты запаса
прочности изоляции и арма-
туры при расчетной темпе-
ратуре воздуха ниже —45 °C
принимаются для гирлянд с
подвесными изоляторами в
режиме наибольшей нагруз-
ки соответственно 4,0 и 3,5,
а в аварийном режиме —
2,7 и 2,6.
Расстояние проводов до
поверхности земли может
назначаться по величине га-
барита в безлюдной местно-
сти (4,0 м для ЛЭП до
ПО кВ, 4,5 м — для 154 кВ;
5,0 м — для 220 кВ), но к
этому имеется ряд ограни-
чивающих условий. Наибо-
лее широко применяется на
основном протяжении трас-
сы габарит, рекомендуемый
Таблица 6.1
Габариты линий связи в пролете
Габарит,
м для линий
Характеристика местности телефонно- телеграф- ных радиотран- сляционных кла со а
1 II
Вне населенных пунктов 3,0 3,0 5,0
ЕЗ черте населен- ных пунктов 4,5 4,5 6,0
При переходах через автомобиль- ные дороги всех категорий 5,0 о,а 6,0
При переходах через реки и ка- налы (во время наибольшего по- ловодья, до наи- более высоких мачт судов или верхней точки га- барита сплава) 1,0 1,0 2,0
для труднодоступной мест-
ности (5,0 м для ЛЭП до ПО кВ; 5,5 м—до 154 кВ; 6,0 м—до 220 кВ).
В состав проекта целесообразно включать схему распределения
трассы по габаритам в пролете. На участках снежных заносов приня-
тые габариты должны соблюдаться до поверхности снега и назна-
чаться исходя из среднегодовой температуры воздуха.
Для линий связи (ВЛС) габариты принимаются как обычно.
Некоторые из них приведены в табл. 6.1.
Ветровая нагрузка. Региональные нормативы отличаются тем,
что для проектирования ЛЭП напряжением ПО кВ включительно в
качестве наибольшего скоростного напора повторяемостью 1 раз в
10 лет может приниматься 27 кгс/см2, если такая величина подтвер-
ждается наблюдениями в районе трассы, а не минимальная величина
133
по [14], равная 40 кгс/м2. Кроме того, в совместный расчет с каса-
тельной силой пучения вводится наибольший скоростной напор ветра
повторяемостью 1 раз в 10 лет за период октябрь — январь (его
величина может быть меньше принятой для проектирования линий).
В последнем случае для центральной части региона среднее значение
скорости ветра, м/с, повторяемостью 1 раз в 10 лет («ю) по значению
скорости ветра повторяемостью 1 раз в год (oj) можно определять по
формуле
Vi0= 1,20+ 1,24V!. (6.1)
Гололедная нагрузка в отличие от обычных условий часто опре-
деляется не по СНиП П-6—74, а по натурным наблюдениям. В этом
случае расчеты выполняются в соответствии с (6.15),
Температуру грунта на уровне годовых нулевых амплитуд (глу-
бина 10 м) не всегда можно получить по данным полевых измерений
при изысканиях линий. С погрешностью не более +0,5° эта темпера-
тура может быть определена по единовременным измерениям при
следующей минимальной глубине скважин ht:
t0, °C .... I 2 3 4 5 6 7 8
ht, м .... 6,8 5,2 4,6 4,2 4,0 3,8 3,7 3,6
Удельное эквивалентное сопротивление грунта для проектирова-
ния молниезащиты кабелей вычисляется не только для июня, как
обычно, но и для сентября. По результатам измерений удельного со-
противления в сентябре определяется удельное эквивалентное сопро-
тивление
Рс=ПэР1» <6-2)
где «э — коэффициент пересчета, зависящий от соотношения удель-
ных сопротивлений верхнею и нижнего слоев грунта pi и р2:
Р1/Р2 .... 1,00 0,50 0,20 0,10 0,05 0,02
пэ 1,00 1,21 1,63 2,02 2,28 2,45
§ 6.2. Опоры и их закрепление в грунте
Опоры должны изготавливаться в основном из дерева: из лист-
венницы или из сосны. Для стоек опор 0,4 и 6—10 кВ может исполь-
зоваться ель или пихта (при увеличении диаметра бревен типовых
конструкций на 2 см). Для линий связи могут также применяться
кедр, ель и пихта (последние две породы древесины не допускаются
для линий связи I класса). Допускается применение стали для одно-
цепных опор ЛЭП 35—220 кВ при скоростном напоре ветра более
80 кгс/м2 и для двухцепных опор этих ЛЭП, а также для опор спе-
циальных переходов линий всех напряжений.
134
Лес для опор должен соответствовать 2-му или 3-му сорту по
ГОСТ 9463—72. Для изготовления стальных опор рекомендуются
низколегированные стали для конструкций группы III — марки 09Г2С
или 10Г2С1 по ГОСТ 19281—73 и 19282—73. Металлические детали
деревянных опор для крепления проводов, тросов, оттяжек и тяг
изготавливаются из тех же сталей, что и металлические опоры. Для
других деталей используются стали ВСт.З по ГОСТ 380—71 *.
'Закрепления в грунте проектируются для деревянных опор из
дерева или железобетона, для металлических — из железобетона или
из металла. Требования к лесу и металлу при изготовлении закрепле-
ний те же, что и при изготовлении опор. Стальные трубы для закреп-
лений следует применять бесшовные по ГОСТ 8731—74 из стали 10Г2
В термически обработанном состоянии; пои диаметре до 700 мм могут
также применяться электросварные трубы по ГОСТ 10705—63 груп-
пы А из стали марок 08 и 10.
Железобетонные закрепления должны иметь марку по морозо-
стойкости не ниже Мрз 300 и по прочности на сжатие не ниже 400.
Деревянные детали защищаются от гниения заводской пропит-
кой или пропиткой на месте водорастворимыми антисептиками типа
доналит (лиственница зимней рубки особой защиты не требует).
Металлические опоры рекомендуется применять оцинкованными
или в неагрессивной среде защищать их лакокрасочным покрытием в
составе: грунт — фенолформальдегидный ФЛ-ОЗК, ФЛ-ОЗКК или
ФЛ-ОЗЖ (ГОСТ 9109—59)—один слой, покрытие — пенгафталевая
эмаль ПФ-115 (ГОСТ 6465—63*) — три слоя. Аналогично защищаются
металлические детали деревянных опор (при этом эмали ПФ-115 до-
статочно два слоя).
Закладные части и сварные соединения железобетонных закреп-
лений опор в грунте в неагрессивной среде защищаются металлиза-
цией, обетонировкой или лакокрасочным покрытием в составе: грунт
ФЛ-ОЗК, ФЛ-ОЗКК или ФЛ-ОЗЖ — два слоя, покрытие ХСЛ
(ГОСТ 7313—55) —шесть слоев или ХС-76 (ГОСТ 9355—60) —пять
слоев. В агрессивной среде лакокрасочные покрытия наносятся на
металлизационное покрытие или закладные части (сварные соедине-
ния) обетонируются. В условиях строительной площадки металлиза-
ционное покрытие целесообразно осуществлять газопламенными ме-
таллизаторами МГИ-2-65А (на ацетоне) и МГИ-2-65П (на пропане!,
позволяющими высушивать и подогревать стыки перед нанесением на
них покрытия.
Железобетонные закрепления опор ст агрессивного воздействия
воды (среды) защищаются раствором битума в бензине. Стальные
трубы защищаются эпоксидными покрытиями. Металлизация и на-
несение лакокрасочных и иных покрытий производятся на той части
закрепления, которая располагается над дневной поверхностью, в
пределах деятельного слоя и ниже на глубину 0,5 м.
Конструкции опор 35—220 кВ. Основой для проектирования яв-
ляются унифицированные системы для обычных условий. Двухцеп-
ные линии, предназначенные для электроснабжения потребителей I
Категории, должны сооружаться на одноцепных опорах, как правило,
По раздельным трассам с подключением к линиям по возможности
большего числа населенных пунктов.
Провода и тросы по маркам выбираются как обычно. Тип рас-
положения проводов на опорах (вертикальный, горизонтальный, тре-
угольный и др.) не ограничивается, кроме ЛЭП 220 кВ в районах
135
с наибольшим скоростным напором ветра 100 кгс/см2 и выше на
высоте 10 м от земли, а также в особом районе по гололеду, где
необходимо горизонтальное расположение проводов.
Примеры использовавшихся конструкций и их закреплений в
грунте приведены в [6].
Проектируется новая серия опор с закреплениями в грунте спе-
циально для рассматриваемого региона на усредненные расчетные
условия. Регион расчленен на три зоны по сочетанию основных
условий, указанных в табл. 6.2. Мощность сезоннооттаивающего слоя
условно для этого проекта принята изменяющейся пропорционально
от 1 до 3 м при изменении /0 от —10° до —1 °C. Опоры рассчитаны
Таблица 6.2
Основные зональные условия новой серии опор
Показатель Единица измерения Значение показателя при сочетаниях
А Б В
Скорость ветра Толщина стенки гололеда Температура грунта на глубине. 10 м м/сек мм °C 25 10 -1. -з 40 20 -3, -9 50 40 -6, -10
Таблица 6.3
Марки проводов, предусматриваемые для новых опор
Сочетание условий (по табл. 6.2) Материал опор Марка проводов на ЛЭП
35-110 кВ 22.0 кВ
А, Б Б Дерево Сталь АС-70-:- АС-150 АСО-ЗОО, АСО-400
АС 70/11 4- АС 150/24 АС-70 + АСО-240 АС 300/39, АС 400/51 АСО-ЗОО, АСО-400
АС 70/11-:-АС 240/32 АСУ-150 АС 150/34 АС 300/39, АС 400,-51 АСУ-300 АС 300,65
Примечание. Марки проводов в числителе указаны по ГОСТ 839-50,
л знаменателе — по ГОСТ 839-74.
на марки проводов, указанные в табл. 6.3. Для конкретных линий мо-
гут использоваться провода и других марок, нагрузки от которых не
более принятых при расчете опор. Для промежуточных деревянных
опор высота оси траверсы над уровнем земли принята 13 м; для
стальных свободностоящих опоо ЛЭП 35—100 кВ она принята рав-
ной 19 м, а для одностоечных на оттяжках при сочетании В для
ЛЭП 35—220 кВ — 25 м. Величины пролетов ЛЭП приняты при
деревянных опорах 230—280 м для сочетания А и примерно на 30%
меньше — для сочетания 5; при стальных опорах для ЛЭП 35—
НО кВ они приняты 215—295 м, а для ЛЭП 220 кВ —390 м в случае
сочетания Б и 315—415 — сочетания В.
136
Для закрепления деревянных опор в грунте применяются дере-
вянные сваи диаметром примеоно 0,3 м, погружаемые в грунт на
4—6 м, для закрепления стальных при сочетании Б — трубчатые
Рис. 6.1. Винтовая многооборотная свая длиной 6 м
с лопастью диаметром 400 мм
Рис. 6.2. Схема нагрузок и удерживающих сил при действии
касательных сил пучения
а — пр i сжимающей результирующей нагрузке ог верхнего строе*
ния ЛЭП; б — то же, при вырывающей; 1—дневная поверхность; 2 — си-
ница сезоннооттаивающего слоя; 3— грибовидный подножннк; 4 — свая
стальные сваи диаметром 0,5 м и длиной 6 м, а при сочетании В — -
винтовые многооборотные стальные сваи (рис. 6.1).
Для наиболее характерного случая—использование грунтов ос-
нования по принципу Р — представлена методика определения за-
крепления в грунт. Грунты деятельного слоя чаще всего пучинистыс,
1 При этом температура гранта в зоне заанкеривания фунда-
мента должна быть не выше —0,3 °C.
137
и расчет основания с учетом действия на фундамент касательных сил
пучения \ как правило, является определяющим. При расчете за-
креплений опор ЛЭП в вечномерзлом грунте учитывается совместное
действие ветровой нагрузки и сил пучения (рис. 6.2). Схема к расчету
представлена на рис. 6.2.
Полная длина свай /Св или высота подножника ft™ состоит из
трех участков: надземного ln(hu), в деятельном слое — /Т(ЛТ) и в
вечномерзлом грунте /м(/гм). Первый принимается равным 20 см,
второй — равным нормативной мощности деятельного слоя, а тре-
тий — рассчитывается.
Для наиболее распространенного случая /м (или hM) может рас-
считываться по формуле
=(1 2'32 + ‘У’ (6-3)
где t0 — разность температур между замеренной на глубине 10 м при
изысканиях и температурой начала замерзания, °C; Vt — вспомога-
тельный параметр, определяемый в зависимости от tQ;
Пн — показатель нагрузки, определяемый при сжимающей нагрузке
по формуле (6.4), при вырывающей — по (6.5):
/7 __ [ЛНмПсоч (Н л. с. п “Г G)] /?и .
U атм1ПСГтф^ утн
ц ___ (-Римпсоч -j~ Nп G) /?н (6 5)
“ UatnMmC' гтф, утн ’
где Р— расчетное значение касательной силы пучения, равное Гвып£;
Твып принимается равным при толщине деятельного слоя 1 м —
13 тс/м2; 2 м — 11 тс/м2, и 3 м—9 тс/м2, a F — площади боковой
поверхности фундамента в пределах деятельного слоя, м2; п№—ко-
эффициент, равный 1 при железобетонных фундаментах, 0,9 — при
деревянных и 0,7 — при металлических; пСоч — коэффициент сочета-
ния, равный 0,9, когда учитывается действие силы пучения и ветра, и
1—в остальных случаях; Мл-с п, Лгл.в.п — расчетные нагрузки от
верхнего строения ЛЭП, тс, определяемые по формулам (6.4а) И
(6.5а); G — расчетная нагрузка от веса фундамента, вычисляемая для
грибовидных подножников с учетом веса грунта на его уступах, кото-
рый принимается со снижением на 0,8 тс/м3 для глин и суглинков и
на 1 тс/м3 — для супесей и песков; кя — коэффициент надежности,
1 На действие нормальных сил пучения расчет обычно не ве-
дется, так как фундамент должен погружаться в грунт ниже уровня
действия этих сил.
138
принимаемый на прямом участке трассы для промежуточных опор
равным 1; для анкерных без разности тяжений в смежных пролета х—
равным 1,2; для угловых, анкерных с разностью тяжений проводов,
анкерно-угловых и концевых опор хи = 1,3, а для специальных пере-
ходов через реки, ущелья и т. п. кя— 1,7; Ua — периметр фундамента
в зоне заанкеривания, м; тм—коэффициент условий работы, прини-
маемый для железобетонных фундаментов равным 1, для деревян-
ных— 0,9, для металлических — 0,7; тт, с — то же, равный 1 при
заанкеривании в глинистых грунтах и 1,28 — в песчаных; Шф. у — то
же, принимаемый в зависимости от заглубления фундамента в вечно-
мерзлый грунт:
Менее 2 м 2 м и более
Для подножников при t0
< —2 °C..................
То же, выше —2 °C.........
Для свай, кроме забивных и
бурозабивных .............
То же, забивных и буроза-
бивных ...................
1,4 1,3
1,3 1,2
- 1,3
- 1,4
t'in — коэффициент, равный 1,2 при расчете на пучение и 1 — в осталь-
ных случаях.
Формулы (6.4) и (6.5) дают значения /7Н для одиночной сваи или
расположенной в кусте с шагом не менее шести диаметров (или сто-
рон сечения сваи); при меньшем шаге в знаменатель вводится допол-
нительный коэффициент, равный 0,9 при двух сваях и 0,8 при трех.
Расчетная нагрузка в формулах (6.4) и (6.5):
п
м = У1 -п :
"л. с. п. Z-j ni ci соч ъ
1 = 1
г
N = Vя .п
1 л. в. п. нс ас соч с>
» = 1
(6.4а)
(6.5а)
где — нормативные значения нагрузок, определяемые так же,
как для ЛЭП в обычных условиях, тс; nci — коэффициенты перегруз-
ки, принимаемые равными 0,9 для всех весовых нагрузок (кроме го-
лоледа, для которого nCi~0), для нагрузки от тяжеиия проводов и
тросов, свободных от гололеда, Па =0,8; nsi — коэффициенты пере-
грузки, принимаемые для всех весовых нагрузок равными 0,9, кроме
гололеда, для которого Пвг = 0,5; остальные значения nSi прини-
маются по табл. 5 и п. 2—21 СНиП П-И.9—62;
При определении коэффициентов сочетаний псоч следует иметь
3 виду, что предусмотренный во временных указаниях (6.5) коэффи-
циент для ветрового напора, равный 0,7 вводить в расчет не следует,
поскольку он уже учтен в СНиП П-6—74 «Нагрузки и воздействия».
Глубина заложения фундамента в вечномерзлый грунт может
определяться также по графику (рис. 6.3). Как формула (6.3), так и
график дают удовлетворительный результат при /0=—2 СС и ниже
до глубины 6 м, при to — 1,5 °C — до 7 м, при to = 1 °C — до 8 м.
139
Рис. 6.3. Зависимость глубины заанкеривания фундамента в вечно-
мерзлый грунт от показателя нагрузки
Цифры у кривых—температура грунта ta на глубине 10 м
По формуле (6.3) можно определять заложение фундамента и
при отсутствии сил пучения. В случае сжимающей нагрузки для гри-
бовидных подножников целесообразно предварительно определить
нагрузку, воспринимаемую основанием под подошвой фундамента, и
вычесть ее величину из суммы нагрузки от верхнего строения ЛЭП,
подставляемой в числитель
формулы (6.4).
Несущая способность
винтовых свай приведена в
табл. 6.4.
Пример. Определить
глубину погружения желе-
зобетонного грибовидного
подножника вырываемого
фундамента концевой опоры
в вечномерзлый грунт. Ра-
стительность на площадке
отсутствует, грунты — супе-
си, мощность слоя сезонного
промерзания 3,5 м, норма-
тивная температура грунта
на глубине 10 м t0 = —3 °C.
<У подножника квадратная
опорная плита (сторона по-
дошвы 1,6 м) и призматиче-
ская стойка квадратного по-
перечного сечения (размер
стороны 32 см). Сумма на-
грузок от линии переда-
чи с учетом коэффициента
перегрузки и сочетаний
Nл. в. п — 21 тс, а вес фун-
дамента и грунта G = 11 тс.
Вычисляем значение си-
лы пучения:
Р = 0,9-4-0,32-3.5 =
= 40,3 тс.
Таблица 6.4
Несущая способность винтозых свай
по С. X. Вартанову (рис. 6.1)
Группа грунта Те мпе- ратура грунта в зоне заанке- ривания, СС Несущая способность тс, на
выры- вание вдавли- вание
Крупнопесчаные -1,0 86,6 90,7
и песчаные
Средней круп- -1,5 93,9 98,5
ности -2,0 100,9 105,8
-2,5 106,5 111,7
-3,0 113,5 119,0
Песчаные мел- -1,0 73,1 76,6
кие и пылеватые -1,5 78,8 82,6
-2,0 85,8 89,8
— 2,5 91,4 95,7
-3,0 97,1 101,7
Супеси, включая -1,0 61,0 63,6
пылеватые -1,5 66,8 6Д6
-2,0 73,6 76,8
-2,5 79,2 82,7
-3,0 86,9 90,7
Суглинки и гли- - 1,0 46,8 48,8
ны, включая пы- — 1,5 52,3 54,6
леватые -2,0 56,4 59,0
-2,5 62,2 65,0
-3,0 66,3 69,5
Все виды грун- -1,0 44,1 45,6
тов с ледяными
прослойками или
включениями
Показатель нагрузки по формуле (6.5)
(40-3- 1,0-0,9 + 21— 11 -0,9)- 1,3
~ 4-1,6-1,0-1,28-1,4-1,2 ~ ’ ’
тс,
t0 = 3,0 — (—0,1) = 2,9 °C.
По кривым рис. 6.3 определяем hM = 1,3 м, что оказалось боль-
ше минимально допустимого 1,0 м.
Способы ведения земляных работ на трассах линий электропе-
редачи практически те же, что и для других сооружений. Из бурового
оборудования пока нашли наиболее широкое применение станки
БУ20-2М и БС-1М. Перспективны для отдельных трасс станок
БС-802М. а для завинчивания винтовых свай — агрегат на базе
КрАЗ-267 (КрАЗ-250).
141
Закрепления опор ЛЭП 220 кВ в грунте принимаются в два
этапа: первый в соответствии с нормами для обычных условий, и вто-
рой— когда замеряемая температура грунта сравнивается с расчет-
ной (при превышении первой над второй более чем на 10% необхо-
дима проверка закрепления опоры ЛЭП в вечномерзлом грунте). Для
замера температур на площадках установки опор погружаются кон-
трольные трубки диаметром 38—50 мм. Они размещаются у всех
анкерных, угловых и концевых, а также у промежуточных опор, рас-
полагающихся вблизи границ участков с изменяющимися мерзлотно-
грунтовыми условиями (у двух смежных опор с каждой стороны).
Для преодоления основанием дополнительных монтажных нагру-
зок целесообразно монтировать опоры при замерзшем слое сезонного
протаивания.
При строительстве необходимо стремиться к наименьшему на-
рушению мохорастительного п снегового покрова на трассе.
Конструкции опор 6—10 и 0,4 кВ линий связи. Опоры 6—10 кВ
разработаны трех типоразмеров: два для устройства линий 1 в насе-
ленной и в ненаселенной местности (при установке этих опор в труд-
нодоступной местности разрешается укоротить стойку на 1 м) и
один для переходов 2.
Наибольшие нагрузки от ветра и гололеда определялись для
повторяемости 1 раз в 10 лет. Марки проводов, на которые запроек-
тированы опоры, напряжения, а также длины пролетов для линейных
опор, приведены в табл. 6.5.
Таблица 6.5
Показатели применения линейных опор 6—10 кВ
Марка провода Напряжение кгс/мм2 Максимальное тяженпе, кгс Габаритные пролеты в ненаселен- ной местности (линейные опоры) при толщине стенки гололеда, мм
5-10 15-20
ПС-25 18,0 443 125- 105 85-70
АС-25 10,5 279 110-80 65 — 50
АС-35 10,5 453 110-100 80-65
АС-50 8,0 442 100-90 80-65
А-50 5,7 282 95 — 75 75-60
А-70 5,7 395 95-85 80-60
А-95 4,8 448 85-70 75-60
А-120 3,8 445 80-65 70-60
Примечания: 1. Расчетная температура минимальная —60 °C, макси-
мальная для обычных опор +35 °C, для повышенных переходных +40 °C. 2. Боль-
шие величины пролетов относятся к скоростному напору ветра 40 кгс/м2 (при
'ололеде 15 — 20 мм — 50 кгс/м2), а меньшие — 65 кгс/м2. 3. Габаритные пролеты
тереходных опор изменяются от 150 до 70 м. 4. Ветровые пролеты не менее га-
Заритных.
Основная схема опоры включает составную стойку и вертикаль-
ные пасынки без ригелей. В типовом проекте предусмотрены три раз-
новидности каждого типа опоры: из цельного бревна, с деревянными
и с железобетонными пасынками (все с ригелями). Длина пасынков
1 Типовой проект 3.407—80 м, альбом II.
2 Типовой проект 3.407—88, альбом I.
142
деревянных 4,5 и 6,5 м, железобетонных 4,25 и 6,0 м. Разработано
два вида закреплений каждой опоры — погружаемых в скважины и
в отрытые котлованы. В непучинистых и слабопучинистых грунтах
минимально необходимое заглубление линейных промежуточных опор
без ригелей 2,2 м, с ригелями — 2 м, а переходных соответственно на
0,2 м больше; анкерные опоры заглубляются не менее чем на 2,5 м.
Опоры линий 0,4 кВ (типовой проект 3.407—80м, альбом I) за-
проектированы на подвеску до восьми проводов электросети марок
А-25 4-А-50 и АС-16 4-АС-35 и четырех стальных проводов радио-
сети диаметром 4 мм '. Наибольшие нагрузки от ветра и от гололеда
определялись для повторяемости 1 раз в 5 лет, причем ветровая на-
грузка — из условия прохождения линии в застроенной местности
(в других случаях необходимо уменьшать пролеты или применять
опоры 6—10 кВ.) Напряжения в проводах определяются наибольшей
стрелой провеса: при гололеде 5 и 10 мм — 1,2 м, при гололеде 15 и
20 мм — 1,45 м. Величины пролетов задаются условиями прочности
анкерно-угловых опор: суммарное максимальное тяжение от всех
проводов электросети — не более 530 кг, а от каждого провода радио-
сети— 200 кг. Минимальное вертикальное расстояние между нижним
проводом электросети и верхним радиосети 1,90 или 2,15 м. Модифи-
кации опор 0,4 кВ и их закрепления в вечномерзлом грунте анало-
гичны описанному для опор 6—10 кВ.
Опоры линий связи. Количество опор на I км выбирается в зави-
симости от климатических условий, материала проводов и ответствен-
ности линии. Классификация линий связи по гололедообразованию
представлена в табл. 6.6 (учитывается в сочетании наиболее невыгод-
ных климатических условий — температура воздуха, скорость ветра,
интенсивность гололеда, — наблюдаемых один раз в 5 лет).
Таблица 6.6
Классификация линий связи
Тип линий Принимаемая при расчете линии толщина стенки на проводе, мм Вес гололеда или изморози или мокрого
Наименование Обозна- чение льда включи- тельно до изморози
снега с провода, м Г до
Облегченный о 5 До 20 мм включительно 150
Нормальный н 10 Свыше 20 мм 400
Усиленный У 15 — 809
Особо усиленный ОУ 20 — 1499
Величины наибольших длин пролетов изменяются в зависимости
от типов линий: для линий типа О они находятся в пределах 80—
150 м, а для типа ОУ — 35,7 4- 83,3 м (в зависимости от материала
провода и его сечения). Для других типов линий пролеты имеют про-
межуточное значение.
Могут быть отмечены дополнительные конструкции и закрепле-
ния промежуточных опор линий связи в вечномерзлых грунтах,
1 С 1 января 1973 г. запрещена совместная подвеска проводов
радиофикации на опорах линий 3—10 кВ,
143
например ряж, засыпанный крупнообломочным грунтом (рис. 6.1).
Засыпка песком не допускается. Во избежание всплытия ряжи укреп-
ляют двумя кольями, забиваемыми в грунт не менее чем на 1 м.
Колья располагаются внутри ряжа по диагонали и связываются с
бревнами ряжа скобами. В случае отсутствия бревен для устройства
ряжа можно использовать 8—10 кольев, устанавливаемых по диамет-
ру 1,5—2 м вокруг опоры и переплетаемых кустарником, ветвями
Рис. 6.4. Закрепление промежуточных опор линий
связи в вечномерзлых грунтах
а — устройством ряжа; б—обваловкой; 1—опора: 2 — ряж;
3 — засыпка ряжа; 4 — верхняя граница вечномерзлых грун-
тов после устройства ряжа или обваловки; 5 — обваловка
деревьев и т. и. Колья погружаются в грунт на глубину 0,5—0,6 м и
выступают над дневной поверхностью па высоту 0,75—0,8 м. Обва-
ловка выполняется осенью из торфа, мха или другого подобного
материала. Крутизна откосов обваловки 1 : 1,5. Ширина обваловки
следующая:
мощность сезонно-
оттаивающего
или сезонйопро-
мерзающего
слоя, м . . . . 1,2-1,79 1,8-2,09 2,1—2,5 Более 2,5
ширина обваловки
поверху, м . . 1,5 2,0 2,5 3,0
§ 6.3. Прокладка кабелей
В пределах населенных пунктов прокладка кабелей проектируется
преимущественно надземной; подземная прокладка, как правило,
используется в крупных городах и для кабельных магистралей.
Надземная прокладка. Один из способов прокладки по стенам на
навесных кабельных конструкциях или в закладных подвесках для
кабелей 0,4 кВ и связи. Размещение кабелей вдоль деревянных кон-
струкций требует особых мер предосторожности как на трассе
(рис. 6.5), так и при вводах (рис. 6.6). Открыто проложенные кабели
необходимо защищать от солнечных лучей, например покрасить их
в белый цвет.
Кабели могут прокладываться совместно с санитарно-техниче-
скими сетями. При надземной прокладке применяются бронирован-
144
ные кабели, а при прокладке в городских коллекторах, где для них
выделяется отдельная секция или стенка, кабели защищаются сетча-
si. тым ограждением.
Рис. 6.6. Проход через деревянные и другие сгораемые
перегородки
а—проход через стену в трубе; б — заделка из несгораемого мате-
риала; 1—скоба; 2 — труба; 3—заделка тощим бетоном, шлаковатой
и т. и.; 4—заделка глиной с асбестом, алебастром и т. и., 5 — под-
мотка джутом
Для прокладки кабелей 6 кВ целесообразно применение эстакад,
ширина полки которых (рис. 6.7) назначается в зависимости от ко-
личества кабелей:
количество кабелей, шт..... 3 5 10 20
ширина полки, см ....... 30 5J 80 150
145
Полки располагаются поперек несущей балки через каждые
80 см. Расстояние между опорами принимается до 6 м. Компенсаторы
предусматриваются в виде свободных провесов кабеля. Материал
эстакад зависит от числа прокладываемых кабелей: по 20 — дерево,
более 20 — железобетон или металл. При малом количестве кабелей
могут применяться также короба.
Иногда применяется воздушная подвеска кабелей 0,4 кВ и связи,
которые крепятся к стальному тросу при помощи хомутов через каж-
дые 25—30 см. Компенсатором в этом случае является петля у опоры.
Рис. 6.7. Эстакада для надземной
прокладки кабелей
1—свая; 2 — битуминизированный грунт;
3 — полка для кабелей
Рис. 6.8. Прокладка кабеля по пеше-
ходному мостику
1 — кабель марки КСРБ; 2—кабель марки СБ
При такой подвеске вследствие низких температур (особенно при их
сочетании с сильными ветрами) часто повреждается свинцовая обо-
лочка кабелей.
Рациональна прокладка кабелей под пешеходными мостками, но
она допускается только для бронированных кабелей напряжением не
выше 0,4 кВ. Мостки должны быть постоянными, иметь толщину
досок не менее 8 см (рис. 6.8) и должны быть оборудованы специаль-
ными переездами для транспорта.
Подземная прокладка. Основной способ такой прокладки —
в траншеях (рис. 6.9). Глубина прокладки кабеля, его марка и тип
защитного покрытия в зависимости от мерзлотно-грунтовых условий
определяются по табл. 6.7. Обваловка выполняется высотой 0,6 м с
откосами крутизной 1 : 1,5. Ширина обваловки принимается по дан-
ным, приведенным на с. 144.
Аналогичная обваловка делается над концами защитных коробов
или труб на переходах через дороги (рис. 6.10), на участках с опас-
146
Рис. 6.9. Подземная прокладка кабеля в траншее
1—дренирующий грунт; 2 — торф; 3— местный грунт (размельченный
н тщательно уплотненный); 4 — кабель связи; 5 — кабель электро-
снабжения
Рис. 6.10. Устройство обваловки над концами труб в местах
пересечения дороги кабельной трассой
1—кабель; 2— насыпь дороги: 3— обваловка; 4— труба; 5 — верхняя
поверхность вечномерзлых пород
ними и особо опасными условиями. Трубы прокладываются с укло-
ном и выводятся по обе стороны от подошвы насыпи или от полевой
бровки кювета на длину не менее 1 м.
На подходах к пересечению дороги может оказаться необходи-
мым проложить кабель в ее насыпи. В этом случае применяются
кабели с проволочной броней (марки АП, ААП), способные противо-
стоять растягивающим усилиям. При необходимости проложить ка-
бели с ленточной броней (марки СБ, АСБ) должны сооружаться
специальные каналы, в которых кабели укладываются «змейкой».
Прокладка
Мерз- потно- грунтовые условия прокладки кабеля Г рунты Строительная категория грунтов и пород' Толщина деятельного слоя
сливающаяся мерзлота несливаю- гцаяся мерзлота
Неопасные Скальные породы, галь- ка, гравий, сухие пески, глины IV и выше Различная Различная
Неопасные Суглинки, супеси, в том числе с включением галь- ки, гравия I — IV До 1,8 Более 1,8 До 1,2 Более 1,2
Опасные Супеси, суглинки, в том числе с примесью щебе- нистого и гравийно-га- лечного материала, торф I-IV Более 1,8 Более 1,2
Водонасыщенные пески, галька, гравий I-IV Более 1,8 Более 1,2
Особо опасные Грунты различного со- става с сильно развитыми мерзлотными явлениями (большая неравномер- ность морозного пучения, глубокие морозобойные трещины) I -1V Более 1,8 Более 1,2
Особо опасные Активное развитие тер- мокарста, бугров, пуче- ния, оползней, морозобой- ных трещин (ширина бо- лее 20 см) Различная Ра злпчная Различная
148
Кабели электроснабжения укладываются в траншее «змейкой»,
защиту их от механических повреждений целесообразно выполнять
досками или горбылем, которые по сравнению с кирпичом и бетоном
меньше проводят тепло и ослабляют проникновение морозобойных
трещин в зону укладки кабеля. Концы кабелей целесообразно соеди-
нять в наружном кабельном шкафу, используя концевые муфты.
Через каждые 3—4 км рекомендуется устраивать контрольно-измери-
тельные пункты Изменять глубину прокладки кабеля следует плавно,
с уклоном не более 1 :10.
кабелей
Таблица 6.7
Глубина прокладки кабеля Марка кабеля
электроснабжения СВЯЗИ
Кабели электро.снабже- ния в скальных — не ме- нее 0,4 м, в остальных — не менее 0,7 м. Кабели связи — по НТП 45 — 321.72 СБ, АСБ, СП, АСП (бро- нированные двумя сталь- ными лентами) Многочетверочные симме- тричные кабели с броней из статьных лент — по типу МКСБ (по ГОСТ 7006-72 тип Б)
ГТ 2 На у мощности сезон- То же То же
нооттаивающего слоя, но не менее 0,6 м 1,2 1,2 м с применением мер против опасного воздей- ствия пучения и трещино- образования: обвалозки, снегозадержания, посева трав, замены грунта, про- резей; применением кабе- лей с круглой броней или прокладки ниже деятель- ного слоя СБ, АСБ, СП, АСП с применением дополни- тельных мероприятий (графа 8), или АП, ААП (бронированные круглой стальной проволокой) без дополнительных меро- приятий Многочетверочпые симме- тричные кабели с броней из стальных лент—по типу МКСБ (по ГОСТ 7006-72 тип Б) с применением до- полнительных защитных ме- роприятий или из круглых стальных оцинкованных про- волок—по типу МКСК (по ГОСТ 7006-72 тип К1 без за- щитных мероприятий
На глубине 1,8 м с при- менением дополнитель- ных мероприятий, относя- щихся к «опасным усло- виям» СБ, АСБ, СП, АСП с увеличением глубины заложения и с примене- нием дополнительных ме- роприятий или АП, ААП без дополнительных ме- роприятий Многочетверочные симме- тричные кабели с броней из стальных лент — по типу МКСБ (по ГОСТ 7003-72 тип Б) с увеличением глу- бины заложения и примене- нием дополнительных за- щитных мероприятий итп многочетверочные симме- тричные кабели с броней из круглых стальных оцинко- ванных проволок по типу МКСК (по ГОСТ 7006 —72 тип К) без дополнительных защитных мероприятий
Прокладка кабеля в земле не допускается
149
При вводах кабелей связи в здания следует принимать меры,
предотвращающие их поднятие при пучении грунтов, и предохранять
кабель от повреждения устройством около здания банкетки из грунта
или шлака высотой 0,6—1,0 м. При наличии подполип кабели вводят-
ся через трубы и защищаются коробом, но к нему не крепятся, а вы-
кладываются с запасом. Допускается вводить кабели связи в здание
через блок канализации, закладываемый в стену. При этом обяза-
тельно сооружение приямка с внешней стороны здания в месте
Рис. 6.11. Ввод кабелей связи в здание через приямок
1—отмостка; 2 — песок или гравийно-галечный грунт
ввода. Приямок заполняется крупным песком или крупнообломочным
грунтом (рис. 6.11).
При подземной прокладке кабелей электроснабжения параллель-
но фундаментам зданий необходимо учитывать их тепловое влияние
на грунт и соответственно выбирать трассу кабеля.
Для условий Арктики зона теплового влияния кабеля ограничи-
вается 1 м. При этом вокруг кабеля образуется талик радиусом до
10 см, мощность сезоннооттаивающего слоя увеличивается над кабе-
лем примерно на 10% по сравнению с естественными условиями, а тем-
пература грунта у кабеля в течение всего года на 3,5—4 °C выше, чем
за пределами зоны влияния. В случае прокладки кабеля в других
условиях тепловые расчеты могут быть произведены аналогично
расчетам трубопроводов. Для уменьшения теплового влияния кабе-
лей рекомендуется прокладывать в одной траншее не более четырех
кабелей вместо шести в обычных условиях.
Перед прокладкой при отрицательных температурах кабель
электроснабжения должен быть прогрет электрическим трехфазным
150
током или в тепляке. Заливку муфт следует производить морозо-
устойчивой кабельной массой состава: 75% массы МБ-90 и 25%
транспортного масла по весу.
Кабели связи допускается прокладывать без подогрева при тем-
пературах не ниже:
Минимальная
температура воз-
духа, °C
Бронированный с металличе-
ской оболочкой, проклады-
ваемый в траншее через ре-
ки ....................... —15
С поливинилхлоридной или
полиэтиленовой оболочкой,
прокладываемый в траншее
через реки, а также затя-
гиваемый в канализацию . . —10
Голый кабель, затягиваемый
в канализацию............. —20
При более низкой температуре кабель прогревается на барабане
в тепляке или посредством портативных подогревателей типа ПП-85.
Для кабелей связи с броней из круглых проволок применяют
безмуфтовое гибкое соединение брони.
Кабель связи может прокладываться в грунтах I—IV групп но-
жевым кабелеукладчиком КУ А (КУ-Г-1). Для разработки траншей в
мерзлом грунте могут использоваться роторные экскаваторы ЭТР-131,
дискофрезные машины ДФН-1 и фрезерный кабелеукладчик. Бестран-
шейная прокладка кабельных трубопроводов на переходах осуще-
ствляется машиной КМ-143М на базе автомобиля ГАЗ-63, которая
оснащена двумя насосами Н-401 для подачи масла в гидропресс
БГ-3, гидрокраном 4031 Львовского завода, насосом ВНМ-18 для
откачки воды из котлована и лебедкой для самовытаскивания ма-
шины и затяжки кабеля. Максимальный диаметр продавливаемого
отверстия 300 мм, длина 50 м. Для выполнения контуров заземления
служит машина МСКЗ-2.
§ 6.4- Молниезащита и заземляющие
устройства
Молниезащита воздушных линий электропередачи напряжением
35—220 кВ осуществляется грозозащитными тросами, воздушных
линий 6—10 и 0,4 кВ — трубчатыми разрядниками или искровыми
промежутками; воздушных линий связи и радиосети — установкой
молниеотводов на опорах; протяженных кабельных линий связи —
прокладкой параллельно кабелю проводов в земле, использованием
существующей воздушной линии связи, созданием защитных конту-
ров вокруг отдельных опор ЛЭП, ВЛС, а также деревьев.
Грозозащитный трос обычно не подвешивается на линиях с де-
ревянными опорами (кроме подходов к подстанциям) и может не
подвешиваться на линиях с металлическими и железобетонными
опорами, если длина их не превышает величин, указанных в табл. 6.8.
151
Таблица G. 8
Наибольшая длина ЛЭП, не защищенная тросом
Напря- жение ЛЭП, кВ Данные промежуточных опор Допускаемая длина ЛЭП без троса, км при числе грозовых часов в год
Коли- чество це пе й ЛЭП Расположение проводов Высота точки подвеса гирлянды верхнего провода, м До 10 10-20 21 -39
и числе грозовых отключений ЛЭП в год
2 3 2 3 2 3
ПО но 220 220 220 220 Одна Дне Одна Две Одна Треугольное » » Горизон- тальное 23 27 21,5 32 35,5 25,5 32 25 37 29 23 44 48 37 56 44 35 66 16 12 19 15 12 22 24 18 28 22 17 33 11 8 12 10 8 15 16 12 17 15 12 22
Трубчатые разрядники или искровые промежутки на линиях
6—10 и 0,4 кВ устанавливаются на участках с ослабленной изоляцией
(переходы через инженерные сооружения, подходы к трансформатор-
ным подстанциям).
Молниеотводы на деревянных опорах линий связи (и радиосети)
выполняются из стальной проволоки диаметром 4—5 мм (или диа-
метром 3 мм в два конца). Защите подлежат опоры вводные, вывод-
ные, кабельные, разрядные, контрольные, сложные угловые и мачто-
вые, а также промежуточные, поврежденные разрядом молнии или
заменяемые после повреждения. Кроме того, молниеотводами снаб-
жаются опоры, установленные на пересечениях с воздушной линией
электроснабжения, и опоры, на которых включаются разрядники
ИР-0,3, ИР-7, ИР-10, ИР-15, ИР-20, Р-350, РБ-250 (Р-35), РБ-280,
а также контрольные, кабельные и опоры, ограничивающие пролет
пересечения с воздушной линией электропередачи. Грозовая поражае-
мость протяженных кабелей в районах распространения вечномерз-
лых грунтов выше, чем в обычных. Поэтому выполнять молниезащиту
следует тщательно, в частности, необходимо двукратное определение
удельного сопротивления грунта.
Исходная для расчета молниезащиты вероятность повреждения
кабеля
/?СР “ 2
(6.6)
где Пи и пс — вероятные числа повреждений, рассчитанные для усло-
вий июня и сентября.
Если измерить удельное сопротивление грунта в сентябре не
представляется возможным, то допускается использовать только
июньские измерения.
Выполнение молниезащиты кабелей не имеет принципиальных
отличий от обычных условий [17]. Симметричные одночетверочные
152
кабели всех типов защищают только в процессе эксплуатации на
участках, где уже имели место повреждения от ударов молнии.
Заземляющие устройства в значительной степени зависят от
грунтов. Тяжелые грунтовые условия могут потребовать выполнения
не только концентрированных заземлителей в точке, обусловленной
требованиями безопасности, но и составных, включающих также
выносной заземлитель и соединительную систему.
Выполняется выносной заземлитель из труб, забиваемых в грунт
и соединенных поверху (на глубине 0,5 м от поверхности земли)
стальной полосой, или из стальных сеток размером 5X5 или 10ХЮм,
Сопротивление заземления R, Ом
Рис. 6.12. Номограмма сопротивления растеканию заземлителей
из стальной полосы 40 X 4 мм, погружаемых в водоемы
выполненных из полосы 40 X 4 мм с размером ячейки 40 X 40 см,
укладываемых на дно водоема. При расчете сетки можно пользовать-
ся графиком (рис. 6.12). Для соединительной системы допускается
использовать алюминиевый кабель или голый медный провод, про-
кладываемый в земле. В расчетах необходимо учитывать сопротив-
ление материала соединительной системы [6].
Для заземления грозозащитных тросов линий 35—220 кВ реко-
мендуется выполнять «противовес» в виде стальных полос 40 X 4 мм,
укладываемых на глубине 0,4—0,5 м.
Заземляющие устройства на трассе целесообразно выполнять
глубинными, например, погружая трубы диаметром 76 мм длиной
8—12 м, соединенные по верху на глубине 0,8—1 м полосой 40 X 4 мм
или круглой сталью диаметром 12 мм. Могут также использоваться
одиночные заземлители из труб длиной 20—50 м. Вокруг трубы может
предусматриваться искусственная обработка грунта, обладающего
высоким электрическим сопротивлением [6]. В большинстве расчетов
среда принимается двухслойной, и расчет выполняется по формуле
/п ч_________________0,732р,р2__________v
Uk'3'2 pi _ 2hi + 2/) + р2(/ + 2h.~2t) А
/ . 21 1 . 4t -f- I Л ! Г- -7\
x(lg^-+2'едгтгг)' (67)
153
Рис. 6.13. Устройство заземлителей с искусственной обработ-
кой грунта
а—стержневого; б — протяженного; 1—заземлитель
Рис. 6.14. Схема устройства заземления в вечномерзлых
грунтах с горизонтально расположенными заземлителями
1—щиты для снегозадержания; 2 — снег; 3—насыпь из материала,
плохо проводящего тепло (например, древесные опилки)
'600 мм
где (RK a)2 — сопротивление растеканию электрического тока зазем-
лителя в виде одиночного круглого электрода в двухслойной среде,
Ом; pi и рг — удельное электрическое сопротивление грунта с одно-
родными электрическими параметрами соответственно первого и вто-
рого слоя, Ом-м; hi — мощность первого слоя грунта с однородными
электрическими параметрами, м; t — расстояние от поверхности
грунта до середины вертикального круглого электрода, м; I—длина
вертикального круглого электрода, м; d — диаметр электрода (для
трубы — наружный диаметр), м.
Заземляющие устройства линий 0,4 и 6—10 кВ выполняются из
круглой стали диаметром 10 мм, в агрессивных водах должна при-
меняться сталь диаметром 16 мм. Прокладывается круглая сталь на
глубине 0,5 м и в траншее шириной в песчаных грунтах по верху 0,5
и по низу 0,3 м, а в глинистых грунтах — соответственно 0,3 и 0,2 м.
Схемы заземляющих устройств применяются простые — в один, два
или три луча, выходящих из центра, которым является опора. Длина
луча колеблется от 2 м (сопротивление грунта 50 и заземлителя
30 Ом) до 40 м (сопротивление грунта 500—1000 Ом, заземлителя —
10 4- 20 Ом).
На линиях связи используется также заземляющее устройство,
показанное на рис. 6.13. При этом расходуется 16 кг соли на каждый
метр заземлителя, которая смешивается с измельченным грунтом.
Расположение заземлителей и устройство токоотводов практически
не отличаются от обычных условий.
Для создания заземляющих устройств на кабельных линиях
используются системы, которые описаны выше, а также применяется
устройство, схема которого представлена на рис. 6.14.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бойченко В. И. Кабельная канализация в вечномерзлых
грунтах. М., «Энергия», 1971, 56 с.
2. Б о ш н я к о в и ч А. Д. Механический расчет проводов и
тросов линий электропередачи. Л., «Энергия», 1971, 295 с.
3. Б р е с л а в М. Н., Н о с о в И. М., Холостов В. И. Осо-
бенности проектирования линий электропередачи для условий Край-
него Севера. Сб. «Геофизические факторы и выбор конструктивных
решений при проектировании линий электропередачи». М., «Энергия»,
1973, с. 37—43.
4. Виноградов Д. Е. Строительство линий электропередачи
35—330 кВ в тяжелых условиях. Л., «Энергия», 1974, 152 с.
5. Временные указания по проектированию воздушных линий
электропередачи напряжением 6—220 кВ для Северной воздушно-
климатической зоны, ВСН—62—72/Минэнерго СССР. Л., 1972, 127 с.
6. Гальперин В. В. Линии электропередачи в районах мно-
голетнемерзлых грунтов. Изд. 2-е перераб. и доп. Л., «Энергия», 1972,
184 с.
7. Г а л ь п е р и М. Л. Деревянные опоры линий электропере-
дачи. М., «Энергия», 1972, 224 с.
8. Иродов М. Д. Применение винтовых свай в строительстве.
М., Стройиздат, 1968, 147 с.
9. Крюков К. П„ Курносов А. И., Новгородцев Б. П.
Конструкции и расчет металлических и железобетонных опор линий
электропередачи. Л., «Энергия», 1975, 456 с.
155
10. Куликов Ю. Г.. Новодержкин В. А., Перетру-
хни Н А., Ф р о л о в П. А. Воздействие мерзлотно-грунтовых яв-
лений на кабели связи. М., «Связь», 1967, 48 с.
11. Найфельд iM. Р. Заземление, защитные меры безопас-
ности. М., «Энергия», 1971, 311 с.
12. М и хайлов М. И., Соколов С. А. Заземляющие устрой-
ства в установках электросвязи. М., «Связь», 1971, 199 с.
13. Правила строительства и ремонта воздушных линий связи
и радиотрансляционных сетей: часть I—Строительство и ремонт
воздушных линий и радиотрансляционных сетей. Связьиздат, 1961,
262 с., часть II — Устройство мачтовых переходов. Связьиздат, 1960,
80 с., часть III — Строительство и ремонт стоечных и подземных
линий и оборудование домов распределительной радиотрансляцион-
ной и телефонной внутрирайонной сети, Связьиздат, 1960, 199 с.,
часть IV — Защита установок проводной связи и устройств радио-
трансляционных сетей от опасных напряжений и токов, возникаю-
щих на воздушных линиях связи и радиофикации, «Связь», 1972, 87 с.
14. Правила устройства электроустановок ПУЭ. «Энергия», 1965,
464 с.
15. Рекомендации по расчету климатических параметров голо-
ледных и гололедно-ветровых нагрузок на провода воздушных линий.
Л., Гидрометеоиздат, 1974, 35 с.
16. Рошет С. Н. Определение температуры вечномерзлого
грунта на уровне нулевых годовых амплитуд температур в мелких
скважинах. В сб.: «Геофизические факторы и выбор конструктивных
решении при проектировании линий электропередачи». М., «Энергия»
1973, с. 25—29.
17. Справочник по строительству междугородных кабельных
линий связи. М., «Связь», 1972, 575 с.
Г п а в г 7
ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПОДГОТОВКА
ОСНОВАНИЙ
§ 7.1. Принципы использования грунтов
в качестве оснований
Строительные нормы и правила различают два принципа исполь-
зования вечномерзлых грунтов в качестве оснований:
I. В мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации
сооружения.
II. В оттаивающем или оттаявшем состоянии.
Принцип использования грунтов определяет состав инженерных
изысканий, методы исследования характеристик грунтов, меры по
\ правлению температурным режимом основания, конструктивное ре-
шение фундамента и предельные состояния его основания, способы
Рис. 7.1. Схема к расчету мерзлотного разрыва
производства работ нулевого цикла, а также правила эксплуатации
сооружении. Для отдельных частей одного сооружения нормами не
допускается применение различных принципов. Это правило не рас-
пространяется па линейные сооружения. Участки площадки, застраи-
ваемые по разным принципам, должны быть разделены достаточными
мерзлотными разрывами. При этом особое внимание обращается на
грунтовые воды, которые в крупнообломочных и песчаных грунтах
способны переносить тепло на большие расстояния.
Необходимая величина мерзлотного разрыва определяется расче-
том стационарных температурных полей оснований сооружений с
учетом их взаимного теплового влияния, выполняемым аналитически
18], либо на электроинтеграторе ЭГДА (§ 7.3).
Для случая, когда среднегодовая температура поверхности
грунта под зданием, возводимым по принципу I, сохраняется равной
среднегодовой температуре грунтов t0 в естественных условиях,
расчет может быть выполнен приближенно при следующих исходных
данных (рис. 7.1);
157
tn — температура воздуха в здании, возводимом по принципу П, °C;
В— ширина того же здания, м; Ro— сопротивление теплопередаче
сс
Рис. 7.2. Номограмма для определения параметра р'
Рис. 7.3. График для определения значений
пола того же здания, м2-ч-град/ккал; Хт, Ам — коэффициенты тепло-
проводности соответственно талого и мерзлого грунта, ккал/м-ч-град;
А — допустимое относительное повышение среднегодовой температуры
мерзлого грунта под наружным фундаментом здания, возводимого
по принципу I, доли единицы; Н — глубина, м, в пределах которой
158
среднегодовая температура грунта не должна превышать величи
/о — Д6 (to берется со знаком «минус»).
Рис. 7.4. Графики для определения значений —
0,2 0,4
Вначале вычисляются параметры
а=~В~’
в зависимости от которых по графику (рис. 7.2) определяется (У и
вычисляются параметры:
т*п
(7.1)
zm _
В 2ф *
(7.2)
159
Мерзлотный разрыв находится из формул:
п₽" 4=-тг-°^ (7-з>
>>4 4к=л/0'25+44_(4У-°'5- <7-4)
В наиболее часто встречающихся случаях значений исходных пара-
метров можно Zm/B и L4/B (для Zm/B > Н/В) определять по графи-
кам (рис. 7.3 и 7.4).
Пример 7.1. Требуется определить мерзлотный разрыв от здания
шириной В — 12 м, ta — + 16°С; Ro = 3 мг-ч-град/ккал; Хт = 1,55;
Тм = 1,76 ккал/м-ч-град; /0 = —3 °C. Здание, возводимое no 1 прин-
ципу. имеет свайный фундамент с глубиной заложения 8 м.
Задаем Д -- 0,1, Н = Г2 м и по формулам (7.1) находим
^-^-0.39; -0.21.
По графикам (рис. 7.2 и 7.3) (У = 0,4; zm/B = 5,6 > Н;'В = 1.
Из графика (рис 7.4) Ьч/В = 2,7; L4 = 2,7-12 — 32 м.
Принцип выбирается на основании сопоставления возможных
деформаций, которые возникнут при оттаивании грунтов основания,
и предельных для сооружения рассматриваемого конструктивного
типа и назначения. Принцип I применяется в тех случаях, когда
ожидаемые деформации превосходят предельные и их не \дается
привести в соответствие конструктивными мерами или улучшением
строительных свойств оснований. Этот принцип рекомендуется в слу-
чаях, когда вечномерзлые грунты твердомерзлые. При пластичпомер-
злых грунтах проектом предусматривается понижение температур
основания после возведения сооружения, а в случаях, когда эго
возможно по срокам работ, и предпосгроечное охлаждение (§ 5).
Принцип II рекомендуется при неглубоком залегании скальных
пород, а также при любых грунтах, которые в пределах расчетной
глубины протаивания малосжимаемы. В южной зоне распространения
вечномерзлых грунтов, где они встречаются в виде островов или
слоев небольшой мощности и отличаются высокой температурой, при-
менение принципа II часто оказывается неизбежным. То же отно-
сится к площадкам, где мерзлые грунты представлены перелетками.
Инженерно-геологические условия площадки иногда позволяют воз-
вести сооружение как по принципу I, так и по принципу II. В этих
случаях тот или иной принцип выбирается в зависимости от особен-
ностей сооружения, его конструктивной схемы, теплового влияния на
основание и объемно-пространственного решения, а также с учетом
сроков строительства и местных производственных возможностей. На-
пример, величина ожидаемой осадки может оказаться недопустимой
при заданном конструктивном решении сооружения, запроектирован-
ного с применением железобетонных рамных конструкций. Поэтому
возникает необходимость либо сохранения грунтов в мерзлом состоя-
нии, либо применения предпостроечного улучшения свойств грунтов:
их оттаивание и уплотнение или замена. Однако могут быть найдены
иные объемно-пространственные и конструктивные решения, при
которых величины осадок будут меньше и они не вызовут значитель-
но
ных дополнительных усилий в конструкциях. Здание может быть
запроектировано многоэтажным вместо одноэтажного с расположе-
нием источников, выделяющих большое количество тепла, во втором
и следующих этажах; могут быть изменены типы и расположение
оборудования, способы внутрицехового транспорта и г. п. Взамен
Жестких железобетонных конструкций возможно применение метал-
лических, чувствительность которых к неравномерным осадкам может
быть дополнительно уменьшена увеличением пролетов, введением
полных или неполных шарниров. Оценка строительных свойств грун-
тов при выборе принципа, когда они явно просадочны или, наоборот,
малосжимаемы, может быть сделана по их фактическим характери-
стикам: влажности Wc или объемному весу скелета в мерзлом со-
стоянии. Приближенные значения физических характеристик мерз-
лых грунтов при б 0,02:
ум, т/м3 Wc
Гравийно-галечниковый грунт
из изверженных пород . . .
То же, осадочных............
Песчаный гравелистый грунт
То же, пылеватый ......
Супесь......................
Суглинок...................
2,1-1,9
1,9-1,7
1,8—1,7
1,6—1,5
1,9-1,5
1,6—1,2
0,11-0,17
0,11—0,17
0,17-0,21
0,24-0,28
} >*L
Так, например, при значениях Wc, значительно превосходящих
указанные выше, мерзлые грунты характеризуются относительной
осадкой б 0,02 и для обычных зданий массового строительства
принцип II оказывается невозможным. При значениях l^c, близких
к указанным или меньших их, возможность применения принципа II
должна быть установлена расчетом. Для этого вначале определяется
глубина сезонного протаивания — промерзания и устанавливается
глубина заложения фундаментов (§ 7.2). Затем определяется глубина
оттаивания основания за эксплуатационный срок существования
сооружения (§ 7.3). По значениям деформативных характеристик
грунтов рассчитываются деформации основания, которые сопостав-
ляются с предельными, приведенными в табл. 18 СНиП П-15—74,
ограниченными технологическими требованиями или обоснованными
расчетом прочности надземных конструкций (см. гл. 12).
Если для намеченного типа сооружений деформация оказывается
больше предельной, то рассматриваются меры, при помощи которых
их можно привести в соответствие:
ограничение глубины протаивания (§ 7.3);
предпостроечное улучшение свойств природных грунтов (§ 7.5);
частичная замена природных грунтов карьерными;
применение фундаментов глубокого заложения;
изменение конструктивной схемы сооружения.
§ 7.2. Глубина сезонного протаивания
и сезонного промерзания грунтов
При проектировании фундаментов различают глубину сезонного
протаивания:
естественную измеряемую при изысканиях в грунтах с
естественной влажностью;
6 Зак. 190
161
нормативную Н^, определяемую как максимальную по много-
летним данным на площадке без растительного покрова с учетом
возможного понижения влажности грунта при застройке;
расчетную Нт, определяемую через нормативную с учетом тепло-
вого влияния сооружении.
При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативная
глубина сезонного оттаивания грунта определяется расчетом
г/н _ л / 2ХТ (Л з) Т-1 । ( Q Q <7 г\
/г ~ Л/ <71 + I 2?! J 2171 ’ ( 5)
где =р (Гс — Г»)ум +
+ (“ °’1) (Z1 “ /н- з) - См (/о - /и. з)]; (7.6)
Q — f 0,25 пдпп /н. з) ^ср (7.7)
Значение ?i следует определять в зависимости от характеристик
грунта слоя сезонного протаивания, а значение Q — в зависимости от
характеристик вечномерзлых грунтов, подстилающих слой сезонного
протаивания.
В формулах (7.5) — (7.7) обозначено:
Хт, Хм — коэффициенты теплопроводности грунта соответственно
в талом и мерзлом состоянии, ккал/м-ч-град, определяются по гра-
фикам (рис. 3.13, 3.14); Ст, См — объемные теплоемкости грунта в
талом и мерзлом состояниях, ккал/м3-град, определяются по графи-
кам (рис. 3.12); р — удельная теплота плавления льда, принимаемая
равной 80000 ккал/т; ум —- объемный вес скелета мерзлого грунта,
т/м3; Гс — суммарная влажность грунта, доли единицы; Гн — весо-
вое содержание незамерзшей воды в долях единицы, определяемое
по формуле (3.2) и табл. (3.1) для температуры, равной 0,5 (/ср—/нз);
to — температура грунта на глубине 10 м, °C; определяется по дан-
ным изысканий; /н.3 — температура начала замерзания грунта, °C со
знаком минус, определяемая также по данным изысканий; t\ — темпе-
ратура поверхности грунта, °C, средняя за период оттаивания; ti —-
время, ч, в течение которого среднесуточная температура поверхности
грунта выше ta. 3, kcp — коэффициент, учитывающий фазовые перехо-
ды в вечномерзлых глинистых грунтах, принимаемый по табл. 7.1 при
/Ср, определенной по формуле 7.9; для крупнообломочных грунтов и
песка /ёср = 1.
Значения t\ и ij могут быть установлены по картам (рис. 7.5, 7.6)
или определены по формулам:
/1 = 1,4/в + 2,4; ?! = 1,15тв + 360, (7.8)
где /в и т8 — средняя температура воздуха за период положительных
температур, °C и продолжительность этого периода, ч; принимаются
по табл. 1 главы СНиП II-A.6—72;
/ср = (/о - /н. з) ~ 0,22).
(7.9)
162
90 50 60 708090100 120 190 150 160
Рис. 7.5. Карта значений ti
&
ЦО 50 60 70 80 100 120 130 160 150 160
Рис. 7.6. Карта значений
Для площадок, где предусматриваются вертикальная планировка,
мероприятия по регулированию поверхностного стока или понижению
уровня надмерзлотных вод и другие меры по инженерной подготовке
территории и благоустройству, следует учитывать возможное умень-
шение влажности грунтов после застройки. В этом случае рекомен-
дуется рассчитывать /7” при сле-
дующих значениях влажности:
Wc = Wp = 0,15—0,25 для су-
глинков; WG = 0,5U7L = 0,10—
0,15 для супесей; Wc = 117 м =
= 0,02—0,07 для песков.
Здесь 117 р— влажность на границе
раскатывания, доли единицы;
WL — влажность на границе теку-
чести, доли единицы; WM — мак-
симальная молекулярная влагоем-
кость, доли единицы.
Нормативная глубина сезон-
ного протаивания может также
определяться по картам, состав-
ленным для песчаных грунтов с
влажностью 0,05 (рис. 7.7), глинистых
песчаных, подстилаемых глинистыми
(рис. 7.10). Для других значений влажности
Таблица 7.1
Значения Лср для глинистых
грунтов
Темпе- ратура Др1 °C При См, ккал/м3-град.
300 400 509
-1 6,8 5,9 5,3
— 2 5,2 4,5 4,0
— 4 3,7 3,2 2,8
-6 3,0 2,6 2,3
-8 2,5 2,2 1,9
-10 1,8 1,6 1,4
с влажностью
(рис. 7.9), и
0,15 (рис. 7.8),
заторфованных
(7.10)
где kw — поправочный коэффициент, приведенный на соответствую-
щих графиках при картах, //тк — значения глубин сезонного оттаи-
вания, м, определяемые по картам.
Когда грунты представлены двумя-тремя слоями, резко отли-
чающимися своими теплофизическими характеристиками, норматив-
ная глубина сезонного протаивания:
при двух слоях
(уу'1 \
—b <711>
“т1 7
при трех слоях
( ( 11 А
= + М 1--I1J + aJ 1--I1), (7.12)
\ «Т1 7 4 77 т2 7
где /11И Л2 — толщины первого (верхнего) и второго слоев, Нл[2,
Н1^— нормативные глубины сезонного протаивания в случаях одно-
родного сложения площадки грунтами соответственно первого, вто-
рого и третьего слоев, определяемые по формуле (7.5) или по
картам.
Расчетная глубина сезонного протаивания грунтов
77,г =
(7.13)
где mJ — коэффициент теплового влияния здания или сооружения на
глубину протаивания у фундаментов, принимаемый равным:
165
170
20 30 if 0 50 70 90110130 150160 170 180
50
Рис. 7.7. Изолинии глубин сезонного протаивания песчаных грунтов
20 30 if0 60 80100 130 150160 170 180
170
60
60
$
к / / x^kz.
6АРЕНЦ0В0z Л
MOPf
v^yCnf k<”‘t/..
X x восточно^
'СИБИРСКОЕ.
4 M0PE z/
г7$/Xr
да
^Г№1
i,o ---------
0,9---
0,8--------—
n/l—I- LI..
’ 0 0,10,203^ И7
/ ^о-р^
Го^Ол
&
Миксон (Сл
\(ольчиха "
'^Усть-РортХ*
^рД‘/5инка^''
VJypyxaHCK
1
^Л\ЛАПТЕВЫХ
^Хатанга
№7
№
&
//v
/г
№// Л>
X®
Л?
{б''
U-^<0 r^"1
AV
XX7
’/У
..(к
Рис. 7.8. Изолинии глубин сезонного протаивания глинистых грунтов
50
60
Рис. 7.9. Изолинии глубин сезонного протаивания песчаны.х грунтов, подстилаемых глинистыми
Рис. 7.10. Изолинии глубин сезонного протаивания заторфованных грунтов
для зданий у наружных стен при устройстве черного покрытия
отмостки—1,2; то же, без черного покрытия — 1,0; у внутренних
стен — 0,8;
для мостов коэффициент т] зависит от вида опор и равен:
для массивных опор с фундаментом мелкого заложения или низ-
ких свайных ростверков — 1,5; для опор из столбов, свайных опор,
сборных рамно-стоечных опор с фундаментом мелкого заложения —
1,2; для обсыпных устоев — 1,0.
Коэффициент rn[ вводится для мостов, водопропускных тр\б
и других подобных сооружений, учитывает условия поверхности грун-
та (увлажнение, наличие торфяного и снежного покрова и др.) и
определяется теплотехническим расчетом. Для зданий т\ — \.
Толщина теплоизоляции, м, полностью исключающей сезонное
протаивание грунта под ней
где А— амплитуда колебаний температуры поверхности грунта:
A = (tl - /0)
ЛТ)
тг sin-----
Тг
(7.15)
Тг — продолжительность одного года, 8760 ч; Хи — коэффициент теп-
лопроводности материала теплоизоляции, ккал/м-ч-град.
Толщина теплоизоляции, укладываемой на поверхность, необхо-
димая для ограничения глубины сезонного протаивания заданной Нт:
6„==v/7T^, (7.16)
Л/'р
где v — коэффициент, определяемый в зависимости от безразмерного
комплекса
(7.17)
Лт (^i — /н. з) Т1
Значения коэффициента v
К 0,01 0,015 0,05 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0 1.2 1.4 1.6 1,8
V 100 65 18 10 4,5 1,8 1,0 0,65 0.4 0.250 0.150 0,07 0.01
Если слой теплоизоляции укладывается на некоторой глубине от
поверхности, то необходимая его толщина 6 может быть определена
на гидрогенераторе или на ЭВМ [8].
Пример такого решения (по данным И. И. Кравчука) для песча-
ных грунтов при влажности в насыпи 0,10 показан на рис. 7.11.
В решении принято, что толщина слоя песка над теплоизоляцией
170
уставляет 0,3 м, а на поверхности насыпи уложено бетонное покры-
тие толщиной 5 см. Графики составлены для теплоизоляционного ма-
териала с коэффициентом теплопроводности Хи= 0,04 ккал/м-ч-град,
при ином значении этого коэффициента Xi требуемая толщина тепло-
изоляционного слоя 61 — 25 6Z,i.
Расчет глубины протаивания во времени может быть произведен
цо номограммам И. А. Золотаря. Вначале определяются параметры:
Н'
Г 2 т
3 Crti ?!
(7.18)
где т — расчетное время от начала периода с положительными тем-
пературами поверхности, ч.
Затем по номограмме
(рис. 7.12) определяется ве-
Н-г
личина -тут- и вычисляется
п
глубина протаивания грунта:
яг = (-^)я'. (7.19)
Нормативная глубина се-
зонного промерзания
//” = х / 27*м (^2 Лт. з) Т2
м V 42
(7.20)
где 12 = P(«7c-«7„)Vm +
+ °.5См(<2-'н.а): <7-2|>
t2 и т2 — средняя темпера-
тура воздуха за период от-
рицательных температур, °C,
берется со знаком «плюс»
Рис. 7.11. Зависимость толщины те-
плоизоляции 6, см, от параметра А
и допускаемой глубины протаивания
под теплоизоляцией Ят, см
и продолжительность этого
периода, ч, определяемые по табл. 1 главы СНиП II-A.6—72; /н.з —
обозначение то же, что и в формуле (7.5), берется со знаком «плюс»;
значение 1ГН определяется при температуре 0,5 (/г—/н. 3). Если грунты
представлены двумя-тремя слоями, резко отличающимися своими
теплофизическими характеристиками, то нормативная глубина сезон-
ного промерзания может быть рассчитана по формулам (7.11), (7.12).
При этом вместо них следует подставлять соответ-
ственно Я"2, //”3, вычисленные по (7.20).
При использовании грунтов основания по принципу II расчетная
глубина промерзания грунта /7М у наружных стен здания
дг ._М М д/И
М I К М’
(7.22)
где т™ — коэффициент теплового влияния зданий или сооружений,
принимаемый для зданий по табл. 14 главы СНиП-15—74.
171
"г
Hr
1.2
Рис. 7.12. Номограммы для расчета глубины протаивания
Для мостов коэффициент т™ зависит от вида опор и равен для
массивных фундаментов мелкого заложения — 1,3; для опор из стол-
бов, свай, сборных рамно-стоечных опор с фундаментом мелкого
заложения—1,1; для обсыпных устоев — 1,0.
Коэффициент т™ определяется так же, как и т* в (7.13).
При наличии на поверхности грунта теплоизоляции глубина се-
зонного промерзания
= д/ 2Лм(*2~ Zh- з) Т2 + s2 - S, (7.23)
где S — толщина слоя мерзлого грунта с термическим сопротивлени-
ем, равным сопротивлению слоя теплоизоляции с коэффициентом
теплопроводности Ли и толщиной би:
S = AM-^. (7.24)
Глубина промерзания грунта за время т от начала зимнего
периода может быть рассчитана по номограммам (рис. 7.12). При
этом в формулы (7.18) для расчетных параметров следует подстав-
лять вместо теплофизических характеристик талых грунтов соответ-
ствующие теплофизические характеристики мерзлых грунтов; вместо
значений t\ и Ti значения (со знаком «плюс») и тг.
Пример. 7.2. Требуется определить нормативную глубину сезон-
ного протаивания //" при следующих данных. Площадка сложена
суглинками, имеющими расчетные характеристики: у0 = 1,8 т/м3;
Гс = 0,30; №р = 0,18. Значение t0 = —11,5 °C.
Для определения /Z” воспользуемся формулой (7.5). По картам
(рис. 7.5, 7.6) для данного района: Т = 9°С; Х\=3000 ч, затем по
формуле (7.9) (tH,3 принимаем равной 0°С) tcp — —11,5(3000/3600—
—Qt22)=—7°С. Для t = 0,5 tCp = —3,5°С по данным гл. 3 определяем
WH = 0,08. Вычисляем объемный вес скелета мерзлого грунта \м —
= 1,8/ (1-}-0,30) = 1,39 т/м3. Принимаем расчетную влажность IFP с уче-
том возможного осушения грунтов после застройки равной 0,18. Тепло-
физические характеристики грунта: Кт —0,82; Км—0,95 ккал/м-ч-град;
Cv = 500; См = 380 ккал/м3-град. По табл. 7.1 при tcp = —7 С и
См —380 ккал/м3-град находим kcv — 2,47. По формулам (7.5)—(7.7)
=80000 (0,18 - 0,08) 1,39 + - 0,1) [500 • 9-380 • (-11,5)] =
= 13900 ккал/м3; Q = (0,25 -3000/3600) (-11,5)-2,47 Vo,95-380-3000 =
= 17200 ккал/м2;
н / 2-0,82-9-3000 / 17 200 V 17 200 _
V 13 900 2-13 900 ? 2-13 900 ’ М'
! Пример 7.3. Исходные данные те же. На поверхности грунта
укладывается слой теплоизоляции с коэффициентом теплопроводно-
сти Кп = 0,04 ккал/м-ч-град. Требуется определить толщину тепло-
изоляции би, необходимую для ограничения глубины сезонного про-
таивания до 0,3 м.
173
Расчет ведется по формуле (7.16). Вычисляем значение безраз-
мерного комплекса по формуле (7.17)
0,3 (13 900-0,3 +17 200)
Л 0,82 • 9 • 3000
и находим v = 3,2; би = 3,2-0,3(0,04/0,82)= 0,048 м.
§ 7.3. Глубина оттаивания оснований
отапливаемых зданий
Чаша протаивания может определяться:
1) аналитическими методами по формулам и номограммам
Г. В. Порхаева, М. Д. Головко; 2) методами моделирования на ана-
логовых приборах; 3) численными методами с помощью ЭВМ.
Методика Г. В. Порхаева [8] позволяет определить формирование
чаши протаивания во времени, а также ее предельное очертание.
Таблица 7.2
Расчетные формулы для определения глубины протаивания грунта
под отапливаемым зданием
Положение расчетной точки Расчетный режим Способы определения вспомога тель- ных параметров
неустановившийся установив- шийся
1. Под середи- ной здания Hc=fel(5c-fec)B ^СП=^11’СП® £с и kc по рис. 7.14 5Сп по рис. 7.18. а
2. Под краем здания ffK=fej^KB, если а=0: HK=fel(5K-feK-o,i₽V7) в, если а=/=Э ^кп = йП^кпВ gK и kK по рис. 7.15 ?кп по рис. 7.18. б
3. На расстоя- нии 0.25В от цен- тра здания = если а==0: + = ^4 (gj— fej-0,15₽ V7) в если а=/=0 'Лп = *ц51пВ gj и по рис. 7.16 £1п по рис. 7.18, в
4. То же, 0,4В /f2 = fel&2B, если а = 0: H2 = feI (l2-fe2-o,i2₽ V7) В, если а=/=0 H2n = ^ng2n^ ?2 и k2 по рис. 7.17 ?2п по рис. 7.18, г
Формулы для определения глубин протаивания приведены в табл. 7.2.
Необходимые для расчетов параметры
а’=~в~> (7-25)
где Хт, Хм — коэффициенты теплопроводности соответственно талого
и мерзлого грунта, ккал/м-ч-град, (рис. 3.13, 3.14); Ro — термическое
сопротивление пола здания, м2-ч-град/ккал, определяется по указа-
ниям главы СНиП II-A.7—71 «Строительная теплотехника»; В — ши-
174
рина здания, м; to, tn — температуры соответственно грунта на глу-
бине 10 м и воздуха внутри помещения, °C; т—время от начала
эксплуатации здания или сооружения, ч; q— теплота таяния мерз-
лого грунта, ккал/м3;
7 = Р(ГС-Гн)ум,
(7.26)
где р — удельная теплота плавления льда, равная 80 000 ккал/т; Wc,
!Ги — соответственно суммарная влажность и весовое содержание
Рис. 7.13. График выбора расчетной схемы от-
таивания
незамерзшей воды, определяемое по формуле (3.2) для температуры,
равной to, доли единицы; ум — объемный вес скелета мерзлого грун-
та, т/м3.
Коэффициент ki при LIB^.2 определяется по табл. 7.3, а при
LlB'>2 принимается Л1=1. Коэффициент Лц при L/B^4 опреде-
ляется по табл. 7.4, а при L]B>A принимается /гц=1.
Значения коэффициента &|
Таблица 7.3
J Значения коэффициента fej при L/B
1 2
₽ = ') 6=0,4 6=0,8 6 = 1,2 6=2 6=0 6 = 0,4 6=0,8 6=62 6=2 3
0,10 1,00 0,93 0,87 0,83 0,80 1,00 1,00 0,99 0,97 0,96
0,25 0,95 0,85 0,78 0,74 0,70 1,00 0,97 0,92 0,89 0,88
0,50 0,94 0,78 0,68 0,66 0,70 0,99 0,95 0,88 0,86 0,88
1,00 0,92 0,70 0,63 0,66 0,70 0,97 0,90 0,84 0,86 0,88
1,50 0,90 0,64 0,63 0,66 0,70 0,96 0,87 0,84 0,86 0,88
175
Таблица 7.4
Значения коэффициента йп
L/B Значения коэффициента fejj при Р
0,2 0,4 0,8 1,2 2,0
1 0,45 0,56 0,63 0,66 0,70
2 0,62 0,74 0,84 0,86 0,88
3 0,72 0,81 0,81 0,93 0,86
4 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Расчетная схема выбирается по графику (рис. 7.13), для чего по
формулам (7.25) предварительно определяются значения а, Р и /.
Если точка пересечения перпендикуляров, проведенных к оси абсцисс
и оси ординат для подсчитанных значений |3 и J, лежит выше соот-
ветствующей линии равных значений а или на этой линии, то расчет
производится для установившегося режима.
Для зданий с отапливаемым подвалом глубина - протаивания
грунта определяется по формулам:
Под середи- ной здания Неустановившийся режим Hc^kY а3- Мо \ в -~в~)в Установившийся режим ЯСП = k[j (£зп — (7.27)
Под краем здания Нк = k[nHc Дкп = ^1цДсп (7.28)
где /гш — коэффициент:
0 0-0,5 0,6-1 1,1-2
0,9 0,85 0,8
g3— коэффициент, определяемый по номограммам рис. 7.19 в зависи-
мости от отношения величины заглубления подвала к ширине зда-
ния Н/В, значений Р и
' = -^- + 4; (7.29)
/п определяется по номограмме (рис. 7.19) для вычисленного
Л R
значения р и ~; ^зп — коэффициент, определяемый по но-
D
мограмме (рис. 7.20).
Если верхняя граница вечномерзлых грунтов к началу эксплуата-
ции здания находится на некоторой глубине Но от дневной поверхно-
сти, то глубина протаивания под зданием рассчитывается по формулам
176
Рис. 7.14. Номограммы для определения коэффи-
циентов и kc
Рис. 7.15. Номограммы для определения коэффи-
циентов £к и kK
Рис. 7.16. Номограммы для определения коэф-
фициентов gi и
Рис. 7.17. Номограммы для определения коэф
фициентов ^2 и k2
Рис. 7.18. Номограммы для определения коэффициентов £с#п>
£к. п> £1, п> &2, п
Рис. 7.19. Номограммы для определения коэффициента £3
табл. 7.2, при этом
г Лт/Пт , г
/='^+Л
(7.30)
где /о — параметр, учитывающий начальное положение верхней гра-
ницы мерзлых грунтов, значение которого определяется подбором.
При / = 70 и известных а и 0 глубина протаивания должна равняться
Но. Например, при определении глубины протаивания под серединой
здания Jo подоирается по
номограммам (рис. 7.14) из
условия
? ь - 7/0
ёс~/гс“ k{B •
а при определении глубины
протаивания под краем—
по номограммам (рис. 7.15)
из условия
ёк-*к-0,1₽
Если глубина протаивания
грунта под краем здания,
определенная по формулам
табл. 7.2, получится меньше
расчетной глубины сезон-
ного протаивания Н? или
окажется отрицательной ве-
личиной (т. е. среднегодо-
вая граница протаивания
под краем здания проходит
в слое теплоизоляции), то
значения Нк и Нка прини-
мают равными 1,5//т.
Применение для расче-
та чаши протаивания мето-
дов электро- и гидроанало-
гий требует специального
оборудования — электро- и
гидроинтеграторов.
Электроинтеграторы при-
меняются для исследова-
ния температурных полей
в установившемся режиме
и подразделяются на сеточ-
Рис. 7.20. Номограмма для определе'
ния коэффициента |31 п
ные электроинтеграторы и электроинтеграторы с непрерывной средой
типа ЭГДА. Сеточные электроинтеграторы рекомендуется применять
r в случаях, когда необходимо учесть влияние на температурное поле
неоднородности грунта, подземных источников тепла (трубопроводов,
резервуаров) и др. Электроинтеграторы с непрерывной средой обычно
применяют в тех случаях, когда неоднородность грунтов основания
незначительна, а граничные условия не позволяют выполнить расчет
аналитическими методами [3].
183
Гидроинтеграторы дают возможность моделировать процессы
промерзания — протаивания грунта во времени и используются в тех
случаях, когда необходимо учесть влияние неоднородности грунтов,
сезонных колебаний температуры поверхности грунта, наличия под-
земных тепловыделяющих устройств и др. [3, 5].
Рис. 7.21. Сечения
1 и 2 — на расстоянии
соответственно
чаши протаивания
1 и 12 м от торца здания
Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) применяются для
исследования температурных полей оснований обычно в тех же
целях, что и гидроинтеграторы. К их преимуществам, в первую оче-
редь, относятся быстродействие и возможность задания большого
числа расчетных точек в грунте [7, 12].
В результате использования ЭВМ для расчета температурных
полей оснований в ЛенЗНИИЭП разработан «Альбом чаш протаива-
ния вечномерзлого грунта под жилыми зданиями». В качестве при-
мера показаны поперечные сечения чаш протаивания (рис. 7.21),
полученные на разных расстояниях от торца здания.
Пример 7.4. Требуется определить положение границы оттаива-
ния под зданием шириной В = 12 м, длиной L — 40 м при Ro ~
= 2,32 м2-ч-град/ккал; ta = + 20 °C; х — 20 лет.
184
Грунт основания — песок мелкий с Wc=0,2(Wh—0) и ум =
'=1,5 т/м3. Температура грунта to = —4 °C. Расчетная глубина се-
зонного протаивания грунта у здания Ht = 2 м. Коэффициент тепло-
проводности песка Хт = 1,42; = 1,70 ккал/м-ч-град.
По формулам (7.26) и (7.25) q = 80 000-0,2• 1,5 = 24 000 ккал/м3;
й=1^=0,276; р = _2М = о,24;
1,42-20- 175 200 _
~ 24 000-122 ,4Л
На графике (рис. 7.13) точка пересечения перпендикуляров, восста-
новленных к осям $ и 1, лежит ниже линии значений а = 0,276. Рас-
чет следует выполнять для неустановившегося режима.
При L/B = 40/12 > 2 ki = 1. По номограммам (рис. 7.14) kc = 0,28-,
"Efi—0,93.
Глубина протаивания под серединой здания Нс = 1 (0,93—0,28)12 =
= 7,8 м.
Под краем при kK = 0,28; = 0,62 (рис. 7.15) Нк = 1 (0,62—0,28—
-0,1-0.244 ^1~42) 12 = 3,4 м.
Пример 7.5. Исходные данные те же, но к началу эксплуатации
здания верхняя поверхность вечномерзлых грунтов находилась на
глубине Н0 = 3 м.
Определяем глубину протаивания под серединой здания. По фор-
муле (7.30) 1 = 1,42+1$. 1$ определяем подбором при НС = Н$.
£со—kc$ = H$/kiB = 3/l 12 = 0,25. По номограммам рис. 7.14 при а —
= 0,276 и $ = 0,240 находим, что коэффициенты £со и kco удовлетво-
ряют этому условию при 1 = 0,16, когда они равны соответственно
0,46 и 0,21.
Дальнейший расчет производится как в примере 7.4, но при
1 = 1,42+0,16 = 1,58. По номограммам (рис. 7.14) kc=0,28; £,с=0,95.
По формуле табл. 7.4 Нс = 1 (0,95—0,28)12 = 8,1 м. Аналогично
Нк = 5,2.
Пример 7.6. Требуется определить глубину протаивания под се-
рединой и краем здания с подвалом за х=30 лет = 262 800 ч. Размеры
здания В = 12 м; L = 30 м; Н = 3 м. Задано R = 3,48 м2-ч-град/ккал;
tn = 10°C. Грунт основания — суглинок с влажностью Wc=0,25;
(WH = 0,065 при t = t0); пределом раскатывания WT> = 0,15; числом
пластичности 12; ум = 1,5 т/м3; t0= —6 °C; ZT = 1,20, 7.м = 1,35 ккал/мХ
'Уч-град. По формулам (7.26) и (7.25) q = 80 000(0,25—0,065)1,5 =
= 22 200 ккал/м3;
1,20-3,48 __ _ 1,35 (-6)
“ =----12---=0’3°; Р---Г20Й0--------°’68-
Глубины протаивания определяем по формулам (7.27) и (7.28).
Предварительно необходимо определить значение параметра 1а. По
номограмме (рис. 7.19) для — = 0,25 и %3 = a,=0,35 lv = 0,09. По
формуле (7.29)
1,20-10-262 800
J ~ 22 200- 122
4-0,09= 1,08.
185
По номограмме (рис. 7.19) находим окончательное значение — 0,78.
Принимаем ki = l, так как LIB = 30jl2~>2. По формуле (7.27) Нс —
— 1(0,78—0,35)12 = 5,2 м. Находим kiU = 0,85, при котором по фор-
муле (7.28) Нк = 0,85-5,2 = 4,4 м.
§ 7.4. Предпостроечное промораживание
грунтов
Основание может охлаждаться с изменением условий теплообме-
на на поверхности грунта. Для этого зимой проводят систематическую
уборку снега и мусора, а летом защищают поверхность грунта термо-
изоляцией. Длительность указанных мероприятий — два-четыре зим-
Рис. 7.22. Воздушное охлаждение грун
а—в буровых скважинах; б —полых сваях; в—термоеваях; г.
них сезона. Задача расчета естественного охлаждения основания
сводится к определению времени, в течение которого температура
пластично-мерзлых грунтов t0 на глубине Нм понизится до значения
/0, при котором грунт становится твердо-мерзлым. Нм задается
186
так, чтобы ко времени возобновления строительных работ она не-
сколько превышала глубину заложения фундаментов.
Глубина охлаждения в течение первой зимы, по Г. Н. Максимову,
ям, = + . <z.3i)
где ?2 = 8 • 10* (Г„ „ - ir„) ум + 0,5Сн 110 + (2 + /2) |; (7.32)
№н.о и Wn — количество незамерзшей воды при 6. и f —
= О,5(/о + t2 + 2), доли единицы; См, t2, to, т2,ум—• те же, что
и в формулах (7.20) и (7.6).
охлаждения
тов и замкнутые системы
д — конвективная и конденсатная колонки; е—колонка с углекислотой
Если по формуле (7.31) то расчет глубины охлаждения
продолжается для следующих зим:
н == х / № I 2ЛМ | 2 -4- 62 | (х2 — тд) .
м* “ Л/ Ч-i <12
(7.33)
187
где Ям — глубина охлаждения за предыдущую зиму, м; тд—
I—1
время охлаждения сезоннопротаивающего слоя, ч:
Тд 2ХМ | 2 + h Г (7’34)
Здесь __________________________
тт _ . / (S \2 i 2^т I 2 + tB I тв <. Лт
'/'-zW“‘O +—------------------------д“ч= <735)
?3 -= 8 • Ю1 (X - v>, + 0.5Ст 12 + I. |; (7.36)
W с и 1Гц — суммарная влажность и количество незамерзшей
воды в сезоннопротаивающем слое при температуре перехода его в
твердомерзлое состояние, доли единицы; Лт, А,и, Ст, tB, тв, ди — те же,
что в формулах (7.8) и (7.14).
Для ускорения производится искусственное охлаждение основа-
ний как открытыми, так и замкнутыми системами (рис. 7.22).
При охлаждении путем продувки холодного воздуха через тру-
бы, опускаемые в скважины (рис. 7.22,6), диаметры наружной dn
и внутренней dB трубы целесообразно подбирать так, чтобы площади
живого сечения были близкими. Холодный воздух с температурой на
входе tB. о в наружной кольцевой щели нагревается до температуры
/в. Температура воздуха в нижней части колонки
6в -- ©В.
__ «1 RXidB — 2CbGu2 (И1 иг),
и2 narfB — 2CBGuj ’
(7.37)
(7.38)
где to — среднегодовая температура грунта в зоне охлаждения, °C;
а — коэффициент теплоотдачи от наружной трубы к воздуху, прини-
мается приблизительно равным коэффициенту теплоотдачи воздуха
к стенке внутренней трубы, ккал/м2-ч-град; G — расход воздуха, м3/ч;
R.— тепловое сопротивление охлажденной зоны с радиусом Рм:
п _ 1 in 2^м
2Амл da •
(7.40)
Радиус охлаждения для каждого зимнего месяца
188
Если воздух подается нагнетанием, то tB. 0 следует принимать на
2° выше температуры атмосферного воздуха. Коэффициент теплоот-
дачи рассчитывается по формуле
а = 4,67- 10~3-^—, (7.42)
где w — скорость воздуха в наружной щели, м/ч.
Если охлаждение грунта производится через скважины или по-
лые сваи, то не обязательно смыкание соседних зон охлаждения. Не-
обходимый радиус зоны охлаждения [6]
(>о - 0.75^ 3) П - (<ср - <0) •
4/1 (/о — 0,75/в. з)
(^Н. 3 4" в,) т3 + (to. Л 4" Ог) тл
'»=--------------ш----------------> ,7-'н)
'п-'о-О-вро-ф; (743)
где Кз — коэффициент, принимаемый равным для суглинков 2,5, супе-
сей— 2, песков—1,5; t2 и tB— среднезнмние и среднелетние темпе-
ратуры воздуха, °C; L — расстояние между скважинами, м; п — коли-
чество скважин в поперечном разрезе; 01— зимнее повышение
температуры в подполье, принимаемое при его высоте /гп==0,8 м и
модуле вентилирования М = 0,0005 равным 10—12 °C; то же, при
hu = 1 м и М = 0,0025 равным 6Ч-8°С; при съемном на зиму цоколе
принимается 01 = 24-3 °C, а для отапливаемых зданий 01 = 14-2 °C;
02 — летнее понижение температуры в подполье, принимаемое при
йп=0,8 м и при отсутствии санитарно-технических сетей равным от
—2 до —3 °C, то же, при йп = 1,2 м и устройстве этих сетей в под-
полье от —0,5 до—1 °C.
Наиболее рациональны рабочие скорости воздуха от 1 до 5 м/сек,
а диаметры скважин от 0,2 до 0,4 м; при дальнейшем увеличении
этих параметров интенсивность охлаждения меняется незначительно.
Время охлаждения колонками, заполненными углекислотой
(рис. 7.22, е), может рассчитываться по формуле, полученной из ре-
шения X. Р. Хакимова [11]:
т=хг {о>53гл Ь-|п - т G» - 4)]+
4- 0,25С„ («’ - 41) } • (7.46)
Замкнутые системы (рис. 7.22, г, &) применяются как с жидким
(конвективная колонка С. И. Галеева), так и с парожидкостным
хладоносителем (конденсатная колонка Лонга). В основе работы
колонки первого типа лежит явление естественной конвекции, второ-
го типа—процесс испарения и конденсации рабочей жидкости.
В конвективных колонках рабочим в'еществом является керосин или
фреон-30, а в конденсатных — фреон-12 или аммиак. Оба типа коло-
нок переносят тепло только в том случае, когда температура грунта
выше температуры воздуха.
189
Колонки обоих типов могут применяться не только для перво-
начального охлаждения, но и для последующего поддержания требу-
емых температур в основаниях; если они в дальнейшем используются
как фундаменты сооружений, то их называют термосваями.
Особенно активно термосваи работают в начальный период
промерзания грунта, способствуя как быстрейшему слиянию сезон-
нооттаивающего слоя, так и заметному понижению температур у
стенок термосваи. Термосваи с развитой горизонтальной надземной
частью отличаются большей эффективностью. Имеет значение и род
газа — заполнителя: термосвая с аммиаком менее активна по отно-
шению к заполненной пропаном (ее хладопроизводительность ниже
в 1,5—2 раза). Наиболее эффективно минимальное заполнение термо-
сваи жидким рабочим веществом, когда кипение происходит в ос-
новном в стекающей пленке. Для установки вентилей на горизонталь-
ной крышке сваи, а в случае невозможности — на боковой поверхно-
сти, привариваются патрубки с внутренней резьбой. В пропановых
сваях вентили могут быть мембранными и игольчатыми.
Заполнение термосвай протекает тем быстрее, чем больше пере-
пад температур между заправочной и заполняемой емкостями. До-
статочная скорость заправки обеспечивается при перепаде 15—20 °C.
Для этого целесообразно располагать заправочные баллоны в отап-
ливаемых помещениях или подогревать их. Избыток хладагента ведет
к снижению эффективности работы термосваи, недостаток — к рез-
кому уменьшению теплооттока в нижней части (пленка не доходит
до острия). Оптимальное количество заправляемого вещества G, кг
может быть вычислено по формуле [10]
ож Ч- ^пор
G ==---------1- —Г“ =
V V
д
h + О.ЗЙ! + (L - h - L
(7.46)
где Wn — объем пленки, л; Упор — объем порового пространства, л;
v" — удельный объем жидкой фазы, л/кг; v' — удельный объем пара,
л/кг; d — внутренний диаметр термосваи, дм; h — высота столба жид-
кости в цилиндрической части термосваи, дм; —высота конусного
острия сваи, дм; L — общая длина сваи, дм; 6 — толщина пленки
конденсата, дм; — объем жидкости, л.
Для свай диаметром 325 мм количество пропан-бутановой смеси
может быть ориентировочно принято равным:
Длина сваи, м . .
Количество про-
пан-бутановой
смеси, кг...........
33 35
38 39
В. С. Соколовым предложена методика расчета теплового ре-
жима колонок в комплексе с задачей охлаждения грунта (на ЭВМ).
Применение конденсатных колонок оправдано при значительных
(более 7—10 м) глубинах охлаждения и незначительных темпера-
190
1
турных напорах. Если глубина охлаждения менее 7 м, то лучше
использовать конвективные колонки. Воздушные колонки одинаково
применимы для любой глубины охлаждения при любых температур-
ных напорах.
Пример 7.7. Требуется рассчитать продолжительность естествен-
ного охлаждения грунтов основания жилого дома до температуры
—2 °C. Необходимая глубина охлаждения Нм=5 м. Естественная
температура грунта на глубине 5 м to = —1 °C, среднезимняя и сред-
нелетняя температуры равны соответственно —18,5 и 9,4 °C. Продол-
жительность периодов с отрицательными и положительными темпе-
ратурами воздуха 5760 и 3000 ч.
Грунт в сезоннооттаивающем слое — суглинок с объемным
весом уо = 1,7 т/м3 и влажностью Wc = 0,2; число пластичности
Iv — 0,l, влажность на границе раскатывания Wp — 0,15. Ниже зале-
гает суглинок с объемным весом ум —1,8 т/м3 и влажностью 1ЕС —
= 0,30; Wp = 0,26(Iv = 0,15). Предполагается зимой убирать снег, а
летом утеплять поверхность грунта слоем опилок толщиной \о = 0,2 м
с теплопроводностью 7с, =0,3 ккал/м-ч-град. Влажность за счет неза-
мерзшей воды при температуре —1 °C в нижнем слое WH.o — 0,21, а
при температуре t — 0,5(to + /в. з + 2) = —9 °C, IFH = 0,08; при
температуре перехода в твердомерзлое состояние (—1°С) №“ = 0,1.
Теплофизические свойства (рис. 3.12 и 3.13): в верхнем слое Хт =
= 0,766, 7м=0,825 ккал/м-ч-град; Ст = 560, См = 470 ккал/м3-град;
в нижнем слое 7т = 1,13; 7м —1,26 ккал/м-ч-град; Ст=690, См—
— 480 ккал/м3-град.
По формулам (7.32) и (7.36): q3 = 8-104(0,2—0,5-0,1)1,7/(1+0,2) +
+0,5-560(9,4—2) = 19 100 ккал/м3-, q3 = 8-10+0,21—0,08)l,8/(l+0,3) +
+0,5-480(18,5—2—1) = 18 200 ккал/м3.
Глубина охлаждения за первую зиму по формуле (7.31)
„ / 2 - 1,26 (18,5 -2) 5760 _ -
н". = V-----------18200-------- = 3’65 М-
Очевидно, что для требуемого охлаждения основания необхо-
димо еще значительное время.
Глубина прогрева до —1 °C по формуле (7.35)
„ //0,2 • 0,76 \2 , 2-0,76(9,4 — 2) 300 0,2-0,76 _ о„
= +-------ййоо---------------65б- = ад6м-
Время охлаждения слоя толщиной Пт по формуле (7.34)
19 100 - 0,862 ...
Тд“ 2-0,825 (18,5- 2) “ 5 5 Ч‘
Глубина охлаждения за вторую зиму в соответствии с (7.33)
Н /ц ^2,2- 1,26 (9,4 - 2) (5 760 - 515) ’ _
"и, - Д/ 3.652 +-------------,8200----------- “4’3 м-
За третью зиму HMs = 4,88, четвертую — 5,38 м.
Следовательно, охлаждение основания естественным путем мо-
жет быть достигнуто только за четыре зимних периода.
Пример 7.8. Рассчитать режим искусственного воздушного ох-
лаждения основания на глубину 7 м при грунтовых и климатических
191
условиях предыдущей задачи. Колонки из труб сортамента 219\4,5
и 133 X 4,5 устанавливаются в шахматном порядке на расстоянии
L=3,2 м.
Задаем скорость воздуха в кольцевой щели колонки (рис. 7.23, а)
w = l м/с. Соответствующий ей расход G—0,782(0,2192—0,1422)3,6\
\10%w^79,2 мг/ч. По формуле (7.42) а=4,67.10-Ц3600)^0,142-^^
4,13 ккал/м2-ч-град.
Объемная теплоемкость воздуха в диапазоне изменения его тем-
пературы 0-.—30 °C Съ —0,323 ккал/mz-град, a CBG = 2,5 ккал/ч-град.
Рис. 7.23. Расчетная схема термо-
сваи а и зависимость перегрева воз-
духа т| на глубине Нм от радиуса
охлажденной зоны 7?м б (к примеру 2)
Задаем конкретные значения RMi в диапазоне 0 — RM; Rmi=0;
/?м = 0,5; Rm, = 4,5 м.
Mj М3
Соответствующие этим значениям тепловые сопротивления мерзлых
цилиндров Ri:
Ri=~k-^—1п------ = 0; R2 = 0,183; R3 = 0,323 м/град • ч/ккал.
Относительные перегревы воздуха на глубине Нм = 7 м по фор-
мулам (7.37)—(7.39):
при ЯМ1 = 0
«1,2 = । Г X
2 ‘ 25,5 ( 4,13-3,14-0,219 )
0,219
0,133
4-4-4,13.3,14-0,133 I;
192
их — —0,168; U2 = 0,05676;
0,168 3,14 • 4,13 • 0,219 — 2 • 25,5 > 0,0567 г-о 168-о 057) 7
3,14 3,13 • 0,219 + 2 • 25,5 0,168 е
-0,168-7 0,0567-7
= 1 - 0,066 ' 1 = 0,383:
1 0,066
при /?м = 0,5 м
«1,2 =-------------------г------------------ X
2'23,5 \ 4,13 3,14 ~0,2 °*183)
( / 0 219 \
х( 1 ± \ 1 +2 + 4-3,14- 4,13- 0,133-0,183 ;
\ у U, i ОО /
И1 = —0,1165; «2 = 0,0432;
0,1165 3,14-4,13-0,219- 2-25,5-0,1165
0,0432’ 3,14-4,13-0,219 + 2-25,5-0,0432 Х
Хе(-0,1165-0,0432) 7 = 0j042;
0,1165-7 ^0,0432-7
0,042
Аналогично при КМз = 1,5 м 0/0о = 0,482. Из графика (рис. 7.23,6)
видно, что отношение 0/0о слабо зависит от величины Rm и для усло-
вий задачи может быть заменено его средним значением 0/0о — 0,41.
Рассчитываем радиусы зон охлаждения последовательно длч
каждого зимнего месяца по формуле (7.41), при этом вместо величи-
ны перегрева 0В подставляем значение (tB.o— ^о)0/0о-
Для климатических условий Игарки значения tB0 —10 по месяцам
Месяцы X XI XII I II III IV V
/ of *В. 3> .... 7 20,9 28,1 29,6 25,9 20,3 13,0 3,4
(^в. з М, °C 4 17,9 24,1 26,6 22,9 17,3 10,0 0,4
Формула (7.41) для условий рассматриваемой задачи
1,74 (/в. з-^о) Ю2
0,303 + _JO,112) '
Месяцы X XI XII I II
*Mt.’ м 0,48 0,95 1,3 1,6 1,8
Смыкание соседних зон охлаждения произойдет в феврале.
7 Зак. 190 193
§ 7.5. Предпостроечное протаивание грунтов
Наибольший экономический эффект дает предпостроечное про-
таивание крупнообломочных грунтов. В глинистых грунтах предпо-
строечное протаивание дает положительные результаты в том слу-
чае. когда они переслаиваются хорошо фильтрующими песчаными
или крупнообломочными прослойками, которые способствуют быст-
рому удалению воды, или же когда одновременно с оттаиванием при-
меняется искусственное ускорение их консолидации или закрепление.
Площадь участка предпостроечного протаивания принимается
Рис. 7.24. Схема игловой гидрсоттайки с применением
оборотной воды
1—насос горячей воды; 2 — нагреватель воды; 3 —теплообменник;
4 — насос грунтовой воды; 5 — колодец; 6 — отстойник; 7 — магистраль-
ная труба; 8—распределительная труба; 9 — гидроигла; 10— станок,
погружающий гидроиглу; 11— уровень воды в грунте; 12— граница
талого и мерзлого грунта
по контуру здания или сооружения, расширенному в каждом на-
правлении на половину толщины слоя предварительно оттаиваемого
грунта. Между зданиями предпостроечное протаивание производится
на глубину сезонного протаивания с учетом ее увеличения в резуль-
тате застройки территории.
Основные данные о применяющихся способах протаивания при-
ведены в табл. 7.5 (см. с. 196).
Для вечномерзлых грунтов рекомендуются:
игловое гидрооттаивание хорошо фильтрующих гравийно-галеч-
никовых и песчаных грунтов с их виброуплотнением [2, 4];
электрический способ оттаивания и уплотнения глинистых грун-
тов с применением электроосмоса и иглофильтрового водопонижения.
Игловое оттаивание основано на использовании тепловой энергии
восходящих фильтрационных потоков воды. Иглы погружают вер-
тикально в грунт с шагом L в ряду и расстояниями между рядами
0,87L (рис. 7.24). Погружение иглы сопровождается подачей воды, в
результате чего вокруг нее образуется узкий столб талого грунта.
После окончания погружения подача воды продолжается, при этом
происходит увеличение диаметра талого столба.
194
Водоснабжение гидрооттаивания обычно обеспечивается одно-
кратным использованием речной воды без искусственного нагрева-
ния.
После окончания нагнетания воды талый слой дренируют в тече-
ние двух-трех суток, откачивая воду из колодца; если обеспечен сток
грунтовой воды по уклону или специально протаянной полосе водо-
проницаемого грунта, то откачивать воду не требуется. В случае
неудовлетворительного уплотнения оттаявшего грунта степень уплот-
нения искусственно увеличивают
посредством вибрации, передавае-
мой в грунт через игловые трубы.
Работы по непосредственному
протаиванию грунта водой воз-
можно производить при темпера-
турах воздуха не ниже —15 °C.
Для предварительных расчетов ре-
комендуется принимать шаг L по
табл. 7.6.
Количество точек установки
игл на участке с площадью S, м2
е
Л%бщ = 1,15 -jj. (7.47)
Таблица 7.6
Рекомендуемые значения
шага L
Шаг L, 4
Глубина погруже- 3 5Х
НИЯ игл 1 X S S я
Н, м X J3 X 5
X X с 2 сз СЗ
S 2 О X 2 S
4 2,0 3,0 4,0
7 2,5 4,0 5,0
И 3,5 4,5 6,4
17 5,3 6,4 9,0
30 6,4 9,0 13,0
Примечай и е. Для круппо-
обломочпых грунтов с суглинистым
заполнителем шаг L следует умень-
шить на 20%.
Расход воды через иглу (q,
м3/ч) для песчаных, гравелистых и
галечных грунтов обычно назна-
чается 2 м3/ч. Если глубина про-
таивания превышает 10 м, то ука-
занное значение расхода может
быть увеличено на 50% (для глубины до 15 м) и на 100% (для глу-
бины до 20 м).
Средняя производительность иглы по оттаиванию грунта, м3/сутки:
^qktC-a
7мСм+^тСт + РГЛ ’
(7.48)
где k — коэффициент теплоотдачи воды, принимаемый для галечных
и гравийных грунтов с песчаным заполнителем и для песка равным
0,48, а для тех же грунтов с супесчаным и суглинистым заполнителем
равным 0,2; t — температура нагнетаемой воды, °C; /м— начальная
температура мерзлого грунта (со знаком плюс), °C; %—заданная
температура оттаявшего грунта, °C; Св, См, Ст—объемные тепло-
емкости соответственно воды, мерзлого грунта и талого грунт...
ккал/м3-град; р— удельная теплота плавления льда, рашпя
80 000 ккал/т; 11%—суммарная влажность грунта, доли единицы;
Ум — объемный вес скелета мерзлого грунта; т/м3. Количество дней
Для оттаивания грунта вокруг одной иглы
т 0,87L-И 1Q.
Где а — коэффициент использования тепла воды, принимаемый рав-
ным 0,8 при температуре воды t > 10 °C и начальной температуре
Вечномерзлого грунта % >—2 °C и равным 0,6 при t < 10 °C;
Гм < —2 °C.
7*
195
Таблица 7.5
CO
05
Способы предпостроечного протаивания грунта
Способ
оттаивания
Схема
Способ
осуществления
Условия
применения
Максимальная
глубина
и скорость
протаивания
Естествен-
ный
1. Задержание
снега или утепле-
ние поверхности иа
зиму
2. Очистка от сне-
га весной для ис-
пользования солнеч-
ной радиации
3. Уборка расти-
тельного покрова и
верхнего слоя пыле-
ватых и глинистых
грунтов, зачернение
поверхности
4. Осушение пло-
щадки
Наиболее де-
шевый способ,
применяющийся
в галечных грун-
тах с коэффи-
циентом филь-
трации k > 10 и
в супесях и су-
глинках с k >
> 0,01 м/сутки
До глубины
5-6 м за 2-3 се-
зона в галечных
грунтах; в супе-
сях и суглинках
в 2 раза меньше
Дождева-
нием
1. Удаление расти-
тельного слоя и по-
кровных глинистых
и пылеватых грунтов
2. Устройство дре-
нажной системы
3. Разбрызгивание
воды, которая, филь-
труясь, переносит
тепло от поверхно-
сти к фронту оттаи-
вания
Грунты с коэф-
фициентом филь-
трации не менее
50 м/сутки; наи-
более дешевый
способ гидроот-
таивания
Рекомендуется
на наклонных
площадках
До 8 м за сезон
Фильтраци-
онио-дренаж-
ный
1. Весенняя уборка
снега
2. Удаление расти-
тельного слоя
3. Устройство дре-
нажных ороситель-
ных канав
Грунты с ко-
эффициентом
фильтрации ие
менее 50 м/сутки
Дешевле игло-
вого, но дороже
дожде вального,
стоимость 0,1-
0,2 руб./м1, рас-
ходы воды 7 —
13 м3 на 1 м3
грунта
1 — 1,5 м в ме-
сяц; до 8 м за
сезон
Гидроигло-
вой
Погружение труб-
чатых гидроигл и
подача воды с на-
пором 10— 12 м
Грунты с ко-
эффициентом
фильтрации k >
>0,01 м/сутки;
наиболее доро-
гой способ ги-
дрооттаивания,
стоимость 0,5 —
2,0 руб./м3, рас-
ход воды
0,2 — 4 м3/ч
Позволяет про-
таивать за 10 —
12 дней грунты
на глубину Ю м
и более
Паровыми
иглами
1. Погружение па-
ровых игл
2. Подача пара в
грунт от котла че-
рез паровые иглы
Грунты с ко-
эффициентом
фильтрации k >
>0,01 м/сутки;
стоимость
0,5 руб./м3, рас-
ход пара 30 —
50 кг/м3 грунта
До глубины
10 м. Скорость
проходки игл
0,7—15 м/ч. Диа-
метр талика 1—
1,2 м за 4—8 ч
работы иглы
5
Продолжение
Способ
оттаивания
Схема
Способ
осуществления
Условия
применения
Максимальная
глубина
и скорость
протаивания
Трехфазным
переменным
током
Переменным
током высо-
кого напряже-
ния
Током высо-
кой частоты
Электроли-
тическими на-
гревателями
Омическими
нагревателями
!. Забивка элек-
тродов в ряду 2 — 2,5 м
и расстоянием ме-
жду рядами 2,5-4 м
2. Пропускание че-
рез грунт перемен-
ного электрического
тока с одновремен-
ным отводом воды
через электроды
3. Электроосмоти-
ческое уплотнение
талого грунта по-
стоянным током
1. Проходка шур-
фов с предваритель-
ным оттаиванием
грунта электропро-
гревом 380 В
2. Установка элек-
тродов в шурфы с
шагом 6 м
3. Обратная за-
сыпка талым грун-
том и заливка соле-
ным раствором
1. Очистка пло-
щадки от мусора и
снега
2. Укладка элек-
тродов на поверх-
ность мерзлого грун-
та с расстоянием
0,6 —0,8 м
3. Пригрузка элек-
тродов по мере про-
таивания
1. Бурение сква-
жин диаметром
110— 130 мм
2. Погружение
внешнего и внутрен-
него электродов с
заливкой электро-
лита
3. Подключение
электрического пи-
тания нагревателя
(переменный ток
20 — 30 В)
1. Бурение скважин
2. Погружение ско-
бок из арматурной
стали и засыпка пе-
ском
3. Подключение
электрического пи-
тания (переменный
ток 20 — 50 BJ
Грунты глини-
стые; стоимость
1 руб./м3; затраты
электроэнергии
60 — 80 кВт-ч/м3
грунта
Грунты глини-
стые: рекомен-
дуется для боль-
ших участков;
расход электро-
энергии 18 — 25
кВт-ч/м3 грунта
Применяется
для неглубокого
протаива ния;
расход электро-
энергии
12-25 кВг-ч/м3
грунта
Грунты песча-
ные и глини-
стые; подводи-
мая мощность
0,3-0,5 кВт на
1 м нагревателя;
стоимость
6 — 7 руб./м3
грунта
Грунты песча-
ные и глинистые;
подводимая мощ-
ность 2,0-2,5 кВт
на ] м нагрева-
теля; стоимость
2-4 руб./м3 грун-
та
До 10 м и бо-
лее, продолжи-
тельность работ
2-3 месяца
Глубина про-
таивания 4 м и
более; суточная
производитель-
ность при мощ-
ности 320 кВт —
100 м3
Глубины про-
таивания 1,0 —
1,2 м; объем от-
таявшего грунта
за 1 ч: песка 1,0,
супеси и суглин-
ка—0,5 м3
Глубина про-
таивания до 15 м;
продолжитель-
ность 40 —50 суток
Глубина про-
таивания до 15 м;
продолжитель-
ность 20-30 су-
ток
10
Число одновременно работающих игл N в первом приближении
Т1
(V = Nобщ >
1 общ 1 1
(7.50)
где Т о б щ —продолжительность работ по оттаиванию согласно кален-
дарному плану строительства.
Количество одновременно действующих игл на больших участках
необходимо ограничивать в соответствии с производительностью на-
сосной установки, ресурсами источника водоснабжения и мощностью
источника тепла при искусственном нагревании воды так, чтобы
через иглу вода поступала с заданным расходом.
При проектировании можно ориентироваться по частным зна-
чениям производительности иглы и удельных затрат тепла на 1 м3
грунта (табл. 7.7).
Таблица 7.7
Удельные затраты тепла и производительность иглы при условиях:
tM =- 5 °C; tT= +5 °C, Я~8 м; £ = 4н-5 м
Грунт
Производительность иглы, м3/сутки
при температуре нагнетаемой
воды, °C
4 6 8 10 12 15 20 25
Г алечный
гравийный или
песчаный
Супесчано-
или сугли-
нисто-щебе-
нистый
5,5
11
15
15-16
19-20
22-23
100
200
250
250
300
350
15
23
27
27
31
35
2 0,48
2 0,48
2 0,48
1,2 0,2
1,2 0,2
1,2 0,26
6,1
4,0
3,41
0,85
0,75
0,66
9,15
6,0
5,12
1,26
1,11
0,99
12,2
8,0
6,32
1,69
1,49
1,32
15,3
10,0
8,53
2,13
1,86
1,65
18,3
12,0
10,20
2,56
2,23
1,88
23,0
16,0
12,8
3.20
2,80
2,48
30,6
20,0
17,0
4,26
3,72
3,30
38,2
25,0
21,3
10,7
4,68
4,11
В случае применения оборотной нагреваемой воды суммарная
производительность всех одновременно действующих игл, м3/сутки:
р 0>8^Н /у К | \
7<общ=—q-----, (7.51)
где RH — тепловая производительность нагревателя воды, Мкал/сут-
ки: Q — затраты тепла на оттаивание и нагревание 1 м3 грунта,
Мкал/м3 (рис. 7.25).
Расчетом определяют: необходимое количество иглового обору-
дования; производительность насосной установки для подачи есте-
ственно нагретой воды или производительность водогрейного котла;
трудовые затраты и календарные сроки для подготовительных опе-
раций, работ по оттаиванию, дренированию и уплотнению грунта;
сроки подготовки котлованов. Календарные сроки должны преду-
сматривать выполнение строительных работ по возведению фунда-
ментов вслед за окончанием протаивания и самоуплотнения грунтов
с тем, чтобы оттаянный грунт не промерзал под фундаментом.
Суммарная стоимость предпостроечного гидравлического игло-
оттаивания грунтов обычно составляет 0,4—1,2 руб./м3 грунта.
Электрическое оттаивание [9, 10] требует определения удельного
электрического сопротивления.
200
Подготовка основания разделяется на две стадии. На первой
оттаивание грунтов сопровождается их уплотнением лишь под соб-
ственным весом, а на второй — производится искусственное доуплот-
нение грунтов водопонижением и электроосмосом.
На стадии оттаивания (рис. 7.26) переменный электрический ток
(обычно напряжением 380 В) подается в грунт через систему перфо-
рированных электродов, каждый из которых одновременно является
вертикальной дреной. В качестве электродов используют трубы, кото-
Рис. 7.25. График для определения затрат
тепла на оттаивание грунта
рые опускаются в скважины или забиваются в мерзлый грунт. В пла-
не электроды располагают прямолинейными рядами. Расстояние
между электродами в ряду 2—2,5 м, а между рядами 2,5—4 м. Число
рядов должно быть кратно шести плюс единица, т. е. 7, 13, 19 и т. д.
Глубина погружения электродов на 1 м меньше расчетной глубины
предпостроечного протаивания грунта.
Сопротивления между двумя рядами электродов, Ом:
(— 4- 2 1 а
р С + я 2яг ) ..
Rr=----------м?---------- <7'52>
где р — соответствующая средневзвешенная для данной площадки
величина удельного сопротивления грунта в талом или мерзлом со-
стоянии, Ом-м; I — среднеарифметическая длина рабочей части
электрода (не изолированной лаком) по двум смежным рядам, м;
201
N — число электродов в ряду; b — расстояние между рядами, м; а —
расстояние между электродами, м; г — радиус электродной трубы, м.
Расчетные фазные сопротивления определяются из формулы
1
R
(7.53)
Здесь Rpn — сопротивления подключенных в фазы рядов, определяе-
мые формулой (7.52). Расчетные фазные сопротивления /?м служат
Рис. 7.26. Технологическая схема подготовки осно-
вания электрическим методом в стадии оттаивания
лэ> Вэ> Сэ — ряды электродов, распределенные по фазам;
1—железные трубчатые электроды; 2 — понижающие транс-
форматоры; 3—уровень грунтовых вод; 4 — граница вечно-
мерзлых грунтов; 5 — очертание предельной чаши протаива-
ния; 6—развитие чаши протаивания во времени
для контроля правильности расчета путем их сопоставления с величи-
нами, получаемыми на основе непосредственных измерении перед на-
чалом протаивания. Сопротивления /?т используют в расчете процесса
оттаивания и для контроля за его развитием и окончанием.
Объемы оттаиваемого грунта, м3 между двумя рядами электро-
дов
Ир = ц6(/ср+ (7.54)
202
то же, включенный в каждое из фазных сопротивлений
—Vpi + Ург + ••• + Vpn- (7.55)
Дальнейший расчет выполняется по периодам. Расчет первого перио-
да — нагревание грунта от температуры /0 До 0° — производится при
максимально возможном напряжении, т. е. 380 или 220 В.
Рис. 7.27. Технологическая схема подготовки осно-
вания электрическим методом в стадии уплотнения
1 -иглофильтр-катод: 2 —анод; 3 —соединительный шланг;
4 — электропровод; 5 — коллектор водопонизительной уста-
новки; 6 — насосы; 7 — водосброс; 8—источник постоянного
тока; 9— верхняя поверхность вечномерзлых грунтов; 10—уро-
вень грунтовых вод
Электрическая мощность для первого периода, кВт:
р ЗД210~3
пмин 9
(7.56)
где U — выбранное фазное напряжение, В; 7?“1,н — наименьшее из
трех фазное сопротивление, вычисленное для мерзлого грунта.
203
Продолжительность нагревания, ч
Т =77Г-^мПСм^о. (7.57)
где £— поправочный коэффициент, учитывающий потери электро-
энергии; изменяется в пределах 1,2—1,5; RM — сопротивление, прини-
маемое для любой из трех фаз; t0 — температура мерзлого грунта, °C
(берется со знаком плюс).
Расход электроэнергии в период нагревания, кВт-ч
W = (/2Г10-3 У (7.58)
AM
При температуре мерзлого грунта выше —1 °C расчет первого перио-
да можно не производить.
Расчет второго периода — оттаивание мерзлого грунта — начина-
ют с проверки возможности проведения процесса при одной ступени
напряжения тока, примененного в первом периоде (380 и 220 В). Для
этого определяют потребную мощность, кВт при данном напряжении
и наименьшем из трех фазовых сопротивлений, определенных для
талого грунта
Если вычисленная мощность окажется чрезмерной, то оттаивание
следует производить при нескольких ступенях напряжений. Опреде-
ляется относительная объемная льдистость в конце каждой ступени
зззр.у?т
(7.60)
где Pi — мощность подстанции, кВт; U,—фазное напряжение на
данной ступени, Вт; i — порядковый номер ступени. Продолжитель-
ность работ на этой ступени, ч
8,49 • 101 1 — v.
Т В _____I_
грунта; Ео — общий объем оттаивае-
принимается начальная объемная льди-
где п — пористость мерзлого
мого грунта: Уо = У, И
Для первого периода за Vi—i
стость
»0=1-^. (7.62)
Р м
Расход электроэнергии на данной ступени, кВт-ч
Г.=84,9^У0(п/_1- v.). (7.63)
Если vг^О, то это значит, что процесс протаивания на данной сту-
пени закончился и при расчете продолжительности и расхода электро-
энергии Vi принимается равной нулю.
204
Для каждой ступени напряжений вычисляется предельная допу-
стимая сила фазного тока, по достижении которой на наиболее на-
груженной фазе производится переход на низшую ступень напряже-
Третий период — нагревание грунта после оттаивания до задан-
ной температуры рассчитывается по формулам (7.56) — (7.57); при
этом вместо характеристик мерзлых грунтов в них подставляются
характеристики талых.
Вторая стадия представляет собой сочетание работы водопони-
зительной установки с одновременным пропусканием через грунты
постоянного электрического тока (рис. 7.27), для чего используются
те же трубчатые электроды. Схема подключения электродов имеет
два обрамляющих площадку замкнутых контура электродов и па-
раллельные прямые линии электродов внутри контуров. Электроды
внешнего контура являются катодами, внутреннего — анодами, знаки
внутренних электродных линий чередуются, при этом все катоды яв-
ляются одновременно иглофильтрами водопонизительной установки.
Электроосмотическое уплотнение ведется при максимальном вакууме
на коллекторе водопонизительной установки. Расчет электроосмоти-
ческого уплотнения начинается с определения электрического сопро-
тивления системы электродов
R 44
^Э— IN ’ (1-Ыз)
1ср (э/* э
где /Ср(э) — среднеарифметическая длина электродов на стадии уп-
лотнения, м; No— среднее число электродов в ряду. Затем соответ-
ственно мощности источника постоянного тока Рэ, кВт, вычисляется
рабочее напряжение, В:
[/э = 31,6 л/РэНэ. (7.66)
Сила тока при этом напряжении не должна превышать номиналь-
ную, т. е. t/э^/ном^э. Практически установлено, что U3 должно быть
от 40 до 100 В. Если расчетное напряжение окажется меньше 40 В,
то следует увеличить количество одновременно работающих агрега-
тов. Расход электроэнергии, кВт-ч на стадии уплотнения
W3 = 0,024 Тэ, (7.67)
Рэ
где Тэ — продолжительность, которая обычно составляет около двух
месяцев непрерывной работы, сутки.
Расход электроэнергии, кВт-ч вычисляется по номинальной мощ-
ности одновременно работающих насосов Ра
Гн = 24РН7'Э. (7.68)
Электрический метод характеризуется продолжительностью ра-
бот 2—3 месяца; мощностью источника электроэнергии на 1 м2 осно-
вания 0,1—0,3 кВт; затратами электроэнергии на 1 м3 обрабатывае-
мого грунта 60—80 кВт-ч.
205
И. В. Бойко [1] разработаны способы предпостроечного протаива-
ния грунтов с помощью низковольтных электролитических и омиче-
ских нагревателей (рис. 7.28).
Для устройства электролитических нагревателей в грунте про-
буривается скважина диаметром 110—130 мм, глубиной на 10—15 см
больше глубины предполагаемого оттаивания. В скважину погру-
жается стальная труба диаметром 100—110 мм с герметически
заваренным нижним концом, которая служит внешним электродом
нагревателя. Внутренний электрод изготовляется из газовой трубы
0 20—25 мм. На внутренний электрод одеваются изолирующие коль-
ца, а в торце устраивается изолирующая пробка. Питание электро-
Рис. 7.28. Схемы низковольтных
электронагревателей
а — электролитический; 1 — скважина;
2— внешний электрод; 3 — электролит;
б — омический; 4 — изолятор; 5 — вну-
тренний электрод; 6 — „скоба" из арма-
турной стали
нагревателя осуществляется от
сварочного трансформатора.
После монтажа питающей ли-
нии во внешнюю трубу зали-
вается электролит — водный
раствор поваренной соли. Объ-
ем электролита рассчитывается
таким образом, чтобы уровень
его не превышал верхней гра-
ницы требуемой зоны оттаива-
ния. Требуемое сопротивление
электролита, Ом
п __ (W2
R р
(7.69)
где U— напряжение, В\ Р —
мощность выделяемого тепла
на 1 м нагревателя, Вт.
Удельное сопротивление
электролита, Ом-м:
р=2^-, (7.70)
1п^
г2
где Г1 — внутренний радиус внешнего электрода, м; г2 — наружный
радиус внешнего электрода, м; h—длина, равная 1 м.
Концентрация раствора поваренной соли с в зависимости от
удельного сопротивления р при температуре —20 °C:
р, Ом • м . . 91 55 18 5 2 1 | 0,6 0,23
с, % ... 0,006 0,01 0,03 0,1 0,3 0,6 | 1,0 3,0
При оттаивании грунта на внешней поверхности электронагре-
вателя должна поддерживаться постоянная температура 90—95 °C.
При этом концентрацию электролита следует подбирать с учетом
поправки на температуру q2o = 3,23рэ5.
Ориентировочное время оттаивания грунта в зависимости от
средней мощности и шага расстановки нагревателей определяется
по графику (рис. 7.29). Для поддержания постоянной температуры
206
нагревателя теплосъем с него по мере оттаивания грунта должен
снижаться, что достигается регулированием вторичного напряжения
питающего трансформатора. В начальной стадии оттаивания мощ-
ность следует увеличить в 1,5—2 раза против средней.
Электролитические нагреватели обычно применяются с сеткой
3X2 м; средний съем энергии с 1 м нагревателя составляет 0,3—
0,5 кВт; рабочее напряжение 20—30 В; продолжительность оттаива-
ния составляет 40—50 суток; стоимость работ 6—7 руб. за 1 м3 грунта.
Омический нагреватель представляет собой металлический стер-
жень из арматурной стали в виде скобки, укрепленной для жесткости
Рис. 7.29. Номограмма зависимости времени оттаи-
вания от величины разноса сетки нагревателей и их
мощности
деревянными изоляторами. Нагреватель погружается в скважину и
засыпается песком. Для питания омических нагревателей исполь-
зуется напряжение 20—50 В. Омические нагреватели обладают рядом
преимуществ по сравнению с электролитическими: простота и надеж-
ность в эксплуатации; меньшая металлоемкость; повышенный энерго-
съем (2,0—2,5 кВт на 1 м); повышенная скорость оттаивания (20—•
30 суток) (рис. 7.29); разреженная сетка нагревателей (6X5 м);
меньшая стоимость оттаивания 2—4 руб. за 1 м3 грунта. Омические
нагреватели были успешно применены для предпостроечного оттаи-
вания грунтов при возведении ряда объектов в Воркуте.
§ 7.6. Оценка возможных осадок оснований
при выборе принципа
Осадки рассчитываются в зависимости от коэффициентов оттаи-
вания А и сжимаемости а, определенных при инженерных изысканиях)
а в случаях, когда эти коэффициенты еще не определены, осадки
определяются приближенно с использованием простейших физических
207
характеристик грунтов. В обоих случаях вначале определяются раз-
меры фундамента в зависимости от расчетного сопротивления грунтов
после их оттаивания, которое устанавливается, как для обычных та-
лых грунтов по указаниям главы СНиП П-15—74.
В первом случае осадка рассчитывается по формуле
s (“/ - ®/-i) + (Л + aiP6i) hi]> <7-71)
i = l
подошвы фундамента, см;
подошвой фундамента за
вычетом давления от соб-
ственного веса грунта на
уровне подошвы, кгс/см2;
п — число слоев, на ко-
торое разделяется осно-
вание в пределах глубины
оттаивания, отличаю-
щихся значениями ха-
рактеристик Аг нас, di —
коэффициент сжимаемо-
сти i-ro слоя грунта,
см2/кгс; (Ог, Wi-1 — КО-
эффициенты, определяе-
мые по графику (рис.
7.30), соответственно при
Zi[b и Zf-i/ft; hi — тол-
щина l-ГО СЛОЯ, CM', Рбг —
давление от собственного
веса грунта в середине
i-ro слоя, кгс/см2; Ai —
коэффициент оттаивания,
безразмерный.
Формула применима,
когда сжимаемость грун-
та при оттаивании опре-
делена в полевых усло-
виях горячим штампом
или в лабораторных усло-
виях, но при этом сжи-
маемость образца за счет
оттаивания ледяных прослойков полностью отражается коэффициен-
том оттаивания Аг. Если же лабораторные испытания производились
на образцах, отобранных между ледяными прослойками толщиной
бл, то при суммировании осадок слоев по формуле (7.71) они умно-
жаются на (1 — ДЛвг) и к вычисленной по этой формуле осадке
добавляется осадка, вызываемая оттаиванием этих прослойков льда:
п
5Л = £ kni (7.72)
i = l
где kBi — коэффициент, учитывающий неполное смыкание макропор,
образующихся при оттаивании ледяных включений, и принимаемый
при б л 1 см равным 0,4, при 1 <бл 3 см равным 0,6 и при
208
большей толщине бл равным 0,8; ДЛвг-— льдистость за счет включе-
ний льда толщиной ^дл.
Во втором случае осадка определяется суммированием относи-
тельной осадки 6j для тех же п слоев
S = [di (1 - ДЛв£) + k3i ДЛв£]. (7.73)
t = l
Относительная осадка определяется по формулам норм:
для песчаных грунтов
6i = bLZ^L. (7.74)
^тп
ДЛЯ ГЛИНИСТЫХ (при Pi + P6i 1 кгс/см2)
\ = I - Vm [у; + у; + Мр)] 17751
или по эмпирическим зависимостям 6 от физических характеристик
грунтов для данного региона. Для глинистых грунтов возможно
также приближенное определение относительной осадки по характе-
ристикам грунтов нарушенного сложения, если степень заполнения
пор льдом и незамерзшей водой G > 0,95
^p + Wp
di =-------------------------. (7.76)
-S-+ 1,1FB + 7P
Y4
В формулах (7.74) — (7.76): утп— объемный вес скелета оттаявшего
грунта после уплотнения его под нагрузкой, кг/см3, определяемый
опытным путем; для стадии выбора принципа может приниматься
равным объемному весу скелета воздушно-сухого грунта при макси-
мальной плотности; ум—объемный вес скелета грунта в природном
мерзлом состоянии, кг/см3; ka — коэффициент, принимаемый по
табл. 7.8 в зависимости от давления pi + ры, действующего в i-ом
слое; уч, Ув — удельные веса частиц минерального скелета и воды
(ув~ 0,001 кг/см3); IFb, Wa — влажность за счет включения льда
Значения коэффициента feg
Таблица 7.8
Число пластич- ности УР Значение коэффициента kg при уплотняющем давлении р^ + р^, кгс/см2 Число пластич- ности JP Значение коэффициента kg при уплотняющем давлениир^ + р^, кгс'см2
1 2 3 4 5 1 2 3 4 §
<0,03 0,03-0,05 0,05-0,07 0,07-0,09 0,09-0,13 1,60 1,30 1,20 1,10 1,00 1,30 1,10 1,00 0,90 0,80 1,30 0,95 0,85 0,80 0,70 0,90 0,80 0,75 0,65 0,60 0,80 0,70 0,65 0,55 0,50 0,13-0,17 0,17-0,21 0,21-0,26 0,26-0,32 >0,32 0,90 0,80 0,75 0,65 0,55 0,70 0,65 0,55 0,50 0,40 0,60 0,50 0,45 0,35 0,30 0,50 0,45 0.35 0,30 0,25 0,49 0,35 0,30 0,25 0,20
209
и влажность за счет незамерзшей воды, доли единицы; IFP,/р— влаж-
ность на границе раскатывания и число пластичности, доли единицы.
Пример 7.9. Площадка характеризуется однородным сложением
и для проектирования приняты средние характеристики грунтов
(табл. 7.9).
Таблица 7.9
Физические характеристики грунтов
№ слоя Глубина от поверх- ности, м Наименование грунтов Характеристика грунтов
^с ?0’ тс/м3 V тс/м3 А а см2/кгс
1 0,2-2,0 Пески мелкие пы- леватые 0,30 1,90 1,40 0,065 0,005
2 2,0-4,0 Пески средней круп- ности 0,23 1,90 1,54 0,012 0,005
3 4,0 и ниже Пески крупные с примесью гравия 0,20 2,0 1,66 0,003 0,002
Примечания: 1. В естественных условиях площадка покрыта расти-
тельным покровом толщиной 0,2 м. 2. Для песков средней крупности после
оттаивания под нагрузкой 1 кгс/см2 <р = 36° и с =0,01 кгс/см2.
Природная глубина сезонного протаивания И? = 1J м. Температура
грунтов на глубине 10 м to = —7,8 °C. Карьерный грунт — крупный
песок с уч = 2,66 т/м3.
Рис. 7.31. Схема поперечного разреза здания
Здание — производственное, размерами в плане 39 "Х.36 м с ме-
таллическими конструкциями, схема которых показана на рис. 7.31.
Нагрузки на пол первого этажа — большие, поэтому целесообразно
210
выбрать такой вариант решений, который не требует устройства
подполья. Нормативная нагрузка на фундаменты Ф2 — 76 т, Ф\ — 45 т.
Сравнивая значения физических характеристик грунтов площадки
Wc и ум (табл. 7.9) с приведенными в табл. 7.1, устанавливаем, что
их сжимаемость при оттаивании невысокая, не более 0,02. В связи с
этим следует рассмотреть возможность использования основания по
принципу II.
1. Намечаем глубину заложения фундаментов. Прорезаем верх-
ний слой грунтов, для которых характерна высокая сжимаемость при
оттаивании (Л = 0,065 и а — 0,005 см2/кгс), и проектируем подошвы
фундаментов на глубине 2 м от поверхности, учитывая, что в песках
средней крупности (слой 2) согласно табл. 15 главы СНиП П-15—74
глубина заложения фундаментов назначается независимо от глубины
промерзания.
2. Определяем максимальную глубину протаивания основания.
Предполагая, что глубина протаивания составит 15 м, и осредняя
теплофизические характеристики основания, по методике § 7.3 полу-
чим Нса — 14,1 м; НКП = 6,1 м; Н1П = 13 м; Н2П = 9,7 м (рис. 7.31).
3. Определяем размеры подошвы фундамента. Расчет выполняем
для фундамента Ф-2, под которым глубина протаивания наибольшая.
Коэффициент пористости грунта второго слоя после оттаивания
определяем при объемном весе скелета
Y
'т — 1 — А
1,54 Y„-YT 2,66-1,56
г__^=1;56т/мз; е = £ — __= 0,7.
1 т ’
Согласно табл. 5 СНиП П-15—74 пески после оттаивания оказывают-
ся в состоянии средней плотности, и для них — 4 кгс/см2. Осред-
ненный вес фундамента и грунта, приходящийся на 1 см2, составляет
Уср/7 — 0,002- 200 = 0,4 кгс/см2.
Необходимая площадь подошвы
Р N 76 О1 о
Г — "Н-------77 = “ГД--Г — 2,1 М-.
#о - Yep77 40 - 4
Принимаем размеры подошвы 1,6 X 1,6 м2, при которой давление на
грунт составит 3 кгс/см2.
4. Определяем осадку по формуле (7.71). Из графика (рис. 7.30)
при l/b = 1 находим коэффициенты ы. Сжимаемую зону делим на два
слоя в соответствии со сложением грунтов. Расчет производим в
табличной форме (табл. 7.10), определяя осадку S с нарастающим
Итогом y^Sj.
Г а блица 7.10
Осадка S от дополнительного давления р0 = р —рб
№ слоя см СМ -1 b zl b “>i Ao см 24 см
2 0 200 0 1,25 0 0,75 0,75 1,8 1,8
3 200 900 1,25 5,6 0,75 1,05 0,3 0,29 2,09
211
Осадка от собственного веса грунта
№ слоя см РбЬ кгс/см2 P6iai At Si, см см
2 200 0,57 0,0028 0,0012 2,96 2,96
3 700 1,46 0,0029 0,03 4,14 7,1
Полная осадка 5 = 2,09 + 7,1=9,2 см.
Согласно табл. 18 СНиП 11-15—74 для железобетонных рам с за-
полнением предельная абсолютная осадка составляет 8 см, а сталь-
ных 12 см. Следовательно, в случае проектирования железобетонных
рамных конструкций максимальная осадка должна быть уменьшена.
Ожидаемая и предельная величина осадок могут быть приведены в
соответствие путем увеличения глубины заложения фундаментов,
предварительного оттаивания грунта или его замены. В данном слу-
чае, учитывая необходимость предохранения полов от деформаций,
целесообразно применить предпостроечное протаивание грунтов вто-
рого слоя — песка средней крупности, а верхний слой, сложенный
водонасыщенным пылеватым песком, заменить карьерным грунтом.
Такое решение позволяет одновременно уменьшить глубину заложе-
ния фундаментов до 1,5 м. Необходимая глубина предпостроечного
протаивания (см. табл. 7.10) второго слоя составит около 1 м, что
может быть достигнуто за счет естественного оттаивания дна вскры-
того котлована.
После того как выбран принцип II, необходимо рассчитать осад-
ки всех типов фундаментов и обеспечить требуемое нормами ограни-
чение относительных деформаций (см. гл. 10).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бойко И. В., Филатов А. О. Опыт применения низко-
вольтных омических электронагревателей с повышенной удельной
мощностью для предпостроечного оттаивания грунтов. — В кн.: Ма-
териалы по вопросам строительства в Воркуте. Сыктывкар. Коми
книжн. изд-во, 1975.
2. Временные технические указания по применению игловой
гидрооттайки для предпостроечного уплотнения вечномерзлых грун-
тов основания. Труды ВНИИ-1. Магадан, 1968.
3. Головко М. Д. Метод расчета чаши протаивания в осно-
ваниях зданий, возводимых на многолетнемерзлых грунтах. ЦНИИС
Минстроя. М., 1958.
4. Гольдман В. Г., Знаменский В. В., Чистополь-
ский С. Д. Гидравлическое оттаивание мерзлых горных пород.
Труды ВНИИ-1, т. XXX. Магадан, 1970.
5. Лукьянов В. С., Головко М. Д. Расчет глубины промер-
зания грунтов. М., Трансжелдориздат, 1957.
6. Максимов Г. И., Замятин С. И., Коновалов А. А.
Методы охлаждений пластично-мерзлых грунтов. Доклады и сооб-
щения II Международной конференции по мерзлотоведению. Вып. 7.
Якутск, 1973.
212
7. Па л ькин Ю. С. Применение АВМ и ЭЦВМ в исследованиях
теплового состояния оснований зданий. — В кн.: Проблемы строи-
тельства в условиях Забайкалья. Записки Забайкальского филиала
Географ, общ-ва СССР. Вып. 44. Чита, 1970.
8. Порхаев Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и соору-
жений с вечномерзлыми грунтами. М., «Наука», 1970.
9. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и
фундаментов с предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов.
НИИОСП, М„ 1974.
10. Указания по применению электрического метода предпост-
роечного оттаивания и уплотнения вечномерзлых грунтов оснований
зданий и сооружений. М., 1963 (НИИ оснований).
11. Хакимов X. Р. Замораживание грунтов в строительных
целях. М., Госстройиздат, 1962.
12. Хрусталев Л. Н. Температурный режим вечномерзлых
грунтов на застраиваемой территории. М., «Наука», 1971.
Глава 8
СОХРАНЕНИЕ ОСНОВАНИЙ В МЕРЗЛОМ
СОСТОЯНИИ
§ 8.1. Тепловое влияние зданий на основания
При строительстве населенного пункта в районах распростране-
ния вечномерзлых грунтов температурное поле оснований претерпе-
вает изменения по отношению к грунтам тундры, вызываемые за-
стройкой территории в целом и главным образом тепловым влия-
нием отдельных зданий.
Из трех групп факторов, определяющих влияние застройки на
температурный режим грунтов оснований, — общих (тепло- и массо-
обмен на территории), локальных (тепловое воздействие зданий и
коммуникаций) и специфических (наличие культурного слоя, гидро-
логические особенности), решающие воздействия, по данным
Г. В. Порхаева и В. К. Щелокова [6], оказывают локальные факторы,
которые во много раз превосходят все остальные. Этим и объясняют-
ся факты различного влияния застройки территории на изменение
температурного режима грунтов в разных населенных пунктах. Так,
в Якутске и Игарке отмечалось понижение температуры грунта, до-
стигавшее на отдельных участках —4-4 6 °C; в Норильске, Воркуте
(за исключением отдельных районов), в населенных пунктах аркти-
ческого побережья с рассредоточенной застройкой наблюдалось по-
вышение температуры грунта.
Под каждым зданием после его постройки формируется отлич-
ный от других температурный режим, вызванный особенностями
конструктивного решения этих зданий. Он отмечается динамикой
изменения среднемесячных температур в основании здания. При
мерах, принятых к обеспечению сохранения мерзлого состояния грун-
тов в основании, характер распределения среднемесячных температур
в грунтах остается таким же, как в тундре, изменяются лишь коли-
чественные показатели — величина экстремальных температур и их
амплитуда (рис. 8.1,6). Неудовлетворительность мероприятий по
съему тепла приводит к прогрессирующему протаиванию основания
(рис. 8.1, в) и в конечном счете к образованию чаши оттаивания
(рис. 8.2).
Сезонные изменения температуры под тепловыделяющими зда-
ниями затухают значительно выше. Если в естественных условиях
затухание наблюдается на глубине 12—20 м, то под зданиями
с обеспеченным съемом тепла — на глубине 6—9 м, а под зданиями
с интенсивным тепловыделением в грунт — даже на глубине 3—5 м.
Также имеет место увеличивающееся с глубиной отставание
температур по фазе. При этом экстремальные значения температур
по глубине запаздывают во времени. У поверхности грунта мини-
мальные значения температур имеют место в декабре-январе, макси-
мальные— в июле-августе, а на глубине 5—7 м — минимальные в
мае-июне, максимальные в декабре-январе.
214
ЭО1 9 J 0 г- h0oh 3J t го г- 9' Oh Oh
Рис. 8.1. Экстремальные (минимальные и максимальные) значения среднемесячных температур грунта
в тундре (а), под з.дюшем с нормалью вентилируемым подпольем (5) и под зданием с повышенным
тепловыделением (в) в пос. Амдерма
Учет теплового влияния требует создания и поддержания в
основании определенного температурного режима в период эксплуа-
тации. Последнее может быть выражено амплитудой годовых коле-
баний температур и зависящей от нее величиной среднегодовой тем-
пературы грунта ter, являющейся своеобразным «барометром», реа-
гирующим на любое, даже незначительное, изменение условий
дерма
теплопередачи от сооружения в грунт. В свою очередь, величина
среднегодовой температуры по глубине грунта (принимается под
центром здания) характеризуется эпюрой, составленной кривыми
максимальных и минимальных температур (рис. 8.3). Чем больше
площадь эпюры и ниже величина tCr, тем жестче температурный
режим, а следовательно, надежнее работа грунта как основания
сооружения.
Способность основания к восприятию известного количества
теплопоступлений от здания характеризуется наличием «запаса из-
быточного холода», выражаемого частью площади эпюры, численно
равной разности площади СДВД и ОВД. Чем больше этот «запас»,
тем большее количество избыточного тепла может быть воспринято
216
основанием безболезненно для сооружения. Приближенно качество
основания может быть охарактеризовано непосредственно величиной
среднегодовой температуры грунта. Схематически природу этого
Рис. 8.3. Эпюра распределения температур по глубине грунта
(расчетная схема)
1 — в естественных условиях; 2 — под зданием после застройки
процесса можно представить в виде графиков, приведенных на рис. 8.4
(составленных на основе данных многолетних экспериментальных
замеров). Последовательно здесь показано изменение эпюр темпера-
турного режима грунта по мере застройки территории зданиями с под-
польями, вентилируемыми с различной интенсивностью. Температур-
ный режим под зданием поддается регулированию, а следовательно,
217
он может регламентироваться проектировщиком: не следует до-
пускать значительного уменьшения «запаса холода», резкого со-
кращения площади эпюры (например, до кривой 4, рис. 8.4), но также
экономически нецелесообразно прибегать к излишнему ужесточению
режима (кривые 1 и 2, рис. 8.4). Оптимальное решение соответствует
характеру эпюры С'Д'К (рис. 8.3) или эпюры, образованной кривой 3
(рис. 8.4). По очертанию она качественно не отличается от аналогич-
ной эпюры годового цикла температур грунтов тундры, однако ось
симметрии ее не параллельна оси ординат, т. е. среднегодовые тем-
пературы по глубине в пределах активной зоны переменны. Величины
Рис. 8.4. Схема изменений максималь-
ных и минимальных температур по
глубине в пос. Амдерма (по сводным
данным экспериментов 1956—1968 гг.)
1—тундра; 2 — территория поселка; 3 — зда-
ния с нормально вентилируемыми под-
польями; 4 — здания со слабо вентилируе-
мыми подпольями
Пунктиром показаны среднегодовые темпе-
ратуры
ter, характеризующие это оптимальное положение (К, К', К", рис. 8.3),
могут быть определены расчетом в зависимости от вида грунта и
температурного режима района строительства. Для этой цели может
подойти графо-аналитический метод, изложенный в работе [2], бази-
рующийся на аналогии двухмерных полей напряжений и температур,
подчиняющихся уравнению Лапласа, где главные напряжения выра-
жены Мичелом через угол видимости е,. В конечном счете величина
среднегодовой температуры в искомой точке с координатами х, г на-
ходится в зависимости от величины среднегодовой температуры
грунта вне здания (принимаемой равной температуре в зоне нулевых
годовых амплитуд /о) и среднегодовой температуры поверхности
грунта в подполье (/"гг) из выражения
(8.1)
Здесь за ег- принимается угол, под которым из точки, где определяется
температура, видны края здания шириной В. Найденная величина и
будет требуемой, которая должна быть обеспечена на поверхности
грунта под зданием и положена в основу расчета мероприятий, га-
рантирующих необходимый теплосъем в этой плоскости.
Чаще всего для проектирования мероприятий по съему тепла,
поступающего от здания, необходима только величина среднегодовой
218
температуры на поверхности грунта под зданием. Ориентировочно в
зависимости от величины t0 она может быть следующей:
/о, °C -34—4 -4 ч--5 -54—8 -84—12
уП. Г Ор ‘сг > (0,8-0,6) /0 (0,6-0,5) t0 (0,5-0,4) t0 (0,4—0,3) t0
Более низкие значения относятся к льдистым грунтам основания
или повышенной их минерализации, т. е. грунтам, обладающим мень-
шей несущей способностью, а также в районах безветренных или с
наличием ветров малых скоростей. Для районов, сравнительно близ-
ких по ветровому режиму, находится в зависимости от средне-
годовой температуры наружного воздуха /“‘гв. Так, в прибрежных
районах арктического побережья для обеспечения нормального вен-
тилирования подполья достаточно, если величина /вгг = (0,3 -г- 0,5)
/вгв. Совсем не обязательно создавать в подполье режим, близкий
к наружным условиям, т. е. выполнять подполья максимально откры-
тыми: оптимальным решением является проектирование цокольных
подполий с принятыми по расчету продухами, что позволит избежать
прямого воздействия наружных потоков на поверхность перекрытия.
Исследования показали [1], что тепловое влияние от здания в
целом значительно превосходит влияние боковых теплооттоков, по-
этому можно считать распределение температур по поверхности
грунта под зданием равномерным, приняв горизонт под его центром
за расчетный. В расчете мероприятий по теплосъему с поверхности
грунта рассматриваются два периода, резко отличающиеся друг от
друга: зимний и летний (без подразделений по месяцам). Их харак-
теристикой являются среднепериодные значения температур. При на-
личии в основании зданий, возводимых с сохранением мерзлого со-
стояния слагающих грунтов, известного «запаса холода», а также
таких обстоятельств, как кратковременность действия максимальных
температур на определенном горизонте и постепенное наступление
величин максимальных температур по глубине (в период, когда по-
следние достигают глубины заложения фундаментов, часть верхнего
слоя грунта уже промерзает), правомерно пойти на некоторое увели-
чение значений нормативных сопротивлений мерзлых грунтов. Напри-
мер, для районов арктического побережья величины расчетных тем-
ператур можно принять за средние между максимальными и средпс-
/сг Ч- /макс
годовыми значениями /р
что в зоне заложения
2
фундаментов (от 1 до 7 м) ниже величины /макс на 0,2—0,7 °C.
Для создания необходимого температурного режима при обеспе-
чении сохранения мерзлого состояния грунтов оснований должны
быть соблюдены два условия:
1) стабильность положения кривой /макс на глубине в том виде,
какой имел место до строительства сооружения;
2) установление величины /Сг, обеспечивающей поддержание в
основании необходимого температурного режима, и расчет мероприя-
тий (подполья, систем охлаждения и др.), гарантирующих ее стабиль-
ность в процессе эксплуатации здания. Только назначение расчетных
219
показателей /макс и /Сг в их совокупности может обеспечить гаран-
тированную устойчивость зданий.
По величине среднегодовой температуры поверхности и тепло-
физическим характеристикам грунта определяют теплопоток в грунт
за полупериод с устойчивыми температурами одного знака и через
него находят условия над поверхностью грунта, амплитуду и темпе-
ратуру воздуха в подполье, при которых возможен заданный ход
температуры поверхности грунта. Расчетные формулы приведены в
работах [1, 5].
Полное количество тепла, затраченное на прогрев грунтов с уче-
том расхода тепла при фазовых переходах, определится по формуле:
Срр^м + ^.с + Ч’ <8-2)
где QM — теплоотток в вечномерзлый грунт за период положительных
температур; qa.c — средний расход тепла на прогрев грунта деятель-
ного слоя на 1 м2; — тепловой поток в грунт за период времени от
момента равенства температуры поверхности ее среднегодовому значе-
нию Ti до момента равенства нулю Тг.
Значения QM и (?д.с определяются по рекомендациям [5], a q2 — по [1].
Учитывая стабильность величин максимальных температур
грунта под зданиями, возведенными с сохранением мерзлого состоя-
ния грунтов в основании, можно прогнозировать изменение темпера-
турного режима в ходе эксплуатации здания на основе результатов
периодических замеров, выполняемых в период наступления мини-
мальных значений температур (февраль-март). Полученные данные
сравниваются с тарировочными графиками, разработанными для
данного района, и прогнозируется возможное изменение температур-
ного режима, а в случае нарушения последнего предусматриваются
необходимые мероприятия по его восстановлению.
§ 8.2. Основные причины деформаций зданий
на мерзлых грунтах
При застройке территории или возведении отдельных зданий
неизбежно изменение мерзлотно-грунтовых условий площадки и, в
первую очередь, температурного режима грунтов. Этому обстоятель-
ству при проектировании и возведении зданий и сооружений зачастую
мало уделяется внимания. При широком распространении просадоч-
ных вечномерзлых грунтов в основании зданий изменение темпера-
туры грунтов может оказаться опасным для устойчивости здания и
сооружения. В практике часто происходили деформации последних,
иногда с тяжелыми последствиями, главным образом, из-за недо-
оценки и несоблюдения мер по управлению температурным режимом
грунтов оснований.
Особую актуальность проблема обеспечения устойчивости зданий
на территориях распространения вечномерзлых грунтов приобрела в
связи с переходом в этих районах на каменное строительство. Зна-
чительно увеличились нагрузки на грунт (вес здания возрос в 1,8—
2 раза по сравнению со зданиями в среднеширотных районах), воз-
росли и деформации зданий, следовательно, увеличились затраты на
восстановительные работы и капитальный ремонт. Отмечается шесть
групп основных причин деформаций зданий и сооружений.
220
I группа — прогрев грунтов оснований в результате теплового
влияния зданий. Наличие в основании зданий грунтов пониженной
несущей способности (просадочных при оттаивании или засоленных)
обуславливает переход их с повышением температур в пластично-
мерзлое состояние со снижением несущей способности. Процесс этот
протекает во времени постепенно при сохранении отрицательных зна-
чений температур грунта основания. Последнее обстоятельство опре-
деляет область, в которой проявляются такого рода деформа-
ции— это районы с устойчивой и сравнительно низкой температурой
в зоне нулевых годовых амплитуд (ниже — 2 °C), когда при опреде-
ленных условиях допускается возможность повышения до известного
предела температур грунта по сравнению с естественными условиями.
Превышение этого предела может привести к деформации здания.
Здания в этих районах преимущественно строятся с сохранением
мерзлого состояния грунтов основания, наиболее распространенным
средством которого является устройство подполий.
Наиболее частым и характерным поводом повышения темпера-
тур грунта основания является неудовлетворительная организация
подполий. Причиной этого служат как ошибки при проектировании
зданий, так и неправильная их эксплуатация. Наиболее распростра-
ненными неудачными проектными решениями зданий являются:
неправильный выбор типа подполий, например, применение под-
полья, вентилируемого через щель у поверхности грунта в снегоза-
носимых и маловетренных районах (щель заносится и вентилирова-
ние ухудшается);
неправильная ориентация зданий по отношению к розе снегов
и к рельефу местности, что является причиной образований больших
снегоотложений у здания;
подполья не рассчитываются, параметры их назначаются конст-
руктивно, что часто приводит к неправильному выбору высоты под-
полья, количества и размеров продухов, расстояний между ними и
расположения их по фасадам здания;
неправильный выбор, расчет и конструирование дополнительных
мероприятий по охлаждению основания (охлаждающих труб, уста-
новок и т. д.).
Неправильная эксплуатация часто выражается в захламлении
подполья, закрытии продухов в зимний период, устройстве сооруже-
ний, препятствующих переносу снега и образовывающих снежные
завалы у здания, нарушении проектного режима эксплуатации охлаж-
дающих устройств.
Деформации этой группы проявляются в виде осадок фундамен-
тов (чаще всего неравномерных), образований трещин внутри зда-
ния в местах сопряжения перегородок, а также по фасаду здания, в
прогибе конька и др. Меры борьбы с этим видом деформации — вос-
становление температурного режима грунтов путем вскрытия цоколя
на зимний период и усиленного промораживания оснований, приме-
нение охлаждающих устройств. Причины, вызвавшие дополнительное
поступление тепла в грунт, должны быть, конечно, устранены.
II группа — интенсивное поступление тепла от здания в грунт
вызывает прогрессирующее оттаивание грунта, со временем распро-
страняющееся в глубь основания. Как правило, это связано с весьма
слабым вентилированием подполий или вообще с их отсутствием.
Нулевая изотерма перемещается вниз, развивается чаша оттаивания.
Вечномерзлые грунты переходят в талое состояние, ледяные линзы
221
и прослойки вытаивают, что влечет за собой значительные осадки
фундаментов. Фактически эта стадия прогрессирующего оттаивания
грунтов является продолжением и развитием стадии прогрева осно-
вания. Во времени она протекает сравнительно медленно. Чаще всего
деформации такого рода проявляются в зданиях с наличием повы-
шенных источников тепловыделений: котельных, дизельных, банях-
прачечных, пекарнях, гаражах, механических мастерских и др. При-
чины бывают самые различные: недостаточная теплоизоляция под
помещениями с источниками тепловыделения, малая высота подполья,
отсутствие средств по удалению поступающего дополнительного
тепла, размещение в подпольном пространстве коробов с сетями
теплоснабжения и канализации, плохая организация службы эксплуа-
тации (образование складов угля и шлака у стен здания, закрытие
продухов). Расположение цехов промышленных зданий значительных
в плане размеров на просадочных при оттаивании грунтах без вы-
полнения специальных мероприятий влечет, как правило, их дефор-
мацию, так как обеспечить необходимый температурный режим грун-
тов оснований простейшими способами (например, устройством
подполий) здесь почти новозможно.
Внешнее проявление деформаций выражается в появлении
трещин на стенах зданий из-за осадки фундаментов, перекосе и про-
садке оборудования, размещенного на отдельно стоящих фундамен-
тах. Иногда деформации зданий имеют катастрофические послед-
ствия— прекращается эксплуатация.
Меры борьбы с уже возникшими деформациями при образовании
чаши оттаивания весьма сложны. Как правило, они связаны с необ-
ходимостью временного прекращения эксплуатации зданий и прове-
дения их реконструкции. Поэтому повышенное внимание должно
уделяться назначению необходимых мероприятий в стадии проекти-
рования и начальном периоде эксплуатации зданий.
III группа — отепляющее воздействие вод: поверхностных, грун-
товых, технологических (из помещений зданий), из инженерных
сетей (при их аварии), попадающих в основание зданий или воздей-
ствующих на тело сооружений (плотин). Действуют они периоди-
чески, однако весьма интенсивно во времени. Просачиваясь в грунт
основания, воды, особенно если они с высокой температурой, могут
вызывать местное протаивание грунта в короткие сроки на глубину
до 3 м.
При устройстве подземных теплотрасс и канализационных кол-
лекторов обратную засыпку иногда выполняют без уплотнения, а зи-
мой— с комьями снега. Вода при аварии идет вдоль короба, размы-
вая засыпку и вызывая осадки теплотрассы и разрывы теплопрово-
дов. По этой же причине просадки часто возникают на дорогах — в
местах расположения водопропускных труб. Опасность такого рода
деформаций заключается в том, что место их и развитие невозможно
предусмотреть заблаговременно; протекают они быстро, поэтому и
последствия могут оказаться тяжелыми.
Меры борьбы с последствиями этих деформаций такие же, как
и в группе II, — восстановление температурного режима основания
и предотвращение осадок здания. При этом иногда устраивают
стальные рамы и бандажи по периметру здания.
Другая разновидность деформаций сооружений этой группы
связана с отепляющим воздействием вод водохранилища на тело
земляных плотин мерзлотного типа. Причиной их является непра-
222
вильная укладка грунта в тело плотины, несвоевременное создание
мерзлотных завес, плохая работа охлаждающих устройств по созда-
нию и поддержанию проектного режима охлаждения мерзлотного
ядра. Известно несколько аварий плотин мерзлотного типа, при этом
некоторые из них приводили к разрушению тела плотины.
Меры борьбы с возникновением деформаций мерзлотных плотин
скорее профилактические: тщательное выполнение предусмотренных
проектом мероприятий и организация усиленного контроля за рабо-
той охлаждающих устройств в первые 5 лет эксплуатации до образо-
вания устойчивого мерзлотного ядра плотины.
IV группа — изменение мерзлотно-грунтовых условий на площад-
ках строительства. Оно, как правило, связано с деятельностью чело-
века, нарушающего природное взаимодействие, сохранявшееся до
застройки территории. Следует обратить внимание на следующие
основные причины нарушения устойчивости зданий и сооружений.
Обводнение территории в результате нарушения условий водо-
отвода на площадке. В результате неправильного расположения зда-
ний на генеральном плане и неорганизованного водоотвода скапли-
вающаяся на площадке вода попадает в основание соседних зданий,
вызывая повышение температур грунта. Так же часто обводнение
проявляется при рытье котлованов, когда поверхностные воды попа-
дают в котлован, нарушают температурный режим основания, что
приводит иногда к необходимости на 1—2 года (до восстановления
температур грунта) задержать начало возведения здания.
Образование межмерзлотных напорных горизонтов вод. Возни-
кает при временном допущении протаивания грунта основания под
отдельными зданиями. В холодный период года, после устранения
причин оттаивания, грунт замерзает, оставшаяся вода под напором
изливается в помещение. Наблюдались случаи, когда здание, под
которым за много лет эксплуатации образовалась чаша оттаивания,
разбиралось: зимой под влиянием всестороннего промерзания воды,
находившиеся в пределах чаши оттаивания в основании разобранного
дома, под напором изливались, затопляли территорию, попадая в
основание соседних зданий и вызывая изменение температурного
режима последних.
Термокарстовые образования. Деформации зданий и сооружений
по этой причине наиболее распространены. Вызваны они нарушением
торфомохового слоя (под которым находятся льды или сисьнольди-
стые грунты) в период строительства сооружений и иногда распро-
страняются на значительную территорию стройплощадки. В короткий
срок последняя может превратиться в месиво разжиженного грунта
с движущимся грязевым потоком; возникают термокарстовые ворон-
ки, а иногда и целые озера. Термокарстовые образования могут также
гозникать при установке опор, прокладке кабельных линий и т. д.,
когда после укладки линии (установки опоры) грунт вокруг них
недостаточно уплотнен и не восстановлен торфомоховой слой. Вокруг
опоры (линии) образуются быстро прогрессирующие провалы, рас-
щелины.
Последствия деформаций от термокарстовых образований могут
быть серьезными. Были случаи, когда приходилось прекращать строи-
тельство и переходить на новую более благоприятную площадку.
Борьба с термокарстовыми образованиями сводится к мерам по
восстановлению температурного режима грунтов площадки (подсып-
ки, искусственная изоляция, устройство торфомохового слоя и др.).
223
Однако главным являются предупредительные меры: на стадии
проектирования объекта необходимо стараться избегать площадок с
термокарстом, если же это невозможно — тщательно разработать
проект производства работ, предусматривающий сохранение термо-
влажностного режима площадки.
Оврагообразование на территории строительства, возникающее
в результате размыва верхнего торфомбхового покрова ручьями и
протаивания ледяных включений в грунтах оснований под воздейст-
вием вод. Процесс развития оврагов происходит весьма интенсивно.
Он может привести к значительным деформациям зданий и соору-
жений, как это, например, имело место в пос. Диксон. Основной ме-
рой борьбы с оврагами является засыпка последних.
Снегоотложения у зданий и сооружений могут оказаться причи-
ной их деформации как вследствие отепляющего влияния на грунты
оснований, так и механического воздействия на конструкции.
Мощность снегоотложений может достигать нескольких метров.
В зимний период они играют роль термоизоляции, не допуская обра-
зования в основании избыточного «запаса холода», а весной при
таянии скопления снега происходит обильное обводнение территории.
Все это приводит к повышению среднегодовых температур грунта и
не может не сказаться отрицательно на устойчивости зданий, возве-
денных с сохранением мерзлого состояния грунтов оснований. Кроме
того, снеговые отложения на трассах коммуникаций и выступающих
частях зданий создают избыточные снеговые нагрузки, особенно вес-
ной, когда снег становится мокрым и образуются оледенения. На-
блюдались деформации сетей, лестниц и т. д. Меры по предупрежде-
нию снежных заносов изложены в гл. 4.
V группа — поднятие грунтов вследствие проявления ими пучини-
стых свойств при промерзании. На территории с вечномерзлыми
грунтами, где строительство ведется преимущественно с сохранением
их мерзлого состояния, деформации по этой причине не так широко
распространены, как в средней полосе страны. Они характерны глав-
ным образом для сооружений с мелким заложением фундаментов
(опоры коммуникаций, ограды и т. д.) в пределах сезоннооттаиваю-
щего слоя, состоящего из мелкодисперсных грунтов. В качестве мер
борьбы с пучением принимаются: назначение глубины заложения
фундаментов ниже верхнего горизонта вечномерзлых грунтов, замена
грунтов на непучинистые, противонучинистые обмазки и т. д.
VI группа — деформации, связанные с производством работ по
возведению стеновых и несущих конструкций в зимних условиях.
Причины и характер их проявления самые разнообразные. В одном
случае они связаны с интенсивным воздействием солнечных лучей,
вызывающих быстрое и неравномерное оттаивание швов стен, выпол-
ненных с отступлением от технических условий (толщина швов между
блоками достигала 60 мм); в другом случае они связаны с плохим
качеством надбетонок свай, выполненных при сильных морозах. Как
правило, общей причиной деформаций зданий этой группы является
плохое качество строительных работ, нарушение правил их производ-
ства. Но не следует забывать и о тяжелых зимних условиях этих
районов.
Таким образом, деформации зданий и сооружений на вечномерз-
лых грунтах свидетельствуют о необходимости повышенного внима-
ния к мероприятиям по регулированию температурного режима грун-
тов оснований и повышению их несущей способности.
224
§ 8.3. Подполья зданий
Устройство подполья является основным, наиболее распростра-
ненным способом регулирования теплового влияния зданий на темпе-
ратурный режим оснований при проектировании последних по прин-
ципу I. Оно представляет собой часть здания, заключенную между
перекрытием первого этажа и грунтом основания. Роль подполий
сводится к созданию условий для удаления поступающего через пе-
рекрытие первого этажа теплового потока.
В практике строительства имеют место следующие разновидности
подполий в зависимости от характера вентилирования: закрытые
(непроветриваемые), открытые и с регулируемым проветриванием.
Непроветриваемые подполья устраивают в районах с низкими
отрицательными температурами и при незначительных размерах зда-
ния в плане, когда основание сохраняется мерзлым за счет бокового
охлаждения через груш. Однако применение таких подполий огра-
ничено. Предельные размеры отапливаемых зданий, для которых не
требуется проветривания подполий, могут быть определены по
табл. 8.1.
Таблица 8.1
Предельные размеры зданий при непроветриваемых подпольях
Средняя темпера- тура наружного воздуха за четыре наиболее холодных Термическое сопротивление перекрытия над подпольем, м2 'Ч-град/ккал Размеры зданий в плане, м при температуре внутри помещения, °C
5 10 15 20
месяца в °C году,
Ниже — 30 1 10 X 20 5 X Ю
2 20 X 40 10 X 20 5 X Ю —
3 30 X 60 20 X 40 10 X 20 5 X 10
— 204-—30 1 5 X 10 — — —
2 10 X 20 7 X 14 3X6 —
3 20 X 40 10 X 20 7 X 14 3X6
— 15+-20 1 3X6 — — —
2 7 X 14 3X6 — —
3 10 X 20 7 X 14 3X6 —
Открытые подполья имеют свободное, не прекращающееся в
течение всего года сообщение с наружным воздухом. Перекрытие
устраивается по рандбалкам, поднятым над поверхностью грунта на
высоту 0,2—2 м. Основным преимуществом этих подполий является
возможность создания более низкого температурного режима грун-
тов, а также (при высоте подполий 1—2 м) обеспечение проноса
снеговых потоков под зданием. Но они имеют и ряд недостатков:
при высоте до 1 м подполья заносятся снегом, который в зимний
период оказывает отепляющее влияние на грунты оснований, а летом
увлажняет площадку водами (при таянии). Кроме того, летом бес-
прерывно поступают в подпольное пространство теплые потоки на-
ружного воздуха. Зимой прямое воздействие ветра на нижнее пере-
крытие неблагоприятно сказывается на температурном режиме внут-
ренних помещений первого этажа. Для жилых зданий этот фактор
может оказаться существенным, нарушится нормальная эксплуатация
8 Зак. 190 225
помещений и появится необходимость устройства специальной тер-
моизоляции перекрытия. Здания с открытыми подпольями имеют
недостатки с эстетической точки зрения в связи с частой захламлен-
ностью подпольного пространства в период эксплуатации.
Рис. 8.5. Примеры решения цокольных узлов
а — деревянные здания с теплым цоколем; б — деревянные здания
с холодным цоколем; в — каменные здания с цокольным огражде-
нием из блочных материалов на вспомогательной (цокольной) балке;
г —каменные здания с навесным железобетонным цоколем; 1— про-
дух; 2— дощатая обшивка; 3— конструкция пола; 4—утеплитель;
5 —дощатый накат; 6 — балки; 7 — слой штукатурки; 8—железобетон-
ный настил; 9— железобетонный пустотный настил; 10 — рандбалка;
11— ограждение из горбыля; 12 — грунтовая засыпка; 13—доска;
14 — вспомогательная (цокольная) балка
Подполья с регулируемым проветриванием (круглогодично про-
ветриваемые), средством вентиляции которых служат отверстия
(продухи), устраиваемые в цоколе здания, или вентиляционные ка-
меры преимущественно распространены в практике жилищного строи-
226
тельства в районах с температурой в зоне годовых нулевых амплитуд
ниже —3 °C (Норильск, Якутск, арктическое побережье и др.).
В этих условиях, как показали исследования, нет необходимости
поддерживать температуру воздуха и поверхности грунта в подполье
близкой или равной температуре наружного воздуха, создается бла-
гоприятный режим работы надподпольного перекрытия; решение в
целом более эффективно и по экономическим показателям. Цоколь-
ная часть здания, служащая ограждением подполья, может быть вы-
полнена из кирпича, дерева, сборных железобетонных плит или
ного узла с использованием про-
филированных металлических ли-
стов
а—цокольный узел; б — фрагмент цо-
кольного ограждения; 1— продух;
2— фундаментная стойка; 3 — конструк-
ция пола; 4—железобетонный пустотный
настил; 5—утеплитель (заливочный);
6 — профилированный металлический
лист (алюминий, сталь); 7— дощатые
прогоны; 8—консольная опора (50 Х'50);
9— хомут; 10— рандбалка; 11—керамзи-
тобетонная балка (термовкладыш)
алюминиевых панелей. Примеры рекомендуемых конструктивных ре-
шений цоколей приведены на рис. 8.5, а перекрытий над подпольем —
на рис. 8.6.
Продухи устраиваются как над рандбалкой (при низком распо-
ложении последней), так и ниже ее; при этом цокольное ограждение
решается в виде навесной железобетонной плиты или устраивается
стенка по уложенной внизу цокольной балке. Низ продухов следует
располагать не менее чем на 0,25 м от поверхности грунта в целях
предохранения их от снегозаносов. Если избежать снегоотложения
невозможно или по какой-либо причине устройство продухов затруд-
нительно, то предусматривается проветривание подполий через вен-
тиляционные каналы. Последние могут быть или выше карниза кров-
ли (работают на вытяжку при любом направлении ветра), или выше
верхней отметки снегоотложений (работают как продухи на приток
или вытяжку при любом направлении ветра). Для усиления напора
иногда в вытяжных трубах устанавливают нагреватели. В большин-
стве же случаев достаточно дефлекторов без применения средств
побудительной вентиляции. Форма сечения продухов в стенках под-
полий квадратная или прямоугольная с наиболее часто встречающи-
мися размерами сторон 0,2—0,5 м.
Высота подполий (от низа балок до поверхности грунта) опреде-
ляется по конструктивным соображениям, при этом рекомендуется
принимать следующие ее минимальные значения:
для жилых и общественных зданий шириной до 15 м при отсут-
ствии трубопроводов в подпольях—0,5 м;
то же, шириной 20 м и более, а также для зданий с повышенным
тепловыделением (котельные, электростанции, бани и др.) — 1 м;
то же, при наличии трубопроводов, подвешенных в подполье, —
1,2 м.
На отдельных небольших по площади участках (лестничные
к тетки, смотровые ямы) допускается местное уменьшение высоты
подполья до 20 см, если при этом не нарушаются условия теплооб-
мена в других его частях.
Поверхность грунта в подполье нужно планировать и распола-
гать выше уровня грунта возле здания, чтобы избежать образования
застойной зоны воздуха в нижней части подпольного пространства и
обеспечить сток воды. Для беспрепятственного движения воздушных
потоков в подполье ленточные фундаменты под внутренние стены
устраивать не рекомендуется. Ориентировочно (в качестве предвари-
тельных прикидок) размеры продухов для небольших зданий шири-
ной до 30 м могут быть приняты по табл. 8.2. Однако, как правило,
выбирать площадь продухов и назначать режимы вентилирования
подполий необходимо по результатам расчета, задачей которого яв-
ляется обеспечение заданного температурного режима грунтов
основания при эксплуатации здания. В практике проектирования
находит применение ряд методов расчета вентилируемых подполий:
метод Г. В. Порхаева для южных и центральных районов распрост-
ранения вечномерзлых грунтов, метод Ю. Я. Велли и Ю. М. Макова
Таблица 8.2
Модуль проветривания зданий (отношение площади продухов
к площади подполья)
ветра сол од- Термическое сопротивление перекрытия над подпольем, м2 -ч-град/ккал
няя скорость и наиболее з месяца, м/сек 1 2 3
Температура воздуха на уровне пола первого этажа, °C
Зона ч £• с> X О-Го 3 О го я 15 30 15 ЗЭ ' 15 30
ундрозая । 10-8 8-6 6-4 0,0025-0,003 0,003 - 0,004 0.005 - 0,005 0,007-0,010 10,010—0,012 30,012-0,015 0,0015-0,0.02 0,002-0,0025 0,0025-0,003 0,003-0,005 0,005-0,006 0,006 - 0,007 0,0008-0,0012 0,0012-0,0016 0,0016-0,002 0,002-0,0025 0,0025 - 0,003 0,003-0,0035
Тайга Т 4-2 2-1,5 0,005 - 0,012 0,012 -0,020 0,015-0,032 0,032-0,050 0,003-0,006 0,006 - 0,10 0,007-0,013 0,013-0,020 0,002 -0,004 0,004 -0,006 0,0035 - 0,007 0,007-0,010
Примечания: 1. Для плотно застроенных районов величину модуля
проветриваемости следует принимать с коэффициентом 1,2-1,4. 2. Граница зон
и средние скорости ветра за три наиболее холодных месяца устанавливаются
по карте (рис. 8.7)
228
Ю 20 1/0 70130160 190
Рис. 8.7. Схематическая карта средней скорости ветра за три наиболее холодных месяца
на Крайнем Севере
для районов с низкими температурами, сильными ветрами и снего-
переносами. Кроме того, в ряде ведомственных организаций сущест-
вуют методики расчета других авторов. Среди них заслуживает вни-
мания метод расчета подполий В. Н. Иванова, узаконенный для
тепловыделяющих зданий аэропортов на Севере [10].
Метод Г. В. Порхаева. Общая площадь продухов (вытяжных труб
или вентиляционного зазора под зданием) FB определяется по рас-
четному модулю вентилирования подполья М и площади здания Fc
FB = MFC. (8.3)
Для подполий, вентилируемых через продухи:
дл _ д' т___________Un U, п) + -У____________
Лп 36OOd?o Ub. и ~ 'и. в) (Фл • Ь + ф3Т3) 1
/ » 1» гл Un ------- п) 4" N \
(для открытых подполии М = Кп -п'пгс п-----Г.--------I,
ЗОО/?о^ср Ub. п - /н. в J
где К.п—коэффициент, зависящий от расстояния между зданиями I
и их высоты А; при /^5/гКп = 1, при l — Ah Кп —1,2, при l = 3h Кп =
= 1,5; /п — температура воздуха внутри здания, °C; /в.п— средне-
годовая температура воздуха в подполье, °C; при сохранении в
основании здания среднегодовой температуры грунта, равной ее зна-
чению в естественных условиях, /в. п = to, при пластично-мерзлых
грунтах /в.п = 4/0, если t0^5 °C, или /в.п^З/о, если /0<—0,5 °C; при
низких среднегодовых температурах вечномерзлого грунта /в.п =
= Ktto, где находится по рекомендациям [5]; /н. в —среднегодовая
температура наружного воздуха, °C; Ro— термическое сопротивление
перекрытия над подпольем, м2-ч-град/ккал; пСр— среднегодовая ско-
рость ветра, м/сек; с—удельная теплоемкость воздуха, равная
0,24 ккал/кг-град; Т — продолжительность периода, равная 8760 ч;
N — количество тепла от санитарно-технических коммуникаций, про-
ложенных в подполье:
N = "КГ S 7^7(/т£' “/в-н) Тт/;
1
п — число тепловыделяющих трубопроводов в подполье; /Т{ — длина
l-го трубопровода, м; ZT< — температура теплоносителя в i-м трубо-
проводе, °C; тТ1 — время работы i-ro трубопровода в течение года, ч;
Rii — термическое сопротивление теплоизоляции i-ro трубопровода,
м-ч-град/ккал; тл, т3— продолжительность летнего и зимнего перио-
да, ч; фл, фз— коэффициенты вентилирования для летнего и зимнего
периода, кгс/м2-с, зависящие от способа вентилирования.
Для открытых и вентилируемых через продухи подполий:
/==р
ф =0,01у v У К.-гп .;
тл ’ «л л 'ai лг’
1
i *=р
фо = 0,01 у У К.т.,
чз ’’3 3 Z-j 'az 3z’
1
230
где ил, Уз — средние скорости воздуха за летний и зимний периоды,
м/сек; ул, у3 — объемные веса воздуха при среднелетней и среднезим-
ней температурах наружного воздуха, кг/м3; тл, Шз—число случаев
разных направлений ветра, вызывающих один и тот же воздухообмен
соответственно в летнее и зимнее время, %; Ка— обобщенный аэро-
динамический коэффициент, зависящий от формы здания в плане,
определяется по рекомендациям [7]; р — количество расчетных слу-
чаев, для которых обобщенный аэродинамический коэффициент На
один и тот же.
По вычисленной величине /И определяется температура воздуха
в подполье в летний (G.n) и зимний (t3. п) периоды;
Ч. " = (VB’ + Ч‘л + Лл1„. „) (1 + Л) - вл)]; (8.5)
Ь. п = Ыз^н. з + tn + &з) । _j_ а > (8.6)
где Лл = 36ООсЛ'17?офл; Вл — /?0 = Зб00сМф3; 53 =
= — д/2Хт/л. итлд; Лт— коэффициент теплопроводности грунта
тз
в пределах сезоннооттаивающего слоя, ккал/м3; q — теплота таяния
мерзлого грунта в пределах сезоннооттаивающего слоя, ккал/м3;
tii.n, tn.3—-средние температуры наружного воздуха в летний и зим-
ний периоды.
По найденным значениям /л. п и t3. п вычисляется температура
грунта на подошве слоя сезонного оттаивания под зданием
(8.7)
где тл, т3 — продолжительность зимнего и летнего периодов, ч; Хт,
Хм—коэффициенты теплопроводности грунта сезоннооттаивающего
слоя в талом и мерзлом состоянии, ккал/м-ч-град.
По /0 уточняются коэффициенты теплового влияния здания на
температурный режим основания, а также глубина сезонного оттаи-
вания НТ. Примеры расчета подполий по методу Г. В. Порхаева
приводятся в [7].
Метод Ю. Я. Велли — Ю. М. Макова. Преимущественно приме-
ним для зданий, вентилируемых через продухи в цокольном ограж-
дении. Им предусматривается, что режимы летнего и зимнего венти-
лирования подполья не равноценны по своему влиянию на темпера-
турный режим грунтов оснований и температура воздуха в подполье
отличается от температуры поверхности грунта в его пределах. Опре-
деляющим в формировании температурного режима является зим-
ний период, когда поступающий холодный воздух настилается на
поверхность грунта, коэффициент теплообмена в этом месте возра-
стает (по сравнению с летним периодом): теплообмен в пограничном
слое грунт-воздух определяется критерием /V4- В летний период теп-
лый воздух настилается на нижнюю поверхность цокольного пере-
крытия, у поверхности грунта образуется застойная зона, коэффи-
циент теплообмена уменьшается. Теплообмен в пограничном слое
грунт-воздух определяется критерием Вс.
231
Расчет производится в такой последовательности.
Установление исходных данных. Характеристика
объекта: площадь подполья Fn и цоколя Рц, м2, термическое сопро-
тивление перекрытия над подпольем 7?0 и цоколя 7?ц, м2-ч-град/ккал
(или коэффициенты теплопередачи и Кц), толщина цоколя б, м,
температура воздуха в помещении первого этажа /Вн, °C.
Климатологические данные (по справочнику): среднегодовая
среднезимняя /В3В и среднелетняя /влвтемпературы наружного
воздуха, °C, продолжительность зимнего периода т3, тл и скорость
ветра v3, м/сек, объемный вес ун.в, т/м3 и объемная теплоемкость С
наружного воздуха, ккал/м3-град.
Данные инженерных изысканий (по материалам изысканий или
СНиП): коэффициенты теплопроводности в талом и мерзлом состоя-
нии Лт и Ам, ккал/м-ч-град, объемная теплоемкость талого и мерз-
лого грунтов ст, см, ккал/м3-град, суммарная влажность IFC и влаж-
ности на пределах текучести U7T и раскатывания Wp в долях едини-
цы, температура в зоне нулевых годовых амплитуд t0, °C.
Требуемая величина среднегодовой температуры поверхности
грунта под зданием в период эксплуатации /вгг, °C назначается
расчетом. Допускается принимать ориентировочно величину /вг г в
зависимости от величины температуры в зоне нулевых годовых ам-
плитуд по табл. 8.1.
Определение параметров годового хода тем-
ператур поверхности грунта. Среднелетнее значение тем-
пературы поверхности грунта
Амплитуда температуры поверхности грунта
/сг
ли.г =---------Ч—. (8.9)
cos л
Тг
Среднее значение температуры поверхности грунта за зимний
полупериод годового хода
'п3г = - Лп. r(^ + cos л (8J0)
\ Л Тг /
Определение теплового потока в грунт за по-
лупериод годового хода температуры поверхно-
сти грунта
<?Гр=<2м + ^.с + Ч’ (8Л1>
где
Qm = ^0,25 -3600 ) ^°^СР > (8.12)
232
тл принимается без учета влияния солнечной радиации.
= Р («'о - V„ + (т§0 - 0,1) (с,^г - с'ЛУ (8-13)
где т2 = — + т3.
Обозначение величин QM, qi, <72 см. (8.1).
Определение параметров годового хода тем-
ператур воздуха в подполье. Коэффициент уменьшения
амплитуды поверхности грунта (т = Аа. Т/Аи)
Амплитуда температуры воздуха в подполье
(8.15)
А = —А
п т "•1'
(8.16)
Параметры годового хода температур воздуха в подполье
(еС) легко находятся с использованием выражений (8.8) — (8.10).
Определение воздухообмена в подполье и р а з-
меров продухов. Требуемый воздухообмен в подполье G опре-
деляется из уравнения теплового баланса
@изб + Фц — Qn — Фгр = 0’
Ос (Г„ + 0,7Гц КЦ(С„-/’.В)-
= ,817)
z и,и I г
где первая составляющая представляет собой избыточное давление:
.)=«„,«• <8Л7а>
Средняя скорость воздуха по сечению подполья
°ПОД = ^г/АпОД- (8.18)
Скорость ветра, действующего на цоколь:
^н. ц = Vnk2k/j, (8.19)
233
где k3 — коэффициент уменьшения скорости ветра, учитывающий
влияние застройки и принимаемый равным 1—0,7 (верхний предел
относится к малым скоростям ветра); kh— коэффициент уменьше-
ния скорости ветра, учитывающий влияние высоты наблюдений, на
уровне продухов (0,5—1 м от поверхности грунта) принимается рав-
ным 0,47—0,56.
t3
^т'^гр 'и
Рис. 8.8. Номограмма к определению параметров температуры
грунта и воздуха в подполье
Обозначения приняты по формулам: Лп. г по (8.9), tc' 3 по (8.10),
т по (8.15), Ап по (8.16)
Располагаемый ветровой напор, действующий на цоколь:
АР=5-Л-° (kl- k»),
2g
(8.20)
где ki и k2— средние аэродинамические коэффициенты для наветрен-
ного и заветренного фасадов зданий, k\ = 0,84-0,6, /?2 =— (0,64-0,4).
Допустимое значение суммы коэффициентов местных сопротив-
лений на входе и выходе потоков из продухов
vnYn
Рн. цУн. в (fel - fe2)
(8.21)
234
По формулам Е. И.Идельчика [3] в зависимости от^ГЕ; находится
относительное сечение продухов f.
Сечение продухов
ЕПр = f F под- (8.22)
Максимальный шаг продухов из условий слияния воздушного
факела по продольной оси здания (приняв угол расширения 0 факела
Рис. 8.9. Номограмма к определению составляющей
теплового потока в грунт QM, принятого по фор-
муле (8.12)
от продуха по ширине здания Б равным 12,5 °C, как для свободной
изотермической струи)
ш = Б tg е = 0,225. (8.23)
Количество продухов при устройстве их только по продольным
фасадам Н = 1)Ш, где I — длина здания.
Крайние от торцов здания продухи располагаются на */г длины
принятого шага продухов.
Использование номограмм для расчета подпо-
лий. В соответствии с приведенной выше методикой расчета
инж. Ю. М. Маковым разработаны номограммы (рис. 8.8—8.12),
которые резко снижают трудоемкость определения параметров под-
полий.
235
По номограмме (рис. 8.8) определяются параметры температур
поверхности грунта и воздуха в подполье Ап. г, /Сз, т и Ап, соответ-
ственно в нее заложены формулы (8.9), (8.10), (8.15) и (8.16).
Рис. 8.10. Номограмма к определению составляющей теплового
потока в грунт q\, принятого по формуле (8.13)
По номограммам рис. 8.9—8.11 определяются величины теплового
потока в грунт, представленные формулами (8.12) — (8.14).
По номограмме рис. 8.12 определяется площадь продухов в по-
следовательности, представленной формулами (8.17а), (8.18), (8.20)
и (8.22). Номограмма составлена для высоты подполья 0,42 м. При
Рис. 8.11. Номсграмма к определению составляющей теплового
потока в грунт q>, принятого по формуле (8.14')
другой высоте подполья к полученному значенйр скорости воздуха
в подполье вводится поправочный коэффициент.
Порядок пользования Номограммами показан на рисунках стрел-
ками.
Пример расчета подполья жилого дома в пос. Диксон. Характе-
ристика объекта: Fn~20X60 м; /?Оц = 3.0 м2 ч• град/ккал; ka —
— 0,333 ккал/м2-ч-град; £ц — 4,5 ккал/м2-ч-град; ta = 18 °C.
236
J w
Климатические данные:
Гг =Ю,5°С; =3,8°С; т =2880 ч; + = 7,8 м/сек; =
Н. В ' Н. В 1 с I Н ' ’ • Н. Р
= 1,35 кг/м3; ^% = - 17,3 °C.
Данные инженерных изысканий:
ут = 2 т/м3; ум = 1,48 т/м3; Wzc = 0,35; Wh = 0,097; ^0 = 6 °C; Ат =
= 1,53 ккал/м-ч-град; Лы= 1,86 ккал/м-ч-град; ст = 820 ккал/м3-град,
см = 555 ккал/м3-град.
Определение параметров годового ходатемпе-
р а т у р ы
(8-8)
поверхности грунта в подполье. По
формуле
— 2880 —
8760
3,14
1g 180
2880
= 1,87 °C.
По номограмме 8.8 при /^гг = — 3 °C и т = 2880 находим
Ап. г = 5,86 °C и t3n г = —6,73 °C.
Определение теплового потока в грунт за по-
лупериод годового изменения температур. По ре-
комендациям [5]: [формула 144 (41)] находим
с' = —J— [555 (0,35 — 0,97) + 820 • 0,097] = 628,44 ккал/м3 • град.
м 0,35
Таблица (41 [11]): /СР = —6(2880/3600—0,22) =—3,48 °C; 6ср = 2,7.
По номограмме 8.9 при Хм = 1,86 ккал/м2-град, с = 628,4 ккал/м3Х
Хград (Лмс' = 1170), тл — 2880 и t0 = —6 °C находим QM =
= 16350 ккал/м2. По номограмме 8.10 при (IFC — 1КН) = 0,253 и
= 1,48 т/м3 находим: q' = 30-103 ккал/м2;
q" = 436 ккал/м2; при ст^лг = 1535 тл = 2880 ч;
q"' = 1070 ккал/м2; при = 3780 тл = 2830 ч;
q\ = q' + q" + q"' — 30 000 + 436 — 1070 = 29 366 ккал/м2.
Глубина сезонного протаивания по рекомендациям [5] [формула (147)
[42]]___________________________________________
„ / 2-1,53-1,87-2880 , 16 3472 16 347 _
г — Л/ 29 366 + 2 • 29 366 2 • 29 366 ’ М'
Теплопоток (в грунт) на оттаивание слоя сезонного промерзания
<7д. с. — q'Hr — 29 366-0,521 = 15 280 ккал/м2.
Тепловой поток в мерзлый грунт за период изменения темпера-
туры от среднегодового значения до 0 °C — q-z. По номограмме 8.11
при ZMCM = 1,86-555 = 1030, тл = 2880 и л = — 3° С находим:
<72 = 99, &=17; <7, = q\k= 1680 ккал/м2. Суммарный теплопоток в грунт
по формуле (8.11) Qrp = 16 350+15 280+2X1680 = 34 990 ккал/м2.
Определение параметров годового хода тем-
ператур воздуха в подполье. По номограмме 8.8 при
71рв г. .\
Лп. г = 5,86 °C, Qrp = 34990 ккал/м2 I ———= 1,675 X 10 I и
\ Угр /
238
^mCm= 1030 находим т — 0,897. Определим Ал = - J*’33 = 6,53 °C.
0,о97
По номограмме 8.8 при А = 6,53° и тл = 2880 находим /сг = 3,3°С
и /з = 7,5 °C.
Определение требуемого воздухообмена и раз-
мера продухов в подполье. Вычисляются составляющие
теплового баланса и избыточные поступления в подполье на 1 м дли-
ны здания по формулам (8.17) и (8.17а): Qn = 20X0,333[18—(—7,47)]==
= 170 ккал/ч; Qn = 0,8 X 2 X 4,5 [— 7,47 — (— 23,4)] =114 ккал/ч;
q'p = 2 ‘ 34 ' 20 = 160 ккал/ч; QH36 = 170 + 160 — 114,8 = 215,2
ккал/ч на 1 м длины здания.
На всю площадь здания <2изб = 215,2X60= 12 900 ккал/ч.
По номограмме 8.12 при At = —7,47—(—23,4) = 15,93 °C, избы-
точных теплопоступлениях 12 900 ккал/ч требуемый воздухообмен
G = 2600 м3/ч.
Номограмма 8.12 построена для высоты подполья 0,42 м.
При расходе 2600 м3/ч, длине здания / = 60 м и высоте подполья
1 м средняя скорость движения воздуха в подполье
2600 . .._2
3600-160 ’2 ’ ° '
По формулам (8.19) и (8.20) определяем ветровой напор, дей-
ствующий на цоколь здания:
цн. ц = 7,8Х0,9Х0,5 = 3,51 м/сек;
4 412. 1 44
ДР = -'б по. (°>8 + °>4) = 1,015 кгс/м2.
2 • У,о 1
По номограмме 8.12 при оп = 1,21ХЮ~2 м/сек и АР= 1,015 кгс/м2
находим допустимую сумму коэффициентов потерь напора при про-
хождении потоком воздуха подполья g = (900 X 102) = 90 000.
При толщине стенки цоколя б = 0,05 и сумме коэффициентов
потери напора % = 90 000 находим относительное сечение f — 0,011.
По формуле (8.22)ГПр = 0,011X60X1 =0,66 м2.
По формуле (8.23) ZZ/ = 0,22X20 = 4,4 м. Принимаем шаг проду-
хов 4 м.
Количество продухов п = 1/111 = 60/4= 15 шт.
Сечение одного продуха: /пр = 0,66 м2/15 = 0,044 м2 (440 см2).
Принимаем сечение продухов 20X22 см.
§ 8.4. Подсыпки в качестве оснований зданий
При определенных условиях применение подсыпок под здания
становится экономически целесообразным, а иногда и единственно
возможным техническим решением, например, если вблизи поверхно-
сти грунта размещаются мощные массивы подземного льда.
Вследствие высокой несущей способности подсыпок следует при-
нимать во внимание изменение распределения и в целом снижение
напряжений, действующих на подошве фундаментов по глубине под-
стилающих грунтов. Появляется возможность уменьшения глубины
заложения фундаментов, исключается опасность выпучивания их
239
окружающим грунтом, улучшается влажностный режим основания
вследствие более удобных условий водоотвода ливневых и талых
снеговых вод и, наконец, используется несущая способность грунтов
сезониооттаивающего слоя, имеющего достаточную плотность (1,6—
1,7 т/м3). Кроме того, происходит дополнительное обжатие последнего
при устройстве песчаной подушки.
Расчеты показали, что фундаменты, заложенные в подсыпке,
экономичны по сравнению со столбчатыми в тех случаях, когда
площадка сложена трудноразрабатываемыми грунтами, а нагрузка
на фундамент превышает 50 тс. На площадках, где возможно приме-
нение свай, фундаменты на подсыпках выдерживают экономическое
сравнение с последними при нагрузках до 80 тс и температуре в зоне
нулевых годовых амплитуд t0 =—5 °C и до 60 — при /0 = —10°С.
В пользу применения подсыпок свидетельствует фактор снижения
трудоемкости 1 м3 земляных работ при отсыпке в насыпь в 3,5—5 раз,
чем при разработке котлованов для устройства фундаментов, что
весьма существенно при высокой стоимости рабочей силы.
Предпочтительно применение подсыпок на площадках с ископае-
мым льдом, при возможности термокарстовых явлений, оврагообра-
зования и пр. Они могут выполняться как для отдельно стоящих, так
и для группы зданий. При вертикальной планировке, решаемой в
насыпи, можно или сплошь поднимать всю территорию застройки,
или применять островное решение, при котором насыпи устраиваются
только под зданиями и сооружениями, включая дороги и подъездные
пути. Сплошная насыпь территории дает возможность устройства
более эффективной и простой системы водоотвода со значительным
улучшением степени благоустройства территории и условий прожива-
ния жителей. Вместе с тем в ряде случаев это решение менее эконо-
мично, чем островное. Иногда сплошная подсыпка территории выпол-
няется на разную высоту. К недостаткам островного решения наряду
со сложностью прокладки инженерных сетей следует отнести труд-
ность производства работ, возникновение так называемых карманов
(пониженных мест между островами насыпей), являющихся местами
отложений снега и сбора мусора, а также сложность организации
водоотвода в целом. Поэтому островное решение рекомендуется
главным образом для отдельно стоящих зданий.
При необходимости сохранения мерзлого состояния грунтов
оснований устройство подсыпок под отдельные здания чаще всего
рекомендуется в сочетании с другими мероприятиями (термоизоля-
цией, устройством подполья, воздушными и искусственными систе-
мами охлаждения)—рис. 8.13.
К выбору материала подсыпок предъявляются специальные тре-
бования: грунт должен быть непучинистым, должна обеспечиваться
устойчивость откоса под действием нагрузки от здания; осадка под-
сыпки должна быть пренебрежимо мала; грунт не должен подвер-
гаться быстрому выветриванию, должен легко разрабатываться в
карьерах и сохранять сыпучесть при отрицательных температурах.
Этим требованиям удовлетворяют не сцементированные льдом пески
средней крупности и крупные, а также крупнообломочные грунты,
содержащие частицы размером менее 0,1 мм (не более 30% повесу).
Вместе с тем применение в подсыпках песков предпочтительнее, чем
крупнообломочных грунтов, ибо глубина протаивания у них меньше.
Хорошая уплотняемость песков имеет место при влажности, меньшей
или близкой к максимальной молекулярной влагоемкости. Эти харак-
240
теристики следует определять опытным путем при выполнении инже-
нерных изысканий карьеров песка.
В качестве подсыпок используются также дешевые шлаки и го-
релые породы (например, под зданиями в Воркуте). При этом в ка-
честве фундаментов используют городки или железобетонные башма-
ки, заглубляемые в подсыпку на 25—40 см. Снег и лед с поверхности
грунта при выполнении подсыпки должны быть удалены. При возве-
дении насыпи в зимнее время следует применять средства искусствен-
ного прогрева поверхности. Ширина бермы у здания по эксплуата-
ционным соображениям должна быть не менее 1,5—2 м и обеспечи-
вать, если предусмотрено проектом организации работ, возможность
продвижения вдоль здания транспорта и самоходных кранов.
Рис. 8.13. Схемы устройства зданий на подсыпках
а — повышенная термоизоляция внутри пола; б — вентилируемое под-
полье; в — неотапливаемый первый этаж; г — вентилируемая подсыпка
из крупнопористого материала; <3—каналы воздушного охлаждения;
е—рассольнотрубпая система искусственного охлаждения
Высота подсыпки и заложения откосов определяется расчетом.
Приближенно она определяется по номограмме М. Д. Головко. При
этом подсыпка рассматривается как термоизоляция, и ее высота под-
бирается так, чтобы глубина протаивания под ней, определенная по
номограмме, была не более естественной мощности сезоннооттаиваю-
щего слоя: при окончательном назначении высоты насыпи к величине
ее по теплотехническому расчету следует прибавить вычисленное зна-
чение осадки сезоннооттаивающего слоя под нагрузкой. Должны
быть предусмотрены меры по сохранению проектного профиля осно-
ваний подсыпок, особенно с южной стороны. Лучше всего предусмот-
реть укладку термоизоляции по поверхности нижней части откоса.
Подсыпки, выполняемые без устройств для отвода тепла, приме-
няются под отапливаемыми зданиями довольно редко, особенно при
отсутствии каких-либо мероприятий по ограничению поступления в
грунт тепла. Основное условие их применения — отсутствие проса-
дочных при оттаивании грунтов в основании в пределах образования
чаши оттаивания. Главное назначение такой подсыпки — создать
надежное основание, при котором перераспределяются напряжения,
241
уменьшается неравномерная осадка, возникающая при оттаивании
нижележащих слоев вечномерзлых грунтов. Основания по деформа-
циям расчитываются обычным способом, изложенным в пособии к
СНиП П-Б. 6—66 [7].
Примером является здание техсостава в пос. Амдерма (рис. 8.14),
подсыпка под которым выполнена из среднезернистого песка мощ-
ностью 215 см. Фундаменты заложены в теле подсыпки на глуби-
не 1,0 м. Оттаивание грунта под зданием после его возведения про-
текало весьма интенсивно: уже за первый год эксплуатации
среднегодовые температуры на верхней границе мерзлоты повысились
с — 0,8 до +2 °C. Подсыпки перераспределяли напряжения, вызывае-
Рис. 8.14. Здание техсостава в пос. Амдерма на подсыпке
мые осадкой оттаивающего слоя. Кроме того, верхний горизонт
мерзлоты заметно поднялся.
Более перспективно решение, при котором ограничивается разви-
тие чаши оттаивания путем устройства термоизоляционного слоя
между зданием и насыпью (рис. 8.13, а)1. Высота слоя термоизоля-
ции определяется расчетом и, кроме прочих факторов, зависит от
исходных требований (устанавливаемой мощности слоя оттаивания).
При наличии в основании включений льда она должна обеспечивать
сохранение последнего в мерзлом состоянии при заданной отрица-
тельной температуре. Следует учитывать, что термоизоляционные по-
душки в случае обводнения не выполняют своей роли. В практике
строительства и эксплуатации были получены удовлетворительные
результаты при устройстве пакетов из нескольких рядов бревен.
В качестве примера такого сооружения можно привести насосную
станцию Якутской ЦЭС: за 10 лет эксплуатации нулевая изотерма
не вышла за пределы подушки из брусьев толщиной 1 м. Весьма
перспективно решение с термоизоляцией по подсыпке для инвентар-
ных, сборно-разборных зданий, срок службы которых (на одном ме-
сте) ограничен тремя-пятью годами, а следовательно, ограничено
и распространение чаши оттаивания.
Подсыпки в сочетании с вентилируемым подпольем (рис. 8.13,6)
наиболее распространены. Они преимущественно применяются под
1 Предложение И. И. Кравчука.
242
зданиями, в основании которых находится ископаемый лед, и на тер-
риториях, подверженных термокарстовым явлениям. Такое решение
позволяет предохранить от разрушения основание здания при застрой-
ке и эксплуатации последнего, а также увеличить несущую способ-
ность грунта путем понижения его температуры за счет перемещения
верхней границы вечномерзлых грунтов к поверхности. Назна-
чение высоты подсыпки здесь связано с определением глубины зало-
жения фундаментов. Последняя регулируется толщиной грунтового
слоя, разделяющего фундамент и лед таким образом, чтобы умень-
шилась скорость течения льда до размеров, при которых накапливаю-
щаяся осадка будет безопасна для сооружения.
Рис. 8.15. Здание на подсыпке в г. Черчилле
(Канада)
1—подполье; 2 — слой мха 45 см; 3 — горизонт вечной мер-
злоты; 4 — трамбованный гравий, выровненный тощим
бетоном; 5 — бетонное перекрытие; 6 — гравийная подсыпка
высотой 1,2—1,5 м; 7 — гравий по мху
В качестве примера такого решения на рис. 8.15 показано здание
в г. Черчилле (Канада). Гравийная подсыпка здесь выполнена для
уменьшения глубины заложения фундамента соответственно для сни-
жения трудоемкости работ и понижения температуры подстилающего
грунтового слоя. Аналогично решены фундаменты комплекса зданий
в пос. Черский, устроенные на сплошной подсыпке из песчано-гравий-
ной смеси высотой 1,5—2,5 м по торфомоховому слою, под которым
залегают большой мощности подземные льды. Такое решение позво-
лило исключить развитие термокарстовых и солифлюкционных явле-
ний. Аналогичное решение, но с проветриванием подполья через вен-
тиляционные каналы было использовано при проектировании и стро-
ительстве отапливаемого склада в пос. Диксон, основанного на
сильнольдистых грунтах.
Вариантом подобных решений является устройство зданий с хо-
лодным этажом (рис. 8.13, а).
Вентилируемые подсыпки (рис. 8.13, г) были предложены сотруд-
никами Красноярского Промстройниипроекта (О. В. Снежко и др.).
243
Идея их заключается в том, что движение воздуха, с которым выно-
сится в атмосферу поступающее от здания тепло, организуется
непосредственно в теле подсыпки (рис. 8.16). Последняя выполняется
из крупнообломочного материала (щебня или гравия), создающего
сообщающиеся макропоры. Движение воздуха побуждается и под-
держивается с помощью вентиляционной системы. Решение весьма
перспективно, особенно для зданий с большими нагрузками на полы
(гаражи, портовые склады и т. д.). Однако есть и недостатки. В ча-
стности, возможность образования конденсата в насыпи, заполнение
пор льдом или засорение их, что приводит в конечном счете к пре-
кращению работы системы. Необходимо тщательно отработать усло-
вия обеспечения длительности работы системы.
Рис. 8.16. Схематический разрез пористой вентилируемой под-
сыпки
1—слой из пористого насыпного материала; 2 — глинобетон толщиной
10 см; 3 — бетонные плитки толщиной 5 мм; 4 — сухая земля; 5 — приточные
каналы; 6 — вентилятор; 7 — верхняя поверхность вечномерзлого грунта;
8—охлаждающая рубашка газовой скважины
Подсыпки с трубами воздушного охлаждения (рис. 8.13, д) при-
меняются главным образом для тепловыделяющих зданий значитель-
ных в плане размеров (электростанции, ангары и т. д.), где другими
способами при наличии сильнольдистых грунтов в основании трудно
обеспечить заданный температурный режим. Трубы, как правило,
прокладываются у основания фундаментов в пределах насыпного
слоя и выводятся наружу в подполье или вдоль стен здания. Охлаж-
дение основания достигается движением по трубам холодного наруж-
ного воздуха в зимний период.
Здание Эльгенской электростанции является известным приме-
ром такого рода. Характерно также решение ангаров в пос. Туле
(Гренландия) и в арктическом аэропорту СССР (рис. 8.17). Показано
комбинированное решение: отвод тепла обеспечивается устройством
подполья и трубами. Последние проложены в средней части, в зоне
тяжелых нагрузок, где полы устроены на подсыпке. Одновременно
здесь предусмотрена термоизоляция в конструкции пола для умень-
шения теплового потока в грунт, а также обеспечения требуемой
положительной температуры пола. В зоне обычных нагрузок (по
краям здания) устройство полов по перекрытию не представляет за-
труднений, поэтому здесь предусмотрено подполье, вентилируемое
через продухи. Съем тепла, как показывает опыт применения труб,
составляет около 2—3 ккал/м3 воздуха. Для небольших сооружений
244
можно использовать естественную циркуляцию воздуха с помощью
дефлекторов. Необходимо предусмотреть надежную герметизацию
каналов с целью предохранения их от попадания летом теплого воз-
духа, который вызывает образование на стенках каналов конденсата,
уменьшающего при замерзании живое сечение канала и создающего
ледяные пробки. При проектировании должны быть предусмотрены
возможность проверки состояния полостей труб и их очистка.
Подсыпки с охлаждением основания системой труб с жидким
хладоносителем 1 применяют в тех случаях, когда зимнее охлажде-
ние не обеспечивает сохранение основания в мерзлом состоянии, а
Рис. 8.17. Здания ангаров на подсыпке в сочетании с трубами
воздушного охлаждения
а—в пос. Туле (Гренландия); б— в арктическом аэропорту (СССР); / —бал-
ласт; 2— охлаждающие трубы; 3 — бетонная плита; 4 — термоизоляция;
5 — подсыпка; 6 — подполье
решение, допускающее оттаивание, неэкономично. Особенно эффек-
тивно оно на слабых грунтах, в частности засоленных. Большей
частью замораживание производится с помощью аммиачных или фрео-
новых холодильных машин.
Работа холодильной системы может быть эффективной при ис-
пользовании для понижения температуры рассола естественного
охлаждения в зимнее время, а также при увеличении термического
сопротивления конструкции пола. Последнее может быть достигнуто
за счет применения более эффективной термоизоляции. Так, при за-
мене шлака пенобетоном (объемным весом 600 кг/м3 и толщиной слоя
0.5 м) термическое сопротивление пола увеличится примерно в 3 раза.
Соответственно с учетом слоя грунта над трубами приток тепла к
охлаждающей системе уменьшится в 1,8—2 раза. Эго позволит по-
высить температуру испарения хладагента до —15 °C, т. е. будет
способствовать увеличению коэффициента полезного действия ма-
шины. Это почти вдвое снизит необходимую производительность
1 Авторское свидетельство 160110.
245
холодильной машины. Станет возможным прерывистый режим ее
работы лишь несколько месяцев в году.
Следует стремиться к тому, чтобы холодильная система работала
короткое время, ибо со временем будет увеличиваться опасность вы-
хода из строя труб и попадания рассола в грунт, т. е. засоления по-
следнего с потерей несущей способности. Поэтому, как только будет
обеспечено устойчивое замораживание, необходимо перейти на дру-
гие способы поддержания грунта в мерзлом состоянии, а жидкий
хладоноситель из труб удалить и холодильную установку законсер-
вировать или демонтировать.
§ 8.5. Охлаждающие трубы и каналы
Охлаждающие трубы проводятся па некоторой глубине под всем
зданием и объединяются общими коллекторами, по которым подается
охлаждающая жидкость или газ. Если охлаждение производится
воздухом, то в летний период система закрывается.
Рис. 8.18. Комбинированная система охлаждения
1—подсыпка; 2— охлаждающие трубы в подсыпке; 3 — наружные
трубы
При воздушном охлаждении толщину подсыпки желательно вы-
бирать такой, чтобы к концу летнего периода глубина оттаивания не
превышала толщину подсыпки; в противном случае может произойти
закупоривание льдом труб, находящихся в нижней части подсыпки,
за счет попадания в них воды в летнее время или образования инея
в конце зимнего периода, когда температура наружного воздуха выше
температуры грунта, окружающего трубы. В соответствии с нормами
диаметр охлаждающих труб принимается равным 0,2—0,4 м, а диа*
метр коллекторов назначается по расчету пропускной способности вен-
тиляционной системы и равномерного поступления воздуха из кол-
лекторов в охлаждающие трубы.
Охлаждающие трубы следует укладывать параллельно короткой
стороне здания. Как коллекторы, так и охлаждающие трубы должны
иметь уклон для стока воды, которая может образоваться при таянии
инея в трубах в летнее время или попасть в трубы через стыковые
соединения. Если наблюдения показывают, что температура грунта
246
на глубине 5—7 м начинает повышаться, а толща сезоннооттаиваю-
щего слоя увеличиваться по сравнению с предусмотренными в проек-
те, то расход вещества в охлаждающей системе следует увеличить.
Если размеры здания в плане велики, то охлаждение основания
путем продувания воздуха по трубам или каналам нецелесообразно,
так как приведет к значительным неравномерностям температурного
поля под зданием (воздух, имеющий малый коэффициент объемной
теплоемкости, при движении по трубе или каналу быстро нагревает-
ся). При ширине здания В >
использовать жидкость (рас-
сол), имеющую значительно
большую объемную тепло-
емкость.
Предварительно рассол
можно охлаждать как с по-
мощью типовой холодильной
установки, так и путем
теплообмена рассола, про-
текающего по наружным
трубам, с воздухом. Вариант
комбинированного охлажде-
ния представлен на рис. 8.18.
В качестве исходных дан-
ных при проектировании си-
стемы охлаждения прини-
маются: температура пола
/п и его термическое сопротивление 7?0, теплофизические свойства
природного грунта и насыпи, среднезимняя температура воздуха
или температура испарителя (при использовании холодильной уста-
новки).
Рекомендуемую глубину заложения охлаждающих труб
(рис. 8.19) следует выбирать из условий защиты от воздействия
автотранспорта
h0 > у + 0,5, (8.24)
обеспечения требуемого нормами перепада температур воздуха
в помещении и поверхности пола
^>^.ф-0’75(Чхт'з~2)-^1+4' <8-25>
где Хп.т — коэффициент теплопроводности материала подсыпки в
талом состоянии, ккал/м-ч-град; /х. з — средняя температура наибо-
лее холодного месяца, °C; ав—коэффициент тепловосприятия пола,
ккал/м2-ч - град.
Высота подсыпки hn определяется из наличия под трубами вы-
равнивающего слоя толщиной 0,15 м
Лп>Лз + 4+0’15’
(8.26)
обеспечения несущей способности природного грунта, в первом при-
ближении
hn > Яп. т + 0,5. (8.27)
247
Если высота подсыпки отвечает этим условиям, то глубина
протаивания //п. т под зданием в течение невентилируемого периода
рассчитывается по формуле (7.5), в которой
т1 = тл + то; ‘7 = 8-104^сУм. (8.28)
QM = - = 8W з + (8-29>
То = Г +3п-т^ (S + ^S2 + 2Лп тМп)121 (8 30)
L 4Аив J
^0 “Ь Z0 /-----7~
S = -1,13-2-^-^ V\A. • (8-31)
Если толщина подсыпки мала и предусмотрено частичное оттаи-
вание грунта под ней в летнее время, то глубина оттаивания грунта
от поверхности подсыпки
(8.32)
где
о»
’ Лп + Ат/?о ________________________________ 1
------П'А~7---------С$ + -у/S2 2ЛТ/П<7г ) I >
»г=8.10<УЛ + -^;
Q, = S(V^ — лЧ1).
Расстояние (шаг) между трубами
<><1.5 (*.+4).
(8.33)
(8.34)
(8.35)
(8.36)
(8.37)
О
Л1 — расстояние от центра трубы до поверхности мерзлого грунта;
h\ = (Аз + А-п- т/?о) -j~t~r ’ Р
1 + Р
А>п, М 2 -f- /н, з
^>п. т
(8.38)
Значение b предпочтительнее принимать кратным шагу фунда-
ментов.
Необходимый расход воздуха Ь на одну трубу, уложенную па-
раллельно короткой стороне здания,
G = Хп. мЬВ (— /н. з ~ £) (8>39)
где св — объемная теплоемкость воздуха, в первом приближении
св « 0,23 ккал/м3-град.
248
Воздуховод рассчитывается исходя из того, что действующий
напор в сети, создаваемый вентиляторами, должен на 10% превышать
потери напора в воздуховоде. Расчет сопротивления сети воздухо-
водов следует выполнять по указаниям [8]. При охлаждении основа-
ния рассолом, который, в свою очередь, охлаждается либо в испари-
теле холодильной установки, либо путем теплообмена с окружающей
средой, тепловой расчет производится аналогично системам воздуш-
ного охлаждения. Но поскольку теплоемкость рассола ср значитель-
но больше теплоемкости воздуха, то в формуле (8.38) вместо
величины /н. з + 2 следует подставлять значение tp + 1, где tp— тем-
пература рассола на входе его в систему охлаждения; необходимый
расход рассола в системе
(8.42)
Хладопроизводительность Qx на охлаждение основания здания ши-
риной В и длиной L при схеме циркуляции, аналогичной системе
воздушного охлаждения:
Qx = -^-z^-|/p + 1 1 + Qn. (8.41)
In —-
г
Потери в магистральных трубопроводах
2лк |/р | г
Qn — j
---------------------------------h 0,192
ав
где ав — коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к трубе:
(8.43)
А = 850 при /р = —10 °C, 580 при —20 °C, 450 при —30 °C; v— ско
рость рассола, м/сек.
Компрессор холодильной установки подбирается по таблицам
X. Р. Хакимова [9], а испаритель и конденсатор — по табл. 19 и 15
Е. В. Ильина и Е. В. Малыгина [4].
При использовании для охлаждения рассола наружного воздуха
(рис. 8.18) необходимо рассчитать поверхность наружных труб S (м2)
для того, чтобы определить длину, диаметр и конструктивное их
размещение
S =-----------&------г~, (8.44)
I/«. з + 1 I (б + -^-)
где бе и Хс — толщина и коэффициент теплопроводности снеговой
шубы на наружных трубах; в первом приближении допускается при-
нимать Zc = 0,1 ккал/м-ч-град, бс == 0,01 м.
Охлаждение оснований отдельными трубами, проложенными
около фундаментов, применяется как локальное средство понижения
температуры грунтов в месте их расположения. При этом под зда-
ниями с теплыми подпольями, как правило, устраивается подсыпка
249
из грунта, высота которой определяется осадкой грунта под здани-
ем. Охлаждение отдельными трубами с помощью холодильных уста-
новок особенно эффективно при температурах вечномерзлых грун-
тов, близких к О °C, а также при наличии засоленных грунтов.
Расчетная схема охлаждения основания отдельными трубами
изображена на рис. 8.20. Внутри контура здания на глубину h от
поверхности грунта на расстоянии b от середины здания проложены
Рис. 8.20. Схема к расчету охлаждения основания
отдельными трубами
трубы с радиусом г — ‘/г^. Необходимо определить положение гра-
ницы раздела талой и мерзлой зон и температуры грунта в области
фундаментов
, ev - 1 0,5 (- р) 2/г
/г—---, v =-----------------In --,
г+1 Р1-Р + + (1 +г гВ
где р =-------------------;
ЛМ *П. 3
(8.45)
(8.46)
хт
Л и tn. з — среднегодовые значения температур поверхности грунта
в подполье и вне его; t2 — температура поверхности трубы.
Характерные значения расчетных параметров tB. з, t2, Pi и Р
приведены в табл. 8.3.
Таблица 8.3
Значения параметров tn 3, t2, Pi, Р, k
Географический пункт 3’ °С С, °с 6. 6
Воркута -0,7 - 8,4 1,05 0,084 0,08
Игарка -1 - 9,8 1,22 0,12 0,1
Сковородино -1,3 - 9,7 1,21 0,157 0,13
Якутск -3 -15,3 1,92 0,383 0,20
Анадырь -4,5 -10,1 1,26 0,57 0,45
Тикси -И -14,5 1,52 1,36 0,76
Значение t2 определено как средняя месячная температура воз-
духа за последний месяц зимы;
1 / ± b — 2 - В/2 , , В/2 — b + 2 \
fb = — (arctg-------------+ arctg-------' (8А7)
250
Температурное поле в области фундаментов (мерзлая зона):
hi = h f k — - 1/1 A?‘ 2 ) ; (8.48)
X /13/
Л]=&4-(1—&)/го» A = (l—k) ho + kf i)-, (8.49)
fio = -~ (arctg---------h arctg---------I; (8.50)
JT \ Zo Zq J
/20 =
= 1 jn [(& - Xo)2 + (тМ2 -r2 + го)2] • [(6 + *o)2 + (VF^+го)2]
2D " [(b - x0)2 + (V^ - H - so)2] • [(& + xo)2 + (У/?2-г2-г0)2] ’
(8.51)
где
В = I„ ( ГА + А/(АУТП /2^ + (^.)U + y^7)|
I L Г N \ г ) J V 262 + (h — r) (/i — ^h- — r2) )
(8.52)
Пример. 8.1. Рассчитать воздушно-трубную систему охлаждения
основания здания с полами по грунту.
Данные изысканий: природные грунты площадки — мерзлые
супеси, льдистые, у0 = 1,6 т/м3, Wc — ОД 1ГР — 0,22, Wn = 6, Л3 —
- 0,3. Карьерный грунт для подсыпки — песчано-гравийный, у0 =
= 1,85 т/м3, 1ГС = 0,05. Температура грунта на глубине Юм to =
=—1°С.
Значения среднезимней температуры воздуха tB. 3 — —9,9 °C,
средней температуры наиболее холодного месяца tx. з = —22,2 °C,
средней температуры наиболее холодной пятидневки t — —40 °C. Про-
должительность периода с положительными температурами воздуха
в наиболее теплое лето тл = 3840 ч, с отрицательными —т3 = 4920 ч.
Проектные данные: размеры здания в плане 24 X 80 м; охлаж-
дающие трубы железобетонные, dB — 400 и dB — 500 мм. Тепловое
сопротивление пола Ко = 1,2 м2-ч-град/ккал, температура воздуха
в здании tB = +20 °C. В процессе строительства вентилирование не
предусматривается.
Теплофизические характеристики:
подсыпка Ап. т — 1,4, Ап. м = 1,5 ккал/м-ч-град, сП. т =430,
са. м = 400 ккал/м3 град,
грунт Ам = 1,6 ккал/м-ч-град, см = 600 ккал/м3-град.
1. Определяется глубина заложения охлаждающих труб:
а) из условия их защиты от воздействия автотранспорта по
(8.24 )
h0 = 0,5 + ~ = 0,75 м;
б) из условия обеспечения требуемого нормируемого перепада
&tB между температурой внутреннего воздуха и поверхности пола,
град, принимаемого по нормам (СНиП П-А.7—62) из (8.25)
hg
. г 0,75 (/п ~ 2 - /п. з)
п,т1 апД/н
Л°] + 4= J>32 м-
251
2. Определяется расстояние h{ от центра трубы
мерзлого грунта по (8.38)
В =----— 2 ~ 9,9 =» 0 423-
1 1,4 20 ’ ’
^==(1,32-4-1,4-1,2) 1 = 0,894
до поверхности
м.
3. Расстояние между трубами по (8.37)
b < 1,5 ^0,891 + = 1,72 м.
4. Расход воздуха для одной трубы по (8.39)
G =
1,5 • 7,2 • 1,72 • 2,1
4 • 0,24 • 0,894
= 520 м3/ч.
5. Количество охлаждающих труб при укладке
короткой стороне с шагом b = 1,7 м
их параллельно
6. Рассчитывается сопротивление сети воздуховодов и выбирается
вентилятор по рекомендациям [S].
Пример. 8.2. Для условий предыдущей задачи рассчитать комби-
нированную систему охлаждения. Охлаждающие трубы и в подсыпке
и снаружи здания стальные со средним диаметром dc^O.l м.
1. Расход рассола на одну трубу, параллельную короткой сто-
роне здания, при значениях h0, и b, рассчитанных для предыдущей
задачи, по (8.40)
1,5-(9,2-2) 1,7-24
2 • 0,894 • 0,9 • 103
0,273 м3/ч.
G
р
Соответственно скорость движения рассола в трубах v = Gp/0,785 =
= 0,273/0,785-10~2 = 35 м/ч = 0,01 м/сек.
2. Коэффициент теплоотдачи с наружных труб (8.43)
,,9.8 ЮПИ0,8 0 095
ав = А = 850 • - ’ = 850 • -----= 33,7 ккал/м2 • ч • град.
cP’2 О,10-2 0,63
3. Хладопроизводительность на охлаждение основания и потери
в магистральных трубопроводах по (8.41) и (8.42), в которых сле-
дует полагать tp = tH. з + 1 — —8,2 °C:
„ 21-95 3,14- 1,5 (8,2 - 2) 6,28-8,2-85 _лл .
«* = -ПтГ--------ЛЙ91------------i----------Г- = 10 700 ккал/ч-
" 0,025 33,7 0,05 + 5,2 0,05
4. Площадь поверхности наружных труб при 1^=0,1 ккал/м-ч/Д
У град, 6с — 0,01 м по (8.44)
10 700
S =--------- - = 87 м2.
8.2 ( 5 +
252
Длина наружных труб La ——- — о , = 277 м.
ла 3 • 14-0,1
Периметр здания П = 2(В + L) = 218 м. Поэтому с некоторым
запасом целесообразно разместить наружные трубы под корпусом
здания в два ряда (рис. 8.29).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Велли Ю. Я. Устойчивость зданий и сооружений в Арктике.
Л., Стройиздат, 1973.
2. Д о к у ч а е в В. В. Расчет фундаментов на вечномерзлых грун-
тах. Л., Стройиздат, 1968.
3. Идельчик Е. И. Справочник по гидравлическим сопротив-
лениям. М., Госэнергоиздат, 1960.
4. Ильин Е. В., Малыгин Е. В. Холодильные машины и
аппараты. М., 1964.
5. Л ы к о в А. В. Теоретические основы строительной теплофи-
зики. Минск. Изд-во АН СССР, 1961.
6. П о р х а е в Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и сооруже-
ний с мерзлыми грунтами. М., «Наука», 1970.
7. Пособие по проектированию оснований и фундаментов зда-
ний и сооружений на вечномерзлых грунтах. М., Стройиздат, 1969.
8. Справочник проектировщика промышленных, жилых и обще-
ственных зданий и сооружений. Вентиляция и кондиционирование
воздуха. Ч. 2. М., Госстройиздат, 1969.
9. X а к и м о в X. Р. Замораживание грунтов в строительных
целях. М., Госстройиздат, 1962.
10. Иванов В. Н. Руководство по теплотехническому расчету
вентилируемых подполий тепловыделяющих зданий аэропортов на
Крайнем Севере. Л., Стройиздат, 1971.
Глава 9
ФУНДАМЕНТЫ НА МЕРЗЛЫХ ОСНОВАНИЯХ
§ 9.1. Общие особенности проектирования
Обеспечение капитальности здании и сооружений требует соблю-
дения принятого принципа использования оснований как для них,
так и для всех сопряженных с ними инженерных устройств.
Вводы инженерных сетей, в том числе и электрических кабелей,
не должны повышать расчетные температуры мерзлых грунтов, при-
нятые при расчете оснований фундаментов. При подземных вводах
сетей нельзя допускать возникновения фильтрации надмерзлотных
вод к основанию здания или сооружения. Защита от термокарстов,
наледей, эрозии и солифлюкции прилежащей к зданию территории
является составной мерой по обеспечению его устойчивости. Поверх-
ность грунта в подполье должна быть спланирована с уклоном в сто-
рону отмостки, величина которого принимается не менее 0,01 при
грунтовом покрытии и 0,005 — при твердом (асфальтовом или бетон-
ном).
Если под слоем сезонного протаивания залегают грунты с льди-
стостыо за счет включений Лп > 0,1, то принимаются меры по ста-
билизации природной границы сезонного протаивания или по ее по-
вышению путем устройства подсыпки, которая может включать тер-
моизоляционный слой. При пучинистых грунтах слоя сезонного
протаивания такие конструктивные элементы, как фундаменты,
рандбалки, цокольное ограждение и другие, должны быть защи-
щены от разрушения в результате сезонного поднятия поверхности
грунта.
Фундаменты применяются преимущественно свайные, однако в
некоторых случаях, например при возведении сооружений на подсып-
ках, на площадках с неглубоким залеганием кровли разрушенных
скальных пород или крупнообломочных грунтов, а также на пло-
щадках, в сложении которых участвуют массивы льда, целесооб-
разно применение сборных столбчатых фундаментов.
Ленточные фундаменты могут применяться только в том случае,
когда их подошвы проектируются в пределах насыпи, отсыпанной
непучинистыми грунтами.
Устройства по регулированию температурного режима могут
быть рассчитаны как на сохранение природного температурного
режима грунтов, так и на последующее понижение температур после
возведения здания. Из первого условия обычно исходят при твердо-
мерзлом состоянии грунтов, из второго—при пластично-мерзлом.
Для того чтобы повысить экономичность решения фундаментов на пла-
стично-мерзлых грунтах, применяют искусственное их предпостроеч-
ное охлаждение (§ 7.4), поддерживаемое в дальнейшем усиленной
вентиляциёй подполья (§ 1.3). Соответственно этому принимают
254
расчетную температуру на верхней поверхности вечномерзлого грун-
та в подполье /0 при стабилизации природного температурного ре-
жима вечномерзлых грунтов равной среднегодовой температуре на
глубине 10 м to, а при необходимости понижения температур— tQ =
= (3 - 4) t0.
§ 9.2. Предельные состояния оснований,
нагрузки и расчетные сопротивления грунтов
Основания и фундаменты рассчитываются по двум группам пре-
дельных состояний в соответствии со СНиП II-A.10—71 «Строитель-
ные конструкции и основания. Основные положения проектирования».
К первой группе относятся:
потеря фундаментом устойчивости положения — опрокидывание
или выдергивание фундамента внешними силами, в том числе сила-
ми, возникающими при пучении смерзшегося с ним грунта, а также
изменение проектного положения фундамента вследствие смещения
массива грунта в его основании, происходящего в результате превы-
шения касательными напряжениями длительного сопротивления
сдвигу по поверхностям скольжения;
возникновение прогрессирующих деформаций основания; пере-
ход деформаций ползучести грунтов из стадии установившегося те-
чения (с постоянной скоростью) в стадию прогрессирующего течения
(с возрастающей скоростью) рассматривается как потеря прочности;
разрушение материала фундамента;
потеря устойчивости формы фундаментом в результате продоль-
ного изгиба (для свай и стоек);
резонансные колебания фундамента.
Ко второй группе относятся:
появление недопустимых перемещений фундаментов, превышаю-
щих предельные значения, ограниченные технологическими требова-
ниями, установленные соответствующими нормами или определенные
расчетом конструкций зданий из условия совместности их деформа-
ций с основанием;
раскрытие трещин в железобетонных фундаментах.
Основания, используемые по принципу I, рассчитываются по пер-
вой группе предельных состояний (по несущей способности). Осно-
вания по второй группе предельных состояний (по деформациям)
рассчитываются:
при пластично-мерзлом состоянии грунтов — во всех случаях;
при твердомерзлом состоянии грунтов в случаях:
повышенной льдистости грунтов за счет включений льда
(Лв>0,4); ширины подошвы столбчатых фундаментов более 3 м;
специальных технологических требований, ограничивающих горизон-
тальные перемещения опор сооружений или их осадку величиной
менее предельной, указанной в табл. 18 СНиП 11-15—74; при давле-
нии на основание, действующем ограниченное время и превышающем
расчетное сопротивление грунта.
Основания по первой группе предельных состояний рассчиты-
ваются из условия:
Ф
(9.1)
«н
255
где N — расчетная нагрузка; Ф— расчетная несущая способность
(при расчете по устойчивости — сумма расчетных удерживающих
сил); kH — коэффициент надежности грунтового основания, которым
учитывается ответственность здания или сооружения, значимость
последствий нарушения условий предельного состояния и степень
изученности грунтовых условий; численное значение устанавливается
проектирующей организацией, но не менее 1,2 при использовании
таблиц расчетных сопротивлений, приведенных в нормах, и 1,1 при
использовании результатов испытаний грунтов площадки.
По второй группе — из условия
S<Snp, (9.2)
где S и Snp—деформации основания (осадка, разность осадок, отно-
сительный прогиб, или выгиб, крен и др.), соответственно ожидае-
мая, определяемая расчетом, и предельная для надземных конструк-
ций.
Нагрузки, а также возможные их сочетания принимаются по
указаниям СНиП П-6—74 «Нагрузки и воздействия».
Основания по первой группе предельных состояний рассчиты-
ваются на основное или особое сочетание нагрузок, по второй груп-
пе — на основное сочетание нагрузок. Касательные силы пучения,
возникающие при промерзании деятельного слоя, рассматриваются
как кратковременная нагрузка. Совместное действие кратковремен-
ных нагрузок согласно указаниям пп. 1.12 и 1.13 СНиП П-6—74 при-
нимается с коэффициентом сочетания. При расчете фундаментов на
опрокидывание, когда в составе удерживающих сил преобладают
постоянные нагрузки от веса конструкций и грунтов, коэффициент
сочетания принимается равным единице.
Для наиболее экономичного решения фундаментов, проектируе-
мых по первому принципу, в расчетах целесообразно учитывать из-
менение временных нагрузок в течение срока эксплуатации сооруже-
ния.
Несущая способность основания одиночной сваи определяется
по одному из следующих способов:
по данным полевых испытаний свай;
по результатам опытного определения расчетных сопротивлений
грунтов при инженерных изысканиях;
по нормированным табличным значениям расчетных сопротив-
лений грунтов.
Выбор способа определения несущей способности одиночной сваи
и установление необходимости и объема испытаний свай произво-
дится организацией, осуществляющей проектирование фундаментов,
с учетом капитальности зданий и сооружений, результатов испыта-
ний свай в аналогичных мерзлотно-грунтовых условиях, региональ-
ных особенностей грунтов.
Несущая способность оснований столбчатых фундаментов опре-
деляется, как правило, по значениям расчетных сопротивлений
грунтов, установленным нормами и приведенным в табл. 9.1 и 9.3.
В отдельных случаях, когда грунты обладают региональными осо-
бенностями, расчетные сопротивления определяются по данным лабо-
раторных испытаний, выполняемых при инженерных изысканиях.
Расчетные сопротивления представляют собой наибольшие напряже-
ния, отвечающие предельно длительной прочности, при которой
256
Таблица 9.J
Расчетные давления на мерзлые грунты под подошвой
столбчатого фундамента
Наименование
Значения Л, кгс/см2 при температуре грунта, °C
грунтов -0,3 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 -4 -6 -8 -10
Крупнообло- мочные и песча- ные крупные и средней крупно- сти (Лв 0,2) 5,5 9,5 12,5 14,5 16 18 19,5 20 22 26 29,5 33
Песчаные мел- кие и пылеватые (Лв<0,2) 4,5 7 9 11 13 14 16 17 18 22 25,5 28.5
Супеси, включая пылеватые (Лв<0,2) 3 5 7 8 10,5 11,5 13 14 15 19 22,5 25
Суглинки и гли- ны, включая пы- леватые (ЛвС0,2) 2,5 4,5 5,5 6,5 8 9 10 И 12 15,5 19 22
Все виды грун- тов, указанные в пп. 1—4 при льдистости Л >0,2 2 3 4 5 6 7 7,5 8,5 9,5 12,5 15,5 18,5
Таблица 9.2
Расчетные давления на мерзлые грунты под нижним
концом сваи
Наименование грунтов Глу- бина, м Значения /?, кгс/см2 при температуре грунта, °C
-0,3 -0,5 -1 -1,5 — 2 -2,5 -3 -3,5 -4 -6 -8 -10
Крупнообло- При 25 30 35 40 43 45 48 53 58 63 68 73
мочные Пески круп- любой глубине То же 15 18 21 24 25 27 28 31 34 37 46 55
ные и средние (Лв<0,2) То же, мел- 3-5 8,5 13 14 15 17 18 19 20 21 26 30 35
кие и пыле- 10 10 15,5 16,5 17,5 20 21 22 23 25 30 35 40
ватые 15 11 17 18 19 22 23 24 25 27 33 38 43
Супеси 3-5 7,5 8,5 11 12 13 14 15 17 18 23 27 30
(Лв<0,2) 10 8,4 9,5 11 12 13 14 15 17 18 23 27 30
15 9,6 10 11 12 13 14 15 17 18 23 27 30
Суглинки 3-5 6,5 7,5 8,5 9,5 11 12 13 14 15 18 23 28
И глины 10 8 8,5 9,5 11 12,5 13,5 14,5 16 17 20 26 30
(ЛВС°,2) 15 9 9,5 11 12,5 14 15 16 18 19 22 29 35
Все виды 3-5 4 5 6 7,5 8,5 9,5 10 11 11,5 15 16 17
грунтов при 10 4,5 5,5 7 8 9 10 10,5 11,5 12,5 16 17 18
0,2 С Лв < 0,4 15 5,5 6 7,5 8,5 9,5 10,5 11 13 13,5 17 18 19
9 Зак. 190
257
Таблица 9.3
Расчетные сопротивления мерзлых грунтов и грунтовых
растворов сдвигу по боковым поверхностям смерзания I?
для деревянных и бетонных фундаментов
Наименование грунтов Значения R , кгс/см2 при температуре грунтов, °C
-0,3 0,5 -1 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 -4 -6 -8 -10
Песчаные всех разновидностей Глинистые, включая пылева- тые Пр имеч а ческими поверхно принимаются с ко 0.5 0,4 и е. стями эффи! 0,8 0,6 Зиа , е< щен 1,3 1 чеиия ли э гом 0 1,6 1,3 ясм ти п 7. 2 1.5 для оверх 2,3 1,8 грунт лости 2,6 2 ов, с спец 2,9 2,3 мерза иальг 3,3 2,5 ющи о н Т 3,8 2,9 хся е о( а б 4.4 3,4 с мет эрабо ЛИЦ 5 3,8 алли- ганы, а 9.4
Расчетные сопротивления мерзлых грунтов сдвигу 1?сд
(по грунту или грунтовому раствору)
Наименование
Расчетные сопротивления /?сд, кгс/см2 при температуре
грунтов, °C
деформации ползучести не переходят в стадию установившегося те-
чения и со временем затухают; это не относится к грунтам с повы-
шенной льдистостью (Лв > 0,4), которые при указанных в таблицах
сопротивлениях могут проявлять пластично-вязкое течение, но без
перехода в стадию прогрессирующего. Для обычных мерзлых грун-
тов расчетные сопротивления приведены в табл. 9.1—9.5, для сильно-
льдистых и льда в § 9.6, для засоленных — в § 9.7.
Для многократно действующих кратковременных нагрузок, вклю-
чая подвижные, со временем действия т значения R, /?Мо и /?Сд,
указанные в таблицах, могут приниматься с коэффициентами ka:
Т ... 5 мин 15 мин 30 мин 14^24 8 ч 24 ч
. 1,75 1>5 1,35 1,25 | 1,2 1,1 1,05
Нормы допускают также учитывать периодичность действия
временных нагрузок путехм увеличения коэффициента условий рабо-
258
Таблица 9.5
Расчетные давления на мерзлые заторфованные грунты К
и их сопротивление сдвигу по поверхностям смерзания
с бетонными и деревянными поверхностями /?см
Значения /?, кгс/см2
при температуре, °C
-1 -2 -3 -4
Наименование грунтов
Значения кгс/см2
см
при температуре, °C
-1 —2 -3 -4
Торф верховой средне- 0,6 2 3,2 4,5 0,2 0,4 0,75 0,95
разложившийся массив- ной текстуры Песчаные грунты при степени заторфованиости: <7=0,1 2,5 5,5 9 12 0,9 1,3 1.6 2,1
q =0,25 1,9 4,3 6 8,6 0,5 0,9 1,2 1,6
Глинистые при степени заторфованиости: <7 = 0,1 2 4,8 7 10 0,6 1 1,3 1,8
<7=0,25 1,5 3,5 5,4 7 0,35 0,6 0,9 1,2
ты т, как указано в примечании к табл. 9.9; в этом случае kB не
учитывается.
Расчетные сопротивления грунтов определяются в зависимости
от их состава и температуры, которая устанавливается по данным
систематических наблюдений или расчетом. При проектировании
оснований используются следующие расчетные значения темпера-
туры: /м — максимальная (под подошвой фундамента); tz— темпе-
ратура по глубине сваи z, измеряемой от верхней границы вечномерз-
лых грунтов; ta — эквивалентная, используемая при упрощенном
способе расчета свай.
Все три расчетные температуры определяются по общим форму-
лам (9.3, 9.3а и 9.36), но при различных значениях входящих в них
коэффициентов а. Для оснований фундаментов инженерных соору-
жений и отапливаемых зданий, подполья которых рассчитаны на
стабилизацию природного температурного режима вечномерзлых
грунтов
^мзэ ~ (^о — ^н. з.) "h ta. з> (9.3)
где t0 — среднегодовая температура грунтов, °C, принимаемая равной
температуре на глубине 10—15 м, где ее сезонные колебания незна-
чительны и потому не учитываются при проектировании; эта темпе-
ратура определяется разовым замером при инженерных изысканиях;
tH. з — температура начала замерзания грунтов, °C, определяемая
опытным путем при инженерных изысканиях; для незасоленных грун-
тов со степенью заполнения пор льдом и незамерзшей водой G 0,8
она может приниматься равной нулю; а — коэффициент, зависящий
от теплофизических свойств грунтов и глубины z, измеряемой от
верхней границы вечномерзлых грунтов; принимается равным ам, аг
или аэ в зависимости от вычисляемой расчетной температуры tM, tz
или tg по табл. 9.6 или приближенно — по табл. 9.7; kt —коэффициент
для зданий, равный единице (для сооружений — см. далее).
9* 259
Таблица 9.6
Таблица 9.7
Значения коэффициентов
а в зависимости
от глубины z, объемной
теплоемкости мерзлого
грунта см и его
теплопроводности 1м
Приближенные значения
коэффициентов a (G>0,8)
Значения коэффициентов для
грунтов с числом пластичности
менее 0,05 более 0,05
Значения
коэффициентов
ам az аэ
О
25
50
75
100
125
150
175
0 0
0,5 0,3
0,8 0,45
0,95 0,55
1,05 0,60
1,1 0,70
1,1 0,75
1,05 0,80
0
1
2
3
4
5
6
8
10
0
0,28
0,50
0,63
0,72
0,80
0,87
0,92
1.0
0
0,32
0,58
0,80
0,91
0,99
1,05
1.0
1,0
0,32
0,43
0,50
0,57
0,62
0,71
0,77
0
0,31
0,52
0,66
0,76
0,83
0,89
0,94
1,0
0
0,36
0,63
0,84
0,96
1,02
1,06
1,07
1,0
По этой же формуле определяются температуры основания зда-
ния, подполье которого обеспечивает последующее понижение тем-
пературы грунтов, но проектом не предусматривается предваритель-
ное охлаждение основания до передачи на него полных нагрузок.
Для зданий с подпольями, проектируемыми из условия измене-
ния природного температурного режима грунтов, указанные расчет-
ные значения температур:
для середины здания
= ('о -<,)« + Оо - Q * с +
для его края
= у ('J + <0 - 2'«. ,.) « + ('»- О <9'3б>
где дополнительно введены обозначения: — расчетная среднего-
довая температура на верхней поверхности вечномерзлого грунта
Таблица 9.8
Коэффициенты kc и kK
Опреде- ляемая Коэффи- Значения коэффициентов при г IB
темпера- тура циенты 0,05 0,1 0,15 0,20 0,30 0,5 1 2
'м- kc 0,06 0,13 0,18 0,24 0,34 0,5 0,7 0,82
kK 0,04 0,06 0,09 0,12 0,19 0,3 0,5 0,7
&эс 0,06 0,07 0,08 0,13 0,18 0,28 0,44 0,62
^эк 0,03 0,04 0,05 0,06 0,09 0,16 0,28 0,44
Примечание. Коэффициенты &эс и йэк определяются при z=ftM,
260
в подполье (см. § 9.1); kc, kK — коэффициенты теплового влияния
зданий (табл. 9.8), принимаемые в зависимости от отношения глу-
бины z, измеренной от верхней поверхности вечномерзлых грунтов,
к ширине здания В.
Формулы для случая, когда, ограничивается зона оттаивания
природным положением верхней границы вечномерзлых грунтов, мо-
гут быть получены из (9.3а и б) при tQ = tH 3.
Для опор линий электропередачи, антенно-мачтовых сооружений,
надземных трубопроводов, галерей, мостов и других инженерных
сооружений расчетные температуры определяются по формуле (9.3)
при коэффициенте теплового влияния kt. Он принимается в зависи-
мости от глубины г, измеряемой от верхней поверхности вечномерз-
лых грунтов:
2 = 2м 2<z<6 м
Для массивных фундаментов 0,7 0,9
и низких свайных ростверков
Высоких свайных ростверков 0,9 1
и опор рамно-стоечного типа
При глубине z > 6 м kt = 1.
§ 9.3. Столбчатые фундаменты
Для зданий и сооружений с умеренными нагрузками обычно
оказываются наиболее экономичными фундаменты с минимально до-
пустимой глубиной заложения, ко-
торая согласно нормам должна
быть не менее //т + 1 м, где //т —
расчетная глубина сезонного про-
таивания. Это правило не распро-
страняется на крупнообломочные
грунты, пески крупные и средней
крупности, природного сложения
или насыпные, которые не прояв-
ляют пучинистых свойств при про-
мерзании: в таких грунтах подо-
швы фундаментов могут быть за-
ложены в слое сезонного протаи-
вания. Глубина заложения фунда-
ментов временных зданий и соору-
жений не нормируется.
Глубина заложения фундамен-
тов должна быть проверена рас-
четом их устойчивости при дей-
ствии касательных сил, вызывае-
мых пучением грунтов.
Несущая способность основа-
ния столбчатого фундамента, на-
груженного осевой силой,
Ф = т (/?смГСм + ДП (9.4)
Таблица 9.9
Значения коэффициентов т
для столбчатых фундаментов
Заглубление фундамента в вечномерзлый грунт /гм Значения т при /о. °C
-2 и ниже выше -2
2 м и меньше 1,2 1,1 1,0
Более 2 м 1,1
Примечание. Коэффици-
ент т увеличивается пропорцио-
N
нально отношению ——, но не более
Nt
чем на 20%; N— полная нагрузка;
Nt— сумма постоянной н длитель-
ных долей временных нагрузок.
Длительные доли нагрузок опреде-
ляются по СНиП П-6-74, при этом
для снеговой нагрузки они прини-
маются равными половине норма-
тивной, а для ветровой — равными
нулю.
где т — коэффициент условий работы (табл. 9.9); ДСм — расчетное
сопротивление сдвигу по поверхности смерзания, кгс/см2 (табл. 9.3)
261
при температуре, вычисленной по формуле (9.3) для глубины г —
— ha — h$/2 (рис. &.1); FCM—площадь поверхности сдвига, равная
боковой поверхности нижней ступени башмака фундамента высотой
йб, см2; R — расчетное сопротивление нормальному давлению
кгс/см2 (табл. 9.1) при температуре tM, вычисленной по форму-
ле (9.3) для глубины z = hM', F — площадь подошвы фундамента, см2.
Первое слагаемое в формуле (9.4) учитывается при условии
обратной засыпки котлована влажным грунтом с уплотнением. При
внецентренной нагрузке на фундамент эксцентриситет е приложения
равнодействующей к его подошве определяется с учетом смерзания
грунта с боковыми поверхностями нижней ступени фундамента. При
эксцентриситете в одной плоскости, параллельной I:
Mi — Мсы
el~ N
(9.5)
где Mi — момент внешних сил от расчетных нагрузок; N — верти-
кальная расчетная нагрузка; Л1см — часть момента внешних сил,
воспринимаемая касательными силами, обусловленными смерзанием
грунта с боковыми поверхностями фундамента:
Л4СМ = mRCMh5l (b + 0,5/); (9.6)
т, RCM—то же, что в формуле (9.4); — высота нижней ступени
башмака фундамента, находящейся в вечномерзлом грунте, b — ши-
рина подошвы фундамента.
При эксцентриситете в двух плоскостях Л4СМ в формуле (9.5)
принимается одинаковым и вычисляется по формуле
Л/см = tnRcMhelb. (9.6а)
Если Л4См Mi или МСм Мв, то эксцентриситет в соответст-
вующей плоскости при расчете подошвы фундамента не учитывается.
Несущая способность внецентренно нагруженного основания рас-
считывается по той же формуле, что и для грунтов немерзлых
(СНиП 11-15—74).
Для мерзлых глинистых грунтов, песков мелких и пылеватых
можно пренебречь углом внутреннего трения, и тогда указанная
формула упрощается
Ф = mbl (R 4- q - 0,5), (9.7)
где_ q — пригрузка со стороны предполагаемого выпора, кгс/см2;
/, b — приведенные размеры сторон подошвы фундамента, см, соот-
ветственно / — 2ei и Б = 2еь.
Усилия в башмаке фундамента определяются с учетом смерзания
его боковых поверхностей с грунтом обратной засыпки независимо
от плотности его укладки (кроме сыпучемерзлых грунтов). Прочность
башмака фундамента рассчитывается на действие нагрузок:
касательной к боковой поверхности нижней ступени башмака,
линейно распределенной по периметру подошвы фундамента,
<7см ~ nRcMh&> (9.8)
равномерно распределенной по подошве центрально нагружен-
ного фундамента
(м)
262
Рис. 9.1. Расчетная схема основания столбчатого фундамента при осевой и внецентренной нагрузке
В случае внецентренной нагрузки на фундамент формула (9.8)
остается справедливой, а давление на подошву определяется по фор-
муле внецентренного сжатия исходя из значения эксцентриситета
на уровне подошвы
_ М — пЛ4см
N + G
(9.10)
Л
В формулах (9.8—9.10)п — коэффициент перегрузки, учитывающий
возможность перераспреде-
ления реакций основания,
равный 1,2.
Устойчивость фундамен-
та под действием касатель-
ных сил пучения обеспечена,
когда удерживающая сила
Q, возникающая вследствие
анкеровки фундамента
(рис. 9.2), удовлетворяет
условию
Рис. 9.2. Расчетная схема проверки
устойчивости фундамента при дей-
ствии касательных сил пучения грунта
т
где Твып — расчетное значе-
ние удельной касательной
силы, выпучивающей фунда-
мент, кгс/см2 (табл. 9.10);
F — площадь боковой по-
верхности фундамента в пре-
делах глубины сезонного
протаивания — промерзания,
см2; N — расчетная постоян-
ная нагрузка, включая вес
фундамента и грунта на его
уступах, кгс; т — коэффи-
циент условий работы, при-
нимаемый равным 1,2 при
заанкеривании фундамента в
мерзлых грунтах и 1 — в талых; ka — коэффициент надежности, рав-
ный 1,1; Q— расчетное значение силы, удерживающей фундамент
вследствие смерзания его с вечномерзлым грунтом, определяемое по
формуле:
(9.12)
где t/б — периметр башмака (анкерной плиты), см; /?Сд— расчетное
сопротивление сдвигу в зависимости от температуры tM (см. форму-
лу 9.3) на глубине hM— he; Rcm — то же, что в формуле (9.4).
В формуле (9.12) значения 7?сд и J?CM принимаются по табл. 9.3
и 9.4. Повышение этих сопротивлений вследствие кратковременности
нагрузки, вызываемой пучением, учитывается коэффициентом т.
Если на фундамент действуют кратковременные нагрузки AG,
совпадающие по направлению с силами пучения, то его устойчивость
264
(*выпГ + 2Л)
(9.11а)
проверяется по формуле
где пс — коэффициент сочетания нагрузок, определяемый по указа-
ниям СНиП П-6—74 «Нагрузки и воздействия».
Таблица 9.10
Расчетные значения твып в зависимости от показателя
консистенции JL или степени водонасыщения G и толщины
деятельного слоя Н
Группа грунта Уд или G ТВЫП’ кгс/см2, при Н, м
1 2 3
Глинистые JL>0,5 1.3 1.1 0,9
0,25 < JL < 0,5 1.0 0,9 0,7
Уд <0,25 0,8 0,7 0,5
Пески мелкие и пыле- О > 0,95 1.3 1.1 0,9
ватые 0,8 < О <0,95 1 0,9 0,7
0,6 < G <0.8 0,8 0,7 0.5
Крупнообломочные
с заполнителем в виде
мелкого, пылеватого
песка или глинистого
грунта:
более 30% — 1 0,9 0,7
от 10 до 30% — 0,8 0,7 0,5
Примечания: 1. Значения Твып даны для бетонных поверхностей
фундаментов; при металлической необработанной поверхности они снижаются
на 20%, при деревянной антисептироваиной—на 10%. 2. Для грунтов обратной
аасыпки котлованов Твып принимаются по первой строке для данной группы
грунта.
По формуле (9.11) необходимая глубйна заложения подошвы
находится подбором. Если задана площадь подошвы, то вместо фор-
мулы (9.11) необходимую глубину заложения подошвы в вечномерз-
лый грунт можно вычислить по формуле
_^вып^_±_^_
mUc
(9.13)
где tQ — температура грунта на глубине 10 м.
В формулах (9.12 и 9.13) не учитывается нормальное давление,
возникающее на верхней поверхности анкерной плиты.
В случаях малонагруженных фундаментов анкерного типа, когда
возникает необходимость уточнить расчет, можно учесть действие
этих сил введением коэффициента ka к удельной выпучивающей
силе Твып в формулах (9.11 и 9.13)
*n=i--i#(-v+-r)('2-‘,!>; <914>
л 1Г \ U t /
265
Таблица 9.11
Коэффициенты Pi и Р2
С1,2 Значения 0, и р2 при D[t2
0,5 1 2 4 6
1 0,029 0,058 0,088 0,082 0,074
2 0,015 0,031 0,067 0,080 0,072
3 0,007 0,015 0,034 0,075 0,070
4 0,004 0,008 0,019 0,052 0,067
5 0,003 0,006 0,012 0,029 0,058
где а, I Нт — геометрические размеры (рис. 9.2), а значения Pi и р2
определяются в зависимости от параметров С и D (табл. 9.11):
Рис. 9.3. Схема основания к расчету осадок, вызы-
ваемых уплотнением пластично-мерзлых грунтов
для Pi
Q - ^б . р __ Нт .
1 а ’ 1 а ’
для р2
г* _ Нт + hM — he _ n __ Нт
С2-------------, Р2=—.
266
Расчетное усилие в стойке фундамента
Р = ЪьътР ± N.
(9.15)
Осадки столбчатых фундаментов, вызываемые уплотнением
пластично-мерзлых грунтов, рассчитываются по тем же расчетным
схемам, что и для немерзлых грунтов, т. е. по схеме линейно-де-
формируемого полупространства или по схеме линейно-деформи-
руемого слоя конечной толщины.
В первом, наиболее часто встречающемся случае, ожидаемая
осадка определяется способом послойного суммирования
i = 1
(9.16)
где п — число слоев сжимаемой зоны основания, нижняя граница
которой принимается на глубине, где дополнительное давление со-
ставляет 20% от природного (рис. 9.3); at—коэффициент сжимаемо-
сти н стабилизированном состоянии ого слоя при максимальной тем-
пера гуре грунта, определяемой формулой (9.3);
.. Pzl+l’z. /-1
тпкальных давлении -------------
кгс/см2 па
р, — полусумма вер-
границах i-ro слоя,
определяемых по формуле (9.16а):
Рг = ар0,
(9.16а)
где р0 — дополнительное к бытовому давление на уровне подошвы
фундамента р — р^, кгс/см2; а — коэффициент, учитывающий умень-
шение давления с глубиной (табл. 9.12). Вместо вычисления
Коэффициент а
Таблица 9.12
Z т~~ь~ или Z т~ D Значения коэффициента а для фундаментов
круг- лых прямоугольных при ИЬ
1 1,4 1,8 2,4 3,2 5 10 и более
0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,009
0,2 0,949 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977 0,977
0,4 0,756 0,800 0,848 0,866 0,875 0,879 0,881 0,881
0,6 0,547 0,606 0,682 0,717 0,740 0,749 0,754 0,755
0,8 0,390 0,449 0,532 0,578 0,612 0,630 0,639 0,642
I 0,285 0,336 0,414 0,463 0,505 0,529 0,545 0,550
1,2 0,214 0,257 0,325 0,374 0,419 0,449 0,470 0,477
1,4 0,165 0,201 0,260 0,304 0,350 0,383 0,410 0,420
1,6 0,130 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,360 0,374
1,8 0,106 0,130 0,173 0,209 0,250 0,285 0,320 0,377
2,0 0,087 0,108 0,145 0,176 0,214 0,248 0,285 0,306
2,2 0,073 0,091 0,122 0,150 0,185 0,218 0,256 0,280
2,4 0,067 0,071 0,105 0,130 0,161 0,182 0,230 0,258
2,6 0,053 0,066 0,091 0,112 0,141 0,170 0,208 0,239
2,8 0,046 0,058 0,079 0,099 0,124 0,152 0,189 0,223
3,0 0,040 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,172 0,208
3,4 0,032 0,040 0,055 0,069 0,088 о,но 0,144 0,184
3,6 0,028 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133 0,175
4,0 0,022 0,029 0,040 0,051 0,086 0,084 0,133 0,158
5 0,015 0,019 0,026 0,033 0,041 0,056 0,079 0,123
267
напряжений pi могут быть определены сразу площади их эпюр по
глубине ни (рис. 7.30). В этом случае расчет осадки производится
по формуле (7.71) при А — aip6i = 0.
§ 9.4. Свайные фундаменты
Способы установки свай выбираются с учетом особенностей, ука-
занных в табл. 9.13.
Таблица 9.13
Выбор способа установки свай в вечномерзлые грунты
Способ установки свай Характеристика грунтов Температура грунта в зоне заделки, °C Мини- мальное расстоя- ние между осями свай Коэффи- циенты условия работы
Установка свай в предварительно про- таянньй грунт с раз- мером талой зоны, превышающим диа- гональ сечения сваи не более чем в 2 ра- за Твердомерзлые грунты, содержащие менее 15% крупно- обломочных включе- ний Ниже —1,5 3d 1,1
То же, но с после- дующим искусствен- ным замораживанием грунта вокруг сваи Твердо- и пластич- но-мерзлые грунты с крупнообломочными включениями до 10% » —0,5 3d 1.0
Установка свай в предварительно про- буренные скважины с диаметром, превы- шающим диагональ сечения сваи Все виды..- вечно- мерзлых грунтов » —1,0 2d 1,1
Забивка свай в пред- варительно пробу- ренные лидерные скважины с диамет- ром, меньшим, чем диагональ сечения сваи (бурозабивные сваи) Пластично-мерзлые грунты, содержащие до 20% крупнообло- мочных включений 0,1-1,2 3d 1,2
Забивка свай не- посредственно в вечно- мерзлый грунт Глинистые пластич- но-мерзлые грунты без крупнообломоч- ных включений —0,1+ —0,9 3d 1,2
Установка свай в предварительно про- буренные скважины, заполняемые цемент- но-песчаным раство- ром (сваи-стойки) Неглубокое залега- ние коренных пород достаточной прочно- сти Независимо от темпера- туры 2d 1,2
Номенклатура типовых свободно погружаемых железобетонных
свай (серия 1.011-ЗМ) [2] дана в табл. 9.14 и 9.15. Указанные в таб-
лицах марки бетона и армирование рассчитаны для средних мерзлот-
но-грунтовых условий. На площадках со среднегодовой температурой
грунта ниже —5 °C несущая способность основания сваи может пре-
вышать ее несущую способность по материалу, поэтому наиболее
268
Таблица 9.14
Сваи квадратного сечения для установки в вечномерзлых грунтах
Марка сваи Сторона сече- ние а, мм Длина L, мм Длина острия 1, мм Марка бетона Армирование Расход материалов Вес сваи (при Y=2,5 т/м3), т
бето- на, м3 стали, кг
на сваю на 1 м1 бетона
СМБ-25 250 5 000 200 200 4 0 16AII 0,32 40,7 127 0,80
СМТ5-25 250 5 000 — 200 4 0 16AII 0,31 39,2 126 0,78
СМ6-25 250 6 000 200 200 4 0 16АП 0,39 47,7 123 0,98
СМТ6-25 250 6 000 200 4 0 16AII 0,38 46,1 122 0,95
СМ7-25 250 7 000 200 200 4 0 16AII 0,45 54,8 122 1.13
СМТ7-25 250 7 000 —► 200 4 0 16АП 0,44 53,0 120 1,10
СМ8-25 250 8 000 200 300 4 0 16AII 0,51 61,7 121 1,27
СМТ8-25 250 8 000 — 300 4 0 16AII 0,50 60,1 120 1,25
СМ5-30 300 5 000 250 200 4 0 16AII 0,46 42,9 93 1,15
СМТ5-30 300 5 000 — 20Q 4 0 16AII 0,45 40,9 91 1,13
СМ6-30 300 6 000 250 200 4 0 16AII 0,55 49,9 91 1,38
СМТ6-30 300 6 000 — 200 4 0 16AII 0,54 47,9 89 1,35
СМ7-30 300 7 000 250 200 4 0 16АП 0,54 57,1 90 1,60
СМТ7-30 300 7 000 200 4 0 16AII 0,63 55,0 87 1,58
СМ8-30 300 8000 250 300 4 0 16AII 0.73 64,2 88 1,82
СМТ8-30 300 8 000 м 300 4 0 16AII 0,72 62,2 86 1,80
СМ9-30 300 9 000 250 300 4 0 18AII 0,82 86,7 106 2.05
СМТ9-30 300 9 000 — 300 4 0 18A1I 0,81 84,3 104 2,02
СМТ10-30 300 10 000 300 4 0 20АП 0,90 111,7 124 2,25
СМТ п-30 300 11 000 300 4 0 22AII 0,99 145,1 146 2,48
СМ5-35 350 5 000 300 200 4 0 18АП 0,63 53,1 84 1,58
СМТ5-35 350 5 000 200 4 0 18AII 0,61 50,1 82 1,53
-СМ6-35 350 6 000 Зоо 200 4 0 18AII 0,76 61,7 81 1,90
СМТ6-35 350 6 000 — 200 4 0 Г8А1Г 0,74 58,9 80 1,85
СМ7-35 350 7 000 300 200 4 0 18АП 0,88 70,6 80 2,20
СМТ7-35 350 7 000 — 200 4 0 18AII 0,86 67,8 79 2,15
СМ8-35 350 8 000 300 300 4 0 18АН 1,00 79,5 80 2,50
СМТ8-35 350 8 000 — 300 4 0 18AII 0,98 76,7 78 2,45
j СМ9-35 350 9 000 300 300 4 0 20AII 1,12 107,2 96 2,80
СМТ9-35 350 9 000 — 300 4 0 20АП 1,10 103,9’ 94 2,75
СМТ 10-35 350 10 000 — 300 4 0 22AII 1,23 135,2 110 3,08
СМТ 11-35 350 11 000 — 300 4 0 25AII 1,35 189,1 140 3,38
СМТ 12-35 350 12 000 — 300 4 0 25А 1,47 205,3 140 3,68
СМ8-40 400 8 000 350 300 4 0 20АП 1,31 98,0 75 3,27
СМТ8-40 400 8 000 — Зоо 4 0 20АП 1,28 93,9 73 3.20
СМ9-4О 400 9 000 359 300 4 0 22AJJ 1,47 128,0 87 3,67
СМТ9-40 400 9 000 — зоо 4 0 22АП 1,44 123,0 86 3,60
экономичные решения потребуют увеличения армирования и повы-
шения марки бетона против указанных.
Повышенная прочность бетона необходима также из условий
достижения Мрз 300 в районах с большими температурными пере-
падами [8]. Забивные и бурозабивные сваи принимаются по номенкла-
туре, разработанной для талых грунтов (серия 1-011-1 и др.) с со-
блюдением требований соответствующих ГОСТов. Защита материала
свай от коррозии, как правило, не требуется, поскольку поверхност-
ные (надмерзлотные) грунтовые воды в сезоннооттаивающем слое
почти не содержат агрессивных солей. В пределах же вечномерзлой
толщи коррозии не происходит. В случаях, когда грунтовые воды
все же агрессивны, защита свай устраивается в соответствии с нор-
мативными документами [8].
269
Та блица 9.15
Сваи прямоугольного сечения для установки в вечномерзлых
грунтах
Основные размеры,
мм
Расход
материалов
Марка
сваи
стороны
сечения
длина
L
длина
ос-
трия
Z
Мар-
ка
бе-
тона
Арми-
рова-
ние
бе-
тона,
м3
стали, кг
Вес
сваи
(при
Y=2,5
т/м5),
на
сваю
на 1 м3
бето-
на
СМ5-20Х40
СМ6-20Х40
СМ7-20Х40
СМ8-20Х40
СМ9-20Х40
СМ8-25Х50
СМ9-25Х50
200
200
200
200
200
250
250
400
400
400
400
400
500
500
5000
6000
7000
8000
9000
8000
9000
150
150
150
150
150
200
200
200
200
200
300
300
300
300
4016AII
4016AII
4016AII
402OAII
4022AII
402OAII
2012AII
4022AII
2012AI1
0,41
0,49
0,57
0,67
0,73
1,02
1.14
41,8
48,8
67,9
92,0
121,4
109,5
140,9
102
100
119
142
167
108
124
1,02
1,22
1,42
1,62
1,82
2,54
2,86
а в
В проекте свайного фундамента должны быть указаны:
мерзлотно-грунтовые условия площадки, включающие краткое
описание грунтов, используемых в качестве основания;
принятый принцип использования грунтов;
способ погружения свай, состав грунтового раствора;
время вмерзания свай и возможности их загружения.
Грунтовый раствор, заливаемый в скважину до установки сваи,
приготовляется из смеси глинистого грунта с мелким песком в отно-
шении 1:1 —1:5. Консистенция раствора проверяется по осадке
стандартного конуса, которая должна быть в пределах 10—43 см,
что соответствует влажности 0,35—0,5. Использование вместо грун-
тового раствора шлама, образующегося при бурении, не рекомен-
дуется.
При низких отрицательных температурах воздуха грунтовый
раствор подогревается до температуры 30—40 °C.
Если для повышения несущей способности применяется песча-
ный раствор, то он заливается в скважину только после погружения
сваи. Укладывается песчаный раствор слоями (1—2 м) с вибриро-
ванием.
Время вмерзания одиночной сваи
т
= тг2-^-
ТГ1 *м’
(9.17)
где Г1 — радиус скважины или пропаренной зоны, м; — теплопро-
водность мерзлого грунта, ккал/(м-ч-°С); См — объемная темплоем-
кость мерзлого грунта, ккал/(м3-°С) (§ 3.8); т—безразмерный ко-
эффициент (рис. 9.4), принимаемый в зависимости от безразмерной
величины
(9.18)
270
t — температура вечномерзлого грунта, °C; Q — количество теп-
ла, выделяющегося в мерзлый грунт на 1 м глубины, определяемое
по формуле
<г-(яг?-Л)(С^ + Ге?скр), (9.19)
где F — площадь поперечного сечения сваи, м2; Ct —объемная тепло-
емкость талого грунта (грунтового раствора), ккал/(м3-°С); Л — на-
чальная температура пропаренной зоны, °C; Wc—суммарная влаж-
ность грунтового раствора
или пропаренной зоны; уск
— объемный вес скелета та-
лого грунта, кг/м3; р — скры-
тая теплота плавления льда,
равная 80 ккал/кг.
Теплофизические харак-
тепистики оттаянного пропа-
риванием грунта могут при-
ближенно определяться при
влажности: для песков пы-
леватых равной 0,3, для су-
песей 0,6—0,8, для суглин-
ков 0,9—1,2 [5]. Песчано-гли-
нистый раствор текучей кон-
систенции имеет влажность
0,4—0,6.
Для расчета можно при-
нимать осредненную по глу-
бине температуру вечномерзлого грунта, равную среднегодовой тем-
пературе, с коэффициентом:
Месяцы I II III IV-VI VII VIII IX-XI XII
V 0,9 1,0 1,1 1,2 1,0 0,7 0,5 0,7
В проекте свайного фундамента должно быть указано требова-
ние температурного контроля за вмерзанием свай в следующих слу-
чаях:
когда площадка сложена пластично-мерзлыми или засоленными
грунтами с расчетной температурой
v/cr ^зг + 1,
а также при погружении свай с предварительным пропариванием
грунта.
Термометрические трубки, предназначаемые для погружения
датчиков, выполняются из стальных труб диаметром 75—100 мм, гер-
метически заваренных снизу и снабженных крышкой сверху. Трубки
устанавливаются одновременно с погружением свай в ту же сква-
жину. Места установки трубок и их конструкция даются в проекте.
Конструктивные решения свайных фундаментов. Отдельно стоя-
щие опоры или фундаменты промышленных зданий могут выпол-
няться в виде свайных кустов, объединенных высоким или низким
271
ростверком. Для гражданских зданий высотой до пяти этажей раци-
онально однорядное и реже двухрядное расположение свай по осям
несущих стен с шагом 2,5—4,0 м в зависимости от несущей способ-
ности, достигающей 80—100 т. Для более высоких зданий также
принимается кустовое расположение свай.
Глубина заложения свайного фундамента Н определяется по
расчету и должна быть не менее
•^мин = Дт + 2м,
кроме мостов, для которых
Дмин ~ Дт + 4 м,
где Нт — расчетная глубина сезонного оттаивания, м (§ 7.2).
Максимальная длина свай ограничивается технологическими
возможностями: размерами пропарочной камеры, максимальной глу-
биной пропаривания или бурения скважин, крановым оборудованием
и т. п.
При залегании коренных пород близко к поверхности допускается
принимать заглубление свайных фундаментов менее Нт + 2. При этом
сваи устанавливаются в цементный раствор.
Рассчитываются свайные фундаменты в следующем порядке.
1. Сбор нагрузок на фундаменты и размещение их в плане.
2. Определение несущей способности одиночной сваи принятого
сечения по грунту основания для нескольких значений длины. Ра-
счет осадки для площадок, сложенных пластично-мерзлыми грунтами.
3. Объединение фундаментов в группы в соответствии с задан-
ными нагрузками и выбор типоразмеров свайных фундаментов для
каждой группы.
4. Проверка на устойчивость против выпучивания.
5. Определение усилий в свае от горизонтальных нагрузок и
момента.
6. Проверка горизонтальной устойчивости фундамента.
7. Проверка горизонтальных перемещений сваи.
8. Расчет свайного фундамента по прочности. Несущая способ-
ность сваи
(9.23)
или
Ф = m X. ^см ‘ “Ь
где Рн — несущая способность сваи, полученная при испытаниях
(см. § 9.5), кгс; tn — коэффициент условий работы, принимаемый по
табл. 9.13; kv— коэффициент безопасности по грунту, равный 1.1;
k — коэффициент, учитывающий отклонения температуры грунта в
момент испытания свай от температуры в период эксплуатации
здания:
X ^см 1^см i + RF
k ’ = 4=^------------------; (9.24)
У Don ,р . _1_
Zu 'см Г СМ( т А
i + 1
272
Я™ I — Расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверх-
ности смерзания (табл. 9.3) для i-ro слоя при температуре грунта на
уровне середины слоя в момент проведения испытаний, кгс/см2;
Rcmi — то же, при расчетной температуре tz, определяемой по фор-
муле (9.3), кгс/см2; 7?оп— расчетное сопротивление мерзлого грунта
нормальному давлению (табл. 9.2) при температуре на уровне торца
сваи в момент испытания, кгс/см*2; R — то же, при расчетной темпера-
туре tz на глубине Лм, определяемой по формуле (9.3); ГСм< — пло-
щадь смерзания боковой поверхности сваи в пределах i-ro слоя, см2;
F — площадь поперечного сечения сваи у ее нижнего конца, см2.
Для однородных по составу грунтов вместо формулы (9.23)
можно применять более простую
Ф = т (Ясм.э/7см + RF), (9.25)
7?см. э — расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу на поверх-
ности смерзания сваи, кгс/см2, при эквивалентной температуре ta,
определяемой по формуле (9.3), (9.3а) или (9.36)); FCm — площадь
всей боковой поверхности сваи в вечномерзлом грунте, см2.
В грунтах засоленных и сильнольдистых, а также в пластично-
мерзлых несущую способность свай на окончательной стадии проек-
тирования рекомендуется определять только по данным испытаний.
При расчете несущей способности свай, имеющих сложное сечение с
входящими углами (двутавровое, крестообразное), первое слагаемое
формулы (9.23) принимается как наименьшее из расчета сопротив-
ления по возможным поверхностям сдвига при соответствующих
значениях 7?сд и 7?См (табл. 9.3, 9.4).
Для деревянных свай сопротивление грунта нормальному дав-
лению под нижним концом учитывается в тех случаях, когда предо-
твращено их всплытие или выпучивание до вмерзания.
При кустовом расположении несущая способность свай прини-
мается такой же, как и при одиночном. Для свай, заделанных це-
ментным раствором в слаботрещиноватый скальный грунт на глубину
не менее 0,5 м, несущая способность может определяться независимо
от температуры грунта
<P = mRF. (9.26)
Расчетное сопротивление грунта сжатию под торцом
= + (9.26а)
где 7?сж—расчетное значение временного сопротивления скального
грунта одноосному сжатию, кгс/см2; h3 — глубина заделки сваи в
скальный грунт, см; d3— диаметр скважины, см; F — площадь по-
перечного сечения сваи, см2.
Устойчивость свай против выпучивания проверяется по формуле
(9.11), в которой Q принимается равной несущей способности только
боковой поверхности сваи без учета работы ее торца. Необходимая
глубина заделки сваи в мерзлый грунт может рассчитываться также
по формуле (9.13).
Для малозаглубленных свай, заделанных в скальный грунт це-
ментным раствором, при расчете на действие сил пучения можно
применять формулу (9.12). За ширину анкерной плиты I в этом слу-
273
чае следует принимать глубину заделки сваи в скалу Л3, что соот-
ветствует размеру массива скалы, ограниченного плоскостями, рас-
пространяющимися от периметра торца сваи под углом 45° до вы-
соты, равной /г3/2. При наличии в пределах площади заанкеривания
Рис. 9.5. Схема расчета защемленных свай
на выпучивание
смежной сваи, находящейся на расстоянии з, размер условной анкер-
ной плиты принимается равным (рис. 9.5).
(9.27)
Одновременно проверяется прочность цементного раствора на
срез по боковой поверхности сваи в пределах анкерующего массива
высотой /г3/2 _
тВыпРС0,12ВДЛ (9.28)
где R <— марка раствора с учетом замедленного набора прочности
за расчетный период, кгс/см2; U — периметр сечения сваи, см.
Осадка сваи S рассчитывается по формуле
S = U А У, (9.29)
кС7йм<й V
где t/ —периметр сечения сваи, см; Лм — длина вмороженной части
сваи, см; W— нагрузка на сваю, кгс; JT—-параметр принимается по
графику (рис. 9.6), ча/градк; <о — параметр, получаемый по резуль-
274
тэтам испытаний (см. § 5), кгс-ча/(см2-градк); а, а — безразмер-
ные параметры, получаемые по результатам испытаний.
На площадках, сложенных высокотемпературными пластично-
мерзлыми грунтами, когда использование основания по I принципу
связано с понижением среднегодовой температуры грунта в процессе
эксплуатации здания:
5 “ и [^- + ТГ ,7гг _ '"’Г (9-30)
\ ипм / L <01 J
где J lt, /2Т “ те же параметры, что и в (9.29) для первого и после-
дующего периодов эксплуатации здания, в которых t0 принимается
различной.
Усилия в сваях от горизонтальных сил и моментов определяются
по одной из расчетных схем (рис. 9.7).
Рис. 9.6. Значения параметра Jx
а—для t0~— 0,5° С; б—для t0= — 1° С; в—для /0=—1,5° С; 1 — а=0,075;
2—а=0,100; 3 — а=0,125
В расчетных схемах II и IV свая заделана в жесткий ростверк,
допускающий горизонтальные перемещения без поворота.
Схема III применяется:
а) для расчета нижней части сваи в вечномерзлом грунте, когда
сезоннооттаивающий слой не оказывает существенного сопротивле-
ния горизонтальным перемещениям сваи; за внешнюю нагрузку в
этом случае принимаются изгибающий момент М и поперечная сила
Q, полученные при расчете верхней части сваи по другим схемам в
сечении на уровне верхнего горизонта вечномерзлых грунтов;
б) для расчета усилий, возникающих в свае от температурных
деформаций ростверка при промерзшем слое сезонного протаивания.
275
276
Схемы IV—VI предназначаются для расчета усилий в сваях, яв-
ляющихся элементами надфундаментной конструкции.
Таблица 9.16
Модуль деформации Ео песчаных
грунтов сезонноталого слоя
Таблица 9.17
Модуль деформации Ео
мерзлых грунтов сезонно-
промерзающего слоя
Наименование
грунта
Ей, кгс/см2 при коэффи-
циенте пористости
Значения £0. кгс/см2
при температуре
грунта, °C
-10 -20
Крупнообломоч-
ные и песчаные
крупные и сред-
ней крупности
Пески мелкие
Пески пылева-
тые
500
480
390
400
380
280
300
280
180
180
НО
1
2
6
12
3 700
2 800
1 900
1 300
7 100
5 400
3 500
2 500
12 500
9 500
6 000
4 500
Пр имечание. Темпера-
тура грунта принимается на глу-
бине 1,5 d от поверхности.
По схемам VII—VIII рассчитываются усилия, возникающие при
температурных деформациях ростверка.
Основным расчетным параметром при определении усилий яв-
ляется безразмерная величина
I Таблица 9.18
а = -7-, (9.31) Модуль деформации Еа
вечномерзлых грунтов
где I — расчетная длина сваи, см;
l — Ht + kid (9.32); Hi — расчет-
ная глубина сезонного оттаивания,
см; d— диаметр или диагональ
прямоугольного сечения сваи, см;
ki — коэффициент, равный для пес-
чаных грунтов 1, для глинистых—•
1,5; L — приведенная длина сваи,
зависящая от деформативности
сваи и грунта, см:
4 ____
(9-зз)
EJ — жесткость сваи при изгибе
(для железобетонных свай опреде-
ляется в зависимости от времени действия нагрузки и возникновения
пластических деформаций), кгс/см2; Ео — модуль деформации грунта,
определяемый из испытаний или приближенно (при отсутствии ис-
пытаний) по табл. 9.16—9.18, кгс/см2; g — безразмерный коэффи-
циент, принимаемый равным при работе сваи в пределах сезонноот-
таявшего слоя 1,4, в мерзлом грунте — 1,2.
Наименование грунтов Значения Еа, кгс/см2 при температуре
грунта, °C -2,0
-0,5 -1,0
Песчаные всех разновидностей 900 3500 4500
Глинистые, включая пылева- тые 150 400 800
Примечание. Температура
грунта принимается на глубине 3 d
ниже ВГВМ.
277
Схема I
Т а б л и ц а 9.19
Эпюра Qp от Р-1 Эпюра QM от М-1
м PL Мр макс при а равном
0,5 0,75 ' 1,0 1,5 2 4 6
< 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0-0,5 0,51 0,62 0,73 0,33 0,29 0,15 0,25
1 0,51 0,62 0,68 0,26 0,23 0,27 0,25
2 0,51 0,50 0,27 0,18 0,17 0,15 0,00
>4 0,44 0,21 0,10 0,08 0,10 0,00 0,00
<0 2,00 1,37 1,00 0,67 0,50 0,25
0-0,5 0,95 0,78 0,62 0,80 0,83 0,95 0,82
1 0,95 0,78 0,66 0,90 0,93 0,88 0,82
2 0,95 0,85 0,94 0,96 0,96 0,95 1,00
>4 0,97 0,97 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
^макс PLMp макс Ч- МЛ'1м макс макс &
Если максимальная проектная нагрузка может быть задана в
момент неполного сезонного оттаивания, то в формуле (9.31) для
определения расчетной длины I следует вместо НТ принимать глу-
бину оттаивания на момент загрузки.
Во всех схемах, кроме схемы III, при а < 0,5 сопротивление
грунтов не учитывается. В схеме III заглубление сваи, при котором
а < 0,5, не допускается.
Усилия в свае М и Q определяются:
1. При расчете по схемам I, II, III — по формулам,-Приведенным
на графиках в табл. 9.19—9.21. Единичные усилия MMAfpQMQp дают
278
Схема II
Таблица 9.20
а 0,5 1 2 4 6 8
•^макс 0,4 0,45 0,53 0,50 0,45 0,42
возможность построить эпюры М и Q по длине сваи. Для расчета
свай постоянного по их длине сечения в таблицах даны максимальные
значения единичных усилий макс Я?р мако при совместном дей-
ствии внешних нагрузок М и Р, приложенных на уровне поверхности
грунта.
2. При расчете по схемам IV—VI — по формулам, приведенным
в табл. 9.22 и 9.27, определяются усилия Мс и Qc в местах условного
расчленения (точки С и D рис. 9.8), которые принимаются за внеш-
нюю нагрузку при расчете верхнего участка как элемента надфун-
даментной конструкции и нижнего — по схемам I или III. Геометри-
ческие характеристики и вспомогательные коэффициенты берутся по
рис. 9.8.
3. При расчете по схемам VII и VIII — по формулам табл. 9.28
и 9.29.
Наиболее опасные напряжения в конструкциях вызывают тем-
пературные деформации ростверка в период полного промерзания
сезоннооттаивающего слоя, когда свая оказывается защемленной в
грунт у поверхности грунта (схемы VII б и VIII б). При расчете по
этим схемам должны учитываться и кратковременные перепады
температуры. При вычислении параметра L значения Ео по табл. 9.17
принимаются в соответствии с длительностью этих перепадов. Го-
ризонтальное перемещение головы сваи от температурных деформа-
ций ростверка с четным числом равных пролетов
Дге = аге(д-1)/2ДЛ (9.34)
где at — коэффициент линейного расширения, равный для железо-
бетона 1 • 10-5град-1; п — порядковый номер стойки, считая от оси
симметрии ростверка; Д? — расчетный перепад температуры роствер-
ка, °C.
Для разнопролетных ростверков или ростверков с нечетным
числом пролетов температурное перемещение головы сваи должно
приниматься пропорционально расстоянию от оси симметрии до рас-
279
Таблица 9.21
Схема П1
Эпюра Мр От Р=1
м PL Мм макс п₽и а> Равном
1 2 4 6 8
< 0 1,00 0,50 0,25 0,17 0,12
0-0,5 0,90 0,92 0,87 0.72 0,80
1 0,97 0,92 0,87 0,87 0,80
2 1,00 0,95 0,94 1,00 1,00
>4 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
< о
0-0,5
1
2
>4
0,00
0,12
0,07
0,03
0,03
0,00 0,00 0,00 0,00
0,21 0,26 0,29 0,25
0,21 0,26 0,20 0,25
0,17 0,16 0,00 0,00
0,00 0,00 0,00 0,00
считываемой сваи. Расчетная длина надземного участка сваи Z1( ра--
ботающей по схеме VII б:
Zj = /св 4“ 0,5с? -}~ kid,
где /Св — длина свободного участка сваи, см; ki — то же, что и в
формуле (9.32).
При шарнирном опирании (схема VIII б) = /св -j- k(d.
280
Таблица 9.22
Схема IV
Схема загрузки .
Расчетные формулы
Коэффициенты
w Р1' а'
мс=~ —
МА=^С1' + МС
Qc=p
- 9
а^гср^а^—I
а2=Ч>ма^ +1
Рис. 9.8. Геометрические характеристики и вспомогательные
коэффициенты к схемам IV—VIII
281
Таблица 9.23
Схема V
Схема загрузки Расчетные формулы | Коэффициенты
А Г ГШ.1.Н. в мв M =JL £ А 24 aiOj—а2а» 2 “i"4- + Wi, + (*q+%)‘‘?/ + S« <*3/
С ( в IL Мв— мА
7 —- Qj) Мс = М£)=Мд + QZi a2=T+V1/ + W
Т -г -Г • 1 A a2 MA QC QD a, Zi “3-l+lft + Vl/
Е т re rf pe~pf~^l~ a4=i+Vi/ + V?/
Таблица 9.24
Схема V
Схема загрузки Расчетные формулы Коэффициенты
0,51,2 0,5l2 К fe —а1 ЛГ/ М я =-77 ЛГ/„ “i=l+ Vi'+(’q + sjk) + i<taV
Ma mb • А 16 (LiCL$ CL>CLi 2 Mg=M,4
В
c о 1 1»c «₽ MC=MD-MA + (iClX
Vo 7^4^ а9мй
т _ _ Л <rl QC “% adi °3 = ,+T+Vi'
\F k I rf a4 = T + Vl/+MZ’
Т а б л и ц а 9.25
Схема V
Схема загрузки
Расчетные формулы
Коэффициенты
ai=l+W+Viz
й2=1+т+V/
М -М
Схема VI
Таблица 9.27
Схема загрузки Расчетные формулы Коэффициенты
hl? 283 » % a? "ЧЬЯ D Qu 4^ E Ьч. p M ,4 = - Mc MB=MD + Pll % — P ai=-4-4fe+v!z «2==1+Ife+Vl/
при расчете нижнего участка сваи по схеме I; б—то же, по схеме III
Схема VII
9.28
Схема загрузки | Расчетные формулы Коэффициенты
А ‘d f-’ ~8 Mi А_ (l+3ka5) (aidi — а2а3) — EJ --.-<3+й°з> <ai — a2) ,3 1 k(aia6— a2a5) (аш4—a2as)—-(ai — a2)2 Qc^-Qek^=^L + £L aj al~a2 l\ al~a2 ^ = (3ezi—+3~v Af/ — al lI a! al l\ °! а1=Т + аЛ + а?/5(2 а2~'Ъ al^Q"“al^Q a3 = 1 + 4" + ctl^M а4вТ + Т“а1/ф£2 °5=1 + Т + а1/Фм 1 2 2 аб=- + Т"а1/ф(2
Г " \ \ \ \ \ ’ ! > \ е \ т с ЕЗ v 'Mg ^мв
<VZV/ \ \ 777777. Me
Схема VIII
Т а б л и ц а 9.29
Схема загрузки
Расчетные формулы
Коэффициенты
п Е/ Л 1
дл—
ZI а1
п EI А 1
Qb ~т &в —
1 =зГ+ “1%+ “?SQ + “?6М+ “?SQ
Рис. 9.10. Коэффициент &q для опреде-
ления максимального прогиба сваи при
расчете по схеме II
Таблица 9.30
Коэффициент приведения длины Ц
Тип ростверка Значение ц при сопряжении свай с ростверком
жестком шарнирном
Несмещаемый в виде монолитных, пере- секающихся в одном уровне балок пере- крытия Монолитный и сборный, не связанный в поперечном направлении балками (попе- речные балки или панели уложены поверху ростверка) С,5 0,7
0,7 0,7
Жесткий, допускающий горизонтальное смещение без поворота 1,2 2
Допускающий смещение и поворот в двух направлениях 2
Примечания: 1. Защемление сваи в ростверк ^учитывается, если кон-
струкция стыка рассчитана на передачу действующего в узле изгибающего мо-
мента. 2. При расчете зданий до пяти этажей на ветровую нагрузку (за исклю-
чением легких зданий из алюминия и эффективных материалов) общее смеще-
ние ростверка может не учитываться.
Рис. 9.11. Номограммы для подбора сечения железобетонных
свай 300 X 300 мм (1—5) и 250 X 250 мм (6—7)
1—4 0 22AII, марка 300; 2—4 0 20AII, марка 300; 3—4 0 18AII, марка 300;
4—4 0 16AII, марка 300; 5—4 0 16AII, марка 200; 5 —4016AII, марка 300;
7—4 0 16AII, марка 200
286
Горизонтальное перемещение головы одиночной сваи на уровне по-
верхности грунта t/макс для расчетных схем I—III определяется от
нагрузок Р и М
pi з _ MJ 2 _
= (9.35)
где 6q, бм — безразмерные коэффициенты (рис. 9.9, 9.10).
Для одиночных свай, защемленных в ростверк или входящих
в систему надфундаментных конструкций, максимальный прогиб на
уровне /1 от поверхности грунта
У = Умакс + ^1, (9.36)
где у\ — прогиб сваи, определенный как для консольной балки дли-
ной /], заделанной одним концом в ростверк, под нагрузками Мо и
Qo, приложенными на уровне дневной поверхности, см; г/макс —
М,тм
Рис. 9.12. Номограммы для подбора сечения железобетонных свай
350 X 350 мм (/-5) и 400 X400 мм (6-7)
/ —4 0 2Г»Л! I, марки 3(М); 1 —4 0 22AII, марка 300; 3—4 0 20AII, марка 300;
4—4 0 НЛП. марка 300 ; 5—4 0 18AII, марка 200; 6—4 0 22AII, марка 300;
7—4 0 2OAII, марка 300
максимальный прогиб сечения сваи на уровне дневной поверхности,
вычисленный по формуле (9.35), см. При шарнирном сопряжении с
ростверком
У — Умакс + У\ + ф/ь (9.37)
Где У\ — прогиб консольного участка сваи длиной /1 под действием
Горизонтальной силы Р, приложенной в шарнире, см; ф —- угол по-
ворота сечения сваи на уровне дневной поверхности грунта:
фф фм— коэффициенты, определяемые из графика (рис. 9.9).
Сечение сваи на усилия от осевой и горизонтальной нагрузок
рассчитывается с учетом продольного изгиба. Коэффициент приве-
287
to
ения длины Н = '^— Для сваи принимается в зависимости от
условий закрепления их в узле сопряжения с ростверком (табл. 9.30)
и длины участка сваи Но:
Но al, (38)
где 1\ — свободная длина сваи от поверхности грунта до низа рост-
верка; I — расчетная длина свай, определяемая формулой (9.32);
а — коэффициент, принимаемый в зависимости от жесткости сваи и
деформативных свойств грунта:
а 2 и менее | 4 6 8
а 1 0,8 0,5 0,3
Сечение железобетонных свай подбирается по номограммам
рис. 9.11, 9.12.
§ 9.5. Испытания свай осевой нагрузкой
Испытания свай проводятся для установления их несущей спо-
собности и определения характеристик деформативности основания.
Проектная организация, разрабатывающая или привязывающая
свайный фундамент, осуществляет техническое руководство испыта-
ниями, наблюдения и обработку данных, составляет рабочую про-
грамму испытаний. Этой программой должно быть установлено
количество испытываемых свай, их конструкция и размещение на
плане; особенности производства работ и сроки установки свай;
сроки испытаний и их очередность; описание и чертежи оборудова-
ния загрузочного устройства, оснащения для измерений деформаций
свай и температуры основания; режим загрузки каждой сваи, точ-
ность поддержания нагрузки; перечень регистрируемых данных,
частота снятия отсчетов, форма журнала (табл. 9.31); методика
обработки результатов испытаний.
К программе прикладываются перечни объемов строительно-
монтажных работ и необходимых строительных материалов для
испытаний.
Если в пределах площади застройки здания геологическое строе-
ние площадки неодинаково, то испытания производятся на каждом
характерном участке разреза. Испытанию подвергается 2% от общего
числа одиночных свай, но не менее одной пары свай для каждого
здания или выбранного участка геологического разреза.
Способ установки опытных свай должен отвечать рекомендо-
ванному в проекте свайного фундамента. Устанавливают опытные
сваи в срок, обеспечивающий к началу испытаний их вмерзание и
выравнивание температуры основания.
Испытания производятся статической нагрузкой, задаваемой
последовательно возрастающими ступенями величиной 1/4—1/5 от
расчетной несущей способности сваи ФР, определенной по формуле
(9.23), начиная с 1/2 Фр.
288
На первых ступенях нагрузка выдер-
живается до условного затухания осад-
ки, принимаемого равным 0,2 мм в сут-
ки. Длительность последующих ступеней,
при которых установившаяся скорость
осадки сваи превышает 0,2 мм/сутки, за-
дается одинаковой: в песчаных грун-
тах— равной одним суткам, в глинистых
твердомерзлых — двум, в пластично-мер-
злых — не менее чем трем суткам с усло-
вием стабилизации скорости деформации
на ступени. Испытания заканчиваются,
когда под воздействием очередной ступе-
ни нагрузки возникает прогрессирующее
течение, характеризующееся возраста-
нием скорости осадки сваи. При недоста-
точной мощности загрузочного устрой-
ства или технической невозможности до-
стижения прогрессирующих осадок (ис-
черпание прочности опытной сваи, чрез-
мерная длшелыюсгь испытаний и т. п.)
испытания можно прекратить после 3—
4 ступеней в области незатухающей пол-
зучести (и > 0,2 мм/сутки), по при на-
грузке не менее 2ФР.
В твердомерзлых грунтах при нагруз-
ке, равной 2ФР, осадка сваи может не
выйти из стадии затухающей ползучести
(v > 0,2 мм/сутки). В таких случаях
испытания можно также прекратить и
считать несущую способность сваи
Фоп > 2Фр.
Регистрируется нагрузка по мано-
метрам домкрата, осадки сваи — по ин-
дикаторам. Первый отсчет производится
до загружения сваи. На каждой ступени
отсчеты берутся после того как нагрузка
достигла заданной величины и далее
через интервалы времени, равные 0,25;
0,5; 1; 3; 6; 6 часам.
Рекомендуется одновременно с за-
писью данных в журнале вести построе-
ние графика осадки сваи во времени. Де-
формация вмороженных свай под дей-
ствием осевой нагрузки имеет вид кривых
ползучести, характерных для вечномерз-
лых грунтов (см. § 2 гл. 3). Стадия уста-
новившейся ползучести в пластично-мерз-
лых грунтах растянута во времени и
характеризуется значительно большей
величиной деформации, чем в твердо-
мерзлых. Переход к последней стадии де-
формирования сваи соответствует перво-
му предельному состоянию. Результаты
10 Зак. 190
289
испытаний оцениваются в предположении
о = А&т, (9.39)
где о — условное напряжение, отнесенное к площади боковой по-
верхности сваи кгс/см2; А — переменный во времени обобщен-
ный параметр деформативности, кгс/см2; е — относительная осадка—
осадка S, отнесенная к периметру U; т — безразмерный коэффи-
циент упрочнения.
Зависимость параметра А от времени г.
А = 1т~а, (9.40)
где а < 1 — безразмерный параметр; В — параметр, учитывающий
влияние температуры вечномерзлого грунта, кгс*ча/см2, определяе-
мый формулой (9.41):
t = <0(l +Ucpl), (9.41)
где и — параметр с размерностью кгс-ча/(см2-град*); k— безразмер-
ный параметр; /Ср'—осредненная по длине сваи температура. Обра-
ботка результатов испытаний производится в следующем порядке.
1. Строится кривая ползучести сваи (рис. 9.13), на которой вы-
являются все случайные отклонения из-за отступлений от заданного
режима нагрузки, оценивается влияние изменения температуры и т. п.
По оси ординат откладываются величины е = S/U.
2. Строится график зависимости осадки сваи от нагрузки в
координатах о — е. При этом следует учитывать различную длитель-
ность начальных ступеней, не выходящих из стадии затухающей
ползучести. Построение графика производится по точкам, отстоящим
от начала ступени на промежуток времени, отвечающий длительно-
сти последних ступеней с установившейся скоростью осадки.
3. Кривая «осадка — нагрузка» перестраивается в логарифми-
ческих координатах (рис. 9.14) или вычерчивается график In е — In о,
который может иметь вид прямой или двух пересекающихся прямых.
Точка пересечения этих прямых соответствует логарифму несущей
способности опытной сваи Фоп-
4. По этому же графику определяется входящий в формулы
(9.29, 9.30) безразмерный параметр а = tgcp.
В случаях, когда логарифмический график представляется лома-
ной прямой, параметр а определяется по отрезку, соответствующему
большим нагрузкам.
5. Строится график скорость деформации —• нагрузка, т. е. рео-
логическая кривая (рис. 9.15). Ординатами этой кривой служат ве-
личины установившихся скоростей осадки сваи в конце каждой
ступени нагрузки. Экстраполяция правой части реологической кри-
вой (соответствующей ступеням с незатухающей ползучестью) до
пересечения с осью абсцисс дает значение Фоп.
6. Все части кривой ползучести (рис. 9.13) для каждой ступени
нагрузки вычерчиваются в более крупном масштабе (рис. 9.16). Для
каждой кривой, отвечающей ступени нагрузки, строятся графики
зависимости In Р от 1пт (рис. 9.17), где
।
0 = оа а. (9.42)
290
По этим графикам определяется параметр а и промежуточный пара-
метр £, логарифм которого отсекается прямой на оси ординат. Если
график In р — In т имеет излом, то для расчета осадки свай прини-
а—кривые ползучести но ступеням нагрузки; б —график зависимости ст от в
Рис. 9.14. Зависимость
In 8—ln or
Рис. 9.15. Реологическая кривая опыт-
ной сваи
мается отрезок, соответствующий большей длительности. Безразмер-
ный параметр а определяется по углу наклона а = tgcp к оси 1пт
этого отрезка. Параметр деф^рмативности (9.29) определяется по
формуле
(1 + Рср1)*’
(9.43)
10*
291
Рис. 9.16. Кривые ползучести опытной
сваи на ступенях нагрузки I—VI
Рис. 9.18. Схема опытной
сваи
Рис. 9.17. Графики ln£ —1пт для ступеней нагрузки I—VI
где k принимается по данным специальных испытаний или по ана-
логии с простейшими напряженными состояниями равным 0,9.
Пример. Испытана свая (рис. 9.18) QMT7-30 и = 120 см, уста-
новленная в пробуренную скважину, заполненную песчано-глинистым
раствором. Осредненная по длине сваи температура мерзлого грунта
при испытаниях tcp = —1,3 °C. Кривая ползучести показана на
рис. 9.13. Требуется определить несущую способность ФОп и осадку
сваи за 20 лет. По формуле (9.25) Ф = 1,1(1,2-120-420 + 9,5-30-30) =
= 69 000 кг.
Нагрузка на первой ступени принимается равной 30 тс, на по-
следующих добавляем по 13 тс.
По кривой ползучести определяем, что предельно длительная
несущая способность сваи соответствует нагрузке между третьей и
четвертой ступенями.
Для определения Фоа перестраиваем ее в график 1по — 1ns.
Координаты графика вычисляем в табличной форме:
N, т о, кгс/см2 In а е-102 In 8
30 0,64 -0,45 0,37 -5,6
43 0,92 -0,083 0,62 -5,08
50 1,18 0,166 0,95 -4,72
' 69 1.47 0,385 1,4 -4,38
82 1,73 0,548 1,95 -3,93
95 2,0 0,693 3,27 -3,6
Точка излома графика на рис. 9.14 соответствует 1гш = 0,37 и
а = 1,45 кгс/см2 или Фон = N = 1,45-120-420 = 73 000 кгс.
Построение реологической кривой (рис. 9.20) и экстраполяция
ее до оси N дает Фон = N = 70 000 кгс.
Из трех полученных значений несущей способности сваи выби-
раем меньшее — Ф0П = 70 тс.
Определяем параметры деформативности. По графику (рис. 9.14)
а = tg ф
— 3,81 — (— 4,36) _
----------------~2’75-
После построения графиков (рис. 9.17) производим вычисления
координат кривых In[3 — !пт. Для первой ступени нагрузки (кри-
вая 1) координаты следующие:
а, кгс/см2 In о е In е 1 . — In е а In Р т, ч In х
0,12 -6,73 -2,42 1,97 6 1,79
0,20 -6,21 -2,24 1,79 12 2.48
0,64 -0,45 0,26 -5,95 -2,14 1,69 18 2,89
0,30 -5,80 -2,09 1,64 24 3,18
0,37 -5,60 -2,02 1,57 48 3,87
Аналогично вычисляются коэффициенты кривых II—VI. Значения
1- и а для всех ступеней нагрузки даны в табл. 9.32,
293
Таблица 9.32
Параметры деформативности опытной сваи,
полученные при испытаниях
№ ступени а 5
1
2
3
4
5
5
Среднее значение
0,105
0,075
0,052
0,130
0,180
0,220
0,126
7,1
10,3
12,3
18,0
24,0
22,0
15,6
Параметр со вычисляем по (9.43)
со -----= 7,35 кгс • ч0,126/(см2 • град0,9).
(1 + 1,3) ’
Осадка от нагрузки N — 70/1,2 = 57,5, вычисляется по формуле
(9.29)
с 1О / 57 500 0,126 1 .Л V5
5 20 ( 120*420 * 7,35 * 7) 6,3 СМ‘
§ 9.6. Фундаменты на сильнольдистых
грунтах и подземных льдах
В районах распространения сильнольдистых грунтов и подзем-
ных льдов противотермокарстовая защита площадок производится в
начале строительства, до начала работ по устройству фундаментов.
Подсыпки рекомендуется проектировать сплошными на всей
территории населенного пункта или предприятия, в пределах кото-
рого производится вертикальная планировка. В случаях, когда для
сооружений, образующих небольшую обособленную группу, оказы-
ваются целесообразными локальные подсыпки, соблюдаются следую-
щие требования: а) форма насыпи в плане не должна образовывать
замкнутого контура, из которого невозможен или затруднен сток
поверхностных вод; б) ширина бермы подсыпки назначается с уче-
том необходимых габаритов для работы строительных механизмов,
применяемых для монтажа сооружения, но не менее 2 м; в) зало-
жения откосов подсыпки принимаются для крупнообломочных
грунтов — не менее 1 : 1,5; песков — не менее 1 : 1,75; шлаков и т. п.
материалов — не менее 1 : 2; г) с южной стороны здания, как пра-
вило, предусматривается утепление откоса, для чего могут быть
использованы местные материалы или грунты, содержащие органи-
ческие включения; д) при устройстве подсыпок из хорошо фильтрую-
щих грунтов в полосах стока поверхностных или надмерзлотных вод
предусматриваются меры, исключающие возможность фильтрации
вод через насыпь или ее основание.
В рабочих чертежах должны быть указаны используемый для
насыпи материал, плотность его укладки, подготовка поверхности
природного грунта, время производства работ, последовательность и
способ отсыпки. Вводы инженерных сетей в здания, как правило,
294
проектируются надземными. Подземные вводы сетей устраиваются
как исключение, и только в вентилируемых каналах, при этом долж-
на быть обеспечена возможность немедленного обнаружения и лик-
видации аварии сетей в любое время года. В связи с этим подполья
Проектируются проходными или полупроходными высотой не ме-
нее 1,2 м.
Столбчатые фундаменты могут применяться в любых условиях.
Под подошвами фундаментов предусматривается песчаная подсыпка
толщиной 15—20 см для выравнивания дна котлована. При залегании
под подошвой фундамента массива льда толщина подушки увели-
чивается до четверти ширины подошвы фундамента или более, если
это необходимо для уменьшения деформаций основания.
При проектировании столбчатых фундаментов, закладываемых
в пределах толщины насыпи, учитывается следующее:
если вблизи поверхности грунты сильнольдистые и расчетная
глубина сезонного оттаивания Нт не выходит за пределы подсыпки,
то ее толщину hn и размеры фундамента следует подбирать так, что-
бы была обеспечена несущая способность грунтов на уровне подошвы
в талом состоянии и па уровне природной поверхности в мерзлом
состоянии; величину /щ следует назначать по расчету из указанного
условия, но не менее Нт -|- 0,2 м;
если сильнольдистые грунты с поверхности перекрыты крупно-
обломочными грунтами или песками и можно допустить их частичное
сезонное оттаивание, то /гп определяется из условия ограничения
деформаций фундаментов.
Свайные фундаменты, как правило, применяются свободно по-
гружаемые в скважины, диаметр которых превышает наибольший
размер сваи на величину, назначаемую в зависимости от льдистости
грунтов. При Лв > 0,6 для повышения несущей способности сваи
целесообразно увеличивать диаметр скважины таким образом, чтобы
он превышал диаметр описанной вокруг сечения сваи окружности на
7—15 см, что уточняется расчетом. Увеличение несущей способности
также достигается за счет устройства под торцом сваи грунтовой
подушки толщиной 50 см и более в зависимости от диаметра сваи.
Несущая способность оснований столбчатых фундаментов опре-
деляется расчетом по формуле (9.4) при значениях расчетных дав-
лений, принимаемых по строке 5 табл. 9.1, и сопротивлений /?см —
по табл. 9.3.
Значения коэффициента ам, используемого для вычисления тем-
ператур, принимаются по табл. 9.6 или 9.7, как для грунтов с чис-
лом пластичности /р < 0,05.
При расчете оснований по деформациям осадку уплотнения
допускается не учитывать, а осадку, обусловленную пластично-вяз-
ким течением грунтов, рассчитывать по формуле
5ц = Тр1>ср, (9.44)
где тр — расчетный срок эксплуатации здания (сооружения), год;
иср — скорость осадки, см/год:
м
% = £ <9Л5>
7 = 1
м — количество месяцев в году, в течение которых развиваются
295
деформации ползучести грунтов; Vj — скорость осадки, см в месяц:
р -73о£вЛ;
i = l
(9.46)
п — количество слоев грунта, в пределах которых осредняется сред-
немесячная температура hi — толщина i-ro слоя грунта, см
Рис. 9.19. Расчетная схема к определению осадки
столбчатых фундаментов на сильнольдистых
грунтах
(рис. 9.19); принимается не более 0,4 b (Ь — меньший размер по-
дошвы) ; Ё/ — скорость относительной деформации i-ro слоя грунта в
1/ч при среднемесячной температуре tn:
<9'47>
т|г—коэффициент вязкости i-ro слоя грунта основания, кгс-ч/см2,
определяемый при инженерных изысканиях; Oi — разность верти-
кального и среднего нормальных напряжений в i-ом слое грунта
основания, кгс/см2, определяемая по формуле (9.47); ka — коэффи-
циент, зависящий от вида испытания при определении R3i (при одно-
осном сжатии = 2/3); R3i — предел затухающей ползучести
i-ro слоя грунта основания, кгс/см2, определимый при инженерных
изысканиях. Расчетные напряжения в середине i-ro слоя
7, =0,5 (9.48)
где По г-i, Оо i — напряжения на верхней и нижней границах i-ro
слоя, кгс/см2;
Оо = аоро; (9.49)
296
Cto ‘—безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 9.33 в за-
висимости от рассматриваемой глубины z и размеров подошвы I и
Ь; Ро = р — ре — дополнительное (к природному) вертикальное дав-
ление на грунт под подошвой фундамента, кгс/см2; р — среднее дав-
ление на грунт под подошвой фундамента, кгс/см2; рб—природное
давление в грунте на уровне подошвы фундамента, кгс/см2.
Таблица 9.33
Значения коэффициента а0
Z b ао при 1/Ь
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 3 4 10 и более
0,05 0,09 0,09 0,08 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07
0,1 0,17 0,16 0,15 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12
0,2 0,30 0,28 0,27 0,25 0,25 0,23 0,23 0,23 0,22
0,4 0,38 0,36 0,36 0,36 0,35 0,33 0,33 0,32 0,31
0,6 0,34 0,35 0,36 0,36 0,36 0,34 0,34 0,32 0,32
0.8 0.27 0.29 0,30 0,32 0,32 0,32 0,32 0,31 0,29
1 0,20 0,23 0.25 0,27 0,28 0,28 0,28 0,28 0,26
1.5 0,12 0.13 0,15 0,17 0,18 0,20 0,20 0,21 0,20
2 0,07 0,08 0,09 0,11 0,12 0,15 0,15 0,16 0,16
2,5 0,05 0,06 0,06 0,08 0,09 0,11 0,11 0,12 0,13
3 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,08 0,08 0,10 0,11
3,5 0,03 0,03 0,03 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0,10
4 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,05 0,06 0,09
4,5 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,08
5 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,07
6 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,05
Среднее дополнительное давление на грунт
рять условию
должно удовлетво-
р О ^О^И^Л»
(9.50)
где ka — безразмерный коэффициент, принимаемый по первой строке
табл. 9.34 (при /гп/6 = 0); /?л — предел линейной ползучести, т. е.
наибольшее значение напряжения, при котором сохраняется линей-
ная зависимость скорости установившегося течения от напряжения
на начальном участке реологической кривой, кгс/см2.
Т а б л и ц а 9.34
Значения коэффициента kg
лп/& ka при 1/Ь
1 1,5 2 3 4 10
0 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 3,15
0,5 2,70 2,75 2,80 2,95 3,00 3,15
1 4,80 3,90 3,60 3,55 3,60 3,85
1.5 8,70 6,55 3,55 4,90 4,80 5,05
2 14,1 10,1 8,25 6,75 6,25 6,55
Необходимая для установления значений т) и 7?з среднемесячная
температура сильнольдистого грунта tn определяется по формулам
297
г(9.3) или (9.3а) и (9.36) при значениях ац (табл. 9.35), принимае-
мых в зависимости от времени tj и расстояния hM + ZfCP. При этом
время исчисляется с момента, когда глубина сезонного протаивания
достигает наибольшего значения.
Таблица 9.35
Значения коэффициента
м1
+z, ,
гср
см
0,5
1.5
При /, месяцы
4 5 6 7 8
9 10 11
0
2
3
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0,34
0,62
0,83
0,96
1,03
1,06
1,07
1,06
1,04
1,03
0,30
0,55
0,75
0,90
0,99
1,03
1,05
1,05
1,04
1,03
0,31
0,51
0,70
0,84
0,94
1,00
1,03
1,04
1,04
1,03
0,36
0,50
0,66
0,80
0,90
0,97
1,01
1,03
1,03
11,02
0,46
0,53
0,65
0,77
0,87
0,94
0,99
1,01
1,02
1,02
0,76
0,68
0,70
0,76
0,83
0,90
0,95
0,98
1,00
1,01
1,12
0,91
0,82
0,81
0,84
0,88
0,92
0,95
0,98
1,00
1,45
1.17
1,00
0,91
0,89
0,90
0,91
0,94
0,96
0,98
1,66
1,38
1.17
1,04
0,97
0,94
0,93
0,94
0,9€
0,97
1,69
1,49
1,30
1,16
1,06
1,00
0,97
0,97
0,97
0,97
1,54
1,47
1,35
1,23
1.13
1,06
1,01
0,96
0,98
0,98
Для температура принимается равной 1М [см. формулы (9.3),
(9.3а), (9.36)] на глубине ниже подошвы фундамента на 0,5 Ь.
Рис. 9.20. Расчетная схема к определению осадки
столбчатых фундаментов на подземных льдах
Несущая способность оснований, вмещающих подземный лед,
определяется из условия ограничения передаваемого на лед давле-
ния такой величиной, при которой обеспечивается прочность слоя
грунта между подошвой фундамента и льдом:
(9.51)
298
где т и ka — соответственно коэффициенты условий работы и на-
дежности грунтового основания, принимаемые равными единице;
К — расчетное сопротивление мерзлого грунта нормальному давле-
нию (табл. 9.1) при температуре tM, кгс/см2.
Толщина слоя грунта (природного или насыпного) между по-
дошвой и льдом (рис. 9.20) hn принимается исходя из расчета по
деформациям.
В расчете оснований по деформациям учитывается осадка уплот-
нения и осадка пластично-вязкого течения льда. Осадка уплотнения
определяется по формуле, аналогичной (9.16), в которой значение
atpi заменяется относительным сжатием слоев льда
"iacp iP
Ра + ^ + асрХ
(9.52)
где п, — пористость z-го слоя льда; р— среднее давление под подош-
вой фундамента, кгс/см2; рп — атмосферное давление, принимаемое
равным I кгс/см2; а,|1( безразмерный коэффициент, определяющий
величину среднего напряжения, принимается по табл. 9.36 в зависи-
мое in от l/Ь и г/, ,, (рис. 9.20).
Скорость осадки фундамента, обусловленная пластично-вязким
течением льда, см/год
’ср = «80р./,К, 2 (Ш/ - (kt , + kt:(9.53)
i = l
где ро — то же, что и в формуле (9.49); b — ширина подошвы фун-
дамента, см; —параметр, зависящий от структуры льда, опреде-
ляемый при инженерных изысканиях, см2-град/кгс-ч; п — количество
слоев, в пределах которых осредняется температура льда (толщина
слоя принимается не более 0,4 6); (о, и Wi-i — безразмерные коэф-
фициенты, принимаются по графику (рис. 9.21) в зависимости от
Zi/b и Zi-\lb\ kt, г и kt, i-i — коэффициенты, 1/°С, учитывающие
изменение температуры в течение года, принимаются по графику
(рис. 9.22) в зависимости от температуры — ta.3) и расстояний
Zt И Zi-t.
При заглублении фундамента в вечномерзлый грунт Ам #= 1 м
(рис. 9.20) значения kt, приведенные на рис. 9,22, необходимо опре-
делять при 2ус л — z + (ftM — 1).
Среднее дополнительное давление р0 должно удовлетворять
условию (9.50), при этом значение ka определяется по табл. 9.34 в
зависимости от Лп и размеров подошвы I и Ь. Предел линейной пол-
зучести льда Ил определяется при температуре, равной tM на уровне
кровли льда.
Несущая способность свайных фундаментов может определяться
по результатам их испытаний, как указано в § 9.5, или по значениям
расчетных сопротивлений грунтов. В последнем случае за несущую
способность принимается наименьшее из двух значений, получаемых
в зависимости от сопротивления сдвигу сваи по поверхности ее кон-
такта с грунтовым раствором Фсв и сопротивления сдвигу сваи
вместе с примерзшим к ней грунтовым раствором по поверхности
контакта с грунтом природного сложения ФСКв.
299
Значение ФСв определяется по формуле (9.23) или (9.25) при
расчетных сопротивлениях сдвигу при смерзании ^см (табл. 9.3) и
нормальному давлению 7? (табл. 9.2), при этом 7? принимается с уче-
том опирания сваи на грунтовую подушку или на природный грунт.
Температуры tM и tz (или ta) рассчитываются по формуле (9.3) или
Рис. 9.21. График для опреде-
ления коэффициента со
Рис. 9.22. График для опреде-
ления коэффициента kt
(9.3а) и (9.36) при коэффициентах а, принимаемых по табл. 9.6 и
9.7, как для грунтов с числом пластичности /р < 0,05.
Фскв — 1 У*, [(1 — Abt) 7?сд/ + -Яш^сдгл] Рсдл + РРСКВ г > (9.54)
< i = i )
где т — то же, что и в формуле (9.23); п — количество слоев, на ко-
торое разделяется основание в расчетной схеме; ЛВг—льдистость за
счет включений льда в t-ом слое; 7?Сдг, 7?сд<л—соответственно со-
противление сдвигу, кгс/см2, по контакту грунтового раствора с при-
родным грунтом (табл. 9.5) и подземным льдом при температуре tz',
Температура льда, °C -1 — 1,5 —2 —2,5 -3 —4 —6 -10
7?сд.л, кгс/см2 0,20 0,30 0,35 0,45 0,50 0,65 0,70 1,30
Рсдл — площадь поверхности сдвига в t-ом слое, определяемая как
периметр скважины, умноженный на толщину этого слоя, см2; R —
300
расчетное сопротивление грунта нормальному давлению под торцом
сваи, кгс/см2 (табл. 9.3); FCKb — площадь поперечного сечения сква-
жины, см2.
Когда под торцом сваи устраивается грунтовая подушка, значе-
ние R принимается в зависимости от материала этой подушки. При
этом входящая вторым слагаемым в формулу (9.54) несущая способ-
ность торца сваи принимается не более несущей способности подуш-
ки, которая рассчитывается по формуле (9.54), как для сваи, диаметр
которой равен диаметру скважины, а длина — толщине подушки.
Значения температур в серединах слоев tz вычисляются по фор-
муле (9.3) при параметрах а, определяемых по табл. 9.35 в зависи-
мости от расстояния до середины слоев, измеряемого от верхней
поверхности вечномерзлых грунтов, и времени, соответствующего
минимальной несущей способности сваи в течение года, которое при
заглублении сваи в вечномерзлый грунт на 2 м принимается равным
0,5 месяца, на 4 м — 1 месяц, на 8 м — 1,5 месяца, на 10 м — 2 ме-
сяца.
Таблица 9.36
Значения коэффициента аср z
г1 ср аср i при ЦЬ
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 3 4 10
0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,2 0,66 0,68 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76
0,4 0,42 0,45 0,47 0,49 0,51 0,52 0,55 0,56 0,57
0,6 0,27 0,30 0,32 0,34 0,36 0,37 0,41 0,42 0,44
0,8 0,18 0,21 0,23 0,24 0,26 0,27 0,31 0,33 0,35
1 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,21 0,24 0,26 0,29
1,5 0,06 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,14 0,16 0,20
2 0,04 0,04 0,05 0,06 0,07 0,10 0,11 0,11 0,15
2,5 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,05 0,06 0,08 0,11
3 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,05 0,06 0,09
4 0.01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,06
5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,05
6 0 0 0 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03
Свайное основание по деформациям рассчитывается по резуль-
татам полевых испытаний.
На основаниях, вмещающих массивы подземного льда, нагрузка
на сваи назначается только по результатам полевых испытаний. Для
определения величины нагрузки при этих испытаниях, а также для
сравнения вариантов свайных и столбчатых фундаментов на предва-
рительной стадии проектирования можно использовать формулу
(9.54), при этом в пределах прорезаемых сваей слоев подземного
льда принимается Лв = 1, а значения R— при условии устройства
грунтовых подушек под торцами свай берутся следующие:
Температура, °C — 1 -1,5 -2 -2,5 -3 —4 -6 -10
R, кгс/см2 . . 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 5,5
301
§ 9.7. Особенности проектирования
фундаментов на засоленных мерзлых грунтах
Засоленность грунта распределяется неравномерно по глубине:
в поверхностном слое она составляет 0,2—0,4%, далее на глубине
3—5 м увеличивается в Якутске до 0,6%, на прибрежных арктиче-
ских территориях до 1,5% от веса сухой навески грунта. В составе
солей преобладают катионы натрия, магния и кальция.
При проектировании оснований фундаментов следует учитывать
засоленность вечномерзлых грунтов, если величина последней пре-
вышает следующие значения, %:
для песков пылеватых..........................0,05
для песков мелких, средних, крупных и граве-
листых .....................................0,1
для супесей и суглинков.......................0,2
для глин......................................0,25
Температура замерзания засоленных грунтов всегда ниже нуля
и зависит главным образом от влажности грунта, величины его за- .
соленности и состава солей. Она определяется опытным путем
(табл. 9.37).
Таблица 9.37
Сводные данные о температуре замерзания
засоленных грунтов нарушенной структуры
(по опытам в Амдерме и Якутске)
Засолен- ность грунта, % Величина температуры замерзания, °C при влажности грунта, %
15 20 25 30 35 40 45
До 0 25 -0,6 ' -0,4 * -0,2 *
0,40 -2,0 - Т.4 ' -1.2 -0,9 -0,8
0,50 - 1,0 * -0,8 * -0,5 * -0,3 *
0,55 -2,6 -1,8 -1,5 -1,2 -1,0
0,80 -2,1 * -1,6 • -1,1 * -0,7 *
0,85 -3,5 -2,8 -2,3 -1,8 -1,4
1,10 -2,8 -2,2 * -1,7 * -1,2*
1,20 -4,8 -3,6 -3,1 -2,6 -2,0
1,50 -4,0 * -3,2 * -2,6 * -2,0
* Данные амдерминской лаборатории.
При отсутствии опытных данных для грунтов, в составе которых
преобладают хлориды, сульфаты и бикарбонаты, допускается темпе-
ратуру замерзания принимать по табл. 9.38 в зависимости от кон-
центрации порового раствора.
Нормативные сопротивления засоленных вечномерзлых грунтов
нормальному давлению /?н находят по результатам опытных опреде-
лений в лабораторных условиях или по формулам:
при одноосном сжатии
= 2,85а”ж+ ?н;
(9.55)
302
Таблица 9.38
Температура начала замерзания засоленного грунта
Наименование грунта Температура замерзания, °C при концентрации порового раствора
0,005 0,01 0,02 0,03 0,04
Пески, включая пылеватые -0,6 -0,8 -1,6 -2,2 -2,8
Супеси при Wc/Wp> 1,5 -0,6 -0,9 -1,7 -2,3 -2,9
Суглинки и глины при 1Гс/1Гр>2 -0,6 -1,1 -1.8 -2,5 -3,2
при вдавливании шарикового штампа
/?н = 5,7с”кв + <7Н,
(9.56)
где Оож — нормативное значение предельно-длительного сопротивле-
ния мерзлого грунта сжатию, кгс/см2; q"— пригрузка, равная
(здесь у" ““ нормативное значение объемного веса грунта, кгс/см2;
// — глубина заложения фундамента, см); с"кв — нормативное зна-
чение предельно-длительного эквивалентного сцепления мерзлого
грунта, кгс/см2.
Таблица 9.39
Расчетные сопротивления засоленных мерзлых грунтов
нормальному давлению R
Наименование грунта Засолен- ность грунта, % 7?, кгс/см2 при температуре грунта, °C
-J — 2 -3 -4
Пески пылеватые 0,05 6,0 13,0 16,0 18,0
0,10 3,0 5,0 9,0 13,0
0,20 * 2,5 5,5 6,5
0,50 * 1,5 2,0 3,0
Пески мелкие и 0,10 8,0 12,0 14,0 17,0
средние 0,20 4,0 8,0 11,0 14,0
0,50 4,0 6,0 8,0
0,75 * ♦ 3,5 4,5
Супеси 0,20 5,0 7,5 13,0 15,0
0,50 ♦ 4,0 7,0 9,0
0,75 ♦ 2,0 3,0
Суглинки 0,20 4,5 6,5 10,0 12,0
0,50 2,5 3,5 6,5 9,5
1,00 1,5 2,2 3,0 5.0
Глины 0,25 4,5 6,5 10,0 12,0
0,50 2,5 3,5 6,5 9,5
1,00 1,5 2,2 3,0 5,0
* Грунты могут находиться в не мерзлом состоянии.
Примечание. Значения для мелких и средних песков справедливы
При влажности В7с=0,20—0,25; при влажности №(. = 0,30—0,35 они могут быть
повышены на 30%, но при этом 7? не должны превышать значений, указанных
в табл. 9.1 или 9.2. Если влажность песков находится в пределах 0,25 —0,30, то
значения 7? следует определять интерполяцией.
303
Расчетные сопротивления определяются путем деления норма-
тивных на коэффициент безопасности по грунту, определяемый по
методике прилож. 1 к СНиП П-15—74.
При отсутствии опытных данных значения расчетных сопротив-
лений вечномерзлых засоленных грунтов нормальному давлению
допускается принимать по табл. 9.39, если в составе водораствори-
мых солей грунтов преобладают хлориды, сульфаты и бикарбонаты.
Нормативные сопротивления мерзлых засоленных грунтов сдвигу
по боковой поверхности смерзания определяются в лаборатор-
ных условиях на специальных срезных приборах. При отсутствии
опытных определений значения 7?Сд можно принимать по табл. 9.40.
Таблица 9.40
Расчетные сопротивления мерзлых засоленных грунтов
сдвигу по боковой поверхности смерзания /?см
с бетонными и деревянными поверхностями
Наименование грунта Засолен- ность грунта, % /?см, кгс/см2 при температуре грунта, °C
-1 — 2 -3 -4
Пески пылеватые 0,05 0,7 -1,2 1,7 2,4
0,10 0,4 0,8 1,2 1,5
0,20 —— 0,4 0,6 0,8
0,5 — — 0,2 0,4
Пески мелкие и 0,10 0,8 1,5 2,0 2,5
средние 0,20 0,6 1,2 1,8 2,3
0,50 — 0,6 0.8 1,3
0,75 —— — 0,4 0,6
Супесь, суглинок, глина 0,20 0,7 1,1 1,4 1,7
Расчет свайных и столбчатых фундаментов на засоленных мерз-
лых грунтах по несущей способности выполняется по формулам
§ 9.3 и 9.4 с подстановкой значений R, RCM и %Сц, определенных с
учетом засоленности грунта.
Влажность грунта определяется с учетом его засоленности, а
объемный вес скелета — как вес минеральных частиц, включая вес
солей.
Теплофизические характеристики засоленных грунтов опреде-
ляются с учетом повышенного содержания незамерзшей воды при
отрицательной температуре.
Если засоленность вечномерзлых грунтов меняется по глубине,
то при определении несущей способности свай, погружаемых в пред-
варительно пробуренные скважины или с пропариванием грунта, сле-
дует принимать средневзвешенное значение засоленности.
Если сваи погружаются в скважины с известково-песчаным
раствором, то несущую способность основания следует определять
как наименьшее из двух значений сопротивлений сдвигу;
по боковой поверхности сваи при 7?см, принимаемом, как для
незасоленных грунтов, по табл. 9.3;
по боковой поверхности скважины при 7?См, принимаемом, как
для засоленных грунтов, с дополнительным коэффициентом условий
работы, равным 1.2.
304
При проектировании оснований и фундаментов на засоленных
вечномерзлых грунтах следует также учитывать (особенно в преде-
лах зоны оттаивания грунта) агрессивное воздействие водораство-
римых солей на материал фундаментов и других подземных частей
зданий, предусматривая меры антикоррозионной защиты. При агрес-
сивной среде применение забивного или бурозабивного способа по-
гружения свай не допускается.
§ 9.8. Пример расчета фундаментов здания
Мерзлотно-грунтовые условия. Площадка находится в районе
Нового Порта. Грунты представлены суглинками со следующими
характеристиками: объемный вес у = 1800 кгс/м3; суммарная влаж-
ность Wc = 0,3; влажность на границе раскатывания 1ГР = 0,19;
показатель консистенции Ji = 0,7; модуль деформации грунтов слоя
сезонного протаивания Ео = 23 кгс/см2.
Температура грунта на глубине 10 м to = —3,5 °C. Максималь-
ная глубина сезонного протаивания грунта, определенная при изыска-
ниях на очищенной весной от снега площадке без растительного и
торфяного покрова при природной влажности грунтов, Нц.нз — 1,4 м.
Проектные данные. Основные размеры здания показаны па
рис. 9.23. Подполье запроектировано из условия t'a = t0. Нагрузки
на уровне верха фундаментов приведены в табл. 9.41 (римские цифры
на плане фундаментов соответствуют номеру нагрузки).
Таблица 9.41
Нагрузки на фундаменты
Нагрузки на фундаменты, кге
Вид нагрузки
I II III IV V VI VII VIII IX X
Вертикаль-
ная полная
То же, по-
стоянная *
Вертикаль-
ная выдерги-
вающая (от
действия вет-
ра) *
Горизон-
тальная от
действия ветра
в поперечном
направлении
То же, в про-
дольном на-
правлении
44’000 66 000 61 000
34 500 49 000 45 000
-950 - 1 700 - 1 500
71 000
56 500
-1 550
40 000
29 500
-200
54 000
39 000
-350
51 000 68 000 67 000 76 000
37 000 52 000 50 000 59 000
-300 -300 -300 -300
380
ПО
680 600
620 380
680 600 620 620
620
110 ПО
ПО 100
100 100 100 100
100
* Значения постоянных и выдергивающих нагрузок даиы без учета коэф-
фициентов перегрузки.
Расчетная глубина сезонного протаивания грунтов. Норматив-
ная глубина сезонного протаивания определена с использованием
305
формулы (7.10) равной 1,5 м; расчетная глубина сезонного протаи-
вания по формуле (7.13) для фундаментов под наружные стены
Ят = mtH^ = 1,0 • 1,5 = 1,5 м; под внутренние стены = 0,8-1,5 =
I 5.40
Рис. 9.23. Схема здания
Вариант столбчатых фундаментов. Проектом предусматриваются
сборные железобетонные фундаменты с подошвами, квадратными в
плане, и обратная засыпка пазух котлованов с уплотнением и промо-
раживанием засыпаемого грунта. Сечение стоек принято 30 X 30 см.
Минимальная глубина заложения фундаментов согласно указа-
ниям § 9.3 составит для фундаментов под наружные стены Н =
= Нт 4- 1,0 = 1,5 4- 1,0 = 2,5 м; то же, под внутренние — И =»
= 1,2 4- 1,0 = 2,2 м. Назначаем глубину заложения всех фундамен-
тов Н — 2,5 м.
306
Устанавливаем величины, входящие в формулы, по которым опре-
N
деляется несущая способность основания. Расчеты показали, что -тт—
Д' I
незначительно отличается от единицы, поэтому согласно табл. 9.9
т = 1,2 и пояснению к формуле (9.1) &н = 1,2. Задаемся высотой
нижней ступени башмака йб = 0,3 м. Для определения 7?см и А* не-
обходимо предварительно определить значения расчетных темпера-
тур по формуле (9.3). Коэффициенты а, входящие в эту формулу,
находятся по табл. 9.6. Величины R и /?См определяются по
табл. 9.1 и 9.3.
Вычисления сведены в таблицу, в которой значения величин
(Zm-cm и /м.См приведены для глубины йм---— .
Фундаменты / _£м V Км ’ _1_ -1 2 М -Г йм’ м . Лб 2 * м ам *м’ °C R, кгс/см2 ам. см ^м. см °C /?РМ> кгс/см2
Под наруж- ные стены 19,0 1 0,85 0,31 -1,09 5,7 0,27 -0,94 0,95
Под внутрен- ние стены 19,0 1,3 1,15 0,40 -1,40 6,3 0,36 -1,26 1,16
Предварительные размеры площади подошвы фундамента при-
мем исходя из расчета основания без учета смерзания грунта с бо-
ковой поверхностью башмака. Из формулы (9.4)
~ (т//гн) R — пусрЯ ’
В расчетах принято п — 1,2; уСр = 2000 кгс/м3.
Результаты расчетов по этой формуле сведены в таблицу.
Вычисляемые величины Значения величин для фундаментов
I II III IV V VI VII VIII IX X
Требуемая площадь подошвы, м2 0,86 1,29 1,20 1,39 0,78 0,95 0,90 1,19 1,18 1,33
Требуемая сторона по- дошвы, м 0,93 1,14 1,10 1,18 0,88 0,97 0,95 1,09 1,09 1,15
То же, принятая, м 1,0 1,2 1,2 1,2 1,0 1.0 1,0 1,2 1,2 1,2
Из таблицы следует, что можно ограничиться двумя типами
фундаментов: Ф-1 (6 = 1,0 м) и Ф-П (6 = 1,2 м). Принятые раз-
меры подошв фундаментов проверяем расчетом основания на вне-
центренную нагрузку. Горизонтальная составляющая ветровой на-
грузки Рв вызывает момент М' = PB[ha + //), где ha — 0,7 м — вы-
сота подполья от поверхности грунта до низа фундаментных
307
балок. Вертикальная нагрузка вызывает момент только в продольном
направлении здания М"р = Ne, где е — допускаемое смещение
фундамента в плане, равное 0,1 м (табл. 6 СНиП Ш-В.З—62*).
Полный момент М — /Ипр + Af'p (в продольном направлении) и
М = Мпоп (в поперечном направлении). Реактивный момент осно-
вания, обусловленный смерзанием вечномерзлого грунта с боковыми
гранями башмака AfCM, определен по формуле (9.6а). Вычисленные
значения моментов м'оп, Л4пр, Af„p и Мсм даны в таблице. Из
Вычисляемый момент, тем Значения моментов для фундаментов
I II III IV V VI VII VIII IX X
^ПОП 1,22 2,18 1,92 1,98 1,22 2,18 1,92 1,98 1,98 1,98
<р 0,35 0,35 0,35 0,35 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32
йпп 4,4 6,6 6,1 6,1 4,0 5,4 5,1 6,8 6,7 7,6
^СМ 3,42 4,92 4,92 4,92 3,42 4,18 4,18 6,02 6,02 6,02
таблицы видно, что Мпр = М пр + М"р > AfCM, следовательно, не-
обходимо определить несущую способность внецентренно нагружен-
ного основания по формуле (9.7). При этом эксцентриситет равнодей-
ствующей нагрузки на уровне подошвы фундамента в продольном
МПр Л1см
направлении определяем по формуле епр = —------------• Указанные
вычисления сведены в следующую таблицу.
Вычисляемые величины Значения вычисляемых величин для фундаментов
I 11 III IV V VI VII VIII IX X
^пр—-^см’ тсм 1,33 2,03 1,53 2,53 0,90 1,54 1,24 1,1 1,0 1,9
епр, см 2,66 2,72 2,2 3,18 1,96 2,57 2,18 1,44 1,32 2,24
Ф V’ тс кн 55,8 80,8 81,1 80,5 56,3 61,7 62,0 90.3 90,4 89,6
Так как N + G < Ф/ku, то прочность основания обеспечена и
принятые размеры подошв остаются без изменения.
Устойчивость фундаментов при действии сил пучения проверяем
по формуле (9.11) для наименее нагруженного фундамента V. При
этом ветровую выдергивающую нагрузку, ввиду ее малости, не учи-
тываем. По табл. 9.10 при Нт = 1,4 м Твып = 1,22 кгс/см2; F =
= 120-140 = 16 800 см2.
Нагрузка N = 0,9- (29 500 + 2000-1-2,5) « 31 000 кгс.
Так как N > тВып^ = 1,22-16 800 ~ 20 500 кгс, то продолжать да-
лее расчет по формуле (9.11) нет необходимости.
308
Устанавливаем нагрузки для расчета железобетонных фундамен-
тов. Касательная нагрузка к боковой поверхности башмака, линейно
распределенная по периметру:
для фундаментов под наружные стены дСм = пКсмЬб =
= 1,3-0,95-30 = 37 кгс/см;
для фундаментов под внутренние стены qCm = 1,3-1,16-30 =
= 45,2 кгс/см.
Распределенную по подошве нагрузку определяем для наиболее
нагруженных фундаментов IV, VI и X, предварительно вычислив по
формуле (9.10) значения эксцентриситетов:
_ (7,45— 1,2-4,92)-105 _
e!V 7 1 000+ 1,2 - 2000 - 2,5-1,22 ’ b СМ’
Piv
N + G
~Tb
71 000 + 1,2 • 2000 • 2,5 • 1,22
1202
X
X (1 + 65,53(1 ±0,10), кгс/см2.
Аналогично вычисляются значения evi, ex, pvi, рх.
Фундамент по первой группе предельных состояний на нагрузке
7см, Р и G рассчитывается в соответствии с указаниями СНиП «Бе-
тонные и железобетонные конструкции». Аналогично определяются
нагрузки при расчете фундамента по второй группе предельных со-
стояний, при этом коэффициенты перегрузки принимаются равными
единице.
Свайный вариант. Проектом предусматриваются железобетонные
сваи 30 X 30 см по серии 1.011-ЗМ. В соответствии с рекомендациями
табл. 9.13 примем, что сваи устанавливаются в предварительно про-
буренные скважины, заполняемые глинисто-песчаным раствором.
Определяем допустимые нагрузки на сваи Ф11гп из условия их
несущей способности по грунту, пользуясь формулой (9.25) при
m = 1,1 и kn = 1,2.
Расчетные температуры tz и t3, необходимые для определения R
и /?см.э (табл. 9.2 и 9.3), определяются по формуле (9.3). Величины
аг и аэ находятся по табл. 9.6. Вычисления выполнены в таблице.
Предварительно приняты длины свай /Св = 5 и 6 м.
см
F,
см2
Л„,
м
см
F ,
1 см’
см2
/э. °C
/2, °C
•^см. э>
кгс/см2
R,
кгс/см2
^см. эх
XfCM’
тс
RF,
тс
Для свай под наружные стены
600 I 9001 2801 3,36-104| 0,47| 0,83| -1,641 -2,9 1 1,36 I 12,8 I 45,7 111,51 52,5
800 900 380 4,56-104 0,55 0,95 -1,92 -3,33 1,47 13,8 67 12,4 72,7
Для свай под внутренние стены
500 1 9001 3101 3,72-104| 0.491 0,861 -1,711 -3,011 1,38 I 13 I 51,3 111,71 57,7
6Ю 900 410 4,92-Ю4 0,56 0,97 -1,96 -3,4 1,48 13,9 72,9 12,5 78,2
309
Определяем типы свай на основании сравнения нагрузки
(V = М + G) с несущей способностью основания. С учетом табл. 9.14
получаем:
Номер фундамента I, V, VI, VII II, III, IV, VIII, IX, X
Тип сваи .... СМТ 5-30 СМТ 6-30
Армирование свай — 4ф1бА-П, бетон марки 200.
Проверяем устойчивость свай при действии сил пучения.
Расчет первого варианта фундаментов показал, что их устойчи-
вость обеспечивается со значительным запасом за счет постоянной
нагрузки, поэтому надобность в дальнейшем расчете отпадает.
Определяем усилия от горизонтальной нагрузки и момента в
наиболее нагруженных сваях X и IV. Вертикальная нагрузка вызы-
вает момент только в продольном направлении м"р = Ne, где е —
допускаемое смещение сваи в плане; при отсутствии монолитного
ростверка в продольном направлении следует принять е — 0,03 м
(п. 7.5 СНиП Ш-Б.6—62*).
Для сваи X Л1др == 76000 • 3 — 228000 кгс • см.
Усилия определяем по расчетной схеме I (рис. 9.7).
Нагрузки, приведенные к уровню поверхности грунта:
в поперечном направлении— Р = 620 кгс и М = PD. aouha ==
= 620-70 = 43 400 кгс-см; в продольном — Р — 100 кгс и Л1 =
= Ръ прЛп + М" = 100.70 + 228000 = 235000 кгс-см. Расчетная
длина сваи X в процессе сезонного протаивания с учетом формулы
(9.32) находится в пределах: Kid I + Kid — 1,5-V302 + 302
< I < 120 + 1,5 л/302 + 302; 64 < I < 184 см.
Приведенную длину сваи L определяем по формуле (9.33) в
предположении отсутствия трещин в растянутой зоне. Жесткость
сваи в поперечном направлении вычисляем с учетом кратковремен-
ного действия нагрузки1 EJ = 0,85£б/п = 0,85-1,8-105-7,9- 104^12,1Х
X Ю9 кгс/см2, где момент инерции приведенного сечения
'«“-f +1 =+х») <°-5А -0)2=
= 30 X 30* + З.оао6 .8 04 (0,5 X30 - 4)! 7,9 • 10’ си’;
то же в продольном направлении, учитывая, что момент от постоян-
ной и длительно действующих нагрузок незначительно отличается от
полного:
Е1 _ MW. _ 0.85-1.8.10’.7,9.10’ 10,
с 2
где с — коэффициент, учитывающий увеличение деформаций вслед-
ствие длительной ползучести бетона.
1 Справочник инженера-конструктора жилых и общественных
зданий. Под ред. О. А. Дыховичного. М., Стройиздат, 1975.
310
В поперечном направлении
4 ____ 4 _______________
. / EJ / 12,1-109
£ = гА/ еГ = 1'4А/ ~ 23 = 212»''
В продольном направлении
£ = 1,4 а/-Ц^- = 178 см.
\/ Ло
Расчетный параметр по формуле (9.31) в поперечном направле-
нии 0,30 а 0,87; в продольном направлении — 0,36 а 1,03.
По формулам схемы I для а 0,5 вычисляются максимальные
усилия для расчета свай по прочности.
„ „ п,п „ М 43 400
По табл. 9.19 для полученных значении а и при -ду- = ХпапТо =
л Lt * £ 1
М 235000
=0,33 — в поперечном направлении и DT — —гхй—
rL 1UU *1/0
в продольном направлении находим значения Мр. макс и _Мм. макс.
В поперечном направлении при а = 0,87 AfMaltc = P£Afp,MaKc +
+ Л4Л1М. макс = 620-212-0,67 + 43 400-0,70 = 118 000 кгс-см. В про-
дольном направлении при а = 1,03 Ммакс = Ю0-178-0,10 4-
+ 235 000-1,0 ~237000 кгс-см. Аналогичные расчеты для сваи IV
показали, что значения максимальных моментов незначительно от-
личаются от вычисленных.
Проверяем сваи по прочности и раскрытию трещин по графику
(рис. 9.11). Точка на этом графике с координатами N = 76,0 тс и
М = 2,37 тем находится ниже соответствующей кривой, следова-
тельно, принятые сваи удовлетворяют требованиям.
Глава 10
ФУНДАМЕНТЫ НА ОТТАИВАЮЩИХ ОСНОВАНИЯХ
§ 10.1. Общие особенности проектирования
Проектные решения фундаментов выбираются с учетом величин
ожидаемых деформаций основания. Абсолютная величина осадки
определяет проектные отметки полов, устраиваемых по грунту, верх-
них обрезов фундаментов, внутренних размеров и других элементов
геометрического решения сооружения, отвечающего эксплуатацион-
ным требованиям.
Неравномерная осадка может привести к недопустимому нару-
шению относительных отметок взаимосвязанных технологических
устройств, изменению уклонов рельсовых путей, промышленных про-
водок и др. Помимо этого неравномерные осадки вызывают допол-
нительные усилия в статически неопределимых конструкциях соору-
жений, нарушают плотность сопряжений элементов ограждающих
конструкций, трубопроводов и других устройств.
Если ожидаемые деформации меньше предельных, указанных в
табл. 18 СНиП II-I5—74, то проектирование конструкций нулевого
цикла не представляет затруднений. К таким случаям относятся
основания, сложенные скальными породами.
Нескальные же грунты обычно при оттаивании отличаются зна-
чительной сжимаемостью, осадки развиваются неравномерно вслед-
ствие неоднородного сложения грунтов и различной скорости протаи-
вания основания. Задача проектирования заключается в том, чтобы,
с одной стороны, свести к минимуму неравномерность деформаций
основания, а с другой — приспособить к ним конструкции соору-
жения.
Ограничение деформаций и их неравномерности достигается
предпостроечным оттаиванием и уплотнением грунтов, частичной
заменой природных просадочных грунтов карьерным материалом,
повышением глубины заложения фундаментов и регулированием
зоны оттаивания за счет соответствующего объемно-пространствен-
ного решения сооружения, применения термоизоляции или устройств
для отвода тепла. Глубина, в пределах которой необходимо улуч-
шить строительные свойства основания, определяется расчетом по
деформациям. Оттаивание основания отапливаемого здания нерав-
номерно: под краем здания, особенно под его углами, оно запазды-
вает по сравнению с оттаиванием под серединой здания. Эта нерав-
номерность может быть оценена расчетом. Однако действительный
ход оттаивания основания часто отличается от расчетного вследствие
его неоднородности, различных условий теплообмена на поверхности,
местных не учитываемых в расчете источников тепловыделений, и
особенно большое влияние на неравномерность оттаивания оказы-
вают грунтовые воды, переносящие тепло на большие расстояния.
312
Следует принимать меры для предупреждения утечек производ-
ственных и хозяйственных вод. Кроме того, должен быть организо-
ван сток поверхностных вод. Инфильтрация воды в грунт приводит
к ускорению протаивания, так как резко повышается градиент тем-
пературы, определяющий тепловой поток к фронту оттаивания.
Вводы подземных инженерных сетей не должны служить дрена-
жами, подводящими воду к основанию, и вызывать местного
перегрева грунтов.
Влияние местных источников тепловыделений на неравномер-
ность протаивания может быть ослаблено устройствами для отвода
тепла. Некоторые применявшиеся приемы регулирования глубины и
формы границы протаивания приведены на рис. 10.1.
Замена грунтов под фундаментами применяется тогда, когда
сильно сжимаемые при оттаивании грунты находятся на небольшой
глубине от поверхности, примерно до 4 м. Этот прием может ока-
заться экономически оправданным для сооружений с большими на-
грузками на полы. Кроме того, непучинистый карьерный грунт по-
зволяет закладывать фундаменты на значительно меньшую глубину,
чем это требуется по табл. 15 СНиП И-15—74. Условия применения
предпостроечного протаивания рассмотрены в гл. 7.
Приспособление зданий к неравномерным осадкам производится
по жесткой или гибкой схемам. Во всех случаях стремятся к проек-
тированию зданий простой геометрической формы в плане без пере-
ломов осей стен. При жесткой схеме возникают дополнительные уси-
лия в конструкциях, на которые они должны быть рассчитаны.
В этом случае применяются преимущественно фундаменты в
виде лент или плит. При гибкой схеме сооружения дополнительные
усилия, вызываемые неравномерными осадками, незначительны или
не возникают совсем. Такие схемы используются для сооружений
промышленного типа. Взамен рамных статически неопределимых
систем применяются статически определимые, что достигается устрой-
ством конструктивных шарниров, или же предусматривается воз-
можность образования безопасных пластических шарниров. В случаях
ожидаемых значительных осадок предусматриваются устройства, по-
зволяющие выравнивать отметки оборудования. Фундаменты в этом
случае проектируются столбчатые.
После того как установлена конструктивная схема сооружения
и определена необходимость предпостроечного улучшения строи-
тельных свойств грунтов основания, фундаменты на нескальных
грунтах проектируются примерно в следующем порядке.
Уточняются глубина заложения и размеры фундамента. Если в
пределах глубины сезонного промерзания грунты пучинистые, то при
необходимости выбираются меры противопучинной защиты фунда-
ментов, например устройство подушек и т. п. Размеры подошв фун-
даментов определяются без учета перераспределения нагрузки над-
фундаментной конструкцией вследствие неравномерных осадок
основания. При этом давление на подошву фундамента не должно
превосходить расчетного давления, определяемого формулой (17)
СНиП 11-15—74, в которой значения удельного сцепления и угла
внутреннего трения принимаются по данным инженерных изыска-
ний для грунта в оттаявшем состоянии. Для заторфованных
и водонасыщенных глинистых грунтов при степени влажности
6^0,85 и коэффициенте консолидации 1-Ю7 см2/год основание
дрлжно быть проверено по несущей способности с учетом возникно-
313
вения нестабилизированного состояния из-за уменьшения касатель-
ных напряжений по площадкам скольжения за счет образования
избыточного давления в поровой воде (см. указания п. 3.76 и 3.80
СНиП 11-15—74).
Рис. 10.1. Регулирование границы протаивания под
фундаментами
а—уменьшение ширины здания и расположение источников
повышенных тепловыделений во 2-ом этаже; б—устройство
подполий; в—устройство отапливаемых каналов; г—смеще-
ние фундаментов; д—усиление термоизоляции; е—укладка
обогревающих труб; ж — устройство вентилируемых шанцев;
1 — граница протаивания; 2 — то же, без мероприятий по ее
регулированию; 3—термоизоляция; 4 — зона тяжелых нагру-
зок; 5—то же, легких; 6—трубы горячей воды; 7—шанцы;
8 — отапливаемые каналы
Уточняется глубина протаивания под фундаментами (§ 7.3).
Определяются деформации основания, указанные в п. 3.46
СНиП П-15—74, без учета их перераспределения надфундаментной
конструкцией. Если деформации превосходят приведенные в п. 3.67
и табл. 18 указанного СНиПа, то рассчитываются совместные дефор-
мации основания и здания с определением усилий в конструкциях.
314
§ 10.2. Расчет деформаций оснований
Осадки оттаивающих грунтов рассчитываются с учетом следую-
щих особенностей:
относительное сжатие грунтов оценивается двумя коэффициен-
тами: оттаивания А и сжимаемости а;
уплотняющее давление определяется с учетом собственного веса
вышележащего грунта;
глубина сжимаемой зоны основания ограничивается глубиной
оттаивания.
Рис. 10.2. Примеры расчетных схем оснований
а —при расчете по формуле (10.2); б—то же, по формуле (7.71);
в —то же, по формуле (10.5)
В природных условиях встречаются разнообразные формы зале-
гания мерзлых грунтов, но с точки зрения выбора схемы расчета
осадок их можно разделить на две группы, различающиеся отноше-
нием толщины мерзлого слоя к сжимаемой зоне основания. К первой
группе можно отнести основания, вмещающие небольшой по толщине
слой мерзлых грунтов, нижняя граница которого находится выше
Предполагаемой границы сжимаемой зоны, например перелеток.
Ко второй группе относятся случаи, когда мерзлые грунты рас-
пространены на большую глубину, превышающую ожидаемую глу-
бину протаивания основания в течение расчетного срока существо-
вания сооружения. Для этих двух групп оснований применяются
различные расчетные схемы распределения напряжений.
Для первой группы — линейно-деформируемого полупростран-
ства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи основания,
исходя из обычных для талых грунтов соотношений дополнительного
И природного давлений на одной и той же глубине (рис. 10.2, а и б).
Для второй группы — линейно-деформируемого слоя конечной
Толщины (рис. 10.2, в).
315
Для оснований, в сложении которых принимают участие скаль-
ные или иные, практически несжимаемые, породы (Е > 1000кгс/см2),
а также для оснований фундаментов больших размеров в плане
(шириной более 10 м) при условиях, оговоренных в СНиП П-15—74,
принимается вторая схема.
Осадки по первой схеме могут рассчитываться способом
послойного суммирования, при этом осадки мерзлой толщи SM и та-
лой ST подсчитываются отдельно
S = ST + SM, (10.1)
где ST — осадка слоя толщиной /гот, определяемая по приведенным
формулам при Ai = AJlci = 0 и при аг, которые устанавливаются с
учетом ожидаемого предпостроечного уплотнения грунта; SM—осадка
слоя грунта, оттаивающего в процессе эксплуатации здания, опреде-
ляемая для слоя толщиной И — hot.
Толщина слоев ограничивается из условия допустимости спрям-
ления эпюры уплотняющих давлений по глубине (рис. 10,2, а). В прак-
тике толщину слоев принимают для верхней части сжимаемой зоны,
где давление резко изменяется по глубине, не более 0,4 Ь.
Значение SM находится по формуле
= £{[“< (Р, + Ре/) + Л(] (' - АЛе<) <'0.2)
1=1
где «1—число слоев, на которое разделена толща мерзлых грунтов
в расчетной схеме; а,, Д, — коэффициенты сжимаемости, см2/кгс и
оттаивания (безразмерный) i-ro слоя мерзлого грунта; рг, ры —
среднее дополнительное давление и давление от веса вышележащих
грунтов в i-ом слое, определяемые как полусуммы давлений на
границах этого слоя, кгс/см2; ДЛсг-— разность между суммарной
льдистостью i-ro слоя Лс1 и суммарной льдистостью испытанного
образца взятого из этого же слоя; при определении А и а из
испытаний горячим штампом ДЛс1=0; клг-— безразмерный коэф-
фициент, учитывающий неполное смыкание макропор, образующихся
при вытаивании ледяных включений, принимаемый в зависимости от
их средней толщины Дл в i-ом слое; при Дл 1 см кл = 0,7; при
Дл ^3 см кл = 0,9, а при 1 < Дл < 3 этот коэффициент находится
по интерполяции.
Осадка определяется по формуле
5Т=Е aiPihr <10-3)
1=1
где П2 — количество слоев, на которые разделена сжимаемая зона та-
лых грунтов; ai—коэффициент сжимаемости талых грунтов i-ro слоя,
см2/кгс, связанный с модулем деформации условием аг = 0,8/Ег.
Напряжение рг определяется по формуле (9.166) и табл. 9.13.
При степени влажности грунтов G >0,8 учитывается взвешивающее
действие воды и /?б определяется при объемном весе грунта
Увз —
Уг +Ув
1 + ет ’
(Ю.4)
316
где уг и ув — удельные веса минеральных частиц грунта и воды
(ув =0,001 г/см3); ет — коэффициент пористости грунта после отта-
ивания.
Глубина сжимаемой толщи г' находится из условия = 0,2рб2>.
Если на найденной таким образом глубине залегает слой слабого
грунта (Е 50 кгс/см2), то сжимаемая толща увеличивается и ее
Граница находится из условия р2, =0,1рб2/, кгс/см2.
При определении дополнительного давления рг-, в частности и
для определения г', в необходимых случаях учитывается влияние со-
седних фундаментов в соответствии с прилож. 3 СНиПН-15—74.
Расчет осадки может быть несколько упрощен, если вместо на-
пряжений рг использовать площади их эпюр по глубине pt7ij =
= (со,- — G)i-i)pob, воспользовавшись графиком рис. 7.30 и формулой
(7.71). В этом случае основание разделяется на слои, различающиеся
только деформативными характеристиками, поскольку при вычисле-
нии со учтено криволинейное очертание эпюры давлений (рис. 10.2,б).
При расчете по второй схеме линейно-деформируемого слоя
конечной толщины граница деформируемой зоны определена расчет-
ной глубиной протаивания основания. Эта глубина может устанав-
ливаться различными способами, указанными в гл. 7.
Осадка отдельного фундамента при толщине деформирующегося
слоя И (рис. 10.2, в)
s=Е «< - ъ-,) о - +
1 = 1
п
+ Е К'1! + “Ai) (1 - + кл "г (10.5)
1 — 1
где ро — давление подошвы фундамента на грунт за вычетом бытово-
го давления, кгс/см2; Л10т — безразмерный коэффициент, принимаемый
в зависимости от толщины деформирующейся зоны Н к ширине по-
дошвы фундамента Ь:
Н/Ь | 0-0,25 0,25-0,5 | 0,5-1 1-1,5 1,5 и более
Мот | 1,25 1,15 1 1,1 1,05 1
Кг, Кг-] — безразмерные коэффициенты, отражающие площади
эпюры уплотняющих давлений, определяемые для кровли и подошвы
/-го слоя по табл. 3 прилож. 3 СНиП П-15—74 или по графику рис. 10.3.
Если часть основания на глубину /гот подвергается предварительному
оттаиванию, то осадка определяется как сумма двух составляющих
по формуле (10.1).
Крен жесткого фундамента, вызываемый эксцентричным загру-
жением, неоднородностью грунтов, неравномерностью оттаивания
или же взаимным влиянием фундаментов, определяется в зависимо-
сти от разности осадок середин противоположных сторон подошвы
фундамента Si и S2 (рис. 10.4)
317
где b — размер подошвы фундамента, параллельной плоскости крена,
см. Осадка в точке 1 определяется по формуле
si=Е \.aiPi Ом - *1°г-1) +01 - р2) Оь i - kt i-i)] х
2 = 1
X (1 - Mci) + £ [(Л, + <>,₽„,)(1 - A.7ci) + кл1 ьлсЛ hl. (10.7)
2 = 1
Формула для определения S2 аналогична и отличается только тем,
что численный индекс 1 заменяется на индекс 2, кроме краевых дав-
лений pi и р2, для которых индексы сохраняются. В формуле (10.7)
по сравнению с формулой (10.5) введены следующие дополнительны
обозначения:
Мот — коэффициент, отражающий влияние слоя ограниченной тол-
щины; при расчете по схеме линейно-деформируемого полупростран-
ства ЛГоТ = 1, а по схеме линейно-деформируемого слоя конечной
толщины значения Мот принимаются в зависимости от ffi/b для вер-
тикали 1 (от Н2/Ь— для вертикали 2):
н/ь 0—0,25 0,25-0,5 0,5-1 1-1,5 1,5-2,5 2,5-5 5 и более
Кт 1,5 1,35 1,3 1,25 1,2 1,15 1
щ—количество расчетных слоев основания, пересекаемых верти-
калью, проходящей через точку /; р\, р2 —- максимальная и минималь-
318
пая краевые ординаты эпюры давлений на грунт, кгс/см2; /_]•—
безразмерные коэффициенты для равномерной составляющей на-
грузки (рис. 10.5) i_l — то же, для нагрузки, распределенной
ПО треугольнику.
При определении этих коэффициентов по графикам для точки 1
1, для точки 2 — по вертика-
размер z< определяется по вертикали
ли 2 (рис. 10.5).
При подборе размеров подошвы
фундаментов на оттаивающих грун-
тах давление на основание от основ-
ного сочетания нагрузок ограничива-
ется величиной расчетного сопротив-
ления
Л= ад_(л(,У]1 + ВАу;1 +
+ Dc{i — Yiifyj)’ (10.8)
где mb tn2 — безразмерные коэффи-
циенты условий работы, зависящие от
вида грунтов; т2, кроме того, зави-
сит от жесткости здания; kn — коэф-
фициент надежности; А, В, D — без-
размерные коэффициенты, зависящие
от значения угла внутреннего трения
для оттаявшего грунта фп; b — мень-
шая сторона подошвы фундамента, м;
h — глубина заложения подошвы фун-
дамента от планировочной отметки,
м; Yip Vii — осредненные значения
объемного веса грунта, залегающего
выше и ниже подошвы фундамента,
тс/м3; сц — расчетное значение удель-
ного сцепления грунта в талом со-
стоянии, кгс/см2; ho — приведенная
10.4. Схема к расчету
Рис.
крена
глубина до пола подвала.
Здесь индекс II означает, что используются характеристики
грунтов, предназначенные для расчета по деформациям, т. е. опреде-
ленные при доверительной вероятности а = 0,85.
Коэффициенты kn, А, В, D, mi, т2 определяются, как обычно, для
талых грунтов, их значения приведены в СНиП П-15—74.
В результате неравномерных деформаций основания и сооруже-
ния, обладающего жесткостью, происходит концентрация напряже-
ний на отдельных участках ленточных фундаментов и под отдельны-
ми столбчатыми фундаментами. Повышение давления ограничено
предельным значении рпр, отвечающим несущей способности основа-
ния Ф. Это давление может быть определено по формуле
рп₽=4 == С1+°*25 т) vyi+0+1.51) лх+
+ (1 + 0,3-у) Хсср
(10.9)
319
Рис. 10.5. Графики для определения коэффициентов ki, ki—i
Для ленточного фундамента формула упрощается
Рпр = MYi + MYi + Yc^i- 10)
В этих формулах:
Xg, Ху, Хс—коэффициенты, определяемые по графику (рис. 10.6) в
зависимости от значения угла внутреннего трения (рг, b, I, у1; у1( h —
то же, что и в формуле (10.8); другие индексы при у, у' и с указы-
вают на то, что принимаются
иные их расчетные значения, т. е.
предназначенные для определения
несущей способности.
§ 10.3. Свайные
фундаменты
Рис. 10.6. Графики для опре-
деления коэффициентов X
обычными способами. Забивные
Свайные фундаменты проек-
тируются как с предпостроечным
оттаиванием основания, так и без
него.
Полное оттаивание рекомен-
дуется при ограниченной, не пре-
вышающей 8—10 м, мощности
вечномерзлой толщи или для не-
широких зданий, предельная глу-
бина оттаивания под которыми не
превышает этой же величины.
Частичное оттаивание реко-
мендуется при залегании на до-
ступной глубине несжимаемых
(скальных, крупнообломочных) по-
род. Сваи в талый грунт забиваются
сваи одиночные^ или кустовые работают в этом случае как сваи-стойки.
Для промышленных зданий с большими нагрузками на полы пер-
вого этажа предпостроечное оттаивание на площадках, сложенных
глинистыми переувлажненными грунтами, не дает положительного
решения из-за невозможности устройства полов по грунту. В этих
случаях необходима замена просадочного грунта.
Сваи-стойки, устанавливаемые в скважины, рекомендуются для
больших нагрузок на фундаменты при залегании коренных пород до
глубины 16 м. При большей глубине рекомендуется применять сбор-
ные сваи сплошного сечения, сваи-оболочки, буронабивные и трубо-
набивные сваи.
Сваи-стойки устанавливаются в пробуренные скважины, диаметр
которых превышает диагональ сечения сваи не менее чем на 15 см.
В коренные неразрушенные породы сваи-стойки должны заглублять-
ся по расчету, но не менее двух диаметров, с заполнением зазоров
раствором, образующим вокруг сваи обойму (защемленные сваи-
стойки). Обоймы могут устраиваться двумя способами. По первому
способу скважина заполняется расчетным количеством раствора, и в
него погружается свая при помощи вибропогружателя или молота.
Условиями, благоприятными для применения первого способа,
11 Зак. 190
321
являются наличие монолитной нетрещиноватой скалы, отсутствие ин-
тенсивного потока грунтовых вод и достаточно низкая температура
грунтов (tCr < —0,5 °C).
Второй способ применяется в сильно трещиноватой скале или
крупнообломочном грунте, а также при подтоке воды. Свая опу-
скается на забой скважины, после чего в ту же скважину опускается
труба-инъектор, которая выполняет роль вначале паропровода, а за-
тем растворопровода. Зазоры между сваей и стенками скважины, а
в оболочках — и внутреннюю полость, заполняют песчано-щебеночной
смесью. Под действием пара, подаваемого к забою скважины, грунт
оттаивает с образованием пористой зоны, которая затем заполняется
инъектируемым раствором, что оказывает существенное влияние на
несущую способность сваи, особенно в талых крупнообломочных
грунтах.
Свайные фундаменты рассчитываются по несущей способности,
а при наличии горизонтальных сил или момента — по деформациям.
Прочность сечения сваи определяется с учетом продольного изгиба.
Несущая способность сваи в оттаявшем грунте определяется по
формуле
Ф = т (RF + ^сд^сд - Ясд. н^сд. и), (10. И)
где т — коэффициент условий работы, равный 0,7 для защемленных
свай-стоек и 1,0 — для забивных и буровых (с добивкой) свай и свай-
стоек; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи:
для висячих свай, забиваемых в песча-
ные грунты...........................по нормам для
талых грунтов
для свай-стоек в крупнообломочных
грунтах с песчаным заполнителем . . 200 кгс/см2
то же, но с глинистым заполнителем
(до 25%)............................. 125 »
для свай-стоек, защемленных в крупно-
обломочных грунтах . ....... 200 »
то же, защемленных в скальных грун-
тах ................................. по формуле
(9.25)
F — площадь опирания сваи на опорный пласт грунта; для забивных,
бурозабивных и буровых свай и свай-стоек сплошного сечения или
заполненных бетоном принимается равной площади их поперечного
сечения, для защемленных — площади забоя скважины, см2; /?сд—•
расчетное сопротивление сдвигу на боковой поверхности забивной
сваи; принимается по нормам для талых грунтов, кгс/см2; Гсд — пло-
щадь боковой поверхности участка сваи в пределах опорного пласта,
см2; /?сд. н — отрицательное трение, вызываемое осадкой оттаиваю-
щего грунта выше опорного пласта, принимаемое равным 0,1 кгс/см2;
Fea. н 1— площадь боковой поверхности верхнего участка сваи, распо-
ложенного выше опорного пласта или оттаивающего в процессе
эксплуатации здания (для свай-стоек), см2.
Устойчивость свай на продольный изгиб проверяется с учетом
расчетной длины /0, принимаемой по табл. 9.28, в которой длина
сваи Но определяется по методике, приведенной в § 9.4. При этом
значение параметра а вычисляется при модуле деформации грунта Ео,
322
равном для глинистых грунтов 50 кгс/см2, при песчаных — по
табл. 9.17.
Устойчивость свайного фундамента при действии касательных
сил пучения проверяется по формуле (9.12) с учетом защемления в
скале.
§ 10.4. Пример расчета фундаментов
Порядок расчета фундаментов показан на примере производ-
ственного здания, описанного в § 7.6. Нагрузки на фундамент Ф-1
Л/ =45 тс, М =6 тс-м; на фундамент Ф-2 N =76 тс, М = — 18 тс-м.
Назначаем предварительно размеры фундаментов в зависимости
от требуемых площадей их подошв
Ycp^
где Ro — условное расчетное давление на основание под подошвой
фундамента, принимаемое в соответствии с указаниями прилож. 4
СНиП П-15—74 при уср = 2000 кгс/м3 и Н = 1,5 м.
Предполагается, что карьерный грунт (крупный песок) уклады-
вается в подушку с уплотнением до средней плотности; поэтому
Ro = 5 кгс/см2. Определение размеров подошв фундаментов вы-
полнено в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Предварительное определение размеров подошв фундаментов
Тип фундамента F, см2 Ширина подошвы, см Давление, кгс/см2
требуемая принятая
Ф-1 0,96-104 98 100 4,80
Ф-2 1,62-Ю4 127 140 4,18
Определяем расчетные давления на основание R по формуле
(10.8) и уточняем размеры подошв. Определяем величины, входящие
в эту формулу. По табл. 17 и п. 3.52 СНиП П-15—74: mi = 1,4;
m2 = 1,0, ka = 1,1.
Принимаем, что песок укладывается с уплотнением, характери-
зуемым коэффициентом пористости е = 0,65. В соответствии с ука-
заниями прилож. 2 того же СНиПа <рп = 38,0°, сп = 0. Расчетное
значение объемного веса грунта насыпи уп определяем при влажно-
сти песка W = 0,1
= Ys (1_+У.) = 2,66 (1 + 0,1). = 1 77 ,з
Yl1 1+е 1+0,65 1,// тс/м .
для Ф-1 /?= (1,4-1,0/1,1) (2,11-1,0-1,77 + 9,44-1,5-1,77) = 36,7 тс/м2.
Аналогично для Ф-2 R = 38,6 тс/м2.
Поскольку давления больше расчетных, необходимо изменить
размеры подошв фундаментов. Принимая b = 1,2 м для Ф-1 и b =
И* 323
= 1,6 м для Ф-2 и выполняя для новых размеров подошв расчеты,
получаем:
для Ф-1 р = 3,43 кгс/см2; R = 3,77 кгс/см2;
для Ф-2 р = 3,27 кгс/см2; R = 4,05 кгс/см2.
Учитывая, что крупные пески подстилаются более слабыми
грунтами — песками средней крупности, должно соблюдаться усло-
вие п. 3.62 СНиП П-15—74: рог + рбг Rz. Дополнительное давле-
ние на глубине 0,5 м от подошвы фундамента определяется по ука-
заниям приложения 3 к этой главе СНиП. Расчетное давление на
кровлю песка средней крупности Rz определяется для условного
/ N Оф
фундамента шириной bz — Л/ -----------. Эти расчеты сведены в
v Poz
Таблица 10.2
Проверка давления на кровлю песка средней крупности
Тип ф>'ндамента Р-Рб’ кгс/см2 а poz’ кгс/см'1 м кгс/см2
Ф-1 3,08 0,78 2,40 1,43 4,46
Ф-2 2,92 0,87 2,54 1,81 4,65
табл. 10.2, из которой видно, что pOz + poz не превосходит Rz. Кра-
евые давления при внецентренной нагрузке проверяются в соответст-
вии с указаниями п. 3.60 СНиП II-15—74. Соединение наружных ко-
лонн с фундаментами принято шарнирным, а внутренних—жест-
ким. Поэтому краевые давления для Ф-2 должны определяться
с учетом жесткости колонн. Для Ф-1
_ fl 6М 1- Q4qTi 6,6 1 —
Ркр ± + tf/7Ycp)6 J 4’3 L(45 + 1,5- 1,44 • 2) 1,2 J
= 34,3 (1 ±0,61).
Так как условие ркр. Макс 1,27? при принятых размерах по-
дошвы не выполняется, то ее необходимо увеличить. В результате
повторного расчета размеры подошвы Ф-1 приняты 1,4 X 1,4 м.
Осадки рассчитываются по второй схеме с использованием формулы
(10.5).
Для крупного песка (е = 0,65) модуль деформации Ех, согласно
табл. 1 прилож. 2 к СНиП II-15—74, составит 300 кгс/см2, следова-
тельно, коэффициент сжимаемости a.\ — 0,8/£i = 0,0027 см2/кгс. Слой
грунта с глубины 2 м до глубины 3 м (рис. 10.7) подвергается пред-
построечному оттаиванию, поэтому его осадка определяется без уче-
та коэффициента оттаивания А и без учета обжатия под действием
собственного веса грунта, полагая, что оно произойдет до возведения
каркаса здания.
Расчет осадок фундаментов Ф-1 и Ф-2 приведен в табл. 10.3.
Осадки фундаментов не превосходят Snp = 8 см (см. табл. 18
СНиП П-15—74), но разность осадок фундаментов двух смежных
колонн Sfb_2 — j = 7,00—3,45 = 3,55 см больше предельной, рав-
ной 0,002-590 = 1,18 см, следовательно, в соответствии с п. 3.69
324
СНиП 11-15—74 должен производиться расчет совместных деформа-
ций основания и здания.
Для того чтобы исключить влияние осадки фундамента Ф-2 на
напряженное состояние каркасов крайних пролетов, запроектированы
шарнирные сопряжения их ригелей с основными колоннами. Попе-
речная устойчивость здания обеспечивается рамой среднего пролета.
Наибольшая неравномерность протаивания имеет место под фунда-
ментами колонн наружных стен, поэтому было принято шарнирное
опирание колонн па фундаменты. В этом случае поворот фунда-
мента Ф-1 не вызывает усилий в каркасе.
Определяем краевые давления под подошвой фундамента Ф-2
с учетом совместной работы каркаса и основания. Исходные уравне-
ния для расчета усилий в стойке рамы среднего пролета:
Мв + Мр = 0; (10.12)
+ ДГ = 0; (10.13)
Фс = Фо; (10.14)
где Мв, Мр — момент внешних сил и реактивный момент основания;
Pi, р2 — краевые давления на подошву фундамента; N'— вертикаль-
ная нагрузка с учетом массы грунта; фс, ф0 — углы поворота конце-
вого сечения стойки и плоскости основания.
Направление моментов по часовой стрелке (для фундамента
слева) принимаем за положительное. Момент внешних (по отноше-
нию к основанию) сил (рис. 10.8)
Л1В = М'в + М",
где Л4В — момент от нагрузки на сооружение, равный согласно зада-
нию — 18 тс-м;
Мв — момент, возникающий вследствие сопротивления внутренних
сил стойки повороту ее концевого сечения.
325
326
При заданной жесткости стойки EJ = 105-109 кгс-см2
л<в = л<в-^Г-Ч>« = -Ь8-10в
3•105 •10э
950 фс
= — 1,8 • 10s — 332 • 10ефс.
Реактивный момент основания (рис 10.9)
AJp = (р, - р2) -у • 4 = (Р. - Рг) = 0,341 • 10» (р, - р2).
Рис. 10.8. Расчетная схема
определения моментов
а — от внешних сил; б — от сопро-
тивления внутренних сил стойки
повороту ее концевого сечения
Рис. 10.9. Схема основания
к расчету крена фундамента Ф-2
Подставляем значения моментов в уравнение (10.12) и заменяем
фс на ф0
ф0 == [1,03 (р! — р2) — 5,42] 10“3. (10.15)
Уравнение (10.13) с численными значениями
_g.L± P.L 16Q2 — (76 000 + 1,5 • 1,62 • 2000) == 0. (10.16)
Для того чтобы решить эти уравнения, необходимо выразить фо
через pi и р2, воспользовавшись формулой (10.6). Входящие в эту
формулу осадки краев фундамента Si и S2 необходимо выразить как
функции pi и рг, пользуясь формулой (10.7). Это сделано в табл. 10.4
для Si; аналогично определено S2 = 0,37(р2— 0,35) + 0,12(pi — р2) +
L+ 6,02 см.
327
Угол поворота плоскости основания
Фо ~ -7 s--1 = I4’56 ~ °>81 (Р1 “ Р2)1 10“3-
Полученное значение <ро подставляем в уравнение (10.15), решая ко-
торое с уравнением (10.16), получаем pi = 5,98; р2 = 0,56 кгс/см2.
Так как р\ >• 1,2/?, размеры подошвы фундамента Ф-2 следует уве-
личить. В результате повторного расчета площадь подошвы принята
1,8 X 1,8 м.
Значения реактивного момента основания Мр, полученные в ре-
зультате аналогичного расчета при действии комбинации нагрузок,
принимаемых при расчете конструкций по I предельному состоянию,
учитываются при расчете прочности конструкций среднего пролета.
При этом в соответствии с пп. 1.9в и 1.116 СНиП П-6—74 сочетание
нагрузок рассматривается как особое.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВАМ 9 И 10
1. В ел л и Ю. Я. Устойчивость зданий и сооружений в Аркти-
ке. Л., Стройиздат, 1973.
2. Вялов С. С., Городецкий С. Э. и др. Методика опре-
деления характеристик ползучести, длительной прочности и сжимае-
мости мерзлых грунтов. М., «Наука», 1966.
I 3. В я л о в С. С., Д о к у ч а е в В. В., Ш е й н к м а н Д. Р. Под-
земный лед и сильнольдистые грунты как основания сооружений. Л.,
Стройиздат, 1976.
4. Г о и ч а р о в Ю. М. Учет физико-механических свойств грун-
тов вокруг сваи, установленной методом парооттайки при расчетах
свайных фундаментов. Труды совещания-семинара по обмену опы-
том строительства на вечномерзлых грунтах. Магадан, 1974.
5. Докучаев В. В. Расчет фундаментов на мерзлых грунтах
по предельным состояниям. Л., Госстройиздат, 1968.
6. Докучаев В. В., Маркин К. Ф. Свайные фундаменты
। на вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат, 1972.
7. Пособие по проектированию оснований и фундаментов зда-
। лий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат, 1969.
8. Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты
1 (П-15—74). Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах
(П-18—76). Нагрузки и воздействия (П-6—74). Строительные кон-
струкции и основания. Основные расчетные положения (П-А.10—71).
1 Бетонные и железобетонные конструкции. .Нормы проектирования
(П-21—75). Защита строительных конструкций от коррозии.
р (П-28—73)
। 9. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М., «Высшая
'! школа», 1973.
И 10. Эпштейн И. Я. Индустриальные фундаменты глубокого
I заложения в районах распространения вечномерзлых грунтов. Труды
I совещания-семинара по обмену опытом строительства на вечно-
|[ мерзлых грунтах. Магадан, 1964.
f
'ii
Глава 11
НЕСУЩИЕ И ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ
ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
§ 11.1. Требования к материалам и изделиям
Конструктивные элементы жилых и общественных зданий долж-
ны быть выполнены из материалов требуемых в особых условиях
Таблица 11-1
Данные для определения класса некоторых типов зданий
Рекомендуемые
Наименования зданий СНиП класс здания этажность Примечание
1. Жилые зда- ния, гостиницы П-Л. 1-71 I II III IV Не ограничена До девяти » пяти » двух
2. Детские Ясли-сады П-Л. 3-71 Как правило, не выше II До двух
3. Общеобразо- вательные школы X школы-интер- иаты 11-65-73 П-Ш Три-четыре Здания III клас- са допускаются при вместимости до 320 мест
4. Магазины П-Л. 7-70 I - IV Не норми- руется
б. Предприятия Общественного Питания П-Л 8-71 1-Ш Не норми- руется
в. Больницы и ПОЛИКЛИНИКИ П-Л. 9-70 I—11 До девяти
7. Бани П-Л. 13-62 * Как правило, II Один Здания III—IV классов допу- скаются при вме- стимости до 26 мест
8. Прачечные П-Л. 14-62 Как правило, II Один-два Здания III клас- са допускаются при производи- тельности до 1000 кг белья в смену
9. Кинотеатры П-Л. 15-68 Как правило, II Один Здания III клас- са допускаются при вместимости 400 мест н менее
329
Севера марок по прочности, морозостойкости и водонепроницаемо-
сти. Их конструктивные решения должны обеспечивать по возмож-
ности наименьшие затраты при монтаже, сведение к минимуму мок-
рых процессов, малый вес и пригодность деталей для перевозки н
сложных транспортных условиях. Эти требования в наибольшей сте-
пени удается удовлетворить при применении современных эффектив-
ных материалов (алюминиевых сплавов, пластмасс, специально
обработанных видов древесины, штампованных стальных настилов
и др.), однако пока еще наиболее широко используются традицион-
ные материалы — дерево, сталь, кирпич, бетон и железобетон.
Марки каменных и бетонных материалов по морозостойкости на-
значаются в зависимости от степени долговечности конструкции, ко-
торая определяется классом сооружения по капитальности. Указания
о классе зданий должны содержаться в заданиях на проектирование.
Для некоторых видов зданий такие данные приведены в табл. 11.1.
В зависимости от класса здания или сооружения устанавливается
степень долговечности основных конструктивных элементов:
I класс — не ниже 1 степени долговечности (срок службы не ме-
нее 100 лет),
II и III классы — не ниже II степени долговечности (срок служ-
бы не менее 50 лет),
IV класс — не ниже III степени долговечности (срок службы не
менее 20 лет).
Морозостойкость каменных материалов назначается по табл. 11.2.
Таблица 11.2
Морозостойкость каменных материалов для зданий
в северной строительно-климатической зоне и на побережье
морей Ледовитого и Тихого океанов
Вид конструкций
1. Внешняя часть сплошных стен (на
глубину 20 см стен из камней и 25 см стен
из кирпича) или облицовка в зданиях с
Влажностным режимом помещений;
а) сухим и нормальным
б) влажным
в) мокрым
2. Выступающие горизонтальные и на-
клонные элементы каменных конструкций
и облицовок, не защищенные водонепро-
ницаемыми покрытиями (парапеты, пояс-
ки, обрезы, цоколи и другие части зданий,
подвергающиеся усиленному увлажнению
от дождя и тающего снега)
3. Фундаменты и подземные части стен
(независимо от уровня грунтовых вод) из
искусственных камней, блоков и бетона
Значения А4рз при степени надеж-
ности (долговечности) конструкций
35 25 15
50 35 25
50 50 35
50 35 25
150 100 50
Примечания: 1. Морозостойкость материалов для фундаментов под-
земных частей зданий нормируется для верхней их части до половины расчет-
ной глубины промерзания. 2. Марки по морозостойкости для тонких (менее
35 мм) облицовок принимаются на одну ступень выше указанных в таблице.
3. Данные табл. 11.2 относятся также к крупнопанельным и крупноблочным
стенам и деталям цоколя.
Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницае-
мости несущих бетонных и железобетонных конструкций зданий и
Сооружений, эксплуатируемых при расчетных температурах воздуха
—40 °C и ниже, принимаются по табл 11.3, кроме свай, для которых
Следует пользоваться данными табл. 11.4, составленной в соответст-
вии с требованиями ГОСТ 19804—74 «Сваи забивные железобетон-
ные квадратного сечения».
Таблица 11.3
Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости
для несущих бетонных и железобетонных конструкций
Проектная марка бетона, не ниже
по морозостойкости
Условия эксплуатации
(Мрз)
по водонепрони-
цаемости (В)
для зданий и сооружений классов
1 | И | III | IV | I | п | Ш | IV
1. Попеременное заморажи-
вание и оттаивание в водо-
Насыщенном состоянии для
Конструкций, предназначенных
для эксплуатации при расчет-
ных температурах—40 °C и
ниже
2. Попеременное заморажива-
ние и оттаивание в условиях
•пизодического водонасыщеиия
Для конструкций, предназна-
ченных для эксплуатации при
расчетных температурах—40 °C
В ниже
3. В грунте при возможном
впизодическом воздействии на
Конструкции температур —40 °C
И ниже (например, в период
Строительства, монтажа и др.)
4. Внутренние конструкции
Сооружений и отапливаемых
даний при возможном эпизо-
дическом воздействии на кон-
струкции температур—40 °C и
ниже (например, в период строи-
тельства, монтажа и и др.)
300 200 150 100 6 4 2 2
200 150 100 100 4
150 100 50 50
100 50 50 50
Не нормируется
Не нормируется
2 2 2
Примечание. При наличии агрессивной среды проектные марки
ветона по морозостойкости и водонепроницаемости должны быть не ниже
Требуемых СНиП 11-28—73 «Защита строительных конструкций от коррозии».
Для армирования железобетонных конструкций могут приме-
няться углеродистые арматурные стали в условиях, приведенных в
табл. 11.5.
Марки сталей для металлических конструкций в зависимости от
расчетной температуры и группы, характеризующей ответственность
Конструкций в условиях их эксплуатации, выбираются в соответствии
С п. 2 и прилож. 2 и 3 СНиП П-В.З—72 «Стальные конструкции.
Нормы проектирования».
330
331
Таблица 11.4
Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости
сплошных железобетонных свай прямоугольного сечения
Проектная марка, не ниже
Условия эксплуатации
по морозостойкости по водонепроницае-
(Мрз) мости (В)
для зданий и сооружений классов
1 1 11 ,11 IV 1 1 11 III IV
-1. Находящиеся в условиях по- стоянного смачивания перемен- ным уровнем воды в открытых водоемах 300 200 150 100 6 4 4 2
2. Являющиеся одновременно надземными опорами конструк- ций (высокий свайный ростверк, эстакады и др.) 200 150 100 75 4 4 2 2
3. Погружаемые на всю глу- бину в грунт 150 100 75 50 4 2 2 2
4. Выступающие над поверх- ностью грунта и находящиеся внутри помещений с положи- тельными температурами, под- верженные воздействию темпе- ратур ниже 0°С в период стро- ительства 100 75 50 50 2 2 2 2
Примечания: 1. За расчетную температуру наружного воздуха при-
нимается средняя температура наиболее холодной пятидневки. 2. Испытание
свай по прочности — в соответствии с ГОСТ 10180 — 67 и ГОСТ 10105-62, по
морозостойкости — в соответствии с ГОСТ 10060-62, по водонепроницаемости -
в соответствии с ГОСТ 4800 — 59.
§ 11.2. Конструкции нулевого цикла
В число элементов нулевого цикла входят сваи, столбчатые и
ленточные фундаменты, ростверки, элементы цокольного ограждения
и крылец, перекрытия над подпольями.
Сваи широко применяются в различных мерзлотно-грунтовых ус-
ловиях. При конструировании свайных фундаментов в зданиях с хо-
лодными подпольями необходимо руководствоваться следующими
рекомендациями.
Морозостойкость бетона свай должна назначаться согласно тре-
бованиям табл. 11.4 с учетом особо тяжелых условий их работы в
пределах сезоннооттаивающего слоя и у поверхности грунта, где
имеют место увлажнение талыми и надмерзловатыми водами, частая
смена температур в течение суток весной и осенью, где в бетоне воз-
никают наибольшие напряжения от изгиба. Можно повысить морозо-
стойкость бетона специальной пропиткой на глубину не менее 10 мм.
Обмазки различного рода мастиками не дают нужного эффекта.
Минимальные расстояния между осями свай и допуски при их уста-
новке приведены в табл. 9.14.
Следует избегать различных значений несущей способности свай
в пределах одного здания, стремиться к простым и, по возможности,
повторяющимся шагам свай. В местах пересечения несущих стен и
в углах постановка свай обязательна.
332
Особого внимания требует снижение усилий в сваях от темпера-
турных деформаций надземной части здания. Снижению этих усилий
способствуют:
расположение элементов с повышенной жесткостью: диафрагм,
свай с пониженными отметками голов (у входов, приямков и т д.)
в середине температурного отсека, а не у его края;
Рис. 11.1. Установка сваи в трубе (автор-
ское свидетельство № 326288)
1— срая; 2 — труба (диаметр ее на 40 мм больше
диагонали сечения сваи); 3 —эластичное заполнение
(например, мастика УМС-50); 4 — цементный раст-
вор; 5 — битумная пробка
Рис. 11.2. Сопряжение сваи с монолитным
ростверком
1—свая; 2— арматурные выпуски из сваи; 3 —мо-
нолитный железобетонный ростверк (размеры даны
минимальные)
Рис. 11.3. Сопряжение сваи со сборным
оголовком и ростверком
1 — свая; 2 — оголовок; 3 — ростверк; 4 — бетон замо-
ноличиванчя; 5—арматурные выпуски из сваи;
6—арматура стыка (по расчету); 7 — сварка заклад-
ных деталей
сокращение размеров поперечного сечения свай, особенно в на-
правлении наибольших температурных деформаций;
увеличение свободной длины сваи.
Один из приемов, позволяющий достичь этого без увеличения
высоты подполья, приведен на рис. 11.1. Он состоит в исключении
заделки сваи в пределах слоя сезонного оттаивания за счет заполне-
ния зазора между сваей и трубой эластичным материалом. Для свя-
зи с ростверками в голове сваи предусматривают выпуски арматуры,
закладываемые при ее изготовлении, либо для этого используется
арматура, обнажаемая после срезки бетона головы сваи. Минималь-
ные размеры выпусков даны на рис. 11.2. Возможен также платфор-
менный стык сваи с ростверками. Этот тип стыка требует повышен-
ной точности установки свай и сварки закладных деталей, преду-
сматриваемых в свае и ростверке.
333
Таблица 11.5
Области применения арматурных сталей в железобетонных конструкциях
при действии статических нагрузок
Арматура Класс стали Документы, регламентирующие качество стали
Стержневая горячека- таная гладкая А I ГОСТ 5781-61 * ГОСТ 380-71
Стержневая горяче- катаная периодического профиля АП ГОСТ 5781-61 *
ГОСТ 380-71
ЧМТУ 1-944-70
А III ГОСТ 5781-61 * ГОСТ 5058 -65 *
А IV ГОСТ 5781-61 * ГОСТ 5058 -65*
ГОСТ 5781-61 * ГОСТ 5058 - 65 *
А V ЧМТУ 1 177-67
Стержневая термически упрочненная периоди- ческого профиля ATIV ATV ГОСТ 10884 - 64
Ат VI
Обыкновенная арма- турная проволока и сварные сетки из нее В-1 Вр-1 ГОСТ 6727-53 * ТУ 14-4-9-71
Высокопрочная арма- турная проволока глад- кая в-п ГОСТ 7348-63
Высокопрочная арма- турная проволока перио- дического профиля Вр-П ГОСТ 8480-68
Арматурные пряди, канаты П7, К7 ГОСТ 13840-68
Марка стали Диаметр, мм В отап- ливаемых зданиях На открытом воздухе и в неота- пливаемых зданиях при температуре
ДО -30 °C от —30 до —40 °C -40 °C и ниже
Ст. ЗспЗ 6-40 +
Ст. ЗспЗ 6-40 + —1" —1" —
Ст. ЗкпЗ 6-40 + + — —
ВСт. Зсп2 6-40 + + +
ВСт. Зпс2 6-40 + + + —
ВСт. Зкп2 6-40 + + — —
ВСт. 5сп2 10-40 + 4" + + *
ВСт. 5пс2 10-16 + + + + *
ВСт. 5пс2 18-40 + + — —
18Г2С 40-90 + + + +
10ГТ 10-32 + + + +
25Г2С 6-40 + + + +
35ГС 6-40 + + + *
18Г2С 6-9 + + + 4-
20ХГ2Ц 10-32 + + +
80С 10-18 + + - —
23Х2Г2Т 10-22 + + + 1 **
— 1 10-25 + + + +
10-25 + + + +
10-25 + + + +
- 3-8 4- + +
- 3-5 + + + +
- 3-8 + + + +
- 3-8 + + + +
— 4,5-15 + + + +
* Арматурная сталь может применяться только в вязаных каркасах и
ла Арматурную сталь класса AIV 20ХГ2Ц и класса AV марки 23Х2Г2Т
—40 С и ниже следует применять в виде целых стержней мерной длины.
сетках.
диаметром
более 20 мм
при расчетной температуре
Ростверки выполняются из сборного пли монолитного железо-
бетона. При сборных ростверках уменьшается трудоемкость монта-
жа, повышается точность работ, но затрудняется обеспечение надле-
жащего качества заделки свай в гнезда ростверка, так как объем
монолитного бетона незначителен и необходимо прогреть примыкаю-
щий к гнезду объем сборного бетона. Кроме того, при больших на-
грузках часто не хватает сечения бетона у гнезд, где нужно разме-
стить рабочую арматуру.
Сборные железобетонные ростверки могут применяться для лю-
бых видов зданий. Наиболее простыми являются решения с оголов-
никами монолитными или сборными и укладываемыми по ним на
растворе ростверками прямоугольного сечения, которые могут быть
одно- или двухпролетиыми (рис. 11.3).
Для каркасно-панельных зданий применяют в основном сборные
ростверки, опирающиеся на куст из двух, трех или четырех сван
(серия ИИ-04). Марка бетона по прочности для всех видов сборных
ростверков не ниже 200.
При монолитных ростверках объем бетонирования по месту зна-
чительно больше, поэтому легче организовать его электропрогрев.
Однако трудоемкость на строительной площадке увеличивается.
Габариты сечений монолитных ростверков определяются расче-
том. Ширина ростверка при однорядном расположении свай &Р
d, + 2а 4- 50, где d — сторона сечения сваи поперек ростверка, мм;
а — допуск на погружение сваи (30 4-50 мм).
Высота ростверка определяется из условий восприятия попереч-
ной силы бетоном и хомутами (без установки отогнутой арматуры),
она не должна быть менее 300 мм.
Марка бетона монолитных ростверков пе ниже 150, морозостой-
кость не ниже 100 (табл. 11.3). Класс и марку арматурной стали не-
обходимо выбирать, руководствуясь указаниями табл. 11.5, а также
имея в виду, что сварные каркасы целесообразно назначать при на-
личии в районе строительства хорошо налаженного арматурного
цеха (число типоразмеров каркасов должно быть минимальным).
При отсутствии гарантии доброкачественного изготовления сварных
арматурных элементов необходимо использовать вязаную арматуру.
Расчет ростверков на вертикальные нагрузки не имеет специ-
фических северных особенностей и выполняется в соответствии с
указаниями п. 6.34 СНиП П-В.2—71 «Каменные и армокаменные кон-
струкции. Нормы проектирования» и гл. 10 «Руководства по проек-
тированию каменных и армокаменных конструкций» (Москва, 1974 г.).
Наиболее существенной особенностью конструкций ростверков
в условиях Севера является необходимость полного учета темпера-
турных воздействий.
Расчет свай и ростверков на температурно-климатические воз-
действия состоит в опеределении усилий в ростверках как части над-
земного объема здания, подвергающегося температурным деформа-
циям, и определении усилий в сваях от их изгиба вследствие темпе-
ратурных деформаций конструкций цоколя. Согласно п. 17 СНиП
П-В.1—62 расстояния между температурно-усадочными швами при
температуре ниже —40 °C для всех видов конструкций должны опре-
деляться расчетом. Если пользоваться принципом, изображенным на
рис. 11.4, то для снижения расчетных усилий от температурных воз-
действий при расчете свай на изгиб учитываются температурные
деформации не железобетона ростверков, а материала стен (кирпича,
336
керамзитобетона и т. д.), имеющего меньший коэффициент линейного
расширения. Усилия от температурных воздействий в ростверках,
как правило, незначительны и точно определять их нет необходи-
мости. Конструктивное решение состоит в применении коротких рост-
верков (до 5 м). Плиты перекрытий не заделываются в стены, а швы
Рис. 11.4. Пример решения конструкций пере-
крытия над подпольем
1—сваи; 2 — ростверки; 3—панели перекрытия; 4— стены;
5 — швы в ростверках, совмещаемые со швами между
панелями перекрытия
между ростверками совмещаются со швами между плитами
(рис. 11.4).
Для сейсмостойких зданий, проектируемых с холодными под-
польями, принципы конструирования коротких ростверков перекры-
тий с незаделываемыми раствором швами вступают в противоречие
с нормативными требованиями СНиП II-A.12—69 о монолитности
каждого перекрытия. В этих случаях следует проектировать сплош-
ные («длинные») ростверки, замоноличенные перекрытия, а темпера-
турные (сейсмические) отсеки принимать сокращенными по длине до
15—18 м.
Для снижения усилий от температурных деформаций необходимо
выполнять работы по замоноличиванию («замыканию») конструкций
при температуре воздуха, близкой к среднегодовой.
337
При I принципе использования оснований столбчатые фунда-
менты применяются сравнительно редко, а ленточные — не приме-
няются совсем. При проектировании необходимо избегать монолит-
ных железобетонных конструкций, соприкасающихся с мерзлыми
грунтами основания, так как противоморозные добавки, вводимые в
бетонную смесь, могут вызывать засоление грунтов основания. При-
мер конструкции столбчатых фундаментов показан на рис. 11.5.
Конструкции подземной части зданий, проектируемых с исполь-
зованием грунтов основания в оттаивающем состоянии, аналогичны
конструкциям зданий, возводимых на
просадочных грунтах. При конструиро-
вании подземных частей таких зданий
необходимо учитывать некоторые общие
принципы. При абсолютных величинах
деформаций оснований, превышающих
указанные в СНиП П-15—74, следует
повышать жесткость элементов подзем-
ной части здания за счет применения
монолитных или сборно-монолитных
фундаментов (предпочтительно в виде
перекрестных лент), исключать по воз-
можности проемы в стенах подземной и
цокольной частей здания.
Рис. 11.5. Деталь столбчатого фундамента
1—фундаментная балка (сборная или моно-
литная); 2 — стена; 3 — панель перекрытия;
4 — фундамент, состоящий из отдельных стол-
бов, сложенных из блоков
Расстояния между осадочными швами следут принимать мини-
мальными, размеры швов назначать с учетом величины крена, но
не менее 3 см, добавляя по 2 см на каждый этаж выше второго.
Для выравнивания осадок и сокращения усилий от их неравно-
мерности целесообразно принимать прерывистые фундаменты на
песчаной подготовке толщиной 30—40 см. Этот прием обеспечивает
врезание фундаментов в грунт в местах повышенных напряжений
и вовлечение в работу просевших при оттаивании смежных участков
основания (рис. 11.6). Горизонтальную гидроизоляцию в зданиях
такой конструкции следует выполнять из слоя цементного раствора
состава 1 : 3. Проемы в стенах подземной части следует располагать
не ближе 1 м к углу стен и предусматривать обрамление проемов
монолитными железобетонными рамами.
Детали конструкций нулевого цикла зданий этого типа см. так-
же в серии 2.110-ЗП «Детали фундаментов жилых зданий, возводи-
мых на просадочных грунтах», вып. 1 и 2.
Перекрытия над холодными подпольями не отличаются сущест-
венно от конструкций перекрытий в обычных условиях. Специфиче-
скими являются требования герметичности, повышенного термиче-
ского сопротивления, недопустимости влагонакопления в толще пере-
крытия. Особенно строго должны удовлетворять этим требованиям
перекрытия над холодными подпольями в помещениях с длительным
пребыванием людей. Нормы требуют в этих случаях предусматри-
вать обогрев полов с помощью водяных, воздушных систем, воз-
338
можно применение греющего электрокабеля (следует иметь в виду,
что наличие обогрева полов не позволяет уменьшить термическое
сопротивление перекрытия).
Герметичность перекрытий следует повышать путем проклейки
рулонными материалами или промазкой битумом всех швов между
Рис. 11.6. Пример решения конструкций фундамен-
тов при II принципе использования вечномерзлых
грунтов в качестве оснований
7— фундаментные плиты; 2 — песчаное основание; 3 — моно-
литные железобетонные пояса; 4—монолитные железобетон-
ные стойки, бетонируемые после монтажа блоков стен под-
валов; 5—арматурные каркасы; 6 — блоки стен подвалов
плитами перекрытия после заделки их раствором. Швы в перекры-
тиях, совпадающие со швами в ростверках и не заделываемые рас-
твором, герметизируются укладкой слоя рубероида, приклеиваемого
к одной из смежных плит.
На ростверки наружных стен необходимо укладывать торцы
многопустотных настилов, заделанные бетонными вкладышами.
В качестве утеплителей следут применять эффективные мате-
риалы— легкие и ячеистые бетоны, минераловатные изделия, поли-
мерные материалы. Пример конструкции перекрытия над подпольем
339
Рис. 11.7. Пример конструкции
перекрытия над холодным под-
польем в здании без техниче-
ского этажа
1—панель перекрытия; 2 — утепли-
тель; 3— кирпичные столбики разме-
рами 25 X 25 см с шагом 1 X 1 , м;
4 — плоские железобетонные плитки
размерами 1 X 1 X 0,06 м; 5 — чистый
пол; 6 — полость, в которой цирку-
лирует подогретый воздух
Рис. 11.8. Примеры решения ограждения холодного под-
полья
А — в кирпичном здании; Б — в крупнопанельном здании; 1—свая;
2— ростверк; 3— кирпичная кладка; 4 — сборная железобетонная цо-
кольная панель; 5 — отмостка; 6 — отверстия (продухи); 7 — стеновая па-
нель; 8—закладные детали в цокольной панели; 10 — соединительные
элементы на сварке; //—оголовок
Л— с консольной площадкой и сборным маршем; Б — с монолитным косоуром на собственных фундаментах
и плитными ступенями; 1—стена здания; 2 — консольные балки площадки; 3 — плита площадки; 4 — сборный
марш со свободным опиранием на балку и ростверк; 5 — свая; 6—ростверк; 7 — монолитный косоур со стойкой;
8— плитные ступени; 9 — зона замены пучинистого грунта
с обогревом пола в случае отсутствия технического этажа дан на
рис. 11.7. При наличии технического этажа и при отсутствии требо-
ваний обогрева пола конструкции перекрытий следует принимать по
серии 2.140-2М «Детали перекрытий жилых и общественных зданий
для I климатического района», вып. 1. В этой серии имеются вспомо-
гательные таблицы для подбора утеплителя.
Рис. 11.10. Вводы-выпуски инженер-
ных сетей зданий с холодными под-
польями
А—ввод-выпуск через стену; Б — ввод-вы-
пуск через перекрытие; / — здание; 2 — место
ввода-выпуска; 3 —канал; 4 — свая; 5 —уча-
сток отмостки с усиленной гидроизоляцией
Цокольные ограждения служат для защиты холодных подполий
от заносов снегом и обеспечивают необходимый температурный
режим подполья (см. гл. 8). Конструктивные решения этих огражде-
ний зависят от пучинистых свойств грунтов: при непучинистых
грунтах возможно касание низа ограждения грунта, что с точки зре-
ния эксплуатации предпочтительнее, при пучинистых же грунтах не-
обходим зазор не менее 15 см (рис. 11.8). Бетон элементов цоколь-
ных ограждений должен иметь марку по морозостойкости не
менее 100.
Крыльца при использовании грунтов основания по принципу I
следует проектировать со ступенями плитного типа и с минимальной
высотой, что улучшает условия эксплуатации. Конструкции крылец
342
желательно решать в виде консолей, заделанных в ростверки здания,
или с опиранием на одну-две сваи. При просадочных грунтах кон-
струкции крылец должны быть отделены от основного здания, а их
фундаменты проверены на выпучивание.
Примеры решений крылец даны в серии 2.110—2М «Детали
фундаментов жилых зданий, возводимых на вечномерзлых грунтах»,
вып. 1, а также показаны на рис. 11.9.
При решении вводов — выпусков инженерных коммуникаций
надлежит учитывать не только тепловое влияние сетей на вечномерз-
лые грунты, но и опасность протечек. Необходимо принимать меры
к повышению надежности за счет гидроизоляции поверхности грунта
в подполье, обеспечения ее уклонов, а также повышения герметично-
сти сетей (рис. 11.10).
§ 11.3. Конструкции надземной части
Для учета особенностей
касающиеся проектирования
строительства на Севере в главы СНиП,
несущих и ограждающих конструкций,
Рис. 11.11. Установка оконного блока с тройным остеклением
а — общий вид; б—сечение А1; в — сечение А2; г — сечение АЗ; /—спарен-
ный переплет; 2 — одинарный переплет; 3—деревянная антисептированная
пробка; 4—конопатка; 5 — герметик(например, гернитовый жгут); 6 — уплот-
нение (например, поролон); 7 — подоконная доска
внесены соответствующие дополнения (по каменным и армокамен-
ным, железобетонным, металлическим конструкциям, строительству
в сейсмических районах, строительной теплотехнике). Далее приво-
дятся некоторые дополнительные данные.
343
Каменные и армокаменные конструкции по сравнению с конст
рукцпями этого вида в обычных условиях должны удовлетворять
следующим требованиям: по морозостойкости — согласно табл. 11.2;
по термическому сопротивлению следует всемерно повышать эффек-
тивность конструкций наружных стен за счет применения как облег-
ченных материалов (эффективный кирпич, легкобетонные камни,
утеплители и др.), так и за счет облегченных кладок. Если толщина
а)
б)
Рис. 11.12. Усиление кладки в местах сопряжения стен
а — в углах; б — в пересечениях наружных и внутренних стен; в — в пере-
сечениях внутренних стен; 1 — продольные стержни 0 8 10 мм; 2— попе-
речные стержни 0 6ч-8 мм; 3—дуговая электросварка; 4 — сетки, обра-
зуемые точечной сваркой из стержней 0 4+ 6 мм (укладываются
в смежных рядах кладки)
сплошной кирпичной кладки стены по теплотехническому расчету
требуется больше 64 см, то необходимо применять эффективную кон-
струкцию, например, по серии 2.130-1.4 «Детали стен и перегородок
жилых зданий», вып. 12, «Стены эффективной кладки». Кроме того,
практически для любого района Севера целесообразно и экономически
выгодно назначать конструкцию наружных стен с термическим со-
противлением на 20—30% выше требуемого по теплотехническому
расчету, особенно если оно достигается не за счет утолщения тяжелой
части стены, а за счет применения эффективного утеплителя.
Зазоры между железобетонными брусковыми перемычками за-
полняются утеплителем. Оконное заполнение (рис. 11.11) должно
иметь общую толщину, приближающуюся к толщине стены во избе-
жание промерзания откосов. Наружная отделка выполняется либо
344
I)
Рис. 11.13. Монолитные железобетонные пояса в стенах зданий,
возводимых на протаивающих основаниях
а — в наружных стенах при незначительных деформациях основания; б — то же,
при значительных деформациях; в —во внутренних стенах при незначительных
Деформациях основания; г—то же, при значительных деформациях; г — при на-
личии вентиляционных каналов; 1 — панель перекрытия; 2 — монолитный железо-
бетонный пояс; 3 —анкерные выпуски панелей перекрытия; 4 — цементный раствор;
S—закладная деталь панелей перекрытия; 6 — анкер из стали 0 8 — 10 мм;
7—соединительный стержень из стали 0 8-10 мм; 8—участок монолитного
пояса, укладываемый над панелями перекрытий в пределах вентиляционных
Каналов; 9— заделка пустот в панелях перекрытий
в виде облицовки, закладываемой во время кладки стен, либо в виде
мокрой штукатурки, нанесенной летом; при кладке в зимнее время
расшивать швы практически невозможно.
Рис. 11.14. Армирование
простенка в здании на
протаивающем основа-
нии
1 — монолитный железобетон-
ный пояс; 2— вертикальная
арматура (диаметр опреде-
ляется по расчету); 3— пло-
ские арматурные сетки, охва-
тывающие вертикальную ар-
матуру; 4 — паз, заполняемый
раствором или бетоном на
мелком заполнителе
Особое внимание при проектировании каменных конструкций
должно быть уделено прочности зимней кладки: следует всемерно
добиваться, чтобы раствор до замораживания набирал наибольшую
а - а
1
Рис. II.15. Деталь вертикального стыка внутренних стен крупно-
панельных зданий с повышенной жесткостью
' — панели внутренних стен; 2 — монолитный бетон; 3— арматурный каркас:
4 -сварное соединение арматурного выпуска из панели с арматурным каркасом
прочность, подвергать поверочному расчету в стадии первого оттаи-
вания все нагруженные столбы и простенки, требуя в случае необхо-
димости их разгрузки на этой стадии временными опорами. Во избе-
жание перекосов и отслоений кладки при оттаивании необходимо
предусматривать конструктивное армирование в углах и пересече-
ниях стен (рис. 11.12), устройство арматурных поясов в уровне верха
346
перемычек, надежную анкеровку панелей и прогонов перекрытий в
стенах. Эти конструктивные решения разработаны в различных вы-
пусках и сериях типовых конструкций и деталей зданий и сооруже-
ний (2.130-1; 2.230-4М и др.). При возведении зданий на протаиваю-
щих основаниях и в сейсмических районах (особые сложности воз-
никают при комбинации этих неблагоприятных факторов, как это
имеет место, например, во многих поселках Байкало-Амурской маги-
страли) необходимо помимо общих требований (расчленение зданий
на короткие, жесткие, симметричные отсеки, повышение расчетной
Рис. 11.16. Деталь опирания панелей перекрытий и горизонтального
стыка внутренних стен крупнопанельных зданий с повышенной
жесткостью
1 — панели внутренних стен; 2— панели перекрытий; 3 — монолитный бетон,
заполняющий шпоночные выемы; 4 — арматурный каркас; 5 — сварное соедине-
ние арматурного выпуска из панелей стен и перекрытий с арматурным карка-
сом; 6 — раствор
сейсмичности из-за грунтовых условий и других нормативных указа-
ний) учитывать типовые конструкции и детали зданий и сооружений,
относящиеся к строительству на просадочных грунтах и в сейсмиче-
ских районах. Примеры решений, повышающих жесткость конструк-
ций зданий, даны на рис. 11.13 и 11.14. Некоторые детали
Конструкций крупнопанельных зданий, рассчитанных на усилия от
Неравномерных осадок основания и сейсмических воздействий, даны
На рис. 11.15 и 11.16.
Перечень действующих серий типовых конструкций и деталей,
используемых при проектировании жилых и общественных зданий
Для Севера:
L01I-3M Железобетонные сваи для строительства на вечномерзлых
грунтах.
ИИ-04 Сборные элементы зданий каркасной конструкции для
строительства на вечномерзлых грунтах (СибЗНИИЭП).
2.Н0 -2М Детали фундаментов жилых зданий, возводимых на веч-
номерзлых грунтах:
«Свайные фундаменты кирпичных, крупнопанельных и
крупноблочных зданий с продуваемым подпольем» (вып. 1).
347
2.110- ЗП Детали фундаментов жилых зданий, возводимых на про-
садочных грунтах:
«Ленточные фундаменты и стены подвалов кирпичных и
крупноблочных зданий» (вып. 1);
«Ленточные фундаменты и стены подвалов крупнопанель-
ных зданий» (вып. 2);
«Свайные фундаменты кирпичных, крупноблочных и круп-
нопанельных зданий» (вып. 3). Детали этой серии следует
использовать при проектировании зданий на протаиваю-
щих основаниях.
2.110- 5С Детали фундаментов жилых зданий для строительства в
сейсмических районах.
2.130- 1 Детали степ и перегородок жилых зданий.
2.230- 2 Детали степ и перегородок общественных зданий.
2.110- 1С, Детали стен и перегородок жилых зданий для строитель-
2.110-2С етва в сейсмических районах.
2.140- lCj Детали перекрытий жилых зданий для строительства в
2.140-ЗС сейсмических районах.
2.140- 2М Детали перекрытий жилых и общественных зданий для
I климатического района:
«Перекрытия над продуваемыми подпольями, техническими
этажами и чердачные перекрытия кирпичных, крупноблоч-
ных и крупнопанельных зданий» (вып. 1).
2.190- 4М Вводы — выпуски инженерных коммуникаций жилых и
общественных зданий для строительства в районах с веч-
номерзлыми грунтами.
§ 11.4. Теплотехнический расчет
ограждающих конструкций
Согласно СНиП II-A.7—71 «Строительная теплотехника» сопро-
тивление теплопередаче ограждающих конструкций Ro, м2-ч-°С/ккал,
должно быть не менее требуемого
ЛоТР = -^Г-". (11.1)
где п— коэффициент, зависящий от положения наружной поверхно-
сти ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
ав—коэффициент теплообмена у внутренней поверхности ограждаю-
щей конструкции, принимаемый при расчетах равным 7,5 ккал/м2-ч° С;
ДЛг — нормируемый температурный перепад между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограж-
дающей конструкции, °C, принимаемый в жилых помещениях равным
6 °C для стен, 4 °C — для потолка и 2 °C — для пола; /в—расчетная
температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам проекти-
рования зданий и сооружений соответствующего назначения, °C;
ta — расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимаемая
по СНиП И-А.6—72 «Строительная климатология и геофизика», °C с
учетом следующих указаний:
а) для массивных ограждающих конструкций — средняя наи-
более холодной пятидневки;
б) для легких ограждающих конструкций — средняя наиболее
холодных суток;
348
в) для ограждающих конструкций средней массивности — сред-
няя из указанных в подпунктах «а» и «б»;
г) для особо легких ограждающих конструкций за расчетную
температуру наружного воздуха следут принимать сумму:
/н. ср + Ан, где tn. ср — средняя температура наиболее холодных
суток, °C; Ая — средняя суточная температурная амплитуда (со зна-
ком минус) наиболее холодного месяца; наиболее холодный месяц
выбирается по минимальному значению среднемесячной температуры.
Степень массивности ограждающих конструкций следует уста-
навливать по характеристике их тепловой инерции
D = R1S1 + R2S2 + ... +KnSn (11.2)
где Ri, R2, . . Rn — термические сопротивления отдельных сжтоев
ограждающей конструкции, м2-ч°С/ккал; S2, . . ., Sn—коэффи-
циенты тсплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей кон-
струкции, ккал/м2 -ч -°C.
При этом ограждающие конструкции следует считать: особо
легкими при D 2; легкими — при 2 < D 4; средней массивно-
сти — при 4 < D 7; массивными при D > 7.
Температурные перепады между воздухом и поверхностями
ограждений не могут быть величинами постоянными и должны опре-
деляться исходя из условий обеспечения теплового комфорта для
человека.
Диаграммы радиационно-конвективного комфорта позволяют
выбирать нормативные перепады температур между воздухом в по-
мещении и внутренними поверхностями ограждений на более строкой
научной основе, чем это сделано в СНиП.
При этом в расчетной формуле (11.1) температурный перепад ACi
следует определять как
= ta — тв. р, (11.3)
где Тв. р — расчетная температура на внутренних поверхностях на-
ружных ограждений, °C, определяемая из условий обеспечения тепло-
вого комфорта человека:
Fb и Fh — соответственно площади внутренних и наружных ограж-
дений, м2: tp — средняя радиационная температура внутри помеще-
ния, °C:
/р = 27,7 - 0,507 ta. (11.5)
Если при определении сопротивления теплопередаче пола окажется
tn— Тв.р>2°С, то в формуле (11.3) необходимо температурный
Перепад принимать равным 2 °C.
При использовании в ограждающих конструкциях легких тепло-
изоляционных материалов, таких, как ячеистые бетоны и пластмассы,
обладающих высокими теплозащитными свойствами, но малой тепло-
вой инерцией, проверка наружных ограждений на теплоустойчивость
является необходимой.
Термическое сопротивление наружных ограждений следует рас-
считывать из условий теплоустойчивости всего помещения. Сопро-
тивление теплопередаче наружных ограждений в зимний период при
349
этом должно быть не менее
,тр == 0,5 Лн + Цт (/в — in) р
3 И AG (BBFB + BHFH) Н’
(И.6)
где Лн — средняя суточная температурная амплитуда наиболее
холодного месяца, определяемая по СНиП II-A.6—72, °C; т — коэф-
фициент неравномерности отдачи тепла отопительными приборами;
/в, /н — расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °C;
А/в — допустимые колебания температуры воздуха в помещении, °C;
FB, Fh — площади внутренних поверхностей соответственно внутрен-
них и наружных ограждений, м2; ц— показатель тепловой инерции
конструкций ограждений:
при D 2
при 2 < D еф 4
при 4 < D еф 7
ц—1;
р. = 0,35 (D—2)2+ 1;
И = 1,55 (D—4)2 + 2,4;
при D > 7 — расчет сопротивления теплопередаче наружных ограж-
дений из условия теплоустойчивости помещения не производится;
Вв, Вп — коэффициенты теплопоглощения внутренних поверхностей
соответственно внутренних и наружных ограждений, ккал/м2-ч.°С,
определяются по формуле
1 . (11.7)
Г?
Величину коэффициентов тсплоусвоспия внутренней поверхности
ограждения Ув, ккал/м2-ч-°С вычисляют следующим образом:
а) если первый слой ограждения, непосредственно прилегающий
к поверхности ограждения, обращенной в помещение, имеет D 1,
то Ув = Si (Si — коэффициент теплоусвоения материала первого
слоя, ккал/м2-ч-°C);
б) если первый слой имеет < 1, но Dx -ф D2 > 1 (D2— ха-
рактеристика тепловой инерции второго слоя), то
В 1 +Я1$2 ’
(П.8)
где Ri — термическое сопротивление первого слоя, м2-ч-°С/ккал;
Si, S2— коэффициенты теплоусвоения материала первого и второго
слоев, ккал/м2-ч-°C.
Существенное влияние на тепловой режим помещений оказывают
теплофизические свойства внутренних слоев ограждающих конструк-
ций, и потому их необходимо выполнять из более теплоемких мате-
риалов.
Согласно СНиП II-A.7—71 в теплый период года амплитуда
колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих кон-
струкций зданий не должна быть больше допускаемой амплитуды
А« = 2,5 + 0,1 (/' - 20), (11.9)
где /н — среднемесячная температура наружного воздуха за июль, °C.
350
В районах Крайнего Севера температура на наружных поверх-
ностях ограждений с учетом солнечной радиации в летний период на
20—40 °C превышает температуру окружающего воздуха, причем это
превышение большее, чем в южных, вследствие меньшего угла стоя-
ния солнца над горизонтом.
В помещениях с массивными ограждениями влияние солнечной
радиации через наружные ограждения на тепловой режим помещений
незначительно из-за сильного затухания температурных волн в толще
Конструкции. В помещениях же с легкими, малоинерционными ограж-
дениями наблюдается резкое повышение температуры на внутренних
поверхностях ограждающих конструкций. Поэтому величина их со-
противления теплопередаче в летний период должна быть не менее
h^b(Vb + Vh)
(11.10)
где Ан. ус — расчетная амплитуда колебаний условной наружной
температуры для каждого ограждения:
Г Р (/макс ~ /ср) 1 Zittix
Лн. Ус= ----------------ЬЛ/ ф, (П.Н)
L J
/макс, /ср — соответственно максимальное и среднее суточные зна-
чения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной) за са-
мый жаркий летний месяц на наружные поверхности ограждающих
конструкций, принимаемые по СНиП II-A.6—72, ккал/м2-ч; р — ко-
эффициент поглощения солнечной энергии наружной поверхностью
ограждения; ан — коэффициент теплоотдачи у наружной поверхно-
сти ограждения, равный 20 ккал/м2-ч-°C; At — расчетная разность
между максимальной и среднесуточной температурой наружного
воздуха (для прикидочных расчетов At — 9° С для районов с су-
хим климатом; At = 7° С — для районов с умеренным влажным
климатом); ф— коэффициент неодновременности поступления тепла
К наружной поверхности ограждения от солнечной радиации и от
наружного воздуха, устанавливаемый в соответствии с ориентацией
ограждения по табл. 11.6; Д/в— допустимая величина колебаний
температуры воздуха в помещении, принимаемая в соответствии с
местными условиями, но не более ± 2 °C.
Из полученных значений /?°р, 7?JP и 7?^р за расчетное следует
принимать наибольшее. Сопротивление теплопередаче конструкции
пола и коэффициент теплоусвоения материала покрытия подбирают
таким образом, чтобы не допустить понижения температуры в месте
контакта ног с полом ниже нормативного значения.
В квартирах первых этажей в домах с продуваемыми подпольями
и проездами наблюдается низкая температура поверхности пола, а
температурный перепад между воздухом помещения и поверхностью
пола обычно составляет 8—10 °C, даже при температуре наружного
351
Таблица 11.G
Значения коэффициента <р' в зависимости от различия времени
максимумов радиации /макс, температуры tH и отношения
амплитуд Аэкв : At
Отноше-
ние
амплитуд
^ЭКВ •
Различие времени и *
г макс н
1 2 3 4 5 6
8 9 10
0,96
0,97
0,97
0,98
0,92
0,93
0,94
0,96
0,87
0,88
0,90
0,93
0,79
0,82
0,85
0,89
0,71
0,75
0,79
0,85
0,69
0,66
0,73
0,81
0,38
0,59
0,60
0,73
0,26
0,41
0,51
0,69
* Время максимальной принимается для всех районов в 15 ч;
воздуха значительно выше расчетной. Основная причина этого за-
ключается не столько в низких теплозащитных качествах конструк-
ций, сколько в условиях теплообмена у их поверхности, определяе-
мого уравнением:
q = ак (/а — тп) + ссл (6з — тп), (11.13)
где тп — температура поверхности пола, °C; ак, ал — коэффициенты
теплообмена у внутренней поверхности ограждения соответственно
конвективного и лучистого.
Разность температур между воздухом помещения и внутренней
поверхностью рассматриваемой конструкции в формуле (11.13) при-
нята в предположении, что в помещении, кроме одного наружного
ограждения, для которого определяется дл, все остальные являются
внутренними и имеют температуру, равную температуре воздуха. При
наличии в помещении ограждающих конструкций (в том числе в ка-
честве наружных ограждений потолка или пола), имеющих различ-
ные температуры на внутренних поверхностях, принятое допущение
становится несправедливым.
Перепад температуры между воздухом в помещении и поверх-
ностью пола не должен превышать 2 °C, разность температуры между
воздухом и поверхностью потолка должна быть не более 4 °C, а воз-
духом и поверхностью наружных стен +6 °C. Поскольку темпера-
тура воздуха помещения превышает температуру пола, то конвек-
тивная составляющая теплового потока у пола при конвекции без
искусственного побуждения практически стремится к нулю.
Конвективный и лучистый потоки у поверхности пола могут
иметь противоположные направления, а их значения зависят от ко-
личества наружных и внутренних ограждений в помещении. Сопро-
тивление теплопередаче пола следует определять по формуле:
7?тР==/в-?н (П14)
п <7в
352
где q* = qK + дл;
<7к = ^в-тп; (11.15)
?л = Е ем>4 (т'р - тп); <11Л6)
8 — приведенный коэффициент излучения поверхности конструкции
относительно остальных ограждений в помещении; со — коэффициент
излучения абсолютно черного тела, равный 4,96 ккал/м2-ч-°С; ср' —
коэффициент облученности поверхности конструкции поверхностью
других ограждений; тр — среднерадиационная температура внут-
ренних и наружных ограждений в помещении без учета температуры
поверхности пола, °C:
/ (FB 4~ Fa) 'Гп^'п
Wll-f„ • <1,Л7>
Гп — площадь пола, м2; bt — температурный коэффициент, величину
которого при комнатных температурах можно определить по фор-
муле:
», = 0,81+0,01гср, гср = 0,5(тп-<). (11.18)
Влагосодержание материалов теплой кровли является одним из
важнейших факторов, определяющих ее долговечность и теплозащит-
ные качества. Перенос водяных паров может привести к значитель-
ному ее увлажнению и потере требуемых теплозащитных качеств.
При устройстве достаточной внутренней пароизоляции и наличии
свободного выхода для влаги из утеплителя увлажнения теплоизо-
ляционного слоя обычно не наблюдается, и кровля долгие годы
сохраняет хорошие эксплуатационные качества.
Устройство невентилируемых крыш допускается только при одно-
временном соблюдении следующих условий:
первоначальная (построечная) влажность материалов конструк-
ции не должна превышать нормативную;
должна быть исключена возможность влагонакопления в про-
цессе устройства и эксплуатации;
относительная влажность воздуха помещений не должна пре-
вышать 60%.
В вентилируемых конструкциях крыш воздушные прослойки и
каналы необходимо располагать под теплоизоляцией или в верхней
ее зоне, более сильный прогрев которой в летнее время способствует
ускорению высыхания. Толщина прослойков и диаметр каналов
должны быть не менее 50 мм, а расстояние между каналами не менее
150 мм, но и не более 2/3 максимальной толщины утеплителя. Вен-
тилируемые прослойки и каналы должны сообщаться с наружным
воздухом чрез отверстия в продольных наружных стенах. Суммар-
ное поперечное сечение каналов и приточных отверстий в каждой из
стен должно быть не менее 0,001 от площади горизонтальной проек-
ции крыши. Во всех случаях приточно-вытяжные отверстия следует
закрывать металлической сеткой или решеткой с ячейками 20X20 мм.
Окна, как правило, являются самыми теплопроводными ограж-
дениями. Величины коэффициентов теплопередачи застекленных
проемов находятся в интервале от 1,5 до 5,0 ккал/м2-ч-°C, в зависи-
мости от числа стекол, при этом теплопотери через окна, несмотря на
12 Зак. 190 353
относительно небольшие размеры последних, составляют 20—30%
от всех теплопотерь здания.
В связи с большой разностью температуры поверхности кожи
и поверхности стекол у человека, находящегося вблизи окна, возни-
кает ощущение сквозняка. Для защиты от постоянного потока хо-
лодного воздуха следует правильно располагать нагревательные
приборы, под окнами прокладывать уплотнители, а между коробкой
и наружным переплетом устраивать щелевидные отверстия, которые
способствуют не только удалению влажного воздуха из прослойки,
но и быстрейшему высыханию увлажненных конструкций окна.
Для северных районов рекомендуется тройное и четверное осте-
кление окон с тем, чтобы температура на поверхности внутреннего
стекла не понижалась ниже +6 °C при расчетной наружной темпе-
ратуре. Рекомендуется применять при тройном остеклении один спа-
ренный переплет с двумя стеклами, а при четверном два спаренных
переплета с двумя стеклами в каждом.
Влажностный режим рассчитывается для предупреждения на-
копления влаги в наружных ограждающих конструкциях за годовой
период эксплуатации и приращения влажности строительных мате-
риалов за холодный период года больше допускаемых значений
(табл. 11.7).
В отапливаемых помещениях требуемое сопротивление паропро-
ницанию слоев наружных ограждающих конструкций, расположенных
между помещением и плоскостью возможной конденсации, включая
пароизоляционный слой, следует определять соответственно по фор-
мулам:
= (е, -Е) Z *п. к , (Ц.19)
п Е — ея
2,4z0 (ев — До)
(11.20)
где ев — упругость водяного пара внутреннего воздуха, мм рт. ст.;
еи — средняя за годовой период упругость (парциальное давление)
водяного пара наружного воздуха, мм рт. ст., определяемая по
табл. 4 СНиП II-A.6—72; Е — максимальная за годовой период
упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации,
мм рт. ст., определяемая по формуле:
Е = -1- (Е,г1 + E2z2 + E3z3 + Е4г4), (11.21)
zi, z2, z3, z4 — продолжительности соответственно зимнего, весеннего,
летнего и осеннего периодов в месяцах, определяемые по графам
2—13 табл. 1 СНиП П-А.6—72 с учетом следующих указаний:
а) зимний период включает месяцы со средними температурами
ниже —5 °C; б) весенний и осенний периоды включают месяцы со
средними температурами воздуха от —5 до +5 °C; в) летний период
включает месяцы со средними температурами воздуха выше 4-5 °C;
Ei, Е2, Ез, Е4 — максимальные упругости водяного пара в плоскости
возможной конденсации, мм рт. ст., определяемые по средним тем-
пературам зимнего, весеннего, летнего и осеннего периодов (плос-
кость конденсации принимается в стенах, утепленных изнутри: плос-
кость примыкания утеплителя к более плотной наружной части; в по-
354
Таблица 11.7
Допускаемая влажность материалов в наружных
ограждающих конструкциях
Наименование материала Допускаемая весовая влажность материала, % (на сухой вес) Прираще- ние за период влаго- накопле- ния Относи- тельная пароем- кость материала, г/кг
в период влаго- накопления в зоне конден- сации
к на- чалу к кон- чу
I. Кладка крупноблочная и кирпичная из глиняного обык- новенного кирпича в наружных стенах зданий с сухим и нор- мальным влажностным режи- мами помещений 1.5 3 4,5 1,5 11
2. То же, в наружных стенах зданий с влажностным режимом помещений 3 5 7 2 11
3. Кладка из керамических пустотелых блоков в наруж- ных стенах зданий с сухим и нормальным режимом помеще- ний 4. Кладка крупноблочная и кирпичная из силикатного кир- пича и из плотного силикатного бетона в наружных стенах зда- ний с сухим и нормальным влажностным режимом поме- щений 1 3 4 2 11
2 4 5 2 12
5. Кладка крупноблочная из Шлакобетонных и керамзито- бетонных сплошных и пустоте- лых блоков, а также панели из этих материалов в наружных стенах зданий с сухим и нор- мальным влажностным режи- мом помещений 6 10 12 4 49 165
6. Кладка крупноблочная из ячеистых (пенобетона, газобето- на и т. п.), а также панели и плиты из ячеистых бетонов в наружных ограждающих кон- струкциях зданий при объем- ном весе ячеистого бетона 600 кг/м3 8 12 17 4
7. То же, при объемном весе Ячеистого бетона 800 кг/м3 10 15 20 5 200
8. Пеногазостекло 1 2,5 4 1,5 95
9, Фибролит цементный 10 15 25 5 450
10. Минеральная вата и ми- нераловатные изделия (плиты И войлок) 1 4 6 3 15
11. Древесина сосновая 15 10 25 5 480
12. Стиропор и мипора 15 30 40 15 615
13. Шлаковая засыпка 4 6 8 2 40
14. Керамзитовая засыпка 3 5 6 2 —
15. Бетон объемным весом бо- лее 1800 кг/м3 1 2 4 1 65
16. Внутренний защитно-отде- лочный (фактурный) слой пане- лей 2 4 5 2
12*
353
крытиях с рулонной кровлей — плоскость примыкания утеплителя к
подкровельному слою; в стенах, утепленных снаружи, — плоскость
между утеплителем и наружным фактурным слоем; в однородных
стенах с плотным наружным фактурным слоем — плоскость примы-
кания фактурного слоя к стене); ^7?п.н — сумма сопротивлений паро-
проницанию слоев ограждения, расположенных между наружной
поверхностью и плоскостью возможной конденсации, м2-мм рт. ст. •
ч/г; z0 — продолжительность в сутках периода со среднесуточными
температурами воздуха ниже О °C, определяемая по графе 23 табл. I
СНиП II-A.6—72;
X *п. н
Ео — максимальная упругость водяного пара в плоскости возмож-
ной конденсации, мм рт. ст., определяемая по средней температуре
^ср периода z0, значения ^Ср определяют как среднюю температуру
для месяцев с отрицательными среднемесячными температурами
воздуха; yw — объемная масса увлажняемого материала, кг/м3;
АИ7ср— допустимое приращение влажности материала.
Для зданий в прибрежных районах с продолжительными дож-
дями и ветром следует применять наружные стены с водонепрони-
цаемым слоем с наружной стороны.
Глава 12
РАСЧЕТ УСИЛИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ,
ДЕФОРМИРУЮЩИХСЯ СОВМЕСТНО
С НЕРАВНОМЕРНО СЖИМАЕМЫМИ ОСНОВАНИЯМИ
§ 12.1. Дополнительные усилия, вызываемые
протаиванием основания (общие сведения)
Усилия, возникающие в конструкциях зданий на протаивающих
грунтах, обусловлены двумя видами неравномерных во времени и
пространстве деформаций основания:
деформации, не связанные с нагрузками от здания, определяе-
мые осадкой оттаивания и осадкой обжатия грунта под действием
его собственного веса;
деформации, определяемые осадкой уплотнения грунтов под
действием постоянных и временных нагрузок от здания.
Деформации первого вида рассматриваются как особые воздей-
ствия на здание. Деформации второго вида являются результатом
взаимодействия здания с искривляемым неравномерно сжимаемым
основанием и до решения задачи неизвестны.
Величина и характер распределения дополнительных усилий в
элементах конструктивной системы зависят от формы отпора грун-
тового основания, которая, в свою очередь, является функцией не
только искривления и жесткостных характеристик основания, но и
жесткостных свойств надземной части здания.
Пространственная форма чаши протаивания обуславливает не-
равномерность осадок фундаментов как в поперечных, так и в про-
дольных сечениях здания, что вызывает необходимость определения
дополнительных усилий в конструкциях, обеспечивающих жесткость
здания в поперечном и продольном направлениях.
В каркасных зданиях — это плоские рамные, рамно-связевые или
связевые системы, ориентированные по взаимно перпендикулярным
осям сооружения, либо пространственный каркас в целом, а в бес-
каркасных зданиях — совокупность поперечных и продольных стен,
связанных относительно жесткими дисками перекрытий; возможны
комбинированные решения, когда усилия, вызванные неравномерными
осадками оттаивающего основания, воспринимаются рамными попе-
речниками, объединяемыми в единую систему жесткими продольными
стенами. Виды дополнительных усилий в некоторых типах систем
показаны на рис. 12.1.
§ 12.2. Расчетная схема системы здание —-
протаивающее основание
Расчетная схема системы состоит из расчетной модели здания,
расчетной модели основания и способа их взаимодействия.
Расчетная схема выбирается с учетом особенностей конструк-
тивно-планировочного решения здания, характера и величины расчет-
ных деформаций основания, а также стадии проектирования, обос-
нованием которой должен служить расчет.
357
Рис. 12.1. Виды дополнительных усилий, вызванных не-
равномерной осадкой фундаментов
а—в крупнопанельном здании; б—в кирпичном здании
Расчетные модели здания могут быть плоскими и пространствен-
ными. Применяются также одномерные балочные расчетные модели,
для которых проще определять усилия взаимодействия с деформи-
руемым основанием.
В качестве плоских расчетных моделей здания или одной из его
продольных стен применяются:
составная стержневая система с горизонтальными продольными
поясами (ветвями), соединенными между собой равномерно распре-
деленными продольными и поперечными связями (рис. 12.2, а);
а)
I
Рис. 12.2. Плоские расчетные модели зданий
а — в виде горизонтальной составной стержневой системы; б — верти-
кальной составной стержневой системы; в—комбинированной си-
стемы фундаментная балка —ортотропная балка—стенка; г—состав-
ной пластинчатой системы
такая же система, но с вертикальным расположением ветвей
(рис. 12.2 6);
комбинированная система в виде нижней фундаментной балки
и надфундаментной конструкции, рассматриваемой как ортотропная
балка-стенка (рис. 12.2, в);
составная пластинчатая система, образованная отдельными па-
нелями (глухими или с проемами), которые соединяются между собой
податливыми связями (рис. 12,2, г), и др.
Во всех моделях, кроме последней, совокупность отдельно рас-
положенных конструктивных элементов (в первой модели — простен-
ков с примыкающими участками поперечных стен, во второй — пере-
мычек с примыкающими участками перекрытий, а в третьей — и тех
и других) рассматривается как непрерывно распределенные по длине
(или высоте) здания связи конечной жесткости.
359
Каждая из перечисленных выше расчетных моделей (а также
плоская рама, опирающаяся на ленточный фундамент) может быть
заменена при определении усилий взаимодействия с основанием эк-
вивалентной балкой, жесткостные характеристики которой зависят
от формы ее искривления.
Пространственные расчетные модели конструируются из плоских
путем соединения их с помощью непрерывно или дискретно располо-
женных связей, эквивалентных по жесткости поперечным стенам (или
рамам) и перекрытиям.
Возможно применение следующих пространственных расчетных
схем:
в виде горизонтальной стержневой составной системы, в которой
продольные пояса, условно расположенные по линиям пересечения
продольных стен и перекрытий, объединены между собой располо-
женными в вертикальных и горизонтальных плоскостях непрерывно
распределенными связями сдвига, а каждый элементарный контур по-
перечного сечения сопротивляется перекосу (рис. 12.3,а);
в виде вертикальной составной системы типа составного тонко-
стенного стержня (рис. 12.3,6);
в виде многоячеистой коробчатой конструкции, образованной вер-
тикальными и горизонтальными пластинками, которые соединены
между собой податливыми связями (рис. 12.3, с);
в виде пространственной системы условно недеформируемых
объемных элементов, соединенных в углах податливыми связями (для
объемно-блочных зданий, рис. 12.3, г);
в виде системы параллельных балок (по числу продольных стен
здания), изгибные и сдвиговые жесткости которых переменны в за-
висимости от формы искривления, соединенных между собой равно-
мерно распределенными сдвиговыми (поперечные стены) и момент-
ными (совокупность перекрытий) связями (рис. 12.3,6).
Упруго-пластическая работа конструкции здания может учиты-
ваться снижением величин жесткостных характеристик отдельных
элементов конструктивной системы или всей системы в целом при
достижении некоторых предельных величин расчетных усилий.
Рассматриваются следующие стадии работы конструкций здания
при неравномерных деформациях основания [6]:
в элементах стен трещины отсутствуют, стыковые соединения
в вертикальных швах панельных зданий имеют расчетную податли-
вость, отсутствуют взаимные смещения по горизонтальным
швам;
трещины в растянутой зоне стены и в зонах наибольшего пере-
коса вблизи проемов, податливость стыков в вертикальных швах па-
нельных зданий расчетная, взаимные смещения по горизонтальным
швам отсутствуют;
повышенное развитие трещин в кирпичных стенах и железобе-
тонных поясах жесткости, повышенная деформативность стыков
в вертикальных швах панельных стен, частичное расслоение их по
горизонтальным швам.
Снижение жесткости здания за счет деформаций ползучести
приближенно может учитываться уменьшением вдвое жесткостных
характеристик, подсчитанных без учета влияния ползучести.
При определении усилий в конструкциях зданий, вызванных не-
равномерными деформациями основания, допускается принимать рас-
четную модель, предполагающую, что деформации основания от
360
внешних нагрузок возникают только на участке приложения этих
нагрузок (модель Винклера) [3, 6].
Рис. 12.3. Пространственные расчетные модели зданий в виде
а — горизонтальной составной стержневой системы; б — вертикального
составного тонкостенного стержня! в — многоячеистой системы верти-
кальных и горизонтальных пластинок; г — системы объемных элементов
(для объемно-блочных зданий); д — системы обобщенных балок
Зависимость деформации основания от приложенных к нему
внешних нагрузок в соответствии с основными принципами, установ-
ленными Н. И. Салтыковым, выражается линейным уравнением, а
подошва фундаментов разделяется на три зоны [1, 8]:
361
зону пластических деформаций, где реакции основания равны
предельным давлениям, а развитие осадок ограничивается только
жесткостью конструкций;
зону уплотнения, где реакции основания находятся в пределах
О < р < р"Р, и деформации подошвы повторяют деформации осно-
вания;
зону нулевых реакций, где р = 0, а деформация основания не
повторяется подошвой фундамента.
Рис. 12.4. Диаграмма зависи-
мости погонной реакции осно-
вания и осадки фундамента
(к расчетной модели основания)
Условие на границе между плоской или балочной расчетной мо-
делью здания (стены) и расчетной моделью основания записывается
(рис. 12.4) [5J
<7=0, если W < S0;
q — с (W — S°), если
(12.1)
q = <7пр, если W > S0 4——,
где <7 — погонная реакция основания за вычетом бытового давления,
кгс/см; qnp — предельное значение этой реакции, кгс/см; W— осадка
фундамента, переменная по его длине, см; S0— то же,, переменная по
длине системы осадка основания, см, не связанная с нагрузками от
здания и определяемая осадкой оттаивания и осадкой уплотнения
грунта под действием собственного веса по формулам гл. 10; для
пластично-мерзлых грунтов, используемых по I принципу, и для
предварительно оттаянных и уплотненных грунтов S0 принимается
равной нулю; с — жесткостная характеристика основания, кгс/см2,
переменная по длине фундамента;
* = (12.2)
где g — погонная нагрузка на основание, передаваемая фундаментом,
кгс/см; Sg— осадка уплотнения, см, вызванная этой нагрузкой и
определяемая по соответствующим формулам гл. 9 и 10 для пластич-
но-мерзлых, оттаивающих в процессе эксплуатации и предварительно
оттаянных и уплотненных грунтов.
Если проектом предусмотрено предварительное оттаивание на
глубину, меньшую, чем полная глубина оттаивания, то S# опреде-
ляется как сумма осадок предварительно оттаянного грунта и грунта(
оттаивающего в процессе эксплуатации,
362
§ 12.3. Расчет бескаркасных зданий
по программе «Контакт»
Программа «Контакт» разработана ЛенЗНИИЭПом для расчета
на ЭЦВМ М-222 многоэтажных протяженных зданий на искривляв-
мом неравномерно сжимаемом основании [7].
Расчетная схема здания (рис. 12.3, д) [3, 10] представляет собой
совокупность параллельных балок по числу s продольных стен в зда-
нии, обладающих приведенными изгибными [£*/]|г\ кгс/см2^ и ^сдви-
говыми [G/7]^, кгс, жесткостями, величины которых зависят от г—-
формы изгиба здания. Эти балки соединены между собой двумя ти-
пами распределенных по длине здания связей. Относительному вер-
тикальному смещению препятствуют сдвиговые связи, соответствую-
щие совокупности поперечных стен и имеющие сдвиговую жесткость
ур’ кгс/см. Взаимному повороту поперечных сечений балок препят-
ствуют моментные связи, соответствующие совокупности между-
этажных перекрытий и обладающие жесткостью 6^ кгс.
Каждая из балок рассматривается как многопоясная система
(рис. 12.2, а), состоящая из /е + 2 поясов, расположенных в уровнях
междуэтажных перекрытий, и k + 1 полос связей между ними. Пояса
обладают только продольной жесткостью [£T]i, j, кгс, а связи между
ними — сдвиговой жесткостью [GF]®e^T, кгс, и жесткостью при вер-
тикальном сжатии [£'/'’] ®еРт.
Вся система расположена на основании, характеризуемом тремя
величинами, изменяющимися во времени: величиной просадки т
см, приведенной жесткостной характеристикой cj, т, кгс/см2, а также
величиной предельного погонного давления на грунт <7/рот кгс/см.
Для каждой продольной стены характеристики основания зада-
ны в п точках на контакте стены с основанием, в дальнейшем назы-
ваемых «точками контакта».
Характеристики основания т и т определяются для
расчетного момента времени в соответствии с рекомендациями в§ 12.2.
Кроме геометрических характеристик здания, вычислению подле-
жат следующие его жесткостные характеристики:
податливости расчетных поясов каждой продольной стены зда-
,, 1
ния ai, j, 1/кгс, определяемые по формуле а.^ = -г—--;
сдвиговые жесткости цокольно-фундаментной части, первого и
типового этажей каждой продольной стены здания [G/7]®61^, кгс;
суммарная сдвиговая жесткость поперечных стен, для цокольно-
фундаментной части и всех этажей здания /» кгс’
1зл
приведенная жесткость здания при вертикальном сжатии для
стен цокольно-фундаментной части, первого и типового этажей
[EF]^T, ксг;
сдвиговая жесткость перекрытия [GF]?ePeKp, кгс.
363
Все эти величины вычисляются по указаниям СН 321—65 н
СНиП II-B.1—62 с использованием данных [4].
Обобщенные жесткостные характеристики у^
и 6^ вычисляются ЭЦВМ при решении набора частных упругих
задач по расчетным схемам типа изображенных на рис. 12.2, а и
12.3, а.
Обобщенные балочные усилия и перемещения, а также усилия
в межбалочных связях находятся по схеме (рис. 12.3, д) для фикси-
рованного исходными данными момента времени, после чего опре-
деляются и выводятся на печать усилия в расчетных поясах и свя-
зях стен и перекрытий.
§ 12.4. Приближенный расчет бескаркасных
зданий без применения ЭЦВМ [5]
В зданиях с частым расположением поперечных стен можно
ввести допущение о бесконечной жесткости системы в поперечном
направлении, что позволяет рассматривать все здание как одну балку
длиной I, обладающую изгибными и сдвиговыми характеристиками,
зависящими от формы искривления балки.
Уравнение упругой оси такой системы
V' /" М{г} М{гУ' Л
(12.3)
k [ЕЦ(г) [GF](r) /
Г=1
d2W д2М
где W" = - „ „ ; М" = , „ , а изгибающие моменты в балке можно
дх2 дх2
аппроксимировать конечной суммой
м = £ Alf* = £ g/2KrZ20" (§), (12.4)
Г=1 Г=1
- Z X
где g— погонная нагрузка на балку, /=—; £, = Кг— коэффи-
циенты разложения; Фг — функции, удовлетворяющие на торцах
балки (£ == 0 и £ = 1) однородным граничным условиям: ®г =
= ф;и = о.
Реакции основания такой балки
q==g + M" (12.5)
Совместное рассмотрение зависимостей (12.3—12.5) с условиями
(12.2) в п точках на границе балки с основанием позволяет получить
систему п линейных алгебраических уравнений, достаточную при
и = п — 2 для нахождения коэффициентов Кг, С и D,
Е. [£Z]r Лц .
[£7]г т [GF]r т
। Ф1У '\==_£_ + ^к
~ г, т „ i 1 7
Ст / Cml I
364
Если положить п = 5 и и = 3, то целесообразно принять систему
аппроксимирующих функций, приведенную в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Система аппроксимирующих функций
Функции Г = 1 г =2 r=3
-Фг£) 3 sin nJ—у sin 3nJ COS nJ — i cos 3nJ 1 n » 1 — cos 2nJ—— cos 4ns 4 16
РФГ ф 3 sin nJ —sin 3nJ COS nJ — COS 3nJ cos 2nJ —cos 4nJ
3 sin nJ —9 sin SnJ cos nJ — 9 cos 3nJ 4 cos 2nJ— 16 cos 4nJ
Т а б л и ц а 12.2
Коэффициенты системы уравнений (12.6)
365
Если принять также = 0, £2 = ’Д; £3 = */2; I* = Зк, &5 = 1,
то коэффициенты при неизвестных kT в системе
OjiAl + G21^2 + й31Аз = Aj
a^Ai ~Ь (Х22Л2 + а32Аз — Аг
а^, ~Ь с^зАг + аззАз = Л3
получаются равными помещенным в табл. 12.2.
Величины С и D определяются по формулам:
D = Л — UjAi ~Ь а3Аз>
С = Л + S2A2 — а3Аз;
(12.6)
(12.7)
где
01 = 3,11 —^7- +4 ^-+12 4- — ;
[EZ](1> [GA](1) I c3 ’
a3 = 0,312-+ 2 —Ц3Г + 20 4- • —;
[El]® [GF]® I c3
a2 = 1,777 +8-<
[£Z]<2) I
л g 1 S"
A = -----------h ”
I c3 I
аз
- ( —
Z \ c5 ct
qO г»0
d5 —’
I
Значения обобщенных балочных усилий, возникающих в расчет-
ных сечениях балки (здания в целом), даны в табл. 12.3.
Обобщенные балочные усилия
Таблица 12.3
№ се- чения S Усилие Формулы
Г=1 r = 2 г = 3
1 0 1 Mr Q. м2 0 0 0 0 1,414р/гК2 0 0 Pi2Ki
2 4 1 Q, М3 4,242plKi 4pl2Kx l,414pZK2 0 -2PIK3 -2pVKi
3 2 3 Q3 Mi 0 1,4\4р1гКх ~4р1Кг — l,414pZ2/<2 0 p~l2K3
4 4 <?4 мъ — 4,242plK.i 0 l,414p?K2 0 2plKs 0
5 1 Qs 0 0 0
366
Обобщенные балочные перемещения находятся по формулам:
при т = 1; £=0
?Гп с . „Гз/8 ^2 3 АзYI.
1 L 2 \9 ’ [£7](2) + 16 ‘ [£7](3,ЛГ
' . 1
при m = 2; £ = —
Ь414 \
1
w2 = I f D - — + gl3 [f 4-
/ 0,785 1,414 \ / 1 1 \
+ I (£Z/2; + I2 [GF]<2) 7 2 + \ 16 [£7](3) + I2 [GF]<3) J J
прит = 3;^- Г3 = Нд + §р[4Г—L + 1 ’
1 2 I L k9[£ZJ(1) Z2[GF](1).
_____5_____
16 [£/](3) I2
при m = 4; = — ТГ4 = I | D + +
-3 Г/ 2,043 1,414 \ _ ( 0,785 1,414 \
8 Lm£ZJ(1) + Z2[GF](1)/ \[W2) + /(2) [GF](2) )
+ (-----Д-ЙГ + "-2 —Аз] 1; (12.8)
\16[£7]<3) l2[GF]{3)J J J
при m « 5; £ = 1 W6 l Ь + — - g’l^(- ------^H)Y1 •
L 2 к 9 [5Z](2) 16[£Z](3VJ
В частном случае симметричной задачи Ci == с5; с2 = с4; К2 ==
= С = 0, и система уравнений (12.6) сводится к формулам:
2^^ _ A-ia32 — A2a3i _
«11^32 — ai2«3i ’ /Ю
л л (1—.У/
Д’ — аиА-2 — а1гА1
<Х)1СС32 — ttl2a31
Расчетную модель стены, изображенную на рис. 12.2, а, можно
существенно упростить, если пренебречь вертикальной сжимаемостью
системы, которая описывается в этом случае дифференциальными
уравнениями вида
- Л,1Г" “ - atT,_, + (at + аж) Г, - в,+1Тж (12.10)
где Ti —- интегральное горизонтальное сдвигающее усилие, кгс, в
Л/
i-ом ряду распределенных связей (i = 0,1, 2, ..., ky, ^^вёрт
погонная податливость при сдвиге этих связей, см2/кгс; а; — подат-
ливость при растяжении (сжатии) Z-ro пояса, 1 /кгс; hi — расстояние
367
между i-ым и (/+1)-ым поясами, см; /ii — вертикальные переме-
щения системы, см.
Решение ищется методом Бубнова-Галеркина в форме:
г = Ра/Го + с(^-о,5)+ £ кгФга)];
L r=i J
Т. — Р £ КГА?12Ф" (Ю. (12.11)
Г=1
При этом величины д(г\ характеризующие распределение сдви-
гающих усилий Тг по высоте стены, находятся при решении системы
линейных алгебраических уравнений:
- А?_, + А’Цг- - ' <12,2>
В случае k — 5 (пятиэтажное здание с подвалом), и = 3 (г =
= 1,2,3) коэффициенты Д(г> вычисляются по формулам:
Л? = 0r £ а2 (а2/г0 ai) + (^1 "1" М Ч) а^а^а^В^',
= 0, [(« А + 4Г)) *1? - а2а^В'^ + а2^В^];
А-z} = 0г (А51 v ~~ #ш);
д,Й = 0г (12.13)
А? = 0Г [(й5 + а-Г) Ai + a4^> (ву - а3В'Й)];
Л5Г> = 0г [й4 (% ~ а4) Bj> + (а5 + Йг)) В$ - а3а4а5ВЙ].
В этих формулах: hi — высота типового этажа, ho — относитель-
ная расчетная высота фундаментно-цокольной части здания, равная
hQ
hi ’
а. . . 1 / d.\
<Pi = 1,1л2; ф2 = 1,8л2; <р3 = 6,4л2;
е =rWh#
4rt = Mr2iMr, + a?;
e'f> = а4^> - fi,? = - L^\
B’fl, = + а, («5 + в\ V = 4° + “2 («А + 4Г))!
В1П = ф(г) _ AW£<r>. Bir> = d2A<r)x(r> _
368
Изгибная и сдвиговая жесткости каждой продольной стены зда-
ния при ее искривлении по r-ой форме
Е А' »,
_______. (12 14)
k
Е Л?'Лг
«0Л0
определяются из условия эквивалентности зависимостей (12.3) и
(12.10).
Расчет производится в такой последовательности. Определяются:
жесткостные характеристики основания (§ 12.2) затем геометри-
ческие и жесткостные характеристики конструктивных элементов зда-
ния (§ 12.3) и нагрузки на здание;
коэффициенты распределения усилий по высоте при рассмотре-
нии продольных стен здания в виде отдельно стоящих балок Я({гу.
Определяются коэффициенты распределения усилий по высоте при
рассмотрении здания в виде одной балки А^ по (12.13).
При этом
s s
J- = У _1-; [GF]?epT _ У [Of ]???'. (12.16)
1 i=\ /=1
приведенные жесткости продольных стен здания при рассмотре-
нии их в виде отдельно стоящих балок по формулам (12.14) и (12.15).
Определяются приведенные жесткости для всего здания по фор-
мулам
[£/](г) = l£Z]}r); [GF](r) = X (12.17)
/=1 /=1
Определяются обобщенные характеристики основания
s
s с/, т$/, т s
/=1 т /=1
Решается контактная задача и определяются коэффициенты Кг,
с и D, необходимые для вычисления обобщенных усилий и переме-
щений в здании по формулам (12.6), (12.7).
Вычисляются перемещения, изгибающие моменты и перерезы-
вающие силы для здания в целом по формуле (12.8) и табл. 12.3.
Определяются обобщенные усилия М^т, кг • см и кгс
для каждой продольной стены здания по формулам:
mV) =м{г} --- 1 — oV) 1 (12 19)
> 4j,m 4m
363
Продольные усилия в каждом поясе Ni, j, т, кгс, рассчитываются
ПО формулам:
: (12.20)
t, М'Д
i=0
JL A'D _ A r)
= ------------------— • <I2-21>
Г-1 У
Горизонтальные погонные сдвигающие усилия в каждом этаже
здания Tt J, т, кгс/см, определяются по формулам:
3 а'г}
• <12-22)
Е Mi?/
1=0
A /и
-Т-1-----; (12.23)
Е м'Л
i=0
Для Nit j m и т строятся огибающие эпюры усилий.
Погонные сдвигающие усилия в перекрытиях Т^'Щ, кгс/см,
определяются по формуле
Л л*г>~4-1 Ю'г1(г) Л
“ уАлю 1
i=0
(12.24)
Пример. Расчетом на неравномерные осадки фундаментов тре-
буется проверить кирпичное пятиэтажное здание с продольными не-
сущими стенами (серия 1-447С-40) длиной 67,2 м.
Фундаменты ленточные из сборных блоков с подушкой из моно-
литного железобетона (бетон марки 200, арматура класса АП, про-
цент армирования р, — 1,5).
Наружные стены толщиной 64 см. Внутренняя продольная стена
в первом этаже имеет толщину 51 см, в остальных этажах — 38 см.
Стены первого этажа выполнены из кирпича марки 100 на растворе
50; стены второго этажа — из кирпича марки 75 на растворе 50; сте-
ны третьего и четвертого этажей — из кирпича марки 75 на растворе
25, стены пятого — из кирпича марки 75 на растворе 10.
В уровне перекрытий каждого этажа по всему контуру здания
(по всем наружным и внутренним стенам) имеются железобетонные
370
пояса (бетон марки 200, арматура класса АП). Процент армирования
пояса в уровне перекрытия над подвалом р = /,5°/о, остальных поя-
сов — р == 1 %.
Перекрытия из пустотных настилов жестко заделаны в железо-
бетонные пояса.
Рис. 12.5. К примеру расчета. Планы цокольного а
и типового б этажей
Здание расположено на протаивающем вечномерзлом основании.
Геометрические характеристики здания (рис. 12.5 и 12.6):
длина здания I, см.................... 6720
число этажей в здании k ........... 5
число продольных стен s.................. 3
высота цоколя /гц см................... 320
высота первого этажа /гь см............ 288
высота остальных этажей h, см.......... 280
расстояние между продольными стенами, см . . 600
371
со
СО
Таблица 12.4
Расчет коэффициентов распределения усилий по высоте для наружных стен (/ = 1, / = 3)
i <Л !о ||_ о* - _ аН—а 2, 1 И сч О г = 1 г = 2 г = 3
К II э- а~| Q & + + 1в“ + J r(l)_i(l) UD -2 Lil -\--1,1 Л71 ~аЦ В<1) Л1, 1 • "vi, 1 К со 7 & г (2) 11 r(2) ц. r(2) CM К со II & 'сГ
•5
0 0,9170 1,0322 0,8887 -0,8956 0,8957 -3,0780 0,9420 -5,0583
1 1,0524 0,4690 43,2721 1,9316 1,4966 -25,9296 -0,7578 2,2276 1,7753 -41,4186 -2,1211 4,1663 -1,7076
2 2,2440 1,000 64,6705 3,3116 5,3968 -63,5458 -0,6325 со 3,7541 7,3625 -125,4300 -1,6365 6,6514 3,7045 —277,6532 -1,0421
3 3,6360 1,6203 64,6705 о- 3,9319 10,3957 14,8304 -0,5712 17,74 4,3744 13,7964 18,4937 -1,4674 63,10 7,2717 26,7116 -1740,6707 -0,9408
4 3,6360 1,6203 64,6705 3,3588 10,5815 2,8878 0,4500 3,8013 14,0030 3,1736 -1,3099 6,6987 45,7421 52,1591 -0,8969
5 2,3500 1,0472 64,6705 2,8580 8,5029 -4,0676 0,3271 3,3004 11,4492 -5,7690 -0,9140 6,1978 46,0856 5,1490 -0,7485
6 2,5120 -12,0643 -20,5751 40,4201 -23,6984
-162,6029
Податливости расчетных поясов, 1]кгс, подсчитанные по фор-
мулам:
1 1
и1 , 1 , 1 :
1 -Г --Г ——
ai\ ai2 а13
«0,1 =а0> з = 0,9170- 10“9; а0> 2 = 0,7130-10~9; о0 = 0,2791 -10"9
Я1, 1 = Я1, з = 1,0524 • 10-9; 01,2 = 1,3024-10~9; Й1 =0,3748-10“9
«2,1 — а.2, з = 2,2440 • 10~9; а2> 2 = 1,8044-10“9; 02 = 0,6918-10“9
а3, 1 = о3> з = 3,6360-10-9; Оз, 2 = 2,3460- 10-9; а3 = 1,0243- 10“9
а4, ! = з = 3,6360 • 10-9; о4, г = 4,8400- 10“9; о4 = 1,3217 -10"9
а51 j = а5> з = 2,3500 • 10“9; а5> 2 = 2,346 • 10“9; о5 = 0,7829 • 10“9
а3> j = пб> з = 2,5120 • 10~9; ад>2 = 2,346- 10=9; о6 = 0,8180 • 10~9
Сдвиговые жесткости распределенных связей, подсчитанные ана-
логично СН 321—65 с учетом СНиП 1I-B.2—62 и П-В.—62:
[GF]£e = [GF]®ejт = 9,92 • 108 кгс; [GF]£^T = 8,34 • 108 кгс;
[GF]^T = [GF]?e£T = 1,92 • 107 кгс; [GF]f^T = 1,32 • Ю8 кгс;
[GF]?ePT = [GF]^T = 1,21 • 107 кгс; [GF]?®pt = 0,65 • 108 кгс.
Расчет коэффициентов распределения усилий по высоте для на-
ружных стен (j — 1 и j = 3) приведен в табл. 12.4.
Аналогично получены коэффициенты Д^ и Д^г\
Таблица 12.5
Коэффициенты распределения усилий по высоте
Коэффи- циент 1 = 0 z = l 1=2 1=3 i=4 i=5
Л? -0,8956 -0,7578 -0,6325 -0,5712 -0,4999 -0,3271
-3,0780 -2,1211 -1,6365 -1,4674 -1,3099 -0,9140
-5,0583 -1,7076 -1,0421 -0,9498 -0,8969 -0,7485
л(1) Л«2 -1,4760 -1,7074 -1,6042 -1,4058 -1,2402 -0,7349
л(2) Л'2 -5,0422 -5,5498 -5,0220 -4,3635 -3,8573 -2,3264
-6,8344 -5,9878 -4,5466 -3,8493 -3,4689 -2,3243
4» -1,2027 -1,3129 -1,1809 -1,0563 -0,9126 -0,5516
л® -4,0494 -3,9658 -3,3621 -2,9750 -2,5900 -1,6271
л<” -5,8762 -3,7300 -2,5001 -2,1619 -1,9678 -1,4508
374
Коэффициенты. А{[^ и А'[} даны в табл. 12.5, а приведенные
жесткости стен и здания в целом, вычисленные по формулам (12.14),
(12.15), (12.17)—в табл. 12.6.
Таблица 12.6
Приведенные жесткости стен и здания в целом
Жесткости Г Наружные стены Внутренняя стена Здание в целом
[£/], кгс/см2 1 0,3277-1015 0,9309-Ю15 1,5862-1015
2 .0,2371-10й 0,7639-Ю15 1,2380-1015
3 0,1116-Ю15 0,2980-Ю15 0,5211-Ю15
[GF], кгс 1 0,3425-Ю10 0,3859-101с 1,0710-Ю10
2 0,2857-Ю10 0,3621 -IO10 0,9336-1010
3 0,1738-Ю10 0,2891 -1010 0,6367- Ю11*
Т а б л и ц а 12.7
Характеристики основания
m с, кгс/см2 Su, см
clm~ с3ш с2т С т с0 _ ~о ;>1т~г,3гп <?о ^2т S0 т
1 (5) 174 178 526 3,5 7,0 4,6844
2(4) 107 120 334 6,0 11,0 7,7964
3 87 90,9 264,9 7,0 12,25 8,8015
Таблица 12.8
Изгибающие моменты Л1, тм и перерезывающие силы Q, т
№ сече- ния & Уси- лие В здании В наружной стене Во внутренней стене
r=l r=3 сум- мар- ные r = l r=3 сум- мар- ные г=1 г=3 сум- мар- ные
1 Mi 0 0 0 0 0 0 0 0 О
Qi 0 0 0 0 0 0 0 0 О
2 1М м2 7 507 2 052 9 559 1 551 439 1 990 4 405 1 174 5 579
q2 1 053 -192 861 337 -52 284 379 -87 292
з 1/2 Mi 21 236 -4 104 17 132 4 387 -878 -3 509 12 462 -2 348 10 114
Qi 0 0 0 0 0 0 0 0 О
4 3/4 Mi 7 507 2 052 9 559 1 551 439 1 990 4 405 1 174 5 579
Q< -1 053 192 -861 -337 52 -284 -379 87 -292
5 I MB 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Qs 0 0 0 0 0 0 0 0 0
375
Рис. 12.7. К примеру расчета. Расчетные усилия ЛГ/, / в продоль-
ных поясах
а—наружной стены; б — внутренней стены; / — в сечении £=0,5; 2— в сече-
нии £=0,25
Рис. 12.8. К примеру расчета. Расчетные погонные
горизонтальные усилия сдвига в сечении £=-0,25
а —в наружной стене 3 ; б—во внутренней сте-
Рис. 12.9. К примеру расчета. Обобщенные балочные усилия и
перемещения (на все здание)
а — изгибающие моменты Af; б — перерезывающие силы Q; в — вертикальные
перемещения W; 1—для неразрезанного здания; 2 — для здания, разрезан-
ного посредине осадочным швом (пунктирной линией показаны эпюры оса-
док основания 8°, независимых от нагрузки на здание; 3 —под наружными
стенами Sj = S3; 4— под внутренней стеной 5 —приведенные на все
здание 8°
Характеристики жесткости и осадки оттаивания основания под
каждой стеной и приведенные на здание в целом, найденные по фор-
мулам (12.18), показаны в табл. 12.7.
По формулам (12.9) находим Ki — 0,0784; К,?, = 0,0303; по фор-
муле (12.7) — D = 0,0038 и. используя табл. 12.3, а затем формулы
(12.19), получаем значения балочных усилий в каждой стене
(табл. 12.8).
Расчетные усилия в продольных поясах, сдвигающие усилия
в стенах и перекрытиях показаны на рис. 12.7 и 12.8.
На рис. 12.9 приведены для сравнения некоторые результаты
расчета того же здания, разрезанного на два равных осадочных от-
сека деформационным швом.
§ 12.5. Особенности расчета при типовом
проектировании и привязке типовых проектов
крупносборных зданий
Особенности расчета крупнопанельных, объемноблочных и иных
зданий, собираемых из крупных элементов, определяются ограничен-
ными возможностями изменения и усиления типового конструктив-
ного решения и конструктивных элементов, изготавливаемых на до-
мостроительных предприятиях.
Поэтому возникает необходимость в двухстадийном расчете [5].
В процессе типового проектирования рекомендуется детально рассчи-
тывать пространственную систему зданий (как правило, с использо-
ванием ЭЦВМ) для обоснования и определения диапазона примене-
ния выбранных вариантов конструктивного решения, входящих
в типовой проект.
Основная цель расчета при привязке типового проекта к усло-
виям конкретной строительной площадки — нахождение приведенных
параметров, характеризующих эти условия и позволяющих выбрать
соответствующий им вариант типового решения или принять допол-
нительные меры по обеспечению эксплуатационной надежности
здания.
Расчетную схему крупносборного бескаркасного здания для рас-
чета на стадии типового проектирования выбирают пространственной
с учетом особенностей конструктивно-планировочного решения зда-
ния, характера расчетных деформаций основания и их величин.
В результате серии расчетов с помощью ЭЦВМ для каждого из
входящих в типовой проект вариантов конструктивного решения при
длинах осадочных отсеков (расстояниях между деформационными
швами), равных длинам одной, двух и более секций, определяются
предельные значения:
обобщенных изгибающих моментов Мур и Qyp для каждой про-
дольной стены здания, а также приведенных к единице длины здания
сдвигающих усилий между соседними продольными стенами /уР,
кгс/см; предельными усилиями считаются усилия, соответствующие
полному использованию несущей способности или вызывающие пре-
дельно допустимое раскрытие трещин в сборных элементах и их
стыках;
относительной неравномерности основания вдоль здания Д”род
и поперек Дд°п при типовых схемах деформации в зависимости от
377
величины предельного погонного давления на грунт 7пР в зоне ожи-
даемых максимальных давлений и скорости оттаивания; относитель-
ная неравномерность основания учитывает неравномерность как оса-
док оттаивания S0, так и неравномерность жесткостных характери-
стик основания с и определяется по формуле
^»лев । Sep ёцрав
2Сдев Сср 2сПраВ
'° S0
+ Sjp----------(12.25)
где комбинация 5° и с соответствует одному из видов предельного
состояния здания.
При определении ДпроЯ
s s
g = У g. ; с — У с. ;
ьпг L-i &J, tn' tn L-1 ], т’
/=1 /=1
s
_ Ci, т$/, т
So = -l = l , (12.26)
ст
где т — лев., ср., прав.
При определении Д’'°п
Sj==Sf,m'’ ci = cI,tti’ (12.27)
где j— лев., ср., прав.
Расчет при привязке типового проекта к условиям конкретной
строительной площадки производят в такой последовательности:
по данным теплотехнического расчета, выполненного согласно
рекомендациям гл. 7 настоящего справочника, определяются про-
странственные очертания зоны оттаивания для нескольких (не менее
трех) периодов эксплуатации здания (например, через 1 год, 5 лет
и к моменту стабилизации оттаивания);
учитывая положение зоны оттаивания, характер напластования
грунтов и условия вертикальной планировки территории, определяется
необходимая глубина заложения фундаментов;
для каждого расчетного момента времени вычисляются полные
осадки фундаментов Sj, т под каждой продольной стеной здания
(в предположении его нулевой жесткости), а также значения отно-
сительной неравномерности основания Д™п в поперечных сечениях
с шагом не более 10 м:
(12.28)
предварительно выбираются варианты конструктивного реше-
ния, приведенные в типовом проекте, так чтобы Д^акс ^прив’
по формулам (10.18) определяются величины ст, S^ и q1^
и выбираются места расположения деформационных швов
таким образом, чтобы при q^ и скорости оттаивания меньших, чем
указано для выбранного варианта в типовом проекте, для каждого
осадочного отсека Д™“с < ДпрП; Дмакс < Дп£°Д;
378
в целях обеспечения входов в здание, сохранности вводов инже-
нерных коммуникаций, а также соблюдения эксплуатационных и
эстетических требований для каждого отсека проверяется величина
средней осадки и крена по рекомендациям гл. 10.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Велли Ю. Я., Докучаев В. В., Федоров Н. Ф. Зда-
ния и сооружения на Крайнем Севере. (Справочное пособие). Л.—М.,
Госстройиздат, 1963.
2. Д о к у ч а е в В. В. Основания и фундаменты на мерзлых
грунтах. Л., Госстройиздат, 1963.
3. Крупнопанельное домостроение на вечномерзлых грунтах
(реферативный сборник). М., 1971. [ЦНТИ по гражданскому строи-
тельству и архитектуре].
4. Пособие по расчету крупнопанельных зданий. Характеристи-
ки жесткости стен, элементов и соединений крупнопанельных зданий.
Вып. 1. М., Стройиздат, 1974.
5. Расчет и моделирование несущих конструкций зданий на
вечномерзлых грунтах. Сб. научных трудов ЛенЗНИИЭПа. Л., 1975.
6. Расчет крупнопанельных зданий на неравномерные осадки
основания. М., 1971. (ЦНТИ по гражданскому строительству и архи-
тектуре) .
7. Рекомендации по проектированию жилых и общественных
зданий для строительства на вечномерзлых грунтах. Л., 1971 (Лен-
ЗНИИЭП).
8. Салтыков Н. И. Основания и фундаменты в районах рас-
пространения многолетнемерзлых грунтов. М., Изд-во АН СССР,
1959.
9. Указания по проектированию конструкций крупнопанельных
жилых домов. (СН 321—65).
10. Экспериментальный и теоретический расчет сборных зданий
при неравномерной осадке фундаментов. Сб. научных трудов Лен-
ЗНИИЭПа. Л., 1971.
Глава 13
ЖИЛЫЕ ДОМА И ЗДАНИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
§ 13.1. Общие положения по проектированию
зданий на Крайнем Севере
Благоустроенный жилой фонд городов и поселков городского
типа Крайнего Севера создан за последние 20—25 лет. В тридцатых-
сороковых годах здесь строились одно-двухэтажные деревянные зда-
ния преимущественно барачного типа. Жилые строения большинства
малых городов и поселков до настоящего времени в основном дере-
вянные, с недостаточным уровнем благоустройства, возведенные по
устаревшим типовым проектам, разработанным для средней полосы
страны.
Специфика природно-климатических и хозяйственно-экономиче-
ских условий Крайнего Севера определяет классификацию граждан-
ских зданий по конструктивным решениям, видам материалов, на-
значению и работам строительства:
традиционные капитальные здания, рассчитанные на длительные
сроки эксплуатации, сооружаемые в населенных пунктах, имеющих
базу стройиндустрии. Здания этого типа проектируются и соору-
жаются из сборного железобетона, крупных блоков, кирпича или
дерева. При этом следует выбирать конструкции, обеспечивающие
максимальную их сборность на стройплощадке, а также снижение
веса и материалоемкости (легкие ячеистые и поризованные бетоны,
трехслойные панели с эффективными утеплителями, кирпичную
кладку с теплоизоляционными вкладышами и т. д.);
сборно-разборные здания, предназначенные, как правило, для
строительства в населенных пунктах, расположенных в отдаленных
районах или в поселках с незначительными сроками эксплуатации.
Конструктивные решения зданий этого типа предусматривают воз-
можность многократной сборки и разборки в связи с перевозкой
зданий из одного населенного пункта в другой; сборно-разборные
здания проектируются каркасно-панельными или крупнопанельными
с применением для каркаса металла, железобетона или модифициро-
ванной древесины, а в панелях зданий — алюминия, водостойкой и
огнестойкой фанеры, пластиков и т. п.;
передвижные здания для небольших групп специалистов, работа
которых связана с постоянным перемещением с места на место, —-
оленеводов, охотников, рыболовов, изыскателей и т. п. Здания этого
типа решаются в виде объемных блок-контейнеров или складываю-
щихся при транспортировке. Передвижка зданий осуществляется на
санях, автоходу или на плаву. Передвижные здания проектируются
со стальным, алюминиевым или деревянным каркасом и обшиваются
сталью, алюминием или пластиками.
В последние годы разработан и издан ряд нормативных и ре-
комендательных материалов по жилищно-гражданскому строитель-
ству на Севере. На их основе созданы типовые экспериментальные
380
и повторно используемые проекты жилых домов и общежитий со
стенами из крупных панелей, крупных блоков, кирпича и эффектив-
ных материалов, архитектурно-планировочные решения которых учи-
тывают специфические особенности условий жизни в районах Севера.
Особые требования к проектированию жилых и общественных зданий
вытекают из необходимости усиления функций зданий по защите
человека от воздействия жестких природно-климатических условий,
а также более длительного, чем в средней полосе, пребывания людей
в помещениях. При проектировании зданий в условиях Крайнего Се-
вера необходимо:
в жилых зданиях в соответствии с нормами СНиП П-Л.1—71
предусматривать общую площадь, на 10% превышающую нормы для
средней полосы СССР (табл. 13.1), высоту этажа 3,0 м, кухни-столо-
вые не менее 8,0 м2; повышенные площади жилых комнат, зонирова-
ние в многокомнатных квартирах, окна с тройным остеклением, спе-
циальные шкафы для сушки одежды и обуви, приточную вентиляцию
с механическим побуждением, мусоропроводы в зданиях высотой
четыре этажа и более, лифты в зданиях выше четырех этажей
с проветриваемым подпольем;
Таблица 13.1
Площади квартир в жилых домах, сооружаемых в IA,
1Б и 1Г климатических подрайонах (с 10% увеличением
в соответствии с табл. 7 и п. 3.32 СНиП П-Л.1—71)
Тип квартир Верхние пределы общей площади квартир, м2 Минимальная жилая площадь квартир, м2
1-А 30,8 13,2
1-Б 39,6 19,8
2-А 45,1 25,3
2-Б 52,8 29,7
3-А 63,8 39,6
3-Б 69,3 41,8
4А 77,0 50,6
4Б 81,4 52,8
5А 92,4 61,6
ГБ 100,0 63,0
п римечания: 1. В случае необходимости, вызванной принятой кон-
структивно-планировочной схемой, допускается в виде исключения повышение
пределов общей площади квартир до 5%. 2. Квартиры типа А и типа Б при
одинаковом количестве комнат имеют различные размеры общей и жилой пло-
щади, что обеспечивает расселение семей разного состава по численности,
возрасту, полу и родственным отношениям.
предусматривать объединение в единый компактный объем зда-
ний учреждений обслуживания (торговля — общественное питание —
бытовое обслуживание или культура — просвещение — спорт).
В малых по численности населения поселках обязательно сле-
дует предусматривать трансформацию помещений (зрительный зал —«
спортивный зал, столовая — вечернее кафе и т. п.), увеличивать пло-
щади вспомогательных помещений, связанных с пребыванием боль-
шого количества людей: в школах — рекреации, в кинотеатрах —
фойе и т. д., устраивать входные тамбуры с тремя дверями и пово-
ротом и тепловую завесу, предохраняющую здание от проникновения
381
холодного воздуха; предусматривать повышенный уровень комфорта
в зданиях, обслуживающих население, в первую очередь, детей.
В. школах целесообразно устраивать плавательные бассейны и по-
мещения продленного дня, в детсадах — утепленные прогулочные
веранды-фотарии, плескательные бассейны, отапливаемые полы пер-
вых этажей, в торговых центрах и домах культуры — зимние сады.
В жилых домах на Севере необходимо проектировать повышен-
ный уровень инженерного оборудования, который наряду с повышен-
ной общей площадью квартир является одним из основных факторов
комфортности. Поскольку трудно обеспечить эффективную естествен-
ную вентиляцию кухонь, рекомендуется повсеместное применение
бытовых кухонных электроплит с оплатой расходов электроэнергии
по специальному льготному тарифу. Квартиры жилых зданий в труд-
нодоступных районах Севера рекомендуется проектировать с комплек-
том встроенного кухонного оборудования, включая холодильники,
полностью меблированными встроенной и передвигаемой мебелью,
которые должны оплачиваться за счет проживающих или сдаваться
в аренду.
Особое внимание должно быть обращено на повышение санитар-
но-гигиенических условий жизни: в жилых домах и общественных
зданиях следует предусматривать электроустановки, восполняющие
ультрафиолетовую недостаточность, обогащающие воздух кислоро-
дом и ионами, снимающие напряжение статического электричества,
и т. д.
Размещение оборудования приточно-вытяжной вентиляции с
неизбежным шумом и вибрацией рекомендуется проектировать в от-
дельно стоящих инженерно-хозяйственных блоках, сооружаемых на
группу зданий. В этих блоках также целесообразно размещать теп-
ловые узлы, насосы для подкачки воды и другие технические поме-
щения, связанные с работой электромоторов. ]
В жилых домах и общественных зданиях, сооружаемых в уело- j
виях Севера, рекомендуется устройство технических этажей над 1
проветриваемым подпольем. Они служат удобным местом для про- 4
кладки и эксплуатации инженерных сетей здания, сохраняют грунты
основания в мерзлом состоянии, а также, являясь тепловым шлюзом
между холодным подпольем и жилым этажом, способствуют обеспе- ;
чению необходимой температуры на полу первого этажа. В техниче- j
ском этаже целесообразно размещать вестибюли лестничных клеток, i
колясочные-саночные, электрощитовые, теплоцентры и т. п.
С целью снижения стоимости жилищного строительства реко- 1
мендуется применять при проектировании диагонально-центрирован-
ные лестнично-лифтовые узлы, позволяющие увеличивать число
квартир на лестницу и развивать жилые зоны дома не в традицион-
ных двух направлениях, а в трех или четырех. Строительство экспе-
риментального дома такого типа в Ленинграде доказало возможность
снижения стоимости 1 м2 общей площади на 6—8%. Целесообразно
предусматривать увеличение ширины корпуса зданий, что способ-
ствует сокращению их теплоотдачи — важнейшей статьи долговре-
менных эксплуатационных расходов. В частности, следует широко
применять внутренние лестничные клетки, которые, по данным Ака-
демии коммунального хозяйства, сокращают теплопотери на 10%.
Несмотря на то, что внутренние (без естественного освещения) лест-
ничные клетки жилых домов в соответствии с СНиП П-Л.1—71 тре-
буют дополнительных затрат на осуществление противопожарных
382
мероприятий, эти затраты покрываются экономичностью планировоч-
ных решений жилых домов с широким корпусом и внутренними лест-
ницами. Такого рода здания серии 464-ВМ широко применяются
в Якутске.
При проектировании зданий общественного назначения, соору-
жаемых с сохранением вечномерзлого состояния грунтов с помощью
подполий, ширину корпуса следует принимать не более 24—30 м,
так как при большей ширине корпуса не обеспечивается естественная
вентиляция подпольного пространства.
Для районов Севера весьма перспективно строительство зданий
методом подъема перекрытий. При этом отпадает необходимость
завоза на строительную площадку громоздких железобетонных кон-
струкций и тяжелого кранового оборудования. Изготовление моно-
литных железобетонных перекрытий, работа гидравлических или
механических подъемников в условиях полярной зимы в настоящее
время не представляют технических трудностей. Для навесных ограж-
дающих панелей и перегородок можно использовать легкие конструк-
ции заводского изготовления или местные материалы.
С развитием средств транспортировки крупногабаритных кон-
струкций следует ожидать укрупнения элементов, из которых будут
собираться здания. Для районов Севера сооружение зданий из объем-
ных блок-комнат заводского изготовления будет переходным этапом
к монтажу зданий из более крупных элементов — объемных блок-
квартир, блок-секций — к установке целых зданий. Применение для
транспортировки вертолетов и транспортных средств на воздушной
подушке с грузоподъемностью в десятки тонн, дирижаблей с грузо-
подъемностью в сотни тонн позволит организовать массовую пере-
возку укрупненных блоков уже в период ближайших 10—15 лет.
В ЛенЗНИИЭПе разработан ряд экспериментальных проектов,
в которых реализован научный и творческий поиск новых типов
зданий, отражающих специфику Крайнего Севера. Практика эксплуа-
тации и социальный уклад жизни людей на Крайнем Севере, науч-
ные исследования и экспериментальное проектирование доказывают,
что в экстремальных природно-климатических условиях не всегда
следует стремиться к четкому делению зданий на жилые и обществен-
ные, как это делается в средней и южной полосах, где благоприят-
ная природная среда является связующим звеном. Разработано не-
сколько интересных предложений и проектов комплексных зданий
для Севера, в структуре которых органично сочетаются жилые и об-
щественные зоны.
Поселок-комплекс «Полуй» решается двумя семиэтажными кор-
пусами, в которых размещаются квартиры на 480 человек и поме-
щения общественного назначения» Между корпусами — крытый двор-
сад с прозрачной кровлей и искусственным климатом. В одном из тор-
цов комплекса размещается спортивный зал и плавательный бассейн.
Проект дома-комплекса для Норильска на 2,5 тыс. населения —
жилое образование полузакрытого типа. Жилые корпуса комплекса
соединены крытыми теплыми переходами с общественными зданиями,
что особенно актуально для Крайнего Севера с его суровым, жестким
климатом, ограничивающим пребывание и передвижение людей на
открытом воздухе.
Трехэтажные дома-комплексы на 160 человек с зимним садом
и учреждениями обслуживания запроектированы для вахтенных по-
селков на газопроводе Надым-Пунга.
383
Экспериментальный жилой дом нового типа для Воркуты имеет
сложную конфигурацию в плане, что продиктовано градостроитель-
ным положением участка, необходимостью создания защиты от ветра
и переноса снега, а также благоприятным использованием инсоляции.
Авторами предложена пространственная организация квартир в не-
скольких уровнях, обеспечивающая при соблюдении требований
СНиП в части строительного объема квартиры высоту общей ком-
наты в 3,9 м. Переходные галереи, расположенные в нижних эта-
жах, осуществляют связь всех секций с учреждениями обслуживания,
расположенными в первых этажах и отдельном объеме общественного
центра.
§ 13.2. Здания со стенами из дерева
Распространению деревянных конструкций на Севере способство-
вали отсутствие баз строительной индустрии, сравнительная легкость
транспортировки древесины по воде, простота ее обработки с по-
мощью ручного инструмента. Здания, как правило, сооружались из
бревен или бруса. С созданием в послевоенный период заводов по
производству сборных деревянных домов в районах Севера строятся
жилые дома щитовой конструкции. Сборно-щитовые здания возво-
дились с брусчатым деревянным каркасом стен и перекрытий, с об-
шивкой с двух сторон деревянными щитами. Пространство между
щитами с целью теплоизоляции засыпалось шлаком, смесью песка
и опилок или другим местным материалом. Планировочные и кон-
структивные решения зданий щитовой конструкции как барачного,
так и квартирного типа не удовлетворяют современным требованиям.
Их возведение требует больших трудозатрат, срок их нормальной
эксплуатации 7—10 лет.
Планировка брусчатых двухэтажных жилых домов, наиболее
широко распространенных на Севере, также не учитывает климати-
ческих особенностей. Отсутствие двойных тамбуров у входов в лест-
ничные клетки, продуваемые швы между брусом, трудно поддаю-
щиеся эффективной заделке, холодные полы первого этажа служат
источниками дискомфортиости зданий. Обшивка брусчатых зданий
тесом или облицовка их асбошифером дорогостоящи и не всегда га-
рантируют хорошую теплоизоляцию. Мокрая штукатурка фасадов
более эффективна, но трудоемка и снижает долговечность деревян-
ных конструкций. По высоте деревянные здания из-за пожарных тре-
бований ограничены 1—2 этажами.
В пятидесятых годах в ряде населенных пунктов Севера строи-
лись одно- и двухэтажные деревянные каркасные жилые дома, по-
ставляемые финской фирмой «Пуутало». Здания имели легкий каркас
из бруса 50 X 50 мм, теплоизоляцию минеральной ватой и обшива-
лись снаружи и изнутри вагонкой. Сравнительная тонкость основных
изделий и применение эффективного утеплителя обеспечивали эко-
номное использование древесины при производстве домов и резкое
снижение веса здания. Однако транспортировка домов фирмы «Пуу-
тало» с несколькими перевалками, а зачастую и длительным хране-
нием конструкций в суровых условиях Крайнего Севера приводила
к деформациям узлов сопряжения каркаса и тонких досок обшивки.
Сборка домов требовала очень больших затрат ручного труда, высо-
коквалифицированных специалистов и сравнительно мягких погод-
ных условий.
384
В настоящее время проектируются и строятся здания из дере-
вянных крупных панелей с эффективными утеплителями. Это наибо-
лее экономичный и рациональный тип деревянных зданий, обеспечи-
вающий сравнительно небольшие трудозатраты на монтаж в условиях
стройплощадки, определенное снижение веса основных элемен-
тов и удобство транспортировки. К недостаткам по сравнению с дру-
гими типами деревянных зданий следует отнести необходимость
применения кранов, так как максимальный вес крупных деревянных
панелей достигает 0,5 т.
Крупнопанельные деревянные здания серии 111-139 имеют пла-
нировочные и архитектурные решения, отвечающие природно-клима-
тическим условиям Крайнего Севера. К сожалению, из-за дефицит-
ности водостойкой фанеры производство зданий этой серии разви-
вается медленно.
В Красноярском крае по проектам Промстройниипроекта изго-
тавливаются из крупных деревянных панелей объемные блоки, кото-
рые для удобства транспортировки складываются в пакет.
За рубежом — в Финляндии, Норвегии, Гренландии, Канаде и
Аляске (США) — одно-, двух- и трехэтажные деревянные здания
возводятся, как правило, с деревянными каркасами, эффективными
утеплителями и обшивкой из водостойкой и огнестойкой фанеры, алю-
миния или стали.
Вместе с тем следует учитывать, что здания из дерева под влия-
нием сильных, часто повторяющихся ветров или сухости воздуха
в сочетании с большими и длительными морозами становились объек-
тами повышенной пожарной опасности — они сгорали в течение неч
скольких десятков минут. Пожары наносили большой материальный
ущерб.
Кроме того, в безлесных районах тундры, лесотундры и Аркти-
ческого побережья дерево является дефицитным материалом.
§ 13.3. Здания со стенами из кирпича
Широкое распространение на Севере кирпичного строительства
обусловлено прежде всего недостаточным развитием местной базы
полносборного домостроения и трудностями доставки крупногаба-
ритных тяжелых железобетонных панелей. Вместе с тем здания из
кирпича имеют существенные недостатки: большая трудоемкость
кладки стен, требующая значительных затрат квалифицированного
ручного труда, сложность и дороговизна транспортировки этого
мелкоштучного и бьющегося материала в труднодоступные районы
Крайнего Севера (стоимость кирпича увеличивается в 6—8 раз),
ограниченные возможности производства работ по кирпичной кладке
при низких температурах и ветрах более 5 м/сек, необходимость
мокрой штукатурки стен и т. п.
Жилые дома со стенами из кирпича в настоящее время соору-
жаются чаще всего по типовым проектам серии 1-447, архитектурно-
планировочные решения которой не учитывают специфики Крайнего
Севера. Конструктивную схему зданий этой серии, предусматриваю-
щую три несущие стены, также нельзя признать удачной. Схемы зда-
ний с поперечными несущими стенами предпочтительнее. По этим
схемам имеется возможность наружные ограждающие стены делать
из легких эффективных материалов, что обеспечит снижение веса
13 Зак. 190 385
Здания на 10—15% и удешевит строительно-монтажные работы на
12—18%.
Типовые проекты серий 114—68 (с внутренними лестничными
клетками) имеют планировку с общими площадями, близкими к тре-
бованиям СНиП. Однако высота этажа — 2,7 м (вместо 3,0 м), а
также не предусмотрена вентиляция с механическим побуждением.
Требованиям СНиП отвечают проекты кирпичных девятиэтаж-
ных зданий К-69, сооружаемых в Норильске, с внутренним лестнич-
но-лифтовым узлом, мусоропроводом и вентиляцией с механическим
побуждением, а также дома серии И-164-07 в Сургуте. Кирпичные
общежития серии 164-80 имеют блок-секционную систему. Жилые
комнаты общежития на два-три человека группируются в комплекс,
имеющий собственный санитарный узел и ванну. Жилые комнаты
общежития с помещениями обслуживания связаны как по вертикали
через лестничные клетки, так и по горизонтали —* через переходы,
соединяющие блок-секции. Заканчивается корректура типовых проек-
тов кирпичных жилых домов серии 114—74, планировочные решения
которых будут соответствовать требованиям СНиП для Севера.
Общественные здания со стенами из кирпича — школы, детсады-
ясли, кинотеатры и общественные центры поселков — разработаны
е учетом условий Крайнего Севера. Типовые проекты указанных зда-
ний имеют компактные объемы, технический этаж и вентилируемое
подполье. В школах имеются дополнительный холодный тамбур, рас-
ширенный состав рекреационных помещений, приточно-вытяжная
вентиляция. Актовый и спортивные залы размещаются во втором-
третьем этажах. В детсадах-яслях предусмотрены фотарии, при-
точно-вытяжная вентиляция и неотапливаемая прогулочная веранда.
В детских учреждениях, не имеющих технического этажа, преду-
сматривается подогрев пола первого этажа.
Кинотеатры по типовым проектам имеют увеличенные площади
помещений, обслуживающих зрителей. В этом отношении интересен
типовой проект кинотеатра с залом на 400 мест, в котором, кроме
вестибюля и фойе, имеются гардероб, кафе, бильярдная, танцеваль-
ный зал, кружковые комнаты.
В типовом проекте общественного центра на 1000 жителей преду-
сматривается развитый вестибюль, где возможна организация зимнего
сада, магазин на 8 рабочих мест, столовая на 48 посадочных мест,
зрительный зал на 182 места, спортивный зал с размерами 18,0Х9>0 м,
ателье бытового обслуживания, почта-телеграф, пункт проката, по-
мещения администрации, парикмахерская и гостиница на два номера.
§ 13.4. Здания со стенами из крупных блоков
В условиях строительства в труднодоступных районах крупно-
блочное строительство имеет ряд преимуществ перед крупнопанель-
ным: удобство транспортировки крупных блоков, имеющих простую
геометрическую форму, меньшие размеры и вес, возможность приме-
нения кранов небольшой грузоподъемности, незначительные капи-
тальные и материальные затраты на производство, возможность
использования местных строительных материалов. Однако строитель-
ство зданий из крупных блоков требует больших трудозатрат на
строительной площадке, производства или поставки сборного желе-
зобетона перекрытий, лестничных маршей, кровель.
386
Крупные блоки выполняются из различных материалов: кир-
пича, из крупнопористого тяжелого (беспесчаного) бетона, из легкого
бетона (керамзитобетона, перлитобетона, шавгузитобетона и других
легких заполнителей), из ячеистого бетона автоклавного твердения.
Блоки из кирпича изготовляются на специальных стендах и на-
бирают прочность в заводских условиях. Для крупнопористого бетона
используются местные материалы: шебень и галька. Однако блоки
из такого бетона имеют плохие теплотехнические показатели при
большом объемном весе, что увеличивает толщину стен до -1 м.
Блоки из легкого бетона имеют хорошие теплотехнические пока-
затели, объемный вес от 500 до 1800 кг/м3, прочность на сжатие
35—200 кгс/см2; они морозостойки. Ячеистый бетон автоклавного
твердения дает возможность изготовлять блоки с малым объемным
весом; высокой теплоизолирующей способностью, позволяющей
вдвое снизить толщину стен; с хорошей паропроницаемостью (стои-
мость 1 м2 стены из ячеистого бетона составляет 30% от стоимости
аналогичной стены из керамзитобетона; объемный вес ее в 2 раза
ниже за счет того, что в массе блока содержится до60—80% пустот).
Еще более экономично может быть использован в строительстве по-
ризованный бетон, приготавливаемый на искусственных песках
(отходах промышленности).
В настоящее время разработаны и строятся в ряде пунктов
Крайнего Севера жилые дома из крупных блоков легкого бетона
серии 113-123, оснрвные показатели которой приведены в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Основные показатели наружных стен, возводимых
из крупных блоков
Наименование показателей Единица измере- ния Крупные блоки из
полно- телого кирпича беспес- чаного бетона объемным весом 1800 кг/м3 керам- знтобе- тояа объемным весом . 80Q кг/м* ячеистого бетона объемным 'лесом 800 кг/м3
Толщина СМ 66 75 32 30
Вес кгс/м* 240 1350 352 250
Стоимость руб./м* 16,0 14,0 15,0 10,0
Трудоемкость чел-дн/м* 0,9 0,17 0,17 0-, 17
Расход стали кг/м* 1,5 2,8 3,0 6,2
Эта серия имеет широкую номенклатуру зданий, рассчитанную на
разнообразные условия строительства на вечномерзлых грунтах, при
сейсмичности до 8—9 баллов, при сочетании высокобалльной сей-
смичности с вечномерзлыми грунтами и т. д. В проектах предусмат-
ривается защита от ветра входов в лестничные клетки, фасады
имеют двухрядную разрезку и решены в двух вариантах — с эрке-
рами и без них.
Типовые проекты зданий общественного назначения со стенами
из крупных блоков не разрабатывались. Построенные из крупных
блоков здания сооружаются на Севере по проектам кирпичных зда-
ний, переработанным на применение крупных блоков.
13* 387
§ 13.5. Крупнопанельные здания
В районах Крайнего Севера крупнопанельное домостроение, по-
зволяющее довести удельный вес трудозатрат на заводское изготов-
ление и отделку конструкций до 70—90%, составляет четверть
Общего объема строительства, что значительно ниже среднего обще-
союзного показателя.
Заводы крупнопанельного домостроения расположены в наиболее
Крупных городах зоны Севера (табл. 13.3) и в связи с большим
Т а б л и ц а 13.3
Предприятия крупнопанельного домостроения в районах
Крайнего Севера
Место расположения предприятий крупно- панельного домостроения Существующее положение Проектируется на 1980 г.
серия жилых домов мощность, тыс. м2 общей площади улучшенная серия жилых домов МОЩ- НОСТЬ, тыс. м*
Мурманск 1-464Д 210,0 111-93 250,0
Кировск 1-464 35,0 111-93 50,0
Северодвинск 1-335 35,0 И-164-07 70,0
Усинск — 111-112 100,0
Нарьян-Мар — — 111-112 70,0
Воркута 1-335 50,0 111-112 70,0
Надым — — Из ячеистых бетонов 35,0
Сургут И-164-07 100,0 И-164-07 210,0
Сургут 1-467 100.0 — 230,0
Нижневартовск — — 111-112 100,0
Норильск 1-464 35,0 111-112 135,0
Норильск 111-84 35,0 —. —
Якутск 1-464ВМ 35,0 1-464-ВМ 50,0
ст. Шимановская (БАМ) —. — 111-122 100,0
Нерюнгри (ЯАССР) — — 111-122 50,0
Магадан 1-464 50,0 111-122 100,0
Всего - 685,0 - 1625,0
удалением населенных пунктов и отсутствием автомобильных и же-
лезных дорог практически не оказывают влияния на строительство
вновь осваиваемых районов. Строительство крупнопанельных жи-
лых домов, привозимых по воде или по зимникам с несколькими
перевалками за 1,5—2,0 тыс. км, хотя и обеспечивает быстрый при-
рост жилого фонда, но с точки зрения экономики его нельзя считать
положительным. Стоимость конструкций возрастает за счет транс-
портных расходов в 2—3 раза, и, кроме того, от 60 до 80% панелей
получают околы, трещины, деформации, требующие значительных
затрат ручного труда и металла на их устранение.
Для IA, 1Б и 1Г климатических подрайонов утверждена как
основная серия 111—112 с широким шагом поперечных стен, имею-
щая в своем составе трехслойные и однослойные панели наружных
стен из керамзитобетона или газобетона, варианты с техническим
388
подпольем (для строительства по II принципу) и с техническим эта-
жом и вентилируемым подпольем (для строительства по I принципу).
Серия крупнопанельных жилых домов 111—112 с узким шагом
поперечных стен и четырьмя продольными стенами предназначена
для районов Севера с сейсмичностью в 7—8 и 9 баллов, также имеет
варианты для несейсмических районов с вечномерзлыми грунтами.
Находят применение однослойные панели, которые менее трудоемки
в изготовлении, и трехслойные панели: они в зависимости от основ-
ного материала и утеплителя на 20—40% легче однослойных и обе-
спечивают лучший режим работы конструкций в условиях резких
перепадов температур. Совершенствование крупнопанельного домо-
строения идет по пути внедрения метода принудительной самофик-
сации, обеспечивающего точность монтажа и исключения электро-
сварки закладных деталей.
Закрытый стык панелей нерационален в крупнопанельном строи-
тельстве на Севере, так как конденсат влаги образуется в зоне
выпусков металлических деталей, поэтому разрабатываются конст-
рукции открытого стыка.
Для снижения веса и материалоемкости крупнопанельных зданий
необходимо широко использовать для несущих и ограждающих кон-
струкций ячеистые и поризованные бетоны автоклавного твердения,
в производстве которых можно Применить повсеместно распростра-
ненные пески мелких фракций. Испытания показали надежность,
долговечность и хорошие эксплуатационные качества конструкций
из ячеистых и поризованных бетонов. Конструкции из ячеистого бе-
тона с объемным весом 400—1100 кг/м3 И из поризованного бетона
объемным весом 1300—1800 кг/м3 позволяют снизить вес здания на
20—25%, а следовательно, сократить транспортные расходы и стои-
мость строительства.
Разработаны унифицированный каталог индустриальных изделий
из ячеистых бетонов для жилых и общественных зданий и серия
проектов повторного, применения 5—9-этажных крупнопанельных
жилых домов для районов Севера. В Надыме Тюменской области
строится завод крупнопанельные конструкций из ячеистых бетонов
(табл. 13.3).
Имеется опыт крупнопанельного строительства с наружными
стенами из трехслойных железобетонных панелей с заполнением
пенополистиролом. В Мурманске по проектам ЦНИИЭП жилища по-
строены жилые дома общей площадью более 500 тыс. м2 с трехслой-
ными панелями указанной конструкции толщиной 30 см. В Анадыре
построены жилые дома по проекту «Индустрпроект» толщиной 28 см.
В крупнопанельном строительстве нашли применение трехслой-
ные алюминиевые панели. Два 48-квартирных дома такого типа воз-
ведены в Анадыре и пос. Черский. В качестве заполнителя здесь
использованы минераловатные плиты. Общая толщина панели 18 см.
В ЛенЗНИИЭПе разработан проект 52-квартирного дома, с унифи-
цированными навесными алюминиевыми панелями, заполненными
фенольным поропластом. Толщина панели 15 см. (в аналогичных
условиях толщина панелей из керамзитобетона 50—55 см, из кирпи-
ча— 78—90 см). Применение алюминиевых панелей возможно также
в каркасных общественных зданиях. Использование алюминиевых
наружных ограждающих панелей позволяет на 10—15% снизить вес
здания и расход привозного цемента. Кроме того, на тех же произ-
водственных площадях предприятий полносборного домостроения за
389
W 7. ТИПОВЫЕ, ПОВТОРНО ПРИМЕНЯЕМЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ РАЙОНОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
® Таблица 13.4
Перечень действующих типовых проектов жилых домов, рекомендуемых для строительства
в различных природно-климатических регионах Крайнего Севера СССР.
Наименование регионов Жилые дома с несущими и ограждающими конструкциями
из де- рева серии 139 Из кир- пича серии 114-74 из крупных блокбв серии 113-123 из крупных панелей
серии 111-93 серии Ш-112 серии ИД-122 серии Ы64-ВМУ серии И-164-07 переход- ной серии 111-142 серии домбв Из ячеистых бетонов
Мурманская область + + +
Северные районы Карельской + + + + +
АССР й Архангельской области Северные районы Коми АССР (Воркута) и западнее Ненецкого + + + +
национального округа Архан- гельской области Ямало-Ненецкий националь- + + + + +
ный округ Тюменской области Ханты-Мансийский иациональ- + + + + +
ный округ Тюменской области Северные районы Краснояр- + + + + «1, +
ского края (за исключением побережья ЛёдоВитого океана) Труднодоступные районы + +
Крайнего Севера (включая Арк- тическое побережье) Центральные и северные рай- + + + + +
оны Якутской АССР (без сейс- мичности) Северные и южные районы + + +
Якутской АССР (с сейсмич- ностью 7—8—9 баллов) Примыкающие к центральной + + + +
части Байкало-Амурской маги- страли северные районы НесейсМические районы Ма- + + + + + 4е
гаданской области Сейсмические районы Мага- + + + +
даиской области Северный Сахалин + + + — - + — • — —
Таблица 13.5
Перечень проектов для многократного использования и экспериментальных проектов жилых зданий
с применением алюминия и эффективных материалов, рекомендуемых для различных регионов Крайнего Севера
Со £ Наименование регионов Проекты много кратного использования Экспериментальные проекты со стальным каркасом
ЛеиЗНИИЭП, обще- житие на 50 чел. с металлическим каркасом ЛгнЗНИИЭП, 148-квартирный трех- секционный жилой дом с поперечными внутренними стенами из кирпича и лег- кими панелями 5 _ « I В - S и * « S « S СО««н s о Ч Hr* СХ 3 bs н □ s и а? й ® S н ¥ Й г Ю со со и С 5 s « * К s £ 5 3 >2 сч ф 2- g « 5 S in ft К К ЛенЗНИИЭП, серия малоэтажных домов со стальным карка- сом ЦНИИЭП жилища, серия многоэтажных домов со стальными каркасами ЛенЗНИИЭП, вах- тенный поселок на 300 человек «Вахта-300» ЛенЗНИИЭП, трех- этажный дом сме- шанной планиро- вочной структуры ЛенЗНИИЭП, лабо- раторно-жилое зда- ние мерзлотной ла- боратории
Мурманская область Северные районы Карельской АССР и Ар- са нгельской области Северные районы Коми АССР (Воркута) а Ненецкого национального округа Архан- 'ельской области Ямало-Ненецкий национальный округ Гюменской области Ханты-Мансийский национальный округ Тюменской области Северные районы Красноярского края Центральные и северные районы Якутской ЙССР (без сейсмичности) Северные н южные районы Якутской ^ССР (с сейсмичностью 7—8—9 баллов) Районы, примыкающие к центральной састи Байкало-Амурской магистрали Несейсмические районы Магаданской области Сейсмические районы Магаданской области Северный Сахалин Арктическое побережье и острова Север- ного Ледовитого океана 11+ +++++++ +++ 11+ +++I 1 1 1 11+ +11+1 1+1 1 1 1 11 + + + + + + + + + + + + + III+I++1+I 1 1+ III + + ++ 1 1 + 1 1 1 + + + + + + + + + + + + + II + +++++++ 11+
счет освобождения от изготовления наружных стеновых панелей
появляется возможность увеличения выпуска внутренних несущих
конструкций из железобетона, что увеличивает мощность предприя-
тий примерно на 20%.
Крупнопанельные здания общественного назначения в IA, 1Б и
1Г климатических подрайонах не строятся. Практика строительства
Мурманска (отнесенного к районам Крайнего Севера), где имеется
специальный цех, выпускающий конструкции для детсадов-яслей,
школ и центров обслуживания серии 1—467, подтверждает целесо-
образность сооружения общественных зданий из крупных панелей.
В ближайшие годы намечено разработать типовые проекты школ,
детсадов-яслей и центров обслуживания на основе связевого каркаса
и панелей серии ИИС-04 в северном исполнении. Применение кар-
касно-панельных изделий для сооружения общественных зданий дает
снижение стоимости строительства на 10—15% по сравнению с кир-
пичными зданиями. Перечень действующих типовых проектов жилых
домов приведен в табл. 13.4 и 13.5.
Экономическая эффективность каркасно-панельных зданий с но-
вым связевым вариантом каркаса предусматривает по сравнению с
рамным каркасом сокращение расхода бетона на 7—9%, стали —
на 15—17%, трудоемкости — на 6—15%. Поэтому при разработке
индивидуальных и экспериментальных проектов целесообразно при-
менять связевый каркас ИИС-04 во всех случаях, когда возможна
его поставка на строительную площадку. Исключение составляют
территории AI, АБ и 1Г климатических подрайонов с высокобалль-
ной сейсмичностью, где применение связевого каркаса ограничи-
вается соответствующими расчетами.
Зарубежный опыт многоэтажного крупнопанельного домострое-
ния в районах Севера ограничен. В Гренландии в г. Готхоб построе-
ны трех- и четырехэтажные жилые дома галерейного типа. Крупные
железобетонные панели наружных и поперечных несущих внутрен-
них стен для этих домов поставлялись из Дании, панели перекрытий
изготавливались на месте в полигонных условиях. В Канаде по-
строены три многоэтажных здания: 13-этажный жилой дом в йео-
лунайфе и два восьмиэтажных жилых комплекса во Фробишер-Бей.
Здания эти имеют металлический каркас и легкие навесные панели
с эффективным утеплителем.
§ 13.6. Здания с применением алюминия,
стали и эффективных материалов
Здания со стальным каркасом и легкими конструкциями с при-
менением алюминия и эффективных утеплителей имеют в районах
Крайнего Севера серьезные преимущества по сравнению со зданиями
из традиционных материалов: незначительный вес здания (1 м2 на-
ружной оргаждающей стены из трехслойных алюминиевых панелей
весит 25—30 кг, такой же стены из дерева — 150 — 300 кг, из кир-
пича 1180 кг, из бетона 1512 кг); сокращение трудоемкости монтажа
на стройплощадке (трудозатраты на 1 м3 здания со стальным карка-
сом и алюминиевыми панелями составляют 0,06 чел.-дн, для кирпич-
ных и крупнопанельных зданий соответственно 0,25 и 0,40 чел.-дн);
повышенная огнестойкость по сравнению с деревянными зданиями;
снижение сметной стоимости до 40% по сравнению со зданиями из
392
традиционных материалов. К этому следует добавить экономический
эффект от сокращения в 3—4 раза количества рабочих, завозимых
на отдаленную площадку (обустройство каждого из них обходится
государству в 10—12 тыс. руб).
Легкие здания разнообразны по своей конструктивной схеме и
назначению.
Панельно-каркасные здания применяются, как правило, в по-
стоянных (базовых) поселках и городах. На протяжении последних
15 лет разработаны проекты и осуществлено строительство несколь-
ких зданий подобного типа. При этом, например, общий вес двух-
этажного дома на восемь квартир с металлическим каркасом и
ограждающими алюминиевыми панелями с утеплителем из пакети-
рованной мипоры составил 53 т. Вес аналогичного здания из бруса
180 т, из кирпича 345 т, из блоков беспесчаного бетона 1200 т.
На одноквартирном доме подобного типа, построенного в
пос. Амдерма, были проведены в 1965—1966 гг. комплексные тепло-
технические испытания, которые показали хорошие его эксплуатаци-
онные качества.
На островах Северного Ледовитого океана и в Антарктиде по-
строены здания полярных станций (общежитие на 20 человек, дизель-
ная, радиостанция) с металлическим каркасом и трехслойными
панелями с обшивкой из алюминия, с теплоизоляцией из ПС-БС.
В ряде пунктов Арктики возведены комплексы, включающие
жилой, служебный и технический корпуса, соединенные между собой
крытыми утепленными переходами, в которых проложены инженер-
но-технические коммуникации. Здание имеет стальной каркас и
ограждение из трехслойных панелей с заполнителем ПС-БС, заклю-
ченным между алюминиевыми листами.
По проекту ЛенЗНИИЭПа в 1975 г. построен комплекс зданий
мерзлотной лаборатории в пос. Амдерма. В его составе двухэтажный
дом-общежитие со стальным несущим каркасом. Навесные ограж-
дающие панели имеют каркас из фанерных профилей (уголок
75 X 75 X Ю мм) и обиты алюминиевым листом толщиной 1,5 мм с
двух сторон. Панели заполнены трудносгораемым фенольным поро-
пластом ФРП-1 толщиной 15 см и с объемным весом 50 кг/м3. Для
уменьшения звукопроводности во всех Жилых помещениях устроен
поверх щитов перекрытия «плавающий пол», состоящий из минерало-
ватной плиты толщиной 40 мм, двух слоев древесностружечной
плиты толщиной 16 мм и линолеума. Здание разбито на два отдель-
ных блока, соединенных вставкой со светопрозрачным фонарем и
большой площадью остекления по стенам. Во вставке размещены:
в первом этаже вестибюль и камера приточной вентиляции, во вто-
ром — теплое прогулочное помещение, которое может быть использо-
вано как зимний сад.
В аналогичных конструкциях решены проекты жилого здания на
50 человек со столовой и жилого трехэтажного дома смешанной
планировочной структуры с квартирами для малосемейных в первом
этаже и трехкомнатными квартирами в двух уровнях — в верхних
этажах. Экспериментальный комплекс зданий вахтенного поселка на
300 жителей («Вахта-300») в составе двухэтажных общежитий и
одноэтажных общественных зданий решен с торцевыми и внутрен-
ними несущими стенами и перекрытиями, имеющими металлический
каркас, облицовку алюминием и эффективные утеплители. Наруж-
ный контур торцевых стен и перегородок имеет сферическое очертание,
393
здание перекрывается рулоном, состоящим из двух слоев алюми-
ния и теплоизоляционного заполнения из фенольного поропласта
или других материалов. В рулоне в заводских условиях заделаны
стеклопакеты оконных проемов. Такая конструкция резко снижает
трудозатраты за счет сокращения работ по заделке стыков (горизон-
тальные стыки отсутствуют, а вертикальные решаются наложением
нащельника внахлест), повышает эксплуатационные свойства зда-
ния, обеспечивает удобную и экономичную транспортировку наруж-
ных ограждений конструкций, скатываемых при перевозках в рулон.
В настоящее время в ЛенЗНИИЭПе и ЦНИИЭП жилища раз-
рабатываются две серии проектов каркасно-панельных жилых домов
с применением алюминия; возводятся заводы по их изготовлению.
Здания из объемных блоков-контейнеров предназначены для
применения во временных поселках с ограниченным сроком эксплуа-
тации (для изыскателей, строителей и т. д.). Объемные блоки кон-
тейнерного типа изготовляются, полностью отделываются и осна-
щаются необходимым инженерным оборудованием в заводских
.условиях. На строительной площадке выполняется только монтаж
i !(стыковка) объемных блоков в здание. Предусматриваются демон-
таж объемных блоков-контейнеров, транспортировка их и монтаж
на другом участке.
Из объемных блоков-контейнеров, выполненных на одном из за-
водов в средней полосе страны, смонтированы в различных пунктах
Арктики одноэтажные жилые комплексы на 56 и 94 человека. Зда-
ния составлялись из отдельных блоков-контейнеров размером
5,0 X 2,5 м и высотой 2,25 м, смонтированных для облегчения тран-
спортировки на раме-санях. При одном конструктивном типоразмере
изготавливалось большое количество марок блоков-контейнеров раз-
личного назначения (жилая комната, столовая, баня, котельная,
санузел, тамбур-сушилка и т. д.), на заводах, оснащенных техноло-
гическим оборудованием, электропроводкой и отоплением. Вес одного
блока с оборудованием составлял 2,7—3,3 т, а специальных блоков
дизельной и котельной — до 6,0 т. Блоки собирались в комплексы
зданий на основании из бревенчатых клеток, установленных на ще-
беночную подсыпку. Каркас блока-контейнера выполнялся из дере-
вянных брусков, промежутки между которыми заполнялись пенопо-
листиролом с объемным весом не более 40 кг/м3. Каркас с двух сто-
рон обшивался 5-миллиметровой фанерой, а с наружной стороны —
дополнительно кровельным железом. Стыки между блоками закрыва-
лись досками, обернутыми войлоком. Практически жилой комплекс
вводился в эксплуатацию строителями через месяц после доставки
блоков-контейнеров. Комплексы легко разбираются и перебазируют-
ся на другую площадку. Разработана серия типовых проектов зда-
ний из объемных блоков-контейнеров с применением алюминия в
составе: общежития на 25 и 50 человек с помещениями обслуживания
первой необходимости; общежития на 54 человека без помещений
обслуживания, из которого можно компоновать поселки любой вме-
стимости; зданий центров культурно-бытового и торгового обслужи-
вания для поселков на 100, 200, 300 и 500 человек. Все здания ком-
понуются из блок-контейнеров заводского изготовления размерами
в плане 3,2 X 6,7 м и высотой помещений 2,5 м, оснащенных мебелью
и инженерным оборудованием. Контейнеры могут доставляться в
районы строительства как в виде готовых объемных блоков, так и
пакетированными панелями, собираемыми в блоки на площадке.
394
Панели обшиты алюминиевым листом, в качестве утеплителя приме-
нен заливочный фенольный пенопласт с у = 40 кг/м3. Вес контейнера
с оборудованием не превышает 5 т, собственный вес контейнера в
пределах 3 т. Одним из основных преимуществ зданий подобного
типа является быстрота их монтажа.
Передвижные здания предназначены в основном для строитель-
ных организаций (бытовок, мастерских, красных уголков, контор
прорабов, столовых, реже общежитий), а также оленеводов, рыба-
ков и охотников. Большинство передвижных зданий блок-контейнер-
ного типа имеет металлический или деревянный каркас и наружную
обшивку листовой сталью. Миннефтегазстроем изготавливаются пе-
редвигаемые на санях здания общежитий на четыре человека, кон-
струкция которых решена в виде стальной трубы диаметром 2,5 м.
Разработано несколько типов передвижных зданий со Стенами из
пластмасс и алюминия, предназначенных' для перевозки на санном
Ходу. Жилой комплекс состоит из здания на четыре человека и сан-
технического блока с санузлом, душевой и прачечной. Созданы опыт-
ные образцы передвижных зданий на механической тяге весом до
1500 кг. Здание общежития на четыре человека имеет санитарный
узел. Здание культурно-массового обслуживания можно трансфор-
мировать в кинозал, кают-компанию, библиотеку. Производство этих
зДаний освоено на заводе РосселВхозтехники в Батайске. Ориенти-
ровочная отпускная стоимость передвижного дома на гужевой тяге
2,0 тыс. руб., передвижного дома на механической тяге — 3,0—'
3,5 тыс. руб.
Достоинством зданий передвижного тина является большая ма-
невренность, минимальные затраты времени, труда и средств на
установку их на месте. К недостаткам следует отнести малую вме-
стимость зданий, сложность их инженерного оборудования, сравни-
тельно высокую стоимость за счет ходовой части, составляющей
15—40% от всей стоимости.
Передвижные здания, в основном блок-контейнерного типа,
имеют широкое распространение на зарубежном Севере, особенно в
Канаде, где изготовливается в год 14 тыс. передвижных зданий, и в
США, где их производство исчисляется сотнями тысяч в год.
Глава 14
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
§ 14.1. Выбор площадки и генеральный план
Среди многочисленных факторов, учитываемых при выборе
площадки, особое значение имеют мерзлотно-геологические условия.
Отдают предпочтение таким площадкам, где кровля непросадочных
при оттаивании пород находится вблизи поверхности и мерзлотные
процессы (солифлюкция, термокарст, наледи, бугры пучения) не
имеют опасного развития. По возможности избегают площадок, где
вечномерзлые грунты перемежаются с талыми, разделяющими их
границы в плане и разрезе, не имеют четко выраженной формы и
подвержены миграции под воздействием случайных факторов.
Однако часто выбор площадок ограничен, особенно для пред-
приятий горнодобывающей промышленности. Для надшахтных соо-
ружений он всегда определяется границами шахтного прля полезных
ископаемых, в связи с чем часто оказывается неизбежным располо-
жение этих сооружений в неблагоприятных мерзлотно-геологических
условиях.
При слабых грунтах соответственно повышаются стоимость и
трудоемкость строительства. Часто оказывается целесообразным при-
мерить фундаменты глубокого заложения, опирающиеся на грунты,
обладающие высокой несущей способностью и малой сжимаемостью
при оттаивании. Так, например, для обогатительной фабрики шахты
комбината «Интауголь» сваи-стойки, опертые на коренные породы,
залегающие на глубине 8—9 м, оказались экономичнее ленточных
фундаментов с глубиной заложения 3—4 м, основанием которых
являлись бы грунты с небольшой несущей способностью (2,5 кгс/см2).
Среди других, обычно учитываемых факторов особое внимание
обращается на рельеф местности, наличие удобной площадки для
складирования отходов, условия водоснабжения для промышлен-
ных целей, а также на условия расселения трудящихся.
Уклон местности площадки существенно сказывается на величине
капитальных затрат и на эксплуатационных расходах. Наклонный
рельеф площадки позволяет снизить эксплуатационные расходы за
счет использования самотечного транспорта, однако при этом воз-
растают капитальные расходы, особенно при блокировке корпусов.
На наклонных площадках необходимо выбирать участки по возмож-
ности с прямолинейными горизонталями, с тем чтобы вдоль них рас-
положить основные корпуса фабрик. В этом случае подъездные пути
и погрузочные бункера будут располагаться также вдоль горизонта-
лей. Для фабрик обогащения методом флотации желательно иметь
площадку с переменным уклоном: крутым для отделения первичной
обработки и умеренным уклоном для отделения, измельчения и фло-
тации. При наличии горизонтального рельефа самотек материалов в
процессе обогащения требует подъема исходного сырья на верхний
396 ♦
этаж фабрики. В этом случае возникает необходимость строитель-
ства высоких многоэтажных зданий.
Практика изысканий свидетельствует, что площадки у подножия
гор обычно изобилуют наледями, буграми пучения и погребенным
льдом, поэтому эти площадки в ряде случаев малопригодны для строи-
тельства. При выборе мест склада отходов необходимо учитывать
недопустимость загрязнения водоемов и рек сбрасываемыми водами,
а также их влияние на мерзлотные условия. Целесообразна органи-
зация складов отходов на площадке, имеющей форму впадины, по-
зволяющей создать хвостовой бассейн при минимальном объеме
искусственных ограждений. Желательно размещать склады отходов
на более низких отметках, чём фабрика.
Фабрики обогащения, связанные с мокрыми процессами, иногда
выгодно располагать вблизи источников водоснабжения.
Условия расселения трудящихся существенно влияют на стои-
мость и сроки строительства. Стоимость нового поселка в условиях
Севера обычно составляет около половины общей стоимости строи-
тельства всего надземного комплекса.
При наличии нескольких площадок выбор следует производить
на основе сопоставления технико-экономических показателей. В ка-
честве примера в табл. 14.1 рассматриваются две площадки, выде-
ленные для размещения обогатительной фабрики в районе Воркуты.,
Первая площадка находится в благоприятных условиях, поскольку
коренные породы залегают на глубине 3,5—5,0 м. Вторая площадка
сложена делювиальными суглинками до глубины 20 м, подстилав^
мыми флювиогляциальными супесями и песками средней крупности.
Коренные же породы встречаются Лишь на глубине 70—80 м. Верх-
няя поверхность вечной мерзлоты залегает на глубинах 10—25 м.
На этой площадке блокировка зданий оказалась невозможной. Для
некоторых зданий пришлось предусмотреть предпостроечное оттаи-
вание, что, в свою очередь, увеличило стоимость работ нулевого
цикла. Стоимость строительства на второй площадке оказалась
больше по сравнению со строительством на первой площадке, гДе
осуществлена максимально возможная блокировка зданий и где
меньше протяженность инженерных сетей. Однако технико-экономи-
ческий расчет показал, что высокая стоимость железнодорожного
транспорта при строительстве и эксплуатации предопределяет выбор
в пользу второго варианта.
Показателем сравнительной экономической эффективности ка-
питальных вложений является минимум приведенных затрат, которые
представляют собой сумму текущих затрат (себестоимости) и капи-
тальных вложений, приведенных к одинаковой размерности С + Е X
X К = минимум,1 где К — капитальные вложения по каждому ва-
рианту площадки; С — текущие затраты (себестоимость) по тому же
варианту; Е — нормативный коэффициент эффективности капиталь-
ных вложений, принимаемый обычно 0,122.
1 Приведенные затраты могут быть также исчислены по следую-
щей идентичной формуле: К + Т С = минимум, где Т — нормативный
срок окупаемости капитальных вложений, величина, обратная Е.
2 К = 0,12 принят согласно типовой методике определения эконо-
мической эффективности капитальных вложений, утвержденных поста-
новлением Госплана СССР и Президиума АН СССР в сентябре I960 г.
397
Таблица К!
Технико-экономические показатели строительства
на площадках I и П
Наименование работ Единица измере- ния Площадка I Площадка II
Устройство подъездных путей, КМ 42 17,6
станционных путей на приемной станции и на промышленной пло- руб. 6 820,2 2 890,0
щадке 33,25
Строительство автодороги км 4,0
руб. 108.0 1 330,0
Прокладка сетей водоснабжения
и канализации: м 2 107,0 2 800,0
инженерные сети руб. 800,0 928,0
здания и сооружения водопровода м3 40 000,0 40 000.0
и канализации руб. 859,0 859,0
Прокладка шламовой канализации:
трасса м 3 100,0 580,0
руб. 267,0 456,0
отстойники м3 185 000.0 160 000,0
руб. 743,0 642,0
Электроснабжение:
м 4 000,0 2 000,0
лиинн электропередач руб.' 40,0 24.0
объекты электроэнергии Прокладка сетей теплоснабжения: м3 руб. 12 000,0 312,0 12 000,0 312,0
м 800,0 1 100,0
теплотрасса руб. 113,0 155,0
м3 21 000,0 21 000,0
здания руб. 462,0 462,0
Строительство зданий и сооруже- руб. 8 460,0 11 450,0
ний * (в том числе снос и перенос существующих строений)
Итого 18 932,2 | 19 509,0
Расходы по эксплуатации
Пробеги грузов угля руб. 750,0 250,0
Водосн абжение > 15,0 25,0
Канализация 30,0 45,0 •
Электросн абже нне > 60,Ю 60,0
Итого 855 380,0
* Стоимость подготовки площадки строительства с помощью предвари-
тельного электрооттаивания включена в стоимость зданий и сооружений.
398
В приведенном примере показатель экономической эффектив-
ности:
в первом варианте — 18932 X 0,12 + 855 — 3127 тыс. руб.;
во втором варианте — 19509 X 0,12 + 380 = 2721,0 тыс. руб.
Технико-экономические показатели не всегда являются доста-
точным критерием для выбора площадки. В одних случаях площадка
может не отвечать требованиям обеспечения нормальных условий
жизни трудящихся, в других — вызывать опасность загрязнения
близлежащих районов. Поэтому окончательный вариант выбирается
с учетом как технико-экономических факторов, так и социальных.
Генеральный план предприятия представляет собой комплексное
решение размещения и взаимосвязи всех зданий и сооружений
объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях, инженерных
сетей и транспортных коммуникаций с учетом их снегозащиты, бла-
гоустройства территории, предупреждения опасных проявлений мерз-
лотных процессов.
. В районах с повторяющимися метеленесущими ветрами защита
заводского транспорта от снегозаносов проектируется в соответствии
с рекомендациями гл. 4. В случаях, когда устройство снегозащитных
сооружений невозможно, закрывают транспортные коммуникации
галереями.
При проектировании по принципу I размещение всех зданий и
сооружений на генеральном плане должно быть подчинено условиям
сохранения температурного режима грунтов площадки. Сети тепло-
фикации, горячего водоснабжения, водопроводные с тепловыми со-
провождениями, кабельные и тепловые сбросы должны проектиро-
ваться по возможности наземными.
Если сети канализации необходимо выполнить заглубленными,
то их следует проектировать в проходных вентилируемых каналах,
располагаемых на расстоянии не менее 12 м от края фундамента
ближайшего здания.
При горизонтальной планировке особое внимание обращается на
оптимальную блокировку цехов, позволяющую максимально сокра-
тить размеры промплощадки и соответственно уменьшить протя-
женность всех транспортных связей и инженерных сетей.
С этой же целью совмещают трассы трубопроводов различного
назначения и используют здания и сооружения для их прокладки,
например конвейерные галереи.
При блокировке избегают сложной формы зданий в плане, осо-
бенно П-образной и Ш-образной, которые недопустимы по условиям
снегозаносимости.
Задачей вертикальной планировки промплощадки является не
только подчинение существующего рельефа технологическому про-
цессу, но в необходимых случаях и защита поверхности с целью пре-
дупреждения образования термокарста. Вертикальную планировку
рекомендуется осуществлять подсыпкой, применяя выемки как
исключение, с соблюдением рекомендаций глав 5 и 6.
§ 14.2. Объемно-планировочные решения
зданий
Объемно-планировочные решения зданий по типологическому
признаку можно расчленить на пять основных групп (рис, 14.1):
399
одноэтажные; одноэтажные павильонного типа; многоэтажные кар-
касные; зально-каркасные; антресольно-павильонные.
Одноэтажные здания широко применяются на промышленных
предприятиях независимо от профиля производства. Одноэтажные
крупнопролетные здания со встроенными этажерками под оборудо-
вание, здания павильонного типа обеспечивают возможность полного
изменения профиля производства без больших капитальных затрат.
Рис. 14.1. Схема поперечных разрезов промышленных зданий
а — одноэтажное; б — павильонного типа; в — многоэтажное каркасное;
г — каркасно-зальное; д — антресольно-павильонного типа (продольный шаг
колонн для а, в, г, д— 6 и 12 м, для в —6 и 9 м)
На предприятиях, где технологический процесс обусловливает
каскадную компоновку оборудования с расположением машин и ме-
ханизмов на различных высотах, возникает необходимость в много-
ярусных этажерках, представляющих собой мощные каркасы высо-
той в 4—5 этажей.
Здание павильонного типа отличается от каркасно-зального лишь
тем, что каркасы этажерок не связаны с наружным рядом колонн.
Несмотря на наличие в крайних рядах двухветвевых колонн, вибро-
жесткость здания павильонного типа значительно ниже каркасно-
зального. Объем здания павильонного типа используется только
частично, так как с учетом нулевой привязки наружного ряда колонн
с каждой стороны пропадает 3 м. Так, например, при ширине здания
36 м пропадает 17% полезной площади.
По степени индустриализации здания павильонного типа из сбор-
ного железобетона уступают зданиям других типов, так как отноше-
ние среднего веса сборного элемента к наиболее тяжелому для них
составляет 0,25, а для многоэтажных каркасных зданий — 0,6 4- 0,65.
В результате этого стоимость монтажа основных конструкций зда-
ния павильонного типа выше, чем многоэтажного. Это объясняется
400
тем, что этажерки под оборудование выполняются из тех же элемен-
тов, что и многоэтажные здания, а наружный каркас — из элементов
одноэтажных зданий.
Многоэтажные каркасные здания как строительные конструкции
наиболее экономичны. Однако в процессе их эксплуатации возникают
трудности при замене или ремонте оборудования, так как эти опера-
. ции приходится выполнять вручную из-за ограниченной высоты по-
мещений.
Зально-каркасный тип здания обеспечивает возможность уста-
новки оборудования, требующего частой замены или ремонта в заль-
ном отделении, оборудованном мостовым или подвесным краном.
Это несколько увеличивает стоимость здания. Однако дополнитель-
ные капиталовложения окупаются при эксплуатации за сравнительно
короткий срок.
Антресольно-павильонный тип здания обладает, с технологиче-
ской точки зрения, теми же достоинствами, что и зально-каркасный.
Все оборудование, не требующее частой замены или ремонта, мон-
тируется на антресолях; остальное — в зальном отделении. Иногда
при компоновке оборудования встречаются трудности эффективного
использования всей площади антресолей, в связи с чем возникают
вспомогательные помещения, однако их площадь невелика (не
более 10%).
Многоэтажные каркасные здания наиболее чувствительны к не-
равномерным осадкам опор. Известны многие примеры, когда они
сильно деформировались, а иногда полностью выходили из строя
вследствие аварии водопроводной или тепловой сети. При значитель-
ных просадках отдельных опор восстановить такие здания почти
невозможно. Здание антресольно-павильонного типа менее чувстви-
тельно к неравномерным осадкам. Антресоли могут рассматриваться
как двухветвевые колонны, соединенные между собой гибкой связью-
фермой. При такой конструктивной схеме при разных осадках опор
моменты в узлах не возникают.
Для уменьшения промерзания фундаментов крайних рядов
колонн их следует располагать как можно ближе к центру здания
и принимать нулевую привязку с уменьшением в продольном напра-
влении крайних пролетов на 500 мм.
Здания и сооружения должны быть построены на однородных в
мерзлотно-геологическом отношении грунтах. Если этого достичь не-
возможно. то их следует разделить осадочными швами, которые
совмещаются с температурными.
Устойчивость, прочность здания или сооружения при осадках
оснований, величины которых превышают предельные, установлен-
ные СНиП П-15—74, обеспечивается увеличением жесткости каркаса
или повышением его гибкости. Увеличивать жесткость целесообразно
для многоэтажных зданий (схемы в и г на рис. 14.1) при ширине
здания не более 12 м. Для этой цели предусматриваются жесткие
рамные узлы в обоих направлениях и осадочные швы в про-
дольном.
Повышение гибкости успешно может быть применено в одно-
этажных зданиях (схемы а и б). Оно достигается шарнирными узло-
выми сопряжениями, допускающими взаимное смещение конструк-
тивных элементов без нарушения их эксплуатационной пригодности.
Сетку колонн целесообразно применять с увеличенным шагом колонн
и предусматривать возможность их подъема с помощью домкратов.
401
Объемно-планировочные решения зданий и сооружений должны
учитывать особые условия Крайнего Севера и отвечать следующим
требованиям:
а) здания должны иметь прямоугольную форму в плане без
выступов, а фасады должны проектироваться без ниш, поясков и
других элементов, задерживающих снег и влагу;
б) покрытия проектируются без перепадов высот, способствую-
щих образованию снежных мешков;
в) оборудование и технологические трубопроводы не размещают-
ся на покрытиях; они устанавливаются внутри зданий;
г) наружные ворота делаются раздвижными или подъемными с
механическим открыванием; распашные ворота применяются как
исключение и с открыванием внутрь; тамбуры для входа людей
проектируются двойными с глубиной каждого не менее 1,2 м;
д) оконные проемы производств, относящихся по пожарной
опасности к категориям В, Г и Д, желательно выполнять из стекло-
блоков, или стеклопрофилита, а производств категорий А2, Б и Е —
с тройным остеклением;
е) ограждающие конструкции зданий и сооружений с мокрым
процессом должны иметь надежную пароизоляцию. Наиболее эффек-
тивной пароизоляцией обладают панели из алюминиевых листов с
легким заполнителем. В этом случае оконные проемы производств,
относящихся к категориям А, Б и Е, могут выполняться из стеклобло-
ков или из стеклопрофилита, так как алюминиевые панели относятся
к легкосбрасываемым ограждениям.
§ 14.3. Проектирование зданий и сооружений
по принципу I
Для промышленных зданий принцип I успешно применялся в
районах со среднегодовой температурой воздуха —5 °C и ниже при
мощности мерзлой толщи грунтов более 20 м.
При проектировании следует учитывать, что основными причи-
нами, вызывавшими деградацию вечной мерзлоты, явились:
а) возведение временных отапливаемых зданий на участках, при-
мыкающих к предназначенным для размещения постоянных объек-
тов;
б) проникновение в котлованы поверхностных и грунтовых вод
при ведении земляных работ;
в) обратная засыпка грунта мерзлыми комьями, пустоты между
которыми заполняются летом водой;
г) отсутствие в подполье организованного водостока, вследствие
чего оно затапливается атмосферными водами;
д) прокладка инженерных сетей, выделяющих тепло, на рас-
стояние < 12 м от здания;
е) нарушение режима вентиляции подполья из-за использования
его не по назначению или из-за снегоотложений у зданий (см. гл. 8).
При проектировании подполий часто возникает необходимость
изменения обычно принятой схемы компоновки оборудования с целью
подчинения ее задаче сохранения мерзлого состояния грунтов.
Далее приводятся примеры проектирования промышленных
объектов различного назначения.
402
Рис. 14.2. Здание подъемных машин
/—асфальтовое покрытие; 2—теплоизоляционный слой; 3—мон«
тажный проем
40 П
Рис. 14.3. Разрез котельной
под котел
Здания подъемных машин. Типовым решением таких зданий пре-
дусматривается подвал, где
размещается электрооборудование. По-
пытки сохранить мерзлоту с помощью
специальных вентилируемых труб,
заложенных в этом подвале, не дали
положительных результатов, так как
каналы затоплены водой и поступ-
ление холодного воздуха прекрати-
лось. Устойчивость здания была обес-
печена устройством проветриваемого
подполья и размещением в первом
этаже электрооборудования, а во
втором — машинного отделения, что
потребовало изменения схемы подъе-
ма и высоты копра (рис. 14.2).
Котельные. Здания
котельных
решаются аналогично за счет подъе-
ма топочного отделения (рис. 14.3).
Зольный конвейер размещается в хо-
лодном, продуваемом со всех сторон,
высоком подполье, а дымоходы
располагаются выше поверхности
земли.
Дымовые трубы. Наиболее удач-
ным решением, трубы большой высо-
ты явилось устройство пространствен-
ного металлического каркаса, к кото-
рому труба подвешивается в каждом
ярусе (рис. 14.4). При таком реше-
нии обеспечивается сохранение веч-
ной мерзлоты. Установка башни на
трех опорах допускает их рихтовку
с помощью домкратов.
Породное хозяйство. Порода,
складируемая на территории пред-
приятия в виде конусных отвалов,
оказывает существенное влияние на
температурный режим грунтов, осо-
бенно отвалы угольной промышленно-
сти, так как угли подвержены само-
возгоранию. Поэтому избегают скла-
дировать породу на месте ее добычи.
Вывоз породы рационален еще и по-
тому, что она может быть использова-
на для устройства дорог и вертикаль-
ной планировки.
Пункты погрузки породы. Они
представляют собой каркасные зда-
ния с бункерами для породы. Первый
этаж холодный. Он предназначен для
установки самосвалов под погрузку
(рис. 14.5). Аналогичное решение
широко применяется для корпусов погрузки готовой продукции в же-
лезнодорожные вагоны (рис. 14.6).
404
Рис. 14.5. Пункт погрузки породы
Рис. 14.6. Корпус погрузки готовой продукции в железнодорож-
ные вагоны
Пункты приемки сырья. Сырье на горнообрабатывающих пред-
приятиях, поступающее железнодорожным транспортом, принимает-
ся с помощью вагоноопрокидывателя роторного или бокового типа
(рис. 14.7 и 14.8). Первые имеют технологические преимущества
Рис. 14.7. Приемная яма с вагоноопрокидыва-
телем роторного типа
(меньший вес и меньшая установочная мощность), но они требуют
увеличенной на 6—7 м глубины приемной ямы и должны отапли-
ваться. Соответственно увеличиваются глубина и длина тоннеля кон-
вейерных магистралей к месту переработки сырья. Поэтому в ряде
случаев по грунтовым условиям отдают предпочтение более доро-
гому и менее экономичному в эксплуатации вагоноопрокидывателю
бокового типа.
Инженерные сети. Для сохранения вечной мерзлоты все инже-
нерные сети, включая кабели, по возможности, выполняют подвес-
ными на высоте не менее 1 м. Выпуск канализационной сети следует
406
также выполнять в специальных каналах, расположенных над поверх-
ностью.
Фундаменты под оборудование, подвергающиеся динамическим
нагрузкам, отделяются от смежных фундаментов и перекрытий
сквозными швами без заполнения.
15,600
10,800
6,000
±0,000
Рис. 14.8. Прием-
ная яма с боковым
вагоноопрокидыва-
телем
При устройстве железобетонных конструкций подполья, ригели
и прогоны которого жестко связаны фундаментами, возникают зна-
чительные температурные усилия (см. гл. 8 и 11). Железобетонные
перекрытия подполья рекомендуется выполнять с температурными
швами через 12—15 м.
§ 14.4. Проектирование зданий и сооружений
по принципу II
Промышленные здания и сооружения по принципу II целесооб-
разно строить на площадках с разнородными мерзлотно-грунтовыми
условиями, характеризующимися высокой температурой грунтов
4С7
(до —1 °C), прерывистостью вечномерзлых толщ с различными даже
в пределах небольших участков глубинами залегания их верхней
поверхности, подвижностью границы мерзлых грунтов, быстро реа-
гирующей на изменение температурного режима, широким распро-
странением перелетков.
В зависимости от мерзлотно-грунтовых условий промышленные
здания возводились как с применением предпостроечного протаива-
ния, так и без него.
Опыт показал, что помимо особенностей, указанных в гл. 10, не-
обходимо учитывать следующее:
а) при продолжительности строительства более одного года на
талых грунтах глубина зимнего промерзания под возведенным не-
отапливаемым сооружением растет с каждым годом, например, для
условий Воркуты или Норильска она увеличивается на 1,0—1,5 м
за год; под зданием сортировки на одной из шахт Воркуты за 6 лет
глубина промерзания грунтов составила 7—8 м;
б) осадки грунтов при переходе их в талое состояние обычно
довольно велики, поэтому полы первых этажей следует проекти-
ровать подвесными или по насыпному плотно утрамбованному, мало-
просадочному грунту, а отмостки — жестко связанными с фундамент-
ными опорами.
Далее приводятся примеры возведения зданий и сооружений по
принципу II.
Здания, возведенные с учетом последующего оттаивания осно-
вания и развития осадок, были запроектированы для шахты на пло-
щадке, где на глубине 3,2—3,5 м залегают грунты нижней морены,
представленные плотными суглинками, маловлажными, включающими
редкие кристаллы льда, обогащенные гравием и валунами (ус =
= 1,98 4- 2,39 т/м3; А = 0,02; а = 0,01 см2/кгс).
С учетом возможных осадок, которые были определены равными
10—12 см, проектом предусмотрены схемы каркаса, по возможности
наименее чувствительные к деформациям опор, а фундаменты — в виде
железобетонных лент, обеспечивающих наиболее равномерное дав-
ление на грунты. Предусмотрено устройство швов в местах возмож-
ных неравномерных осадок. Шахта была сдана в эксплуатацию в
1941 г. К 1945 г. чаша протаивания достигла глубины 10—11 м, и на
наружных стенах, а также под оконными и дверными проемами по-
явились трещины, однако опасных деформаций не возникло. К 1950 г.
осадки стабилизировались и после выполнения ремонтные работ зда-
ния и сооружения находятся в удовлетворительном состоянии. На
основании наблюдений за этими и другими зданиями Н. И. Салтыков
пришел к выводу, что рассматриваемый метод практически применим,
когда ожидаемая средняя относительная осадка основания не более
0,025, а отношение коэффициентов оттаивания и сжимаемости не
более трех.
В практике проектирования нашло широкое применение исполь-
зование свайных фундаментов, основанных на коренных породах или
на мерзлых грунтах, залегающих ниже чаши оттаивания.
Возведение надшахтных зданий осложняется тем, что под влия-
нием нагнетаемого в шахту подогретого воздуха вокруг ствола обра-
зуется ореол оттаивания, диаметр которого за 10—12 лет эксплуа-
тации шахты достигает 12—16 м.
Устойчивость копра и надшахтного здания обеспечивается
устройством глубоких фундаментных опор или опиранием фундаме'н-
408
тов здания и копра непосредственно на ствол шахты, который по
существу является глубоким фундаментом, основанным на коренных .
породах (рис. 14.9).
Рис. 14.9. Надшахтное
здание и копер, основанные
на
стволе шахты
Фундаменты глубокого заложения рассчитываются с учетом
дополнительной нагрузки от сил трения оседающего грунта при его
оттаивании.
409..
Аналогично могут быть определены усилия в фундаментах глубо-
кого заложения из цилиндрических забивных свай или железобетон-
ных опор, проходимых горным способом.
Ствол рассчитывается в предположении, что он находится в
упругой среде с коэффициентом постели
С = mh,
(14.1)
где т — коэффициент пропорциональности.
Коэффициент постели С может быть определен
Герсеванова
по формуле
л3 ВЕ\
С = 0,28 Д/ 77---2ПГ7 »
v (1 —ц2)£1/
(14.2)
где В — ширина фундаментной ленты, см; Е\ — модуль деформации
грунтов, кгс/см2; ц— коэффициент Пуассона; Eil— жесткость фун-
даментной ленты, кгс/см2.
Рис. 14.10. Горизонтальные перемещения и узлы поворота
ствола шахты от единичной нагрузки и единичного момента
Для суглинков и супесей флювиогляциального происхождения
с учетом перехода их в талое состояние величина С составит 1—
1,3 кгс/см3.
Согласно СН 200—62 коэффициент т можно принять равным
100 тс/м4. Круглое сечение ствола заменяется условным прямоуголь-
ным той же жесткости, расчетная ширина которого:
ftp = 09(rf+l), (14.3)
где d — наружный диаметр ствола, м.
Приведенная глубина заложения ствола
Л1=Ла, (14.4)
где h — глубина заложения опорного венца ствола; а — коэффициент;
Vmbp
EJ
(14.5)
410
В этой формуле EJ — жесткость ствола.
Горизонтальные перемещения и углы поворота от единичного
момента (М = 1) и единичной силы (Н = 1) находятся по формулам
(рис. 14.10):
_ 1 + КВХ
°НН~ a?EI ' Ci + KhDt ’
д . _ 1 А2 + .
6мн — °нм — a2El ’ Ci + KhDi ’
а 1 c^ + Kh
мм aEI Cl + KhD2 ’
(14.6)
где Ль В1г Ci, D\, Л2, В2, С2 и D2 принимают по табл. 11 и 12 в
зависимости от приведенной глубины заложения опорного венца
ствола *. Предельная величина принимается не более 5 м, так как
дальнейшее заглубление не сказывается на перемещениях ствола от
действия горизонтальных нагрузок в уровне поверхности грунта.
Коэффициент К можно принимать в рассматриваемом случае равным
нулю, так как при Лл > 3,5 влияние его на величины бмн, днм,
бмн становится несущественным.
Горизонтальные перемещения У и угол поворота тро сечения
ствола в уровне поверхности земли, а также горизонтальные пере-
мещения ai верха опоры находятся по формулам;
= + (14.7)
Фо = + &mh> (14.8)
ФС— Го + фоб? + 6; (14.9)
6-Т^Г- <шо>
где Л1®— момент в уровне поверхности земли; I — высота сооруже-
ния от уровня земли; б — перемещение верха сооружения за счет его
собственных деформаций и части фундамента, расположенной выше
поверхности грунта.
Изгибающие моменты в поперечных сечениях ствола и горизон-
тальные давления на его боковую поверхность
Мг = aEI (аУ0Л3 - ~ D3; (14.11)
т / фп Л1? Нп
аг-~^*\?оА* + ~^В* + ~&ЁТ 1* + ~&ЁГ- (14Л2)
1 Глотов Н. М., Завриев К. С. Механика грунтов, основания и
фундаменты. Проектирование фундаментов опор мостов из сборных
железобетонных оболочек. М., Стройиздат, 1964,
Глава 15
САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОММУНИКАЦИИ
И СООРУЖЕНИЯ НА НИХ
§ 15.1. Устройство санитарно-технических
коммуникаций и сооружений на них1
При проектировании и строительстве санитарно-технических
коммуникаций населенных мест и промышленных предприятий сле-
дует руководствоваться действующими СНиПами: П-31—74, П-32—74,
П-36—73, П-Г.13—66, Ш-30—74, П-Г.14—62, П-45—75 и П-18-76,
а также отдельными положениями СН 353—66 и Рекомендациями
Красноярского Промстройниипроекта.
Санитарно-технические сети должны проектироваться, строиться
и эксплуатироваться с учетом рекомендованных СНиП П-18—76
двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве
основания зданий и сооружений:
1 — грунты основания используются в мерзлом состоянии в те-
чение всего периода эксплуатации здания или сооружения;
II — грунты основания используются в оттаивающем и оттаяв-
шем состоянии.
При проектировании санитарно-технических коммуникаций и
сооружений на них необходимо учитывать следующие положения:
а) обеспечение устойчивости сетей и сооружений;
б) предохранение транспортируемых жидкостей от замерзания;
в) применение оборудования, конструкций и материалов, обеспе-
чивающих повышенную надежность и долговечность сооружений,
при минимальном весе дальнепривозных изделий;
г) использование наиболее экономичных схем и конструктивных
решений, обеспечивающих минимальные трудозатраты в процессе
строительства и эксплуатации.
Проектирование санитарно-технических сетей должно осуще-
ствляться одновременно и в комплексе с планировкой, застройкой и
благоустройством населенных мест и промышленных предприятий.
При выборе способа и типа прокладки наиболее важное значение
имеют мерзлотно-грунтовые условия. Для оценки этих условий мерз-
лые грунты можно классифицировать по их способности давать
осадки при оттаивании (табл. 15.1).
Руководствуясь данными табл. 15.1, ориентировочно намечают
более целесообразный способ прокладки инженерных коммуникаций.
Для окончательного выбора способа и типа прокладки сетей следует
учитывать; характер объемно-планировочных решений застройки,
назначение и долговечность объекта строительства (временное или
постоянное поселение), рельеф местности, климатические условия
района строительства, характер распространения и залегания вечно-
мерзлых грунтов, их состав и строение, температурный режим, тол-
1 В подборе материала к § 15.1 участвовал инж. Д. Л. Евтихиев.
412
Таблица 15.1
Строительная классификация мерзлых грунтов
для линейных сооружений
Наименование и состав грунта Влажность мерзлого грунта, %
I категория (грунты непросадоч- ные) II кате- гория (грунты малопро- садочные) III кате- гория (грунты проса- дочные) IVa кате- гория (грукты сильно проса- дочные)
Гравийно-галечные и ще- беночио-дресвяные с при- месью: песка Меиее 5—9 9-15 Более 15
супеси или суглинка до 25% > 9-13 13-17 » 17 —
супеси или суглинка до 50% > 11-16 16-20 » 20 —
Пески > 15-17 17-25 > 25 —•
Супеси*, лггкие » 11-13 13-23 23-53 Более 53
тяжелые > Ц-16 16-25 25-56 > 56
Суглинки: легкие и средние » 17-20 20-28 28-60 » 60
тяжелые » 21-23 23-35 35-66 > 66
Глины > 25 25-40 40-75 » 75
Примечания: 1. К IV6 категории относятся все грунты, содержащие
в верхних горизонтах подземный лед толщиной более 10 см. 2. Строительная
классификация мерзлых грунтов для проектирования и строительства линейных
сооружений (трубопроводов, дорог и т. ц.) рекомендована канд. техн, наук
А. Л. Ястребовым и используется в практике проектирования Ленгипротрансом,
Гипроспецгазом и др,
щину слоя сезонного оттаивания (деятельного слоя), физико-меха-
нические свойства грунтов, мерзлотные процессы (пучение, наледи,
термокарст, солифлюкция, трещинообразование), наличие и вид
грунтовых вод.
Способ и тип прокладки сетей зависят также от назначения
трубопровода, режима его работы, материала труб, конструкции
стыковых соединений, температуры транспортируемой по трубам
среды и т. п. Применяются следующие способы прокладки санитарно-
технических сетей: подземный, наземный и надземный.
Каждый из этих способов может быть выполнен в виде раздельной
(одиночной) или совмещенной прокладки. Совмещенная прокладка
является, как правило, более экономичной и удобной в эксплуатации.
Подземную прокладку целесообразно осуществлять в
пределах застройки населенного места в целях максимального благо-
устройства территории. Водопроводные, канализационные и газовые
(на холодных участках) сети прокладываются непосредственно в
грунте, как правило, без теплоизоляции, а теплосети и паропроводы —
в каналах или в специальной теплоизоляции. Необходимость теплоизо-
ляции водопроводных и канализационных сетей обосновывается
расчетами (см. гл. 18).
В просадочных и льдонасыщенных грунтах трубопроводы диа-
метром более 300 мм прокладывать не рекомендуется в связи с об-
разованием больших таликов и сложностью обеспечения устойчиво-
сти трубопровода.
413
Рис. 15.1. Подземная прокладка низко-
температурных трубопроводов на грун-
товом основании
а —водопровод; б—канализация; /—трубопро-
вод; 2 — местный грунт; 3—глинобетон; 4—за-
мененный грунт
Глубина заложения трубопроводов должна быть возможно
меньшей. В зависимости от мерзлотно-грунтовых условий она обыч-
но колеблется в пределах от 0,5—0,7 м (до верха трубы или конст-
рукции канала) до 1,5—
2,0 м. Самотечные трубо-
проводы при невозмож-
ности изменения, уклона
или выполнения других
технических решений мо-
гут заглубляться до 3,0—-
3,5 м.
Просадочные при от-
таивании и льдонасыщен-
ные грунты в основании
трубопроводов заменяют-
ся непросадочными грун-
тами с малым коэффици-
ентом фильтрации — лег-
кими супесями и мелко-
зернистыми пылеватыми
песками в талом состоя-
нии. Для этой же цели
применяют «оптималь-
ные смеси», состоящие из
местного талого грунта,
песка и гравия (гальки, щебня) в соотношении 1:1: 0,5. Песчаные
льдонасыщенные грунты в основании трубопроводов не заменяют,
Рис. 15.3. Подземная про-
кладка на свайном основании
1—трубопровод; 2— опорный бру-
сок (прокладка); 8— прогоны из
окантованных бревен (брусьев)
030 см на шпонках (стыки враз-
бежку); 4-сваи 030 см через 3 м
с заглублением на 3 м в вечно-
мерзлый грунт (ниже деятель-
ного слоя); 5 —местный грунт
Рис. 15.2. Подземная про-
кладка на искусственном
основании из деревянных
лежней
/—трубопровод; 2—опорный бру-
сок; 3 и 4 — продольные лежни из
бревен и брусьев; 5 —глинобетон;
6 — местный грунт
Если грунты в основании трубопроводов пучинистые, то для
предохранения трубопроводов (или каналов) от деформации реко-
мендуется производить: изоляцию труб (каналов) от стенок и дна
414
траншей моховой или торфяной прокладкой; замену пучинистых
грунтов непучинистыми; устройство непучинистых засыпок; поддер-
жание пучинистых грунтов в мерзлом состоянии.
Для защиты грунтов основания от увлажнения под трубой или
каналом рекомендуется укладывать слой глинобетона, состоящего
из жирной глины — 30%, песка — 20%, щебня или гальки — 50% с
добавлением воды до консистенции, обеспечивающей осадку конуса,
равную нулю. Толщина слоя глинобетона принимается равной 20—1
30 см, ширина — по ширине траншеи (рис. 15.1). Канализационный
Рис. 15.4. Непроходной двухсекционный железобетон-
ный канал
В —водопровод; Г—теплосеть; К—канализация; /—местный
грунт; 2 — железобетонный канал; 3 — глинобетон; 4—заме-
ненный грунт; 5 —съемные железобетонные плиты
трубопровод из чугунных труб размещается целиком в слое глино-
бетона. В случае утечки сточная жидкость из трубопровода будет
стекать по уклону вдоль трубопровода в образовавшемся зазоре
между трубой и глинобетоном.
На рис. 15.2 показаны типы подземной прокладки трубопроводов
на основании из деревянных лежней. Такие и подобные им проклад-
ки при обосновании могут осуществляться в малонесущих, льдона-
сыщенных грунтах.
Свайное основание (рис. 15.3), являясь чрезвычайно сложным и
дорогостоящим, может применяться только в случае особо сложных
мерзлотно-грунтовых условий или при прокладке весьма ответствен-
ного трубопровода в просадочных грунтах.
Тип основания выбирается в результате сравнения технико-
экономических показателей.
Подземнаяпрокладкатрубопроводоввканалах
обеспечивает надежность в работе и устойчивость трубопроводов,
удобство их эксплуатации и высокий уровень благоустройства насе-
ленных мест.
415
Каналы выполняются, как правило, из сборных железобетонных
элементов или из местных материалов (в основном из дерева) *.
Непроходные высотой до 0,9 м подземные каналы (рис. 15.4 и
рис. 15.5, в) рекомендуется применять в основном на участках не-
большой протяженности: переходах через улицы и дороги, на вводах
в здания и т. п., так как в этих условиях проще и надежнее осуще-
ствляются вентиляция, водоотвод и контроль за температурой воз-
духа в канале. Глубина заложения каналов обычно принимается
не более 0,5—0,7 м до перекрытия. Перекрытие должно быть съем-
ным для очистки каналов, осмотра и ремонта трубопроводов. Про-
дольный уклон каналов для обеспечения отвода воды по дну должен
быть не менее 0,007.
Полупроходные каналы высотой до 1,6 м и проходные высотой
1,8 м и более применяются при совмещенной прокладке сетей раз-
личного назначения обычно в городах и крупных поселках город-
ского типа при необходимости обеспечения высокой степени благо-
устройства территории.
Каналы, как правило, следует проектировать из крупноразмер-
ных сборных железобетонных деталей заводского производства. Они
могут быть одноярусными (рис. 15.5) и двухъярусными (рис. 15.6),
различных типоразмеров в зависимости от технологических сечений.
Одноярусные каналы более экономичны и удобны в эксплуатации.
В двухъярусных каналах ограничено тепловое влияние высокотемпе-
ратурных трубопроводов на грунты основания- и облегчена прокладка
канализационных трубопроводов с необходимыми уклонами.
Устойчивость каналов обеспечивается заменой просадочных и
льдонасыщенных грунтов в их основании, устройством гидроизоля-
ционного слоя из глинобетона, а также поддержанием возможно
низких температур в канале путем теплоизоляции трубопроводов
и вентилированием каналов. Как правило, осуществляется естествен-
ная вентиляция каналов (рис. 15.5 и 15.6). Принудительная вентиля-
ция может применяться, в особо сложных мерзлотно-грунтовых усло-
виях при больших тепловыделениях внутри канала.
В целях предотвращения или ограничения протока грунтовых
вод вдоль канала (или трубопровода) рекомендуется в зависимости
от рельефа местности, гидрогеологических и мерзлотных условий че-
рез 50—200 м устраивать в траншее преграждающие поперечные пе-
ремычки — диафрагмы из глинобетона. Перемычки врезаются в мерз-
лое дно и стенки траншеи на 0,5—1 м. Толщина перемычки 0,2 м.
В галечниковых, гравийных и других хорошо фильтрующих грунтах
устройство перемычек нецелесообразно, так как поток надмерзлотных
вод легко их обходит. В этом случае вблизи каналов можно устраи-
вать дренаж (рис. 15.7).
Показанный на рис. 15.7 тип совмещенной прокладки трубопро-
водов применяется в условиях высокотемпературных мерзлых грун-
тов (Воркутинский район). Трубопроводы водопровода и канализа-
ции прокладываются в зоне теплового влияния канала теплосети.
Наземная прокладка применяется за пределами застрой-
ки населенных мест, на пониженных и заболоченных территориях, на
участках трассы с льдонасыщенными грунтами вечномерзлой толщи.
1 Додин В. 3. Сооружение каналов подземных коммуникаций в
просадочных вечномерзлых грунтах. М., Стройиздат, 1965.
416
4
14 Зак. 190
« к 3
-1
S к
Я S
На застроенной территории наземная прокладка допускается в пунк-
тах с малоэтажной застройкой при минимальном числе пересечений
трубопроводов с проездами и тротуарами. Как правило, такая про-
кладка осуществляется в непроходных каналах на сплошной под-
сыпке. С целью уменьшения размеров каналов трубопроводы диамет-
ром до 150 мм могут прокладываться в непосредственной бл.изости
друг к другу — «пучком».
Обваловка каналов грунтом для дополнительной теплоизоляции
не допускается. Через каналы должны быть устроены переходы и
2300
Рис. 15.7. Совмещенная подземная прокладка
трубопроводов
1—непроходной (невентилируемый) канал с теплопро-
водами; 2 — канализация; 3 — водопровод; 4—дренаж-
ная труба; 5-дренажный фильтр; 6 — замененный грунт
переезды, а также предусмотрено отведение поверхностных вод от
каналов.
На территории застройки в условиях высокотемпературных
грунтов или при высоком уровне грунтовых вод целесообразно про-
кладывать трубопроводы в непроходных полузаглубленных каналах
(рис. 15.8). Перекрытия таких каналов можно использовать в каче-
стве тротуаров или пешеходных дорожек.
Раздельная наземная прокладка осуществляется по низким леж-
невым и городковым деревянным антисептированным или железобе-
тонным опорам (рис. 15.9—15.11), установленным на сплошной
(рис. 15.10) или в виде отдельных призм (рис. 15.11) подсыпке из
песчано-гравелистого или другого непросадочного (малопросадочного)
грунта. Аналогичным способом можно выполнять совмещенную про-
кладку трубопроводов.
Для деревянных конструкций целесообразно применять лист-
венницу как наиболее устойчивую против загнивания и долговечную
породу древесины.
Трубопроводы, как правило, следует прокладывать в кольцевой
теплоизоляции. Допускается применение общей теплоизоляции для
трубопроводов различного назначения; она экономична, но неудобна
14* 419
для эксплуатации и ремонтов. Тепловую изоляцию следует предохра-
нять от длительного соприкосновения с поверхностью грунта и та-
лыми водами. С этих позиций более совершенными являются опоры
городкового типа (рис. 15.10), обеспечивающие достаточное расстоя-
ние между изоляцией и грунтовой отсыпкой; городковые опоры по-
зволяют легко выправлять профиль трубопроводов при небольших
просадках основания подклиниванием элементов городков.
Рис. 15.13. Надземная прокладка трубопроводов
на сваях
а, в — деревянные опоры, б, г — железобетонные опоры;
1—деятельный слой; 2 — верхняя граница вечномерзлого
грунта; 3 — вечномерзлый грунт
В ряде случаев (высокий уровень грунтовых вод, отсутствие
теплоизоляционных и других материалов, экономическая целесооб-
разность и т. п.) за пределами населенных мест применяется про-
кладка одиночных низкотемпературных трубопроводов в земляных
валиках (рис. 15.12). Трубопроводы, уложенные в них, не теплоизо-
лируются, за исключением обваловки из торфа (рис. 15.12,6). При
отсыпке валика полностью из торфа он должен быть покрыт слоем
грунта 15—20 см с целью противопожарной безопасности. Размеры
валика определяются конструктивными решениями и теплотехниче-
ским расчетом (см. гл. 18). При высоте валика более 1,2 м по кон-
структивным соображениям и местным условиям целесообразно
устраивать полувыемку-полунасыпь (рис. 15.12, в).
Поверхность отсыпки укрепляется одерновкой, посевом трав и
другими средствами. Для предотвращения просачивания воды в грун-
421
10,00 1 2-
iji Hi' } j 1775 i i
903 Ф
L
617
r-10
Рис. 15.14.
в подполье
г 70 80 10,
100
120
товое основание под трубопроводом следует укладывать слой глино-
бетона толщиной 0,2 м. От валиков должен быть организован отвод
поверхностных вод.
Надземная прокладка осуществляется:
а) по эстакадам, мачтам, высоким козловым или свайным опо-
рам (рис. 15.13);
б) по конструкциям зданий и сооружений;
в) в проветриваемых подпольях зданий;
г) в отапливаемых помещениях и утепленных каналах.
Надземная прокладка должна обеспечивать проход пешеходов
или проезд транспорта под трубопроводами. Она применяется, как
правило, при переходах через дороги, лощины, овраги и ручьи, на
территориях предприя-
тий, в местах с сильно
льдонасыщенными грун-
тами вечномерзлой
толщи.
При прокладке в про-
ветриваемых подпольях
трубопроводы рекомен-
дуется подвешивать к
конструкциям цокольного
перекрытия. Высота под-
полий в свету должна
быть не менее 1,2 м. Для
удаления аварийных вод
под трубопроводами
устраиваются водоотво-
щие лотки (рис. 15.14).
Трубопроводы над-
земной прокладки укла-
дываются в кольцевой
теплоизоляции или в утеп-
ленных коробах. Реко-
мендуемые способы и ти-
пы прокладок низкотем-
пературных трубопрово-
дов в зависимости от ка-
тегории грунтов и других
местных и природных факторов приведены в табл. 15.2.
Опоры, устанавливаемые под трубопроводы наземной и надзем-
ной прокладки, могут быть подвижными и неподвижными. Непод-
вижные опоры применяются с фундаментом, развитым в плане (же-
лезобетонные плиты), монолитным фундаментом (бетонные массивы)
и с заанкеренными в мерзлый грунт свайными фундаментами.
Крепление трубопроводов к неподвижным опорам должно пре-
дусматривать возможность вертикальных перемещений трубопрово-
дов. Расстояния между промежуточными и неподвижными опорами
определяются расчетом по общепринятым формулам и таблицам.
Для температурных перемещений трубопроводов применяют гнутые
и самоуплотняющиеся компенсаторы.
Арматура и приборы, устанавливаемые на сетях, размещаются
при подземной прокладке в колодцах, а при наземной и надземной
Смотровая траншея-лоток
дома (Норильск)
1 — проветриваемое подполье; 2—траншея-
лоток; 3 — бетонные откосы или отмостка рва-
ным камнем 10 см; 4 — глинобетонная подго-
товка 10 см; 5 — бетонный лоток
422
сз
Рекомендуемые способы и типы прокладки низкотемпературных трубопроводов в зависимости
от грунтовых и местных условий
Условия и область применения Преимущественно на территории застройки средних населенных мест Преимущественно на территории застройки крупных населенных мест На пониженных, заболоченных участках трассы и на территории застройки малых населенных мест Главным образом за пределами застройки насе- ленных мест, а также па пониженных и заболо- ченных участках трассы При переходах через лощины, овраги и ручьи, а также на территориях промпредприятий На отдельных участках застройки крупных населенных мест и территориях промпредприятий 1
1 Типы прокладки Непосредственно в грунте в пределах деятель- ного слоя (на глубине м от поверхности земли) преимущественно без теплоизоляции В одно- и двухъярусных каналах из сборного или монолитного железобетона с кольцевой теп- лоизоляцией трубопроводов По рельефу с обвалованием трубопровода грунтом или по лежневым и городковым опорам с теплоизоляцией трубопроводов В коробах (каналах) из сборного железобетона или непосредственно по лежневым или городко- вым опорам с теплоизоляцией трубопроводов По эстакадам, высоким козловым или свайным опорам с теплоизоляцией трубопроводов В коробах (каналах) из сборного железобетона или непосредственно по эстакадам, высоким козловым или свайным опорам с теплоизоляцией трубопроводов
Катего- рия грунтов I и II I, II и III III и IVa I, II и III са > \о я о •—< я *—• •—<
Способ эокладки ° ' к Ч _ 2 СП о Sb Ч 2 и аз я из О. я Раздель- . ная с Совме- щенная Раздель- , ная Совме- щенная
С 01чнпэеДоц Ц1ЧНИЭЕВН щчниэеУвц
Примечание. Категории грунтов приведены в табл. 15.1.
423
прокладках — в камерах-колодцах, камерах-будках и камерах-тепло-
вых центрах. Устойчивость подземных колодцев рекомендуется обес-
печивать в соответствии с указаниями СНиП П-18—76.
Переходы над или под дорогами, улицами, водоемами и другими
препятствиями осуществляются надземной прокладкой по мачтам
и эстакадам или в подземных железобетонных каналах и стальных
гильзах (кожухах). На подземных переходах по обе стороны дороги
устраивают колодцы или камеры, в которых размещаются вентиля-
ционные шахты и водоприемные приямки.
§ 15.2. Трассировка сетей
При трассировке санитарно-технических коммуникаций следует
принимать во внимание: рельеф местности, гидрогеологические и
мерзлотно-грунтовые условия, назначение трубопроводов, степень
благоустройства территории, плотность и характер застройки, нали-
чие водоемов, обеспечение минимальной протяженности сетей, усло-
вия снегозаносимости территории.
Рис. 15.15. Рациональные схемы планировки квар-
талов с санитарно-техническими сетями
1—уличные сети; 2— вводы в здания; 3 — сети в проветри-
ваемых подпольях
Трассировка санитарно-технических коммуникаций должна ре-
шаться в комплексе с вопросами планировки населенного места.
Объемно-планировочные решения, отвечающие принципам ра-
циональной трассировки сетей, должны удовлетворять следующим
условиям: максимальной плотности застройки, минимальным—про-
-яженности сетей, количеству присоединений к уличным трубопрово-
дам вводами и выпусками из зданий, загромождению улиц и
проездов.
При многоэтажной застройке и благоприятном рельефе местно-
сти применяются объемно-планировочные решения (рис. 15.15), ис-
ключающие прокладку наружных сетей внутри кварталов и микро-
районов и сокращающие число и протяженность вводов и выпусков
нз зданий. В этом случае внутриквартальные сети заменяются про-
кладкой их в подпольях зданий, а уличные сети размещаются в
зеленой зоне (разделительной полосе, рис. 15.16).
При малоэтажной застройке допускается трассировать сети по
внутриквартальным территориям с учетом минимального загромож-
дения проходов и проездов (при наземной прокладке).
24
В отдельных случаях, подтвержденных технико-экономическими
расчетами, целесообразно прокладывать участки магистральных се-
тей по внешнему периметру населенных мест.
В целом при трассировке сетей следует исходить из двух усло-
вий: обеспечения незамерзаемости сетей и устойчивости сетей и
близлежащих сооружений.
При определении трасс инженерных коммуникаций рекомен-
дуется:
а) использовать долины, по возможности сухие участки, сложен-
ные крупнообломочными и песчаными грунтами;
б) избегать участков с подземными льдами, залегающими на
небольшой глубине, с наледями и буграми пучения, а также на
косогорных участках с льдонасыщенными глинистыми грунтами;
в) избегать трассирования у подошв косогоров, подверженных
большим снегозаносам и образованию наледей;
г) прокладывать трассы вне проезжей части улиц и дорог, с тем
чтобы грунт над трубопроводами не уплотнялся и не увеличивалась
его теплопроводность;
д) максимально использовать защитные свойства снежного и
растительного покровов;
е) использовать территории, освещенные солнцем.
425
Трассы водопроводных сетей зависят от принятой схемы. В усло-
виях Крайнего Севера как для подземной, так и для наземной про-
кладки могут применяться следующие схемы:
Рис. 15.17. Схема тупиковой водопроводной сети
со сбросом воды в канализацию
1 — водоводы; 2 — водопроводная сеть; 3— водоразборные
колонки; 4— пожарные гидранты; 5 — сброс воды в кана-
лизацию
1) тупиковая со сбросом воды в конечных точках сети
(рис. 15.17); такая схема рекомендуется при малоэтажной застройке
с водопользованием из водоразборных колонок и достаточном дебите
источника водоснабжения;
Рис. 15.18. Схема тупиковой водопроводной сети
с резервными (сухими) перемычками
1 — водоводы; 2— водопроводная сеть; 3 — пожарные ги-
дранты; 4 — резервные (сухие) перемычки; 5 —задвижки;
^-контрольная задвижка; 7 — вводы в здания
2) тупиковая с резервными (сухими) перемычками (рис. 15.18);
эта схема применяется при компактной застройке территории много-
этажными зданиями; при пожаре такая сеть работает как кольцевая;
контрольная задвижка служит для обнаружения просачивания воды
в сухие участки трубопровода и выпуска ее в канализацию;
426
3) кольцевая, применяемая в системах объединенного или про-
тивопожарного водопровода при любой застройке и различной
степени благоустройства населенного места; при этой схеме, во из-
бежание замерзания воды на участках сети с нулевыми или недо-
пустимо малыми скоростями движения ее, следует устанавливать
автоматические выпуски воды (рис. 15.29);
4) кольцевая с возможно меньшим числом отдельных колец,
вытянутых по направлению основного потока воды к крупным по-
требителям; при этой схеме достигается непрерывность движения
воды;
5) кольцевая с замыканием колец на циркуляционные насосные
станции, совмещенные при необходимости с пунктами подогрева
Рис. 15.19. Кольцевая схе-
ма водопроводной сети
с циркуляционной линией
/—от источника; 2 —резер-
вуар; 3— всасывающие ли-
нии: 4— циркуляционная на-
сосная станция с подогревом
воды; 5 —водоводы; б —водо-
проводная сеть; 7—циркуля-
ционная линия
Рис. 15.20. Тупиково-кольцевая
схема водопроводной сети
/ — от источника водоснабжения;
2 — резервуар; 3 —циркуляционная
насосная станция с подогревом воды;
4 — водопроводная сеть; 5 — задвиж-
ки; 6 — водоразборные колонки;
7 — пожарные гидранты
воды (рис. 15.19); при этой схеме практически можно ликвидировать
застойные участки;
6) тупиково-кольцевая с резервуаром для хранения противопо-
жарно-хозяйственного запаса воды и для сброса воды из сети в це-
лях ее экономии при ограниченном дебите водоисточника (рис. 15.20);
при обычном водоснабжении сеть работает как тупиковая с частич-
ным сбросом воды в резервуар, при пожаре — как кольцевая;
7) двухтрубная тупиково-циркуляционная с обратной циркуля-
ционной линией — по типу схемы тепловых сетей.
Схемы, предусматривающие непрерывность движения воды
в трубах, следует применять, как правило, в системах небольшой
мощности, в которых вследствие сравнительно малой тепловой инер-
ции и теплоемкости увеличивается опасность замерзания воды.
При трассировании канализационных сетей следует предусмат-
ривать сбор сточных вод, особенно в начальных участках сети, от
возможно большего количества домов и объектов, чтобы получить
равномерный в течение суток и значительный расход их. Этому спо-
собствует наличие в начале сети объектов с большим водоотведе-
нием (например, бани, прачечные и т. п.), а также двусторонний
приток сточных вод в уличный коллектор.
427
При трассировке тепловых сетей их следует размещать воз-
можно дальше от зданий и сооружений и избегать подземной внут-
риквартальной прокладки.
Таблица 15.3
Минимальные расстояния от теплопроводов подземной прокладки
до фундаментов зданий и сооружений
Среднегодовая температура вечномерзлого грунта, °C
Грунт от 0 до —2 ниже —2 до —4 ниже —4
Наименьшие расстояния в свету по горизонтали, м
Глинистый 7 6 6
Песчаный 8 7 6
Крупнообломочный 10 8 8
Допустимые расстояния от трубопроводов до фундаментов зда-
ний и сооружений необходимо определять тепловыми расчетами
(гл. 18). Ориентировочно они могут быть приняты по рекоменда-
циям СНиП П-36—73, приведенным в табл. 15.3.
§ 15.3. Материал труб. Арматура
Материал труб зависит прежде всего от назначения трубопро-
вода, способа его прокладки и мерзлотно-грунтовых условий.
Для водоводов и водопроводных сетей следует применять сталь-
ные и пластмассовые трубы; чугунные трубы допускается использо-
Таблица 15.4
Типы полиэтиленовых труб
в зависимости от максимального
рабочего давления
Максимальное рабочее давление, кгс/см2 Тип труб
2,5 Легкий «л»
4,0 Среднелег- кий «СЛ»
6,0 Средний «с»
10,0 Тяжелый «т»
Примечание. Максимальное
рабочее давление указано для транспор-
тирования воды с температурой 20 °C.
Пластмассовые трубы, обладая
металлическими, особенно в услов!
вечномерзлых грунтов, должны широко внедряться в строительство
трубопроводов. Однако не все пластмассы пригодны для использова-
ния их при низких температурах. В настоящее время наиболее целе-
сообразным материалом является полиэтилен. Полиэтиленовые трубы
вать при подземной прокладке
в непроходных каналах или при
бесканальной прокладке в
устойчивых нельдонасыщенных
грунтах. Применение железобе-
тонных и асбестоцементных
труб не допускается.
Канализационные сети сле-
дует устраивать из пластмассо-
вых, чугунных водопроводных
и стальных труб.
Теплопроводы и газопрово-
ды устраиваются из стальных
труб. Основные технические
характеристики труб, соеди-
нительных деталей и материа-
лов заделки приведены в спра-
вочниках по специальным ра-
ботам.
многими преимуществами перед
ях отрицательных температур и
428
Рис. 15.21. Сталь-
ная ревизия для
прямого участка
канализационного
трубопровода
1—патрубок из бес-
шовной трубы; 2 — бо-
ковая стенка из ли-
стовой стали; 3 — тор-
цевая стенка из
листовой стали; 4,
5 — лапки из уголка;
6 —крышка из листо-
вой стали; 7 — про-
кладка из резины;
8 — болт; 9 — гайка;
10— фланец
Рис. 15.22. Сталь-
ная ревизия на
повороте диамет-
ром 150, 200, 250 мм
1—патрубок; 2, 3-бо-
ковые стенки из ли-
стовой стали; 4—тор-
цевая стенка из ли-
стовой стали; 5, 6,
7—лапки из уголка;
8—крышка из листо-
вой стали; 9—проклад-
ка из резины;
10—болт; //—гайка
выпускаются в соответствии с МРТУ 6—05—917—67 из полиэтилена
высокой плотности (ПВП) и МРТУ 6—05—918—67 из полиэтилена
низкой плотности (ПНП) с условным проходом от 10 до 300 мм.
В зависимости от давления трубы делятся на четыре типа (табл. 15.4).
Из чугунных труб наиболее целесообразными являются раструб-
ные чугунные трубы с заделкой стыка резиновой самоуплотняющейся
манжетой. Эти трубы выпускаются в соответствии с техническими
Рис. 15.23. Стальная ре-
визия на повороте диа-
метром 300, 400, 500 мм
Условные обозначения те же,
что и на рис. 15.22
условиями ЧМТУ 3—159—68 внутренним диаметром 100, 125, 150,
200, 250 и 300 мм и диаметром 65 и 80 мм — в соответствии с реко-
мендациями Водгео
Водопроводные и канализационные сети оборудуются специаль-
ными устройствами и арматурой.
На канализационных сетях в колодцах вместо открытых лот-
ков следует устанавливать закрытые стальные ревизии (рис. 15.21—
15.24) или устраивать приподнятые лотки с крышками. Основные
размеры и вес ревизий приведены в табл. 15.5—15.8.
На водопроводной сети рекомендуется устанавливать специаль-
ную незамерзающую арматуру1 2. От правильности установки арма-
1 Рекомендации по прокладке напорных трубопроводов из чу-
гунных труб диаметром 65—300 мм со стыковым соединением на
резиновой уплотнительной манжете. М., Водгео, 1973.
2 Альбом чертежей незамерзающего водопроводного оборудова-
ния. Красноярский Промстройниипроект, 1971.
430
1,72 ,13
Рис. 15.25. Установка незамерзающей арматуры
на трубопроводе
а — пожарный гидрант для надземной сети; б—пожарный
гидрант для подземной сети; в — плунжерный .водораз-
борный кран; г — водоразборная колонка; д—аэрацион-
ный клапан; е — выпуск; ж— задвижка для сухих перемы-
чек; з — подставка под манометр; и — вантуз
Рис. 15.26. Плунжерный водоразборный кран конструкции
А. А. Вершинина
Условные обозначения приведены в табл. 15.9
туры на трубопроводе зависят ее незамерзаемость и четкая работа.
Правила установки показаны на рис. 15.25.
Плунжерный водоразборный кран конструкции
инж. А. А. Вершинина (рис. 15.26) предназначен для установки на
трубопроводах наземной или надземной прокладки при расстоянии
от оси трубопровода до поверхности земли не менее 40—50 см.
Таблица 15.5
Размеры и вес стальных сварных ревизий
для прямого участка трубопровода (по рис. 15.21)
Размеры, мм
150
200
250
300
400
500
550
550
550
700
700
700
350
350
350
500
500
500
359
362
362
512
512
512
289
349
401
451
549
653
230
285
335
390
485
589
430
430
430
580
580
580
489
492
492
642
642
642
150
175
200
220
240
320
150
207
259
309
407
511
159
219
273
325
425
529
260
335
390
440
565
670
225 4,5
295 6
350 6
400 6
515 6
620 6
6
6
6
6
6
6
2 20
4 24
4 26
4 28
4 30
4 32
34
47
65
98
135
164
L
Таблица 15.6
Размеры и вес стальных сварных ревизий
для поворотного участка трубопровода (по рис. 15.22)
Таблица 15.7
Размеры и вес стальных сварных ревизий
для поворотного участка трубопровода (по рис. 15.23)
Условный Размеры, мм Общий
проход патрубка, мм Р L 1 /о Z, Н d2 б бо б. ревизии в сборе, кг
300 260 537 52 226 455 390 225 309 325 8 6 2 80
400 350 677 73 302 555 490 270 407 425 9 6 2 136
500 450 830 100 383 659 590 320 511 529 9 6 2 198
433
Размеры и вес стальных сварных ревизий-тройников (по рис. 15.24)
СО
to
са
П
К
са
Общий вес ревизии в сборе, кг 35 63 83 137 206 267
Размеры, мм «с О Tf со 00 О сч 04 04 04 04 СО СО
«о Ю U0 Ю С£> с£> CD
«о 04 04 04 tF
о LO io Ю СО СО СО
•О о о о о о о 04 04 04 оо оо 00
л 50 50 50 63 63 63
лг 155 155 155 170 170 170
100 100 100 100 100 100
135 165 190 335 335 335
пз СО 0Q СО 04 04 04 ~ 04 04 04
Q 260 335 390 440 565 670
сГ 225 295 350 400 515 620
Q 159 219 273 325 426 529
Q 150 205 259 307 412 515
130 160 170 290 340 390
80 ПО 137 163 213 265
-- 365 425 478 558 659 762
460 510 560 640 740 840
4 175 200 225 250 300 350
275 300 325 350 400 450
Условный проход патрубка, мм 150 200 250 300 400 500
Водоразборный кран состоит из
корпуса, запорного клапана-плунже-
ра, штуцера для слива воды и руко-
ятки. Водоразборный кран вваривает-
ся в трубопровод сбоку.
Кран открывается нажатием вниз
рукоятки, которая через шток пере-
мещает плунжер влево. Вода из тру-
бопровода поступает через отверстия
в канал внутри плунжера и штока и
сливается через штуцер, приваренный
к штоку и перемещаемый вместе с
ним по прорези в корпусе. Кран за-
крывается автоматически вследствие
давления воды на плунжер.
Герметичность запорного устрой-
ства, не имеющего сальника, обеспе-
чивается эластичной прокладкой (ди-
афрагмой), которая нажимает на ци-
линдрическую поверхность плунжера.
Уплотнение увеличивается нажимом
клапана (шляпки) плунжера на диаф-
рагму.
Размеры деталей водоразборного
крана и материалы, из которых
они выполнены, приведены в
табл. 15.9.
Универсальная незамер-
зающая водоразборная ко-
лонка конструкции инженеров
В. А. Кудоярова и Н. С. Медведева
(рис. 15.27) предназначена для уста-
новки на подземных и наземных тру-
бопроводах. Колонк}' можно устанав-
ливать бесколодезным способом. Она
надежно защищена от проникнове-
ния загрязнений в трубопровод. При
малом диаметре трубопровода в ме-
сте установки колонки в него
можно вмонтировать вставку боль-
шего диаметра. Колонку можно ре-
монтировать без отключения водопро-
вода.
Водоразборное устройство откры-
вается нажатием рукоятки, а закры-
вается под действием силы давления
воды и пружины. После водоразбора
вода из стояка сливается в водосбор-
ник, который вмонтирован в трубо-
провод и омывается водой, протека-
ющей по трубопроводу. Находящая-
ся в водосборнике вода отсасывается
из него эжектором при водоразборе
из колонки.
434
Таблица 15.9
Материалы и размеры деталей плунжерного водоразборного
крана (по рис. 15.26)
№ детали Наименование детали Размеры, мм Материал
1 Рукоятка (отрезок трубы) 025, 1=350 ГОСТ 3262-62
2 Упорная планка 125X40X7 Ст. 3
3 Рычаг 60/65X25X15 Ст. 3
4 Шток 035/26/18 Ст. 3
5 Гайка М24=011 ГОСТ 5915-70
6 Крюк 08 Ст. 3
7 Направляющая бобышка 0 82/80/26Дэ 6 = 18 Ст. 3
8 Штуцер (отрезок трубы) 018, 1=60 Ст. 3
9 Корпус (втулка) 088,5, 1=90 Ст. 3
10 Шпилька М12Х55 Ст. 35
И Гайка Ml 2-011 ГОСТ 5915-70
12 Фланец 0150/60, 6=10 Ст. 3
13 Фланец 0 150/25, 5=12 Ст. 3
14 Прокладка 090/23, 6=6 Резина. ГОСТ 7338 - 65
15 Клапан (плунжер) 0 40/23, 1=65 Сталь. 15Х
16 Фланец 0 150/58, 5 = 26 Ст. 3
17 Труба — —
Таблица 15.10
Материал и размеры деталей универсальной водоразборной
колонки (по рис. 15.27)
№ детали Наименование детали Размеры, мм Материал
1 Клапан 0 50, Л = 18 Вронза
2 Эжектор — Латунь
3 Корпус 086, й=85 Ст. 3
4 Нажимной стакан 077,5, /1=51 Ст. 3
П Установочная гайка 0 120, /1 = 20 Ст. 3
а Главная трубка 0 214. 1=235 Нержавеющая сталь
7 Зажимная гайка 0 100, /1 = 48 Ст. 3
8 Фланец 0 100 Ст. 2
9 Защитная труба 1 — переменная Ст. 2
10 Пружина 028, Z ==90 Ст. 47
11 Упор-гайка 047,1, й=20 Ст. 3
12 Контргайка 01/2", Z = 10 Ст. 3
13 Муфта 0/1/2", 1=35 Ст. 3
14 Стояк 01/2". /-переменная Ст. 2
15 Направляющая шайба 0 52, h = 8 Ст. 3
16 Сливная трубка 01/2", 1 = 150 Ст. 2
17 Угольник 0 28, Л=36 Сч. 16-28
18 Защитная крышка-гайка 084, /1=30 Ст. 3
19 Направляющая втулка 0754, /г=35 Латунь
20 Нажимная шток-вилка 0 27, 1=90 Ст. 3
21 Рукоятка (рычаг) 030, 1=295 Ст. 3
22 Впускные отверстия •—-
23 Водосборник — —
В табл. 15.10 приведены размеры основных деталей водоразбор-
ной колонки и материалы, из которых они изготовлены.
Ручной выпуск служит для сброса воды из трубопроводов
или их опорожнения. Корпус выпуска вварен в трубу сбоку у ее дна.
435
Рис. 15.27. Универсальная незамерзающая водоразбор-
ная колонка конструкции В. А. Кудоярова и Н. С. Мед-
ведева
Условные обозначения приведены в табл. 15.10
К корпусу на двенадцати болтах присое-
динена крышка с резьбовым отверстием,
через которое проходит шпиндель. К
шпинделю специальной гайкой прикреп-
лен запорный клапан с резиновым уплот-
нителем. Вращением шпинделя, ось ко-
торого параллельна горизонтальной плос-
кости, открывается или закрывается от-
верстие для выпуска воды из трубопро-
вода. Запорный клапан не примерзает к
корпусу выпуска вследствие постоянного
омывания его водой. Общий вид незамер-
зающего ручного выпуска приведен на
рис. 15.28, а его основные размеры даны
в табл. 15.11.
Устройство для автомати-
ческого выпуска воды из тру-
бопровода конструкции канд. техн,
наук А. В. Лютова (рис. 15.29) состоит
из металлического корпуса, запорного
клапана, диафрагмы, теплового регуля-
тора. Корпус, за исключением выступаю-
щей верхней части, погружен в трубо-
провод. Корпус разделен эластичной диа-
фрагмой на две камеры — А и Б. Ниж-
няя камера Б соединена с полостью тру-
бы четырьмя отверстиями. Верхняя ка-
мера А заполнена водопроводной водой.
Отверстие вверху камеры герметично
закрыто пробкой. Сливное отверстие
внизу камеры Б закрыто клапаном. Кла-
пан и диафрагма жестко связаны шго-
ком. Условные обозначения к рис. 15.29
приведены в табл. 15.12.
Принцип действия автоматического
выпуска основан па свойстве воды уве-
личиваться в объеме при замерзании и
иметь наибольшую плотность при темпе-
ратуре + 4 °C.
Для настройки устройства служит
регулятор тепловых потерь, который на-
винчивается на верхнюю часть корпуса.
Положение регулятора на корпусе вы-
пуска устанавливается заданной крити-
ческой температурой воды в трубопрово-
де tKp.
Критическая температура, при кото-
рой начинается сброс воды из охлажден-
ного трубопровода, связана с теплотех-
ническими показателями камеры А сле-
дующей зависимостью:
^р = -^Ф-^в, (15.1)
Г нАн
122 128 236 60 23 80 20 4 14 15 10 50 60 50X5 160 124 42 18 Трап 18X4
202 172 342 ПО 33 115 35 6 20 20 19 100 ПО 89X5 230 190 84 23 Трап 28X5
288 238 475 162 60 150 47 6 24 30 22 150 162 127 X 6 300 240 132 25 Трап 32X6
348 270 545 218 75 180 65 8 26 30 27 200 218 159 X 6 360 290 180 25 Трап 38X6
437
l2
Рис. 15.28. Незамерзающий выпускной клапан (ручной выпуск)
1—крышка металлическая; 2—прокладка резиновая; 3—корпус металличе-
ский; 4 — шпиндель; 5 — гайка металлическая; 6—клапан металлический;
7 —уплотнитель резиновый; 8—трубопровод; 9— болт; 10 — гайка
Di
Рис. 15.29. Автоматический выпуск воды конструкции А. В. Лютова
где FB — теплоотдающая поверхность камеры, м2; FB — поверхность
части камеры, погруженная в трубопровод, м2; Кв — полный коэффи-
циент теплопередачи для верхней части камеры, ккал/м2-ч-град;
Кв—полный коэффициент теплопередачи для нижней части камеры,
ккал/м2-ч-град; tB—температура окружающего воздуха, °C.
При постоянном положении регулятора тепловых потерь /Кр
будет изменяться пропорционально tB.
Корпус выпуска следует установить в трубе так, чтобы диафраг-
ма и клапан находились в середине трубопровода. При замерзании
воды в камере А диафрагма отжимается вниз и одновременно тол-
кает вниз клапан, который открывает сбросное отверстие в камере Б.
Сброс воды происходит до тех пор, пока не растает лед в камере А,
после чего диафрагма и клапан займут первоначальное положение.
В табл. 15.12 и 15.13 приведены материалы, из которых изготав-
ливаются основные детали автоматического выпуска, и их размеры.
Таблица 15.12
Материалы деталей автоматического выпуска воды
(по рис. 15.29)
№ Де- тали Наименование детали Материал № де- тали Наимено- вание детали Материал
/ Корпус Ст. 3 10 Седло Текстолит ПТК
2 Пробка Ст. 3 или винипласт
3 Прокладка Фторопласт-4 11 Прокладка Резина. ГОСТ
4 Тепловой регу- Ст. 3 7338-65
лятор 12 Клапан Полихлорвинил
5 Кольцо Ст. 3 13 Шайба Ст. 3
6 Теплоизоляция — 14 Гайка Ст. 3
7 Шток Ст. 3 15 Стакан Текстолит или
8 Диафрагма Резина. винипласт
ГОСТ 7338 — 65 16 Га йка То же
9 Диск Ст. 3 17 Труба —
Автоматические выпуски могут устанавливаться на трубопрово-
дах диаметром от 100 до 400 мм. Если диаметр патрубка отли-
чается от диаметра трубопровода, то между ними устанавливаются
переходы.
Незамерзающие пожарные гидранты выпускаются
для наземной и подземной прокладки трубопроводов. Пожарный
гидрант для наземной прокладки (рис. 15.30) конструк-
ции инж. Б. В. Дорошевского представляет собой устройство, по прин-
ципу работы и конструкции подобное незамерзающему ручному вы-
пуску. Корпус гидранта врезается в шелыгу трубы и приваривается
к ней. Для присоединения крышки к корпусу предусмотрено восемь
отверстий 0 18 мм. Резиновая прокладка крышки служит также
уплотнением шпинделя. Водоразбор через гидрант осуществляется
подъемом запорного клапана, прикрепленного к шпинделю специаль-
ной гайкой. После окончания водоразбора оставшаяся над запорным
клапаном вода выливается через рожки. Материалы, из которых
выполняются отдельные детали гидранта, приведены в табл. 15.14.
Пожарный гидрант для подземной прокладки
(рис. 15.31) конструкции канд. техн, наук А. В. Лютова предназначен
439
Таблица 15.13
Основные размеры деталей устройства для автоматического выпуска воды
(по рис. 15.29)
Услов- ный проход Размеры, мм
D D\ Т>2 D3 £>4 DH d d2 H /г. h2 L Li b bi
150 60 М60ХЗ 53 52 М56ХЗ 159X8 26 22 M10 240 150 60 380 442 28 3
200 90 М90ХЗ 78 76 М80ХЗ 219X7 38 32 M14 325 200 86 500 566 30 3
300 120 М115Х6 96 94 М100Х4 325X12 46 45 M16 498 318 162 750 820 32 3
400 150 М150Х6 130 120 М125Х4 426X11 60 58 M16 648 414 210 — —
Материал деталей пожарного гидранта
(по рис. 15.30)
Таблица 15.14
№ детали Наименование детали Материал
1 Крышка Ст. 15л
2 Прокладка Резина. ГОСТ 7338-65
3 Болт М16Х1,5-0,11 ГОСТ 7805-70
4 Гайка M16-0.il ГОСТ 5915-70
5 Корпус Ст. 15л
6 Шпиндель Ст. 3
7 Клапан Ст. 3
8 Гайка Ст. 3
9 Уплотнение Резина. ГОСТ 7338-65
10 Трубопровод
Рис. 15.31. Незамерзающий пожарный
гидрант конструкции А. В. Лютова
Условные обозначения приведены
в табл. 15.15
Рис. 15.30. Незамерзающий пожарный
гидрант конструкции Б. В. Дорошев-
ского
Условные обозначения приведены
в табл. 15.14
для установки в колодцах и каналах. Корпус гидранта врезается
в трубу сбоку. В верхней части гидранта находится крышка, которая
присоединяется к корпусу шестью шпильками. Для поступательного
движения шпинделя в его верхней части в специальной гайке крышки
гидранта имеется винтовая нарезка трапецеидального сечения. Вра-
щением шпинделя поднимается запорный клапан, к которому шплин-
том 0 5 X 32 прикреплен конец специальной шпильки. Другим кон-
цом специальная шпилька ввернута в плунжер, который закрывает
Таблица 15.15
Материал, основные размеры и вес деталей
незамерзающего пожарного гидранта (по рис. 15.31)
№ де- тали Наименование детали Размеры, мм Вес, кг Материал
1 Шпиндель / = 355 1,4 Ст. 15Х
2 Гайка специальная 088, 6=26 0,6 Ст. 3
3 Стакан (труба) 0у8О, / = 120 0,7 ГОСТ 3262-62
4 Фланец специальный 0 210/26,6, 6=16 3,4 Ст. 3
5 Гайка M16X0.il 0,04X6 ГОСТ 5915-70
6 Шпилька М16Х50 0,1X6 Ст. 35
7 Фланец специальный 0210/142, 6=16 1,5 Ст. 3
8 Прокладка 0 150/25, 6 =8 0,1 Резина. ГОСТ 7338-65
9 Болт М10Х25-0,11 0,025X6 ГОСТ 7805-70
10 Шайба специальная 0 116/27, 6=8 0,4 Ст. 3
11 Кольцо уплотнитель- 0 116/64, 6 = 32 0,14 Резина. ГОСТ 7338-65
ное
12 Седло 0 123/95, 6 = 20 0,5 Ст. 15Х
13 Клапа н 0 92/35, /г=60 0,6 Ст. 3
14 Шпилька специаль- М12, / = 130 0,15 Ст. 5
ная
15 Корпус гидранта 0у125, / = 280 3,5 Ст. 3
16 Кольцо 0 123/75, 6=12 0,6 Ст. 3
17 Фланец специальный 0140/20, 6=14 0,9 Ст. 3
18 Трубка защитная 032, /=110 0,3 ГОСТ 3262-62
19 Плунжер 0 20, / = 100 0,25 Сталь нержавеющая
20 Прокладка 0120/20, 6=5 0,05 Резина. ГОСТ 7338-65
21 Шпилька М10Х40 0,03X6 Ст. 35
22 Гайка мю 0,01X6 ГОСТ 5915-70
23 Стояк гидранта 0у1ОО, / — по — ГОСТ 3262-62
месту
Таблица 15.16
Материал деталей подставки (по рис. 15.32)
К» де- тали Наименование детали Материал № де- тали Наименование детали Материал
1 2 3 4 5 6 Корпус Крышка-цилидр Крышка-плун- жер Кольцо уплот- нительное Г айка Прокладка Ст. 3 Ст. 3 Ст. 3 Резина, ГОСТ 7338-65 Ст. 3 Резина, ГОСТ 7338-65 7 8 9 10 И Прокладка Незамерзаю- щая жидкость Каналы для не- замерзающей жидкости Трубопровод Манометр Ст. 3
442
Рис. 15.32. Неза-
мерзающая под-
ставка под мано-
метр
1 —корпус; 2 —крыш-
ка-цилиндр; 3— крыш-
ка-плунжер; 4—уплот-
нительное кольцо;
5 — гайка; 6 — проклад-
ка; 7 — прокладка
(шайба); 8—незамер-
зающая жидкость;
9—каналы для неза-
мерзающей жидкости;
10 —трубопровод; 11 —
манометр
Рис. 15.33. Самоуплотняющийся компенсатор для воды
1 — стакан; 2 — уплотнительное резиновое кольцо; 3— обойма уплотнитель"
ного кольца; 4—патрубок
о
в
са
о
о.
о
л
X
<и
в
©
отверстие во фланце, при-
^41крепленном к кольцу в ниж-
ней части корпуса гидранта
шестью шпильками. Водо-
разбор осуществляется че-
рез патрубки, приваренные
к стояку гидранта, после за-
крытия которого вода из
стояка сливается через от-
верстие в кольце гидранта.
Штурвал шпинделя и
стояк гидранта в зависимо-
сти от условий планировки
и движения транспорта мож-
но вывести выше поверхно-
сти земли или подвести под
крышку колодца. В первом
случае два патрубка с быс-
тро соединяющимися гайка-
ми для пожарных рукавов
привариваются к стояку го-
ризонтально, во втором слу-
чае они устанавливаются вер-
тикально и привариваются
к стояку прямыми отводами.
Описанное запорное уст-
ройство может применяться
во всех случаях периодиче-
ского водоразбора (запол-
нение автоцистерн, парово-
зов и других емкостей). Раз-
меры и вес деталей пожар-
ного гидранта, а также ма-
териалы, из которых они
выполнены, приведены в
табл. 15.15.
Приведенное на рис.
15.32 устройство предназна-
чено для измерения давле-
ния воды в трубопроводе
манометром в условиях низ-
ких температур. Подстав-
ка под манометр со-
стоит из стального корпуса,
вваренного в трубопровод,и
специальных крышек, распо-
ложенных над трубопрово-
дом. Между корпусом и
крышкой помещена резино-
вая диафрагма, через кото-
рую движение воды в трубо-
проводе передается незамер-
зающей жидкости. Незамер-
зающая жидкость (напри-
<i44
мер, масло) при нажатии плунжера выжимается по каналу в
трубку манометра и создаед давление, равное давлению внутри тру-
бопровода. Установить или снять манометр, а также залить незамер-
зающую жидкость можно под давлением воды в трубопроводе. При
снятии манометра вместе с плунжером на цилиндр навинчивается
предохранительная крышка. Материалы, из которых выполняются
отдельные детали подставки, приведены в табл. 15.16.
С а м о у пЛ т н я ю щ и й с я компенсатор состоит из ста-
кана, эластичного кольца в металлической обойме и патрубка
(рис. 15.33).
Эластичное кольцо прижимается к стакану компенсатора дав-
лением воды (газа), которая по отверстиям в обойме попадает из
трубопровода. Поверхность эластичного кольца должна быть ров-
ной, без раковин и наплывов. Внешний диаметр кольца должен на
несколько миллиметров превышать внутренний диаметр стакана, что
обеспечивает первоначальную плотность компенсатора.
Размеры и вес самоуплотняющихся компенсаторов приведены
в табл. 15.17.
§ 15.4. Защита трубопроводов от замерзания
Вероятность замерзания трубопровода зависит от режима его
работы, теплоемкости и потерь тепла. Тип прокладки и глубина за-
ложения трубопроводов при подземной прокладке также влияют на
замерзание в них жидкости.
Рис. 15.34. Устройство
водопроводного ввода по
типу петли
а — при диаметре наружного
труОоиронодл до 100 мм;
б н в — при диаметре наруж-
ного трубопровода более
100 мм; / — наружный трубо-
провод; 2—к разводящей сети
здания; 3 — стена здания;
4— заглушки; 5 — диафрагма;
6— вставка типа Пито —Дар-
си; 7—муфта; 8 — петля ввода
В зависимости от указанных факторов применяются различные
технические приемы и решения, направленные на защиту трубопро-
водов от замерзания (табл. 15.18).
Для защиты трубопроводов от замерзания мероприятия, указан-
ные в табл. 15.18, могут осуществляться в зависимости от местных
условий как самостоятельные или в различных сочетаниях.
Наиболее распространенным методом защиты трубопроводов от
замерзания является теплоизоляция труб.
445
Таблица 15.18
Мероприятия по защите трубопроводов от замерзания
Наименование мероприятий Рекомендации по осуществлению
1. Рациональные схемы наруж-
ных сетей
2. Использование способов
прокладки
См. § 15.2. Трассировка сетей
3. Обеспечение непрерывности
движения среды по трубопрово-
дам
4. Подогрев транспортируемой
среды
5. Подогрев трубопровода
6. Тепловая изоляция
1. Наземная прокладка в земляных вали-
ках
2. Совмещенная прокладка в каналах хо-
лодных трубопроводов с теплопроводами
3. Прокладка холодных трубопроводов
в зоне талого грунта вблизи теплопроводов
4. Выбор оптимальной глубины заложения
трубопроводов
1. Выбор соответствующей схемы сети —
см. § 15.2
2. Сброс воды в концевых участках сети
3. Сброс воды через автоматические вы-
пуски
4. Сброс воды из внутридомового водо-
провода в канализацию
5. Вводы водопровода типа «петли»
(рис. 15.34)
1. Электроподогрев жидкости за счет со-
противления ее прохождению электриче-
ского тока
2. Разбавление холодной жидкости цир-
куляционной водой от ТЭЦ или других
источников
3. Подогрев воды котельными установками
на насосных станциях или на специальных
пунктах подогрева
4. Подогрев воды в бойлерах за счет от-
работанного пара, дымовых газов, нагретых
производственных вод
1. Тепловое сопровождение:
совмещенная прокладка с теплосетью;
устройство «горячих» спутников-тру-
бок с горячей водой или паропрово-
дов;
применение греющих кабелей
2. Пропуск электрического тока по стенке
стального трубопровода
3. Совмещенная прокладка холодных и
горячих трубопроводов в общей тепловой
изоляции
1. Искусственная изоляция из материалов
и изделий—см. СНиП П-36—73 и СНиП I-B,
26-62
2. Изоляция из местных материалов:
деревянные рейки;
мох, обработанный комлевой листвен-
ничной смолой;
мохоизвестковые скорлупы из обра-
ботанного смолой мха в смеси с из-
вестковым молоком;
торфоплиты;
известково-опилочные маты и др.
446
Мощность, вид и способ теплоизоляции зависят от назначения
трубопровода, типа прокладки, местных условий и определяются
тепловым расчетом (см. гл. 18) и технико-экономической целесооб-
разностью для конкретной местности.
Рис. 15.35. Размещение
греющего кабеля около
трубопровода
1—трубопровод; Г—кабель
Рис. 15.36. Канализационный выпуск наземной прокладки с грею-
щим кабелем
/—трубопровод; 2 — греющий кабель; 3 —теплоизоляция; 4—колодец; 5-хо-
муты; 6 — трансформатор; 7 — распределительный щит
При выборе теплоизоляционных материалов следует учитывать:
а) условия работы в резкопеременных температуровлажностных
режимах при прокладках труб на открытом воздухе и в вентилируе-
мых подземных каналах;
б) влияние ветра, снега и дождя при прокладках труб на откры-
том воздухе;
в) возможность механических повреждений при прокладках на
низких опорах;
г) крайне высокую стоимость доставки материалов из централь-
ных районов страны и Сибири;
д) весьма ограниченные календарные сроки для производства
наружных работ, требующих мокрых процессов.
447
Перспективно применение высокоэффективных синтетических
изоляционных материалов на базе стекловолокна и пенопластов.
Для защитного слоя кольцевой теплоизоляции рекомендуется
применять: алюминиевый лист, асбестоцементную штукатурку по про-
волочной сетке, покрытия из рулонных материалов (рубероид и толь)
с окраской кузбасслаком или нефтебитумом.
Эффективным методом защиты трубопроводов от замерзания
является их электрообогрев посредством греющих кабелей. Наиболее
целесообразно применять греющие кабели для обогрева водопровод-
ных вводов и канализационных выпусков при раздельной прокладке.
Можно применять греющие кабели типа КМЖ из медных жил,
с медной оболочкой и магнезиальной изоляцией или типа КНМС (с
токопроводящими жилами из нержавеющей стали Х18Н ЮТ — [С],
нихрома Х20 Н80-Н — [НХ] и никеля марок НП-2, НП-3, НП-4 [Н1].
Греющие кабели предназначены для работы при температурах окру-
жающей среды от —50 до +100 °C. Греющим кабелем может слу-
жить также гибкий стальной провод толщиной 1—2 мм в надежной
гидро-и электроизоляции типа телефонного кабеля ТГВШ. При этом
удельный теплосъем с кабеля допускается не более 15 ккал/м.
Подробно номенклатура кабелей и проводов, применимых для
попутного подогрева, приведена в специальных рекомендациях *.
При подземной бесканальной прокладке греющие кабели реко-
мендуется располагать сверху или сбоку трубопровода (рис. 15.35).
Размещение кабеля под трубопроводом или навивка на него не реко-
мендуются.
Управление электрообогревом трубопровода греющим кабелем
может быть ручное или автоматическое со щита управления, распо-
ложенного в помещении (рис. 15.36).
При подогреве греющим кабелем происходит изменение условий
теплоотдачи с поверхности кабеля, а следовательно, изменяется его
температурный режим, что может привести к перегоранию кабеля.
Поэтому не допускается непосредственный контакт кабеля с поверх-
ностью трубы и при составлении схемы автоматического управления
следует предусматривать температурный режим не только подогре-
ваемой жидкости, но и самого кабеля.
§ 15.5. Трубопроводы в сейсмических
районах
При проектировании и строительстве трубопроводов в районах
распространения вечномерзлых грунтов в сочетании с высокой сейс-
мичностью следует руководствоваться особыми требованиями дей-
ствующих СНиП, а также специальным СНиП И-А. 12—62.
В районах вечномерзлых грунтов с сейсмичностью более 7 бал-
лов предпочтительной является наземная прокладка трубопроводов
на невысоких лежневых или городковых опорах (см. § 15.1) с гну-
тыми или самоуплотняющимися компенсаторами. При надземной
прокладке наиболее целесообразной является самокомпенсирующаяся
зигзагообразная прокладка трубопроводов типа «змейка» (рис. 15.37).
. А Рекомендации по проектированию и устройству вводов и водо-
проводных сетей, прокладываемых в слое сезонного промерзания
грунтов с попутным элекгроподогревом. Красноярск, 1974.
448
1
' 2
Рис. 15.37. Скользящеподвесная зигзагообразная про-
кладка трубопроводов типа „змейка"
/ — скользящие городковые опоры; 2 —подвесные опоры; 3 — ось
трассы
Эта прокладка обеспечи-
вает статическую устойчи-
вость трубопровода и хоро-
шее восприятие деформаций
о г внутренних напряжений
и внешних воздействий,
не требуя компенсаторов и
неподвижных опор.
Трубопровод проклады-
вается на подвесных (рис.
15.38), скользящеподвесных
и шаровых опорах. Опоры
могут быть металлическими,
металлодеревянными и де-
ревянными.
Более экономичной яв-
ляется скользящеподвесная
прокладка трубопроводов,
когда подвесные опоры уста-
навливаются через одну или
две скользящие городковые
опоры (рис. 15.37). При этом
подвесные опоры фиксируют
трубопровод в горизонталь-
ном и вертикальном напра-
влениях, а скользящие
поддерживают его в верти-
кальной плоскости. Угол по-
ворота трассы а (рис. 15.37)
принимается, как правило,
23°. При этом трасса (по
сравнению с прямолиней-
ной) удлиняется всего на
2%. Увеличение угла пово-
рота нерационально, а
уменьшение его снижает
устойчивость конструкции и
увеличивает нагрузки на
опоры.
Рис. 15.38. Металлодеревянная под-
весная опора
/—трубопровод; 2— подвеска; 3—талреп;
4 — опорный столик; 5—деревянные стойки!
6 и 7 — металлические стаканы; 8—опорный
лист; 9— хомуты, приваренные к стаканам
и опорным листам; 10 — стяжки; 11 — дере-
вянные брусья; 12 — грунтовая подсыпка
J5 Зак. 190
449
В населенных пунктах с плотной застройкой рекомендуется со-
вмещенная прокладка в железобетонных каналах с подвеской труб
в кольцевой теплоизоляции к конструкциям каналов (рис. 15.39).
Подвески должны обеспечивать регулировку высотного положения
трубопроводов. Каналы удаляются от зданий и сооружений с учетом
наименьшей вероятности их завала в случае разрушения последних.
По этой же причине не следует прокладывать транзитные трубопро-
воды по конструкциям зданий и в проветриваемых подпольях.
а)
Рис. 15.39. Прокладка трубо-
проводов в каналах на под-
весных опорах
а—проходные каналы; б — непро-
ходные каналы; 1—трубопрово-
ды; 2—теплоизоляция; 3-метал-
лические подвески
Трубопроводы должны выполняться из стальных и полиэтилено-
вых труб, а арматура — из стали или ковкого чугуна.
§ 15.6. Вводы сетей в здания
Вводы в здания различного назначения выполняются подзем-
ными, наземными и надземными. Выпуски канализации, как пра-
вило, устраиваются подземными и реже — наземными.
Вводы и выпуски могут быть раздельными или совмещенными.
Типы прокладки вводов и выпусков увязываются с типами проклад-
ки наружных инженерных сетей, с местными условиями, включая
архитектурно-планировочные решения, и с требованиями, обеспечи-
вающими сохранность трубопроводов и устойчивость зданий и соору-
жений. При этом учитываются экономические соображения.
При строительстве по принципу I совмещенная прокладка вводов
и выпусков осуществляется в железобетонных непроходных или про-
ходных каналах с соблюдением следующих условий:
а) запорная арматура, спускные и воздушные краны должны
устанавливаться только в камерах управления на трассах наружных
магистральных сетей или в узлах управления внутри здания (в спе-
циально отгороженных помещениях лестничных клеток или в первых
этажах);
б) при прокладке всех коммуникаций в непроходном канале ка-
нализационный выпуск отделяется (по санитарным соображениям)
от остальных коммуникаций сплошной стенкой (рис. 15.4);
450
в) уклоны трубопроводов и канала следует принимать не менее
0,01 в сторону от здания.
Количество вводов и выпусков должно быть минимальным.
Обычно стремятся ограничиться одним вводом-выпуском с развод-
кой труб в проветриваемом подполье. При совмещенной прокладке
вводы и выпуски должны располагаться по возможности в увеличен-
ных пролетах между соседними фундаментами или свайными опо-
рами и посередине пролета. Свайные опоры, ближайшие к вводам и
Рис. 15.40. Подземный канализационный выпуск
а —выпуск за пределами здания; б—выпуск в подполье здания; /—чу-
гунная труба; 2—стальная труба; 3 — теплоизоляция; 4 — железобетон-
ное ограждение; 5—глинобетон; 6 — наружная стена здания; 7 — пере-
крытие над проветриваемым подпольем; 8—фундамент; 9—засыпка
талым грунтом; 10 — скользящая опора
выпускам, следует заглублять в вечномерзлую толщу сверх расчетной
величины не менее чем на 2 м.
Минимальный диаметр труб на вводах водопровода и тепловых
сетей независимо от расхода воды и параметров теплоносителя дол-
жен приниматься 50 мм. На вводах теплосети предусматриваются
перемычки с двумя вентилями и пробноспускным краном между
прямой и обратной трубами для предупреждения замерзания системы
отопления при авариях и ремонтах. Диаметр перемычки принимается
па сортамент меньше диаметра ввода.
Наземная часть канализационного выпуска из здания с провет-
риваемым подпольем может располагаться за пределами здания
(рис. 15.40, а) или внутри него (рис. 15.40,6). В обоих случаях часть
выпуска, примыкающая к зданию, имеет железобетонное ограждение
и теплоизолируется. За пределами ограждения трубопровод прокла-
дывается в слое глинобетона. Безопасное расстояние от трубопровода
до фундаментов здания (расстояние I на рис. 15.40) определяется
рмсчегом (см. гл. 18). Материал труб выпусков может быть любой,
Применяемый в конкретных местных условиях.
II? 451
Глава 16
ВОДОЗАБОРЫ
§ 16.1. Источники водоснабжения
Источники водоснабжения в районах Севера могут быть подраз-
делены на поверхностные и подземные.
Многие поверхностные источники (реки, ручьи, озера) промер-
зают и не могут быть использованы на расчетную производитель-
ность в течение длительного периода времени (иногда 6—9 месяцев
в году). Непромерзающие зимой водные протоки, как правило, встре-
чаются только в горных и предгорных районах, где зимнее питание
их обеспечивается запасами воды в мощных делювиальных отложе-
ниях, находящихся в талом состоянии круглый год. Реки и ручьи
промерзают обычно в нижнем течении при выходе на равнину. Рав-
нинные реки не промерзают только в тех случаях, когда их водо-
сборная площадь измеряется тысячами квадратных километров и в
зимнем питании их участвуют подземные воды или когда в их бас-
сейне расположены очень крупные озера (табл. 16.1).
Т а б л и ц а 16.1
Поверхностные источники водоснабжения
и их ориентировочная краткая характеристика
Источники водоснабжения Источники (область) пита ния Характеристика качества воды
Реки 1 Поверхностный сток и Имеют взвешенные веще-
Ручьи / грунтовые воды ства (наносы), количество ко- торых зависит от гидрологи- ческих и грунтовых условий; мутность при паводках до 1000 мг/л; температура от 0 до 20 °C; слабо минерализо- ваны. Могут содержать пато- генные бактерии
Озера Поверхностный сток и грунтовые воды То же
Водохра нилища Поверхностный (регули- руемый) сток и подпитка »
Моря Атмосферные осадки, ре- ки и т. д. Соленые; могут быть слабо соленые
Снег, лед Атмосферные осадки Возможно радиоактивное заражение талой воды
Подземные воды Атмосферные воды, грун- товые потоки Большей частью сильно ми- нерализованы
Подземные воды в районах Крайнего Севера встречаются в мень-
ших количествах, чем в районах с умеренным климатом. Часто эти
воды являются малопригодными или вообще непригодными для во-
452
Рис. 16.1. Геологический разрез
речной долины с надмерзлотным
таликом
1 — аллювиальные отложения; 2—слан-
цы; 3—горизонт грунтовых вод; 4—верх-
няя граница вечной мерзлоты
допотребления вследствие их высокой минерализации. Классифика-
ция подземных вод приведена в табл. 16.2.
Дебит надмерзлотных вод не постоянен в течение зимы. В конце
зимы он уменьшается до минимума. На рис. 16.1 приведено харак-
терное сечение грунтового надмерзлотного потока.
Гидравлическая связь поверхностных и подмерзлотных вод по
сквозному талику создает сравнительно устойчивый дебит этих источ-
ников, поэтому они могут быть довольно надежными при использо-
вании.
Подмерзлотные воды иногда являются напорными и образуют
артезианские бассейны.
В небольших поселках для водоснабжения используются снег
и лед. Однако в этом случае необходимо предусматривать меры за-
щиты от возможного радио-
активного заражения талой
воды.
Морская вода может быть
использована для противопо-
жарных нужд и целей промыш-
ленного водоснабжения (для
тепловых электростанций, обо-
гащения руд, приготовления бе-
тонов и растворов), в необхо-
димых случаях с гальваниче-
ской защитой оборудования.
Для хозяйственно-питьевого во-
доснабжения необходимо опрес-
нение морской воды. Стоимость
опреснения в ряде случаев
очень велика. Так, в Певеке
привозная вода стоит 7,8 руб.
за 1 м3, вода опреснительной
установки — около 30 руб. за
1 м3.
Учитывая специфику источников водоснабжения в районах
Крайнего Севера, во многих случаях необходимо создавать искус-
ственные условия для бесперебойного обеспечения водой населения
и промышленности:
возводить плотины, превращая озера или участки рек в водо-
хранилища;
увеличивать полезный объем водоемов путем их углубления и
расширения площади;
подпитывать озера, служащие источниками водоснабжения, пе-
рекачкой в них воды из соседних озер;
подпитывать озера или реки грунтовой водой путем устройства
водонепроницаемых экранов, перехватывающих подземные потоки.
При подпитке озер водой из других водоемов ее следует перека-
чивать с интенсивностью, не превышающей расход на цели водо-
снабжения, ибо в противном случае неизбежны потери воды на на-
леди в основном озере. Перекачивать воду необходимо в начале
образования ледяных покровов с целью уменьшения потерь воды на
образование льда во вспомогательных озерах.
Качество воды источников водоснабжения по физико-химиче-
ским свойствам отличается большим разнообразием. Так как в
453
Таблица 16.2
сл
** Сокращенная поисковая классификация подземных вод северо-востока СССР и других районов,
где распространена мощная мерзлая зона
Т ипы (классы) подземных вод Подтипы подземных вод Характеристика водовмещающих пород Источники питания Режим и свойства воды Распространение, ресурсы, возможности использования для зимнего водоснаб- жения и создания искуственных запасов
Надмерзлот- ные (поровые и трещинные) воды 1. Воды деятельного слоя водоразделов и междуречных про- странств горных рай- онов Четвертичные отло- жения и трещинова- тые породы зоны вы- ветривания Атмосферные осад- ки н пары воздуха, конденсирующиеся в грунтах на склонах Промерзают в пер- вой половине зимы, образуют при этом малые источники и наледи. Воды прес- ные, температура ле- том 0—5 °C Ресурсы непостоян- ны и незначительны. Летом могут исполь- зоваться для водо- снабжения. Увеличе- ние запасов возможно при помощи снего- задержания и под- земных перемычек на склонах
2. Воды деятель- ного слоя равнин и низменностей То же То же То же, но имеют затрудненный сток и обычно наледей и источников не обра- зуют Использование прак- тически затруднено. Искусственные запасы можно создать водо- оттайкой мерзлых пород
3. Воды пойменных таликов поверхност- ного (атмосферного) питания Преимущественно современные аллю- виальные отложения и трещиноватые по- роды зоны выветри- вания Воды деятельного слоя Величина и продол- жительность стока зависят от размеров бассейна и мощно- сти талика. Воды пресные, зимой тем- пература менее 0,5 °C. Образуют источники и средние наледи Зимой ресурсы не- прерывно уменьшают- ся. В долинах сред- них рек даже к кон- цу зимы весьма зна- чительны. Для водо- снабжения пригодны. Создание искусствен- ных запасов чаще всего целесообразно
4. Вады пойменных таликов смешанного питания Преимущественно современные аллю- виальные отложения и трещиноватые по- роды зоны выветри- вания Поверхностные и иадмерзлотные воды, источники подмер- зл от-ных вод Зимой имеют сток и не промерзают. Образуют крупные источники, полыньи и крупные наледи. Вода пресная,тем- пература в марте- апреле 0,5—5 °C Распространены широко: в феврале- апреле ресурсы зна- чительны. Являются надежным источником водоснабжения. Ис- кусственное увеличе- ние ресурсов целе- сообразно
5. Воды надмер- злотных таликов предгорных аллю- виальных равнин и конусов выноса Крупнообломочные и крупноскелетные грунты Метеорные, конден- сационные, поверх- ностные н подмер- злотные воды Обычно целиком не промерзают, иногда всю зиму имеют сток. Образуют круп- ные источники и на- леди Ресурсы даже зи- мой велики. Являются надежным источником водоснаб- жения
6. Воды надмер- злотных таликов по- логих склонов и плоскогорий Крупнообломочный элювий и делювий То же При наличии мощ- ных каменных рос- сыпей не промерзают: питают пойменные талнки, иногда обра- зуют небольшие ис- точники и наледи Ресурсы иногда зна- чительны; самостоя- тельного значения для зимнего водо- снабжения не имеют
Межмерзлот- ные воды 7. Воды подозер- иых надмерзлотных таликов Обычно пески, га- лечники, ил Воды озер и дея- тельного слоя Не промерзают. Воды пресные, зимой температура 1—2 °C При промерзающих озерах могут служить источником зимнего водоснабжения
8. Межмерзлотные воды сквозных тали- ков; поровые, тре- щинные н трещннно- карстовые Четвертичные отло- жения и скальные породы Подмерзлотные, надмерзлотные и по- верхностные воды Режим изменяется в зависимости от источника питания. Температура воды 0 — 3 °C. Создают источники н наледи различных размеров Ресурсы значитель- ные, непостоянны. Используются ДЛЯ водоснабжения. Иног- да целесообразно ис- кусственное обвод- нение сквозного та- лика
сл сл
Продолжение
С» Типы (классы' подземных вод Подтипы подземных вод Характеристика водовмещающих пород Источники питания Режим и свойства воды Распространение, ресурсы, возможности использования для зимнего водоснаб- жения и создания искусственных запасов
Межмерзлот- ные воды 9. Межмерзлотные пластовые воды реч- ных долин Преимущественно современные аллю- виальные отложения Надмерзлотные и поверхностные воды Нередко талики к концу зимы стано- вятся безводными. Образуют средние источники и наледи Встречаются редког для водоснабжения существенного зна- чения не имеют
10. Подмерзлотные воды рыхлого чехла региональной трещи- новатой зоны вывет- ривания и неглубо- кого карста Третичные и мело- вые конгломераты, галечники, пески, глины; отложения приурочены к моло- дым впадинам Преимущественно воды поверхности земли Режим устойчивый. Воды пресные, тем- пература 1-5 °C, минерализация до 150-200 мг/л. Источ- ники с дебитом от десятков литров до нескольких кубомет- ров в секунду; обра- зуют гигантские на- леди Ресурсы нередко значительны. Дебит одиночных скважин 2— 10 л/сек. Пригодны для водоснабжения. Создание запасов целесообразно нагне- танием поверхност- ных вод через сква- жины, а также с по- мощью мощных взры- вов
Подмерзлот- ные воды 11. Подмерзлот- ные воды криогенной трещиноватости, за- легающие непосред- ственно под нижней поверхностью вечной мерзлоты или вблизи нее Песчаники, песча- но-глинистые сланцы, роговики с прослоя- ми туффитов, пор- фитов, конгломера- тов и известковистых пород Кристаллические сланцы, гнейсы и снльнометаморфизо- ванные песчаники Преимущественно инфильтрационные воды, а также на- порные воды глубо- ких подмерзлотных горизонтов То же Распространяются почти во всех гидро- геологических струк- турах. Составляют основные запасы под- мерзлотных вод. Де- бит скважин 10— 15 л/сек. Имеют ва- жнейшее значение для водоснабжения.
Подмерзлот- 12. Глубокие под- Липариты, доциты, андециты. базальты и нх туфы юрского, мелового и третич- ного возраста Граниты, диориты, гранодиориты юр- ского, мелового н третичного возраста и т. д. Преимущественно Главным образом Режим устойчивый. Создание искусствен- ных запасов целесо- образно Ресурсы менее зна-
ные воды мерзлотные воды: трещинные, трещнн- но-жильные, трещин- но-карстовые в карстующихся по- родах и в зонах тектонической тре- щиноватости инфильтрационные вадозные и редко- глубинные воды Минерализация и тем- пература колеблются в широких пределах, Редко образуют источники н наледи чительны, чем в пре- дыдущем случае. Весьма водообильны эффузивные породы; граниты только в зо- нах тектонических разломов. Создание искусственных запа- сов возможно
13. Горячие и теп- лые минеральные воды: береговой полосы Приурочены к зо- нам разломов, про- являющихся в раз- личных по возрасту и составу геологи- ческих структурах Главным образом инфильтрационные воды рек, озер, мо- рей и верхних гори- зонтов подземных вод Режим устойчивый, минерализация 15 г/л и выше; хлоридно- натриевокальцневые воды; температура 20-90 °C Ресурсы значитель- ны: воды обладают различными лечеб- ными свойствами. Создание искусствен- ных ресурсов и искус- ственных терм целе- сообразно путем об- воднения разломов поверхностными вода- ми через скважины или с помощью мощ- ных подземных взры- вов
материковые То же То же, но без участия морской воды Слабоминер ализо- ванные кремнистые гидрокарбонатно- натриевые воды имеют температуру до 100 °C То же
сл Примечание. Классификация пойменных надмерзлотных вод дается главным образом применительно к долинам про-
о мерзающих горных рек. F
поверхностных источниках при низких температурах биохимические
процессы минерализации органических веществ протекают медленно,
то последние в значительных количествах находятся на дне в виде
рыхлых илистых отложений. Из-за них вода во второй половине
зимы часто приобретает затхлый неприятный привкус. Это необхо-
димо учитывать при проектировании зон санитарной охраны водое-
мов.
На реках в период ледостава вода охлаждается почти до О °C,
при этом часто происходит образование шуги и донного льда. В озе-
рах температура воды с увеличением глубины повышается и в зим-
ний период времени на глубине 15—20 м достигает 3—4 °C.
При низких температурах вода имеет значительно большую вяз-
кость, что затрудняет ее отстаивание и фильтрацию.
§ 16.2. Водозаборные сооружения
При проектировании водозаборных сооружений следует учиты-
вать в первую очередь режим источников водоснабжения, потребно-
сти в воде и местные климатические и гидрогеологические условия.
Рис. 16.2. Водозабор из озера
/—оголовок; 2—.самотечные линии; 3 — водоприемный колодец; 4 — насосы;
5 — лед; 6 — вечномерзлые грунты
Для хозяйственно-питьевого водоснабжения водозаборы распо-
лагаются, как правило, выше населенных мест и других источников
загрязнения водоема; водоприемники для производственного водо-
снабжения сооружаются вблизи потребителя.
Водозабор из озер (рис. 16.2). Место расположения водозабора
выбирается исходя из условий, обеспечивающих его бесперебойную
работу. Водозаборные сооружения целесообразно располагать воз-
можно ближе к берегу. Место расположения оголовка определяется
максимальным понижением уровня воды в озере и толщиной льда
при максимальном водопотреблении. Верх затопленного оголовка
должен быть на 0,4—0,5 м ниже нижней поверхности льда. Такая
схема водозабора целесообразна при расположении всех сооружений
на таликах и плотных мерзлых грунтах, допускающих строительство
458
без учета Мерзлого состояния грунтов. Возможна и иная схема, когда
совмещенный водозабор (оголовок и водоприемник) располагается
в озере на талых грунтах, а здание насосной станции с проветривае-
мым подпольем — на берегу. Насосы в этом случае должны обла-
дать большой высотой всасывания.
Часто рациональной является схема совмещенного водозабора.
В этом случае насосная станция первого подъема совместно с водо-
приемником и водозабором
располагается на талых грун-
тах, слагающих дно озера.
Для напорных трубопрово-
дов устраивают эстакаду;
нельзя допускать располо-
жения опор эстакады на
границе талых и мерзлых
грунтов.
На рис. 16.3 приведена
конструкция бетонного ого-
ловка. В ряде случаев необ-
ходимо проверять надоб-
ность обогрева оголовка и
самотечных линий. Линии,
идущие от оголовка до во-
доприемника, как правило,
проектируются самотечными.
При расположении водопри-
емника на берегу совместно
с насосной станцией первого
подъема эти линии обычно
проходят в талых и мерз-
лых грунтах. Оттаивание
грунта вокруг труб и водо-
приемника неизбежно.
Речные водоприемные
Рис. 16.3. Конструкция бетонного
оголовка
сооружения могут проекти-
роваться на непромерзаю-
щих реках или на реках и
ручьях при возведении пло-
тин. Во втором случае водо-
1—железобетонная оболочка оголовка;
2 — патрубки труб для заполнения оголовка
бетоном; 3-решетки; 4— монтажные муфты;
5 — упоры для верхней оболочки
приемные сооружения приближаются к типу озерных. Место водоза-
бора должно выбираться с учетом топографических, гидрологических
и гидрогеологических условий. Наличие незатопляемого берега (грун-
ты сложены из коренных пород), к которому прижимается русло реки
с достаточными глубинами, создает благоприятные топографические
условия; наличие же поймы у реки создает неблагоприятные условия
как для строительства, так и для эксплуатации сооружений. Геоло-
гические условия должны оцениваться с точки зрения технологии
строительства сооружений и устойчивости русла.
Следует избегать расположения водозабора ниже островов и
устьев притоков и оврагов (в непосредственной близости), а также
на участках разделения основного русла на рукава.
Выбрав благоприятное для расположения водозаборных соору-
жений поперечное сечение реки, устанавливают для него уровни
(наименьший, средний меженный и наивысший) и горизонты
459
Макс Г.В
Рис. 16.4. Водозабор из поверхностного потока воды
ледостава и ледохода. По этим данным определяют место расположе-
ния водоприемника и насосной станции.
Водоприемник как по конструкции, так и по месту расположения
выбирают в зависимости от глубины и колебаний уровня воды в реке
с учетом поперечного профиля реки и грунтовых условий. Насосная
станция располагается на незатопляемом месте с учетом мерзлотно-
грунтовых условий.
На реках, не несущих наносов, с глубиной в месте приема воды
5—6 м при уровне низких вод может быть устроен простейший тип
Рис. 16.5. Водозабор на реке с большой амплитудой колебаний
горизонтов
1 — водозабор; 2 — колодец на напорно-всасывающей линии; 3 —насосная
станция первого подъема; 4 — насосная станция второго подъема; 5 — лед
водоприемника, состоящего из оголовка, самотечных или сифонных
линий и водоприемного колодца. При необходимости на самотечных
линиях могут быть применены шарнирные соединения. Следует при
этом помнить о необходимости разработки защитных мероприятий
против донного льда и шуги. Надлежит избегать расположения во-
доприемников на зажорных участках реки.
Крупные реки Крайнего Севера текут, как правило, с юга на
север. Для них характерна большая амплитуда колебаний горизонта
воды. При этом максимальные горизонты обычно совпадают с ледо-
ходом при наличии ледовых заторов. Часто русло реки забивается
льдом, толщина которого достигает 5 м и более. При таких условиях
водозаборные сооружения, возвышающиеся над дном реки, могут
быть при ледоходе разрушены. На рис. 16.4 приведен пример речного
водозабора при большом диапазоне колебаний уровня воды в реке.
461
а) 1
б) 1
'///////////^ г
Рис. 16.6. Местное повышение
уровня у берегов водоприемника
1 —водозабор; 2— полузапруда; 3-струе-
направляющая дамба
Водозабор состоит из ряжевого оголовка 1, самотечных линий 2, во-
досборного колодца 3, всасывающих труб 4 и галереи для них 5.
На р. Колыме построен водозабор на производительность
120 л/сек с затопленным оголовком, от которого по самотечно-сифон-
ным линиям диаметром 300 мм вода подводится к водоприемной ка-
мере насосной станции первого подъема. Вдоль линий труб уложены
спутники, по которым циркулирует горячая вода. Опыт эксплуатации
водозабора показал эффективность принятой системы обогрева, обес-
печивающей в условиях шуго-
носности реки бесперебойную
работу сооружений.
Для небольших населенных
мест могут сооружаться водо-
заборы, погруженные в русло
реки, с передвижными насос-
ными станциями (рис. 16.5). На-
сосная станция первого подъема
при подъеме воды перемеща-
ется к соседнему верхнему ко-
лодцу, при понижении уров-
ня— к ниже расположенному
колодцу.
Фильтр над колодцем-водо-
приемником может быть про-
мыт водой из резервуаров, рас-
положенных у насосной стан-
ции второго подъема, которая
по технологическому оборудо-
ванию не отличается от анало-
гичных станций, сооружаемых
в умеренно климатической зоне. Иногда на станциях устанавливают
теплообменники для подогрева воды перед подачей ее в сеть.
На реках малой глубины обычно нельзя устраивать водозабор
без специальных мероприятий, а именно:
углубления дна реки у водоприемника и обеспечения постоян-
ства этих глубин;
создания подпора у места водоприемника;
одновременного повышения уровня воды и углубления дна реки
в месте водозабора. При этом обращается внимание на искусственно
ускоренный процесс образования ледостава и прекращения при этом
шугообразования. Кроме того, создаются искусственные сооружения,
обеспечивающие стеснение потока в месте забора воды и отклоняю-
щие поток к водоприемнику (рис. 16.6). К ним относятся полузапруды
и струенаправляющие дамбы.
В случае благоприятных гидрогеологических, гидрологических и
мерзлотно-грунтовых условий рационально забирать воду из подрус-
лового потока рек устройством инфильтрационных водозаборов, ко-
торые в условиях Сибири находят широкое распространение (Крас-
ноярск, Якутск и др.).
На рис. 16.7 приведена схема подруслового водозабора, запроек-
тированого Гипрокоммунводоканалом для района строительства в
суровых климатических условиях при сложном гидрологическом ре-
жиме рек (деформации русла, колебания уровня до 13 м). Расчет-
ная производительность водоприемника 30 тыс. м3/сутки при длине
462
водоприемных дрен 400 м и коэффициенте фильтрации песчаных
отложений 25 м/сутки. Строительная стоимость водозабора составит
1600 тыс. руб.
При тяжелой ледовой обстановке и наличии шуги в зимний
период наблюдается обрастание донным льдом открытых водоприем-
ных устройств. В данных условиях обычные решения по захвату
Рис. 16.7. Схема подруслового водозабора
воды из реки трудно выполнимы. Наиболее приемлемым и экономич-
ным оказался подрусловый водозабор, состоящий из следующих
сооружений:
а) четырех водоприемных дрен 1 из перфорированных труб
диаметром 300 мм общей длиной 400 м, укладываемых в талые под-
русловые отложения на глубину 3,5 м; для предотвращения песко-
вания дрены обкладываются по типу обратного фильтра тремя
слоями гравия различной крупности;
б) глухих самотечных труб 2 диаметром 400 мм общей длиной
400 м, соединяющих дрены с береговым колодцем;
в) железобетонного тоннеля 3 для размещения самотечных труб
поперечным сечением 3,0 X 2,0 м, длиной 145 м, закладываемого в
коренных юрских породах;
г) берегового водоприемного колодца 4 диаметром 12 м, глуби-
ной 26 м, совмещенного с насосной станцией первого подъема.
463
Железобетонный колодец разделен вертикальной стенкой на два
равных отсека; в каждый из них введены два трубопровода от дрен.
Водоприток дрены рассчитан с учетом кальматации грунта.
Подрусловый сток и поверхностные воды реки, профильтровав-
шись через слой песчаных отложений, попадают в дрены и далее по
глухим трубопроводам самотеком в береговой водоприемный коло-
дец, из которого с помощью погружных насосов 5 вода подается
потребителям.
В зависимости от местных условий инфильтрационные водоза-
боры устраиваются в виде дрен из перфорированных труб, галерей,
скважин, колодцев.
Для надежной работы с более или менее постоянным дебитом
воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения устраивают
комбинированные водозаборы для совместного отбора поверхностных
и подрусловых вод. В этих случаях ледовые и другие помехи можно
почти полностью исключить. При заборе воды из сибирских рек
совместный отбор и использование поверхностных и подрусловых
вод во многих случаях технически и экономически целесообразны.
Производительность совмещенного (комбинированного) водоза-
бора рассчитывается, исходя из следующих условий:
1. Суммарная полезная производительность водозабора
QB=Q + Q', (16.1)
где Q — дебит водозабора, обеспечиваемый естественными запасами
подрусловых вод (м3/сутки) и определяемый обычными гидрогеоло-
гическими методами; Q' — размер увеличения дебита водозабора за
счет искусственного пополнения подрусловых вод, м3/сутки;
Q' = Q0A (16.2)
где Qo — подача воды с открытого водозабора в систему искусствен-
ного пополнения, м3/сутки; А = ------коэффициент полезного дей-
Qo
ствия системы искусственного пополнения (для горизонтальных водо-
сборов А к 0,8).
При постоянном среднесуточном водопотреблении в течение
года Qn — const; суммарная производительность водозабора QB во
все периоды года равна водопотреблению Qn, т. е. QB = Qn.
Максимальный отбор подрусловых вод в период наиболее высо-
ких уровней воды в реке принимается равным полной производитель-
ности водозабора, т. е. QB = QMai;c.
Дебит водозабора, обеспечиваемый за счет естественного пита-
ния подрусловых вод, определяется по наиболее маловодному году
при различных уровнях воды в реке (QMaitc, Qcp и Qmhh).
Пики паводков продолжительностью 15—20 дней не учиты-
ваются.
Из изложенного выше следуют уравнения:
Смаке ~Qa ~ Qmhh’’ (16.3)
Qmhh = Qa~ «макс’’ (16.4)
Qep = Qa-Qep-
464
Неравномерность отбора и подачи как естественных Л, так и
искусственных К' подрусловых вод будет:
к = 0макс г= Омаке. (J6.6)
Оср Оср
Из равенств (16.6) определяются Qcp и Qcp.
Суммарная производительность водозабора при этом
QB“Qep+5e„ + (16-П
<?ь = Ф+(16.8)
Л Л
После преобразований получаем
Qb — Qmiih „ \ ’ (16.9)
л + л — ЛЛ
Значения К и К' приведены в табл. 16.3.
Таблица 16.3
Значения К. и К.'
№ водоза- бора Основные показатели работы водозаборов
^макс’ м3/сутки ^ср’ м3/сутки q' макс мУсутки q' . ^ср м’/сутки К К'
1 29 18 58 60 1,75 1.14
2 20 12,5 15 7,5 1,6 2,0
3 29 28,5 13,8 5,4 1,26 2,5
С учетом природных условий можно рекомендовать ряд схем
компоновки совмещенных водозаборных узлов (рис. 16.8).
1. Пойма рек ежегодно заливается в половодье на большую
глубину. Вода отличается повышенной мутностью (схема а). При
наличии широкой площадки и большого продольного уклона русла
возможно применение схемы в.
2. Пойма уступов возвышается над рекой, заливается на короткий
период времени, пойменная терраса имеет большую ширину (схемы
биг). Могут применяться и комбинированные схемы.
На очень мелких реках и ручьях, промерзающих зимой, водо-
забор осуществляется, например, следующим способом (рис. 16.9, а).
Вода из ручья поступает в водозаборное сооружение /, из которого
по самотечному трубопроводу 2 диаметром 200 мм направляется в
резервуары зимнего запаса воды 3, откуда с помощью насосной стан-
ции 4 перекачивается на очистные сооружения 5. После очистки
вода самотеком поступает в резервуар чистой воды 6, откуда также
самотеком распределяется по сети поселка 7. Благоприятный рельеф
местности и грунтовые условия позволили запроектировать схему
465
водоснабжения, за исключением напорного водовода 8, от резервуа-
ров зимнего запаса, расположенных в пониженном месте, при само-
течном режиме.
Сооружения состоят из водоприемника, отстойной камеры и
хлораторной (рис. 16.9,6). Водоприемник представляет водозабор
инфильтрационного типа 1. Вода, протекающая по руслу ручья, по-
ступает в водозабор и по трубам отводится в отстойную камеру 2
длиной 10 м, служащую для осаждения крупной взвеси. Водозабор
представляет собой траншею, вырубленную в скале поперек ручья
а) г)
Рис. 16.8. Схемы компоновки водозаборных узлов
/—водоприемник из открытого источника; 2 —насосная станция первого подъ-
ема; 3 — водоочистная станция; 4 — самотечный трубопровод; 5 — водосборный
колодец; 6 — водозахватные устройства для подрусловых вод; 7 — насосная
станция второго подъема; 8 — напорный трубопровод чистой воды; 9 — трубопро-
вод подачи воды в инфильтрационные бассейны.; 10— инфильтрационные бас-
сейны; 11—урез; /2—водосборный колодец, совмещенный с насосной станцией
с заполнением для фильтрации, глубина которого 1м. По дну тран-
шей уложены две стальные перфорированные трубы диаметром
300 мм каждая.
После отстойника вода попадает в сборный колодец, находящий-
ся под зданием хлораторной 3, затем хлорируется и поступает в
резервуары зимнего запаса воды.
В период паводка большое количество наносов, содержащихся
в первых потоках ручья, вызывает необходимость устройства пере-
пуска загрязненного стока из отстойника в русло ручья ниже водо-
забора. На перепускной трубе 4 диаметром 200 мм устанавливается
колодец с задвижкой.
Простое по конструкции водозаборное сооружение легко доступ-
но для осмотра, необходимого ремонта, а также чистки сооружений
при эксплуатации.
Водозаборы грунтовых вод. В зависимости от категории грунто-
вых вод, используемых для водоснабжения, водозаборы можно под-
разделить на каптажные, сборные галереи, трубчатые колодцы и
инфильтрационные.
Каптаж ключей. Подземные воды могут быть восходящими в
случае выхода напорных (артезианских) вод или нисходящими при
466
выходе безнапорных потоков. Артезианские воды образуются под-
мерзлотными водами, которые находятся ниже зоны вечной мерз-
лоты — в аллювиальных толщах на относительно небольших глуби-
нах и в коренных породах различного состава на более значительной
глубине.
Рис. Схема водоснабжения поселка
а —насосная станция и трубопроводы; б—водозаборные сооружения;
в—поперечный разрез канавы с дренажем
Для каптажа восходящих ключей сооружаются шахтные ко-
лодцы (рис. 16.10, а) без днища, вместо которого устраивается гра-
вийный фильтр. При нисходящих ключах конструкция каптажа имеет
иное устройство (рис. 16.10,6).
Сборные галереи обычно располагают у подножия склонов и в
местах, где по морфологическим признакам должны иметь место
наибольшее оттаивание и поток воды. Водообильность сезонно-та-
лого слоя зависит от водопроницаемости грунта. Наивысшей водо-
обильностью обладают крупнообломочные отложения, мощность
водоносного горизонта которых может достигать 3 м и более. Этот
водоносный горизонт используется как источник временного водо-
снабжения для малых населенных мест. Если провести мероприятия
467
по снегозадержанию и устроить над водозабором тепляк, то дли-
тельность эксплуатации таких горизонтов может быть увеличена.
На рис. 16.11 приведены конструкции горизонтальных водосбо-
ров траншейного и галерейного типа.
Рис. 16.10. Сооружения для каптажа ключей
а — восходящие; 1—колодец; 2 — отводящая труба; 3-сливная
труба; 4 — вентиляционная труба; 5 — гравийный фильтр;
б —нисходящие; /—люк; 2 —колодец; 3 —спускная труба;
4 — отводящая труба
Водосборная галерея, перехватывающая межмерзлотный водя-
ной поток, заглубленная в грунт, была сооружена на Крайнем Севере
еще в 1941—1942 гг.
Трубчатыми колодцами (водозаборными скважинами) могут
эксплуатироваться водоносные горизонты, залегающие на различной
глубине (10 м и более) и представленные различными породами.
а) 6)
Рис. 16.11. Горизон-
тальные водозаборы
а — траншейного типа;
б — галерейного типа;
1—бетонная дырчатая
труба; 2— фильтрующая
обсыпка из песка и гра-
вия; 3— экран; 4 — мест-
ный грунт; 5 — щели
Рис. 16.12. Типовые конструкции скважин
а — на подрусловые воды; б — на подозерные воды таликов; в — на подмерзлот-
ные воды; г — на трещинные и карстовые воды; 1—песок; 2 — песок с галькой
н гравием; 3 —супесь; 4 — суглинок; 5— глина; 6 — алевролит; 7—песчаник;
8-известняк; 9 —граниты; 10— гнейсы; 11—тектоническая трещиноватость;
12 — выветрелость; 13— нижняя граница многолетнемерзлых пород; 14 — интервал
цементации; /5 —сальник; 16 — фильтр сетчатый; /7—фильтр перфорированный
468
Ряд таких колодцев, объединенных в одну систему, образуют труб-
чатый водозабор.
Надмерзлотные грунтовые воды деятельного слоя собирают
путем устройства каптажа. Такие воды могут служить временным
источником водоснабжения для небольших поселков.
Каптировать воды деятельного слоя удобнее всего колодцем или
галереей. Колодцы и галереи следует располагать в местах наиболь-
шего оттаивания и потока воды (у подножия склонов, на конусах
выноса).
Для извлечения глубокозалегаемых грунтовых вод бурятся сква-
жины, оборудованные эрлифтными установками. Однако пока этот
источник водоснабжения применяется мало из-за значительных труд-
ностей в выборе места устройства скважины, больших затрат на
изыскания и строительство, отсутствия гарантии в надлежащем ка-
честве воды в силу высокой ее минерализации.
Водоснабжение с использованием подмерзлотных вод при по-
мощи буровых скважин осуществляется в настоящее время в Якут-
ске. Ежесуточно откачивается 1000—1200 м3 воды. Во избежание
замерзания скважины в период прекращения откачки применяется
слив воды в ствол скважины в количестве 1,5—2,0 м3/ч с температу-
рой ее 5—10 °C. Вода выкачивается из скважины эрлифтной установ-
кой и подается в запасной резервуар, где подогревается. На рис. 16.12
приведены типовые конструкции скважин.
Глава 17
НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ И ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
§ 17.1. Общие сведения
Тяжелые геологические и климатические условия в районах
Крайнего Севера особенно неблагоприятны для водопроводно-кана-
лизационных сооружений, так как в состав этих сооружений входят
большие емкости для воды, многочисленные коммуникации трубо-
проводов и каналов, а также различное оборудование.
Соблюдение основных принципов использования грунтов в каче-
стве основания под здания и сооружения при строительстве очист-
ных сооружений, а также насосных станций вызывает большие
трудности.
Особые трудности возникают в случае необходимости возведе-
ния крупных заглубленных резервуаров и насосных станций. Учиты-
вая это, необходимо особое внимание обращать на выбор строитель-
ной площадки под сооружения.
Наилучшим является скальное основание, при котором отпадают
все специальные мероприятия, направленные на обеспечение целост-
ности и устойчивости сооружения. В некоторых случаях имеет смысл
пойти даже на некоторое удаление сооружений от объектов водо-
снабжения и канализации, но найти площадку, обеспечивающую
надежное скальное основание.
При отсутствии территории со скальным основанием выбранная
площадка должна иметь благоприятные мерзлотно-грунтовые
условия.
При строительстве на скальном основании в целях соблюдения
условий наибольшей компактности рационально в одном здании
совмещать водопроводные очистные сооружения, резервуары чистой
воды и насосную станцию второго подъема.
Здания и сооружения должны проектироваться в соответствии
с требованиями «Указаний по проектированию бетонных и железо-
бетонных конструкций для районов Крайнего Севера», а технологи-
ческая часть в соответствии со СНиП П-31—74.
§ 17.2. Насосные станции
Если по условиям водоснабжения или канализования объекта
насосная станция должна находиться на одной площадке с очист-
ными сооружениями, то при наличии скального основания также
наиболее целесообразно размещать их в одном здании.
При строительстве очистных сооружений водопровода и канали-
зации по принципу сохранения вечномерзлого состояния грунтов
Насосные станции второго подъема и станции перекачки сточных вод
следует располагать в отдельно стоящих от очистных соружений
471
зданиях. В качестве примера подобного сооружения можно привести
насосную станцию перекачки сточных вод, запроектированную на
плотных мерзлых малопросадочных грунтах при отсутствии грунто--
вых вод. Для теплоизоляции был применен подстилающий слой из
обтесанных антисептированных бревен, по которому уложены асфальт
толщиной 40 мм с обмазкой за 3 раза горячим битумом и железо-
бетонное днище. Достаточность такого рода теплоизоляции подлежит
тщательному исследованию.
Разрыв между насосными станциями и рядом стоящими зда-
ниями и сооружениями следует определять исходя из мерзлотно-
грунтовых условий площадки с учетом неизбежности дополнитель-
ного протаивания вечномерзлого грунта вокруг заглубленной части
Рис. 17.1. Противопожарный
резервуар с насосной стан-
цией
/—железобетонный резервуар;
2-помещение насосной станции:
3—столбовые фундаменты;
4 — проветрнзаемое подполье
насосной станции. Во всех случаях разрыв должен быть не
менее 25 м.
Совмещение насосной станции второго подъема с резервуаром
чистой воды возможно при строительстве с сохранением вечномерз-
лых грунтов в основании сооружения. Так, например, Союзморниипро-
ектом разработаны типовые проекты противопожарных резервуаров,
совмещенных с насосными станциями, размещаемых на подсыпке или
на свайном основании с проветриваемым подпольем (рис. 17.1).
При ограниченном доступе воздуха к воздушному пространству
между низом сооружения и поверхностью земли может потребовать-
ся побудительная искусственная циркуляция воздуха.
Американские специалисты рекомендуют у восточных, южных
и западных стен сооружений в период оттаивания грунта устанавли-
вать специальные наклонные предохранительные щиты, которые при
наступлении зимы убираются.
Если в течение летнего сезона возможно оттаивание вечномерз-
лого грунта на некоторую глубину, то должна быть предусмотрена
естественная или побудительная искусственная циркуляция холодного
воздуха. Возможно также применение холодной жидкости. При этом
в грунте размещается система труб, через которые пропускается хо-
лодный воздух или жидкость.
Возможно использование зимнего холода для замораживания
грунта, оттаявшего за сезон. Все эти мероприятия должны решаться
в каждом конкретном случае и при составлении проектов обосновы-
ваться соответствующими теплотехническими расчетами.
472
§ 17.3. Очистные сооружения водоснабжения
Качество воды определяется совокупностью свойств, характери-
зующих ее пригодность для целей потребления. Водоснабжение
объектов, расположенных в районах Крайнего Севера, должно про-
изводиться с соблюдением действующих ГОСТов и различного рода
норм и технических условий. В настоящее время улучшение качества
воды для отдельных потребителей должно производиться в сооруже-
ниях и по технологии, применяемой для средней полосы СССР по
СНиП П-31—74. Так, например, при использовании воды северных
рек, ручьев и озер для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения,
по-видимому, требуется ее обработка, добавление солей кальция,
магния, элементов фтора, йода, подщелачивание воды.
Основным принципом проектирования водопроводно-канализа-
ционных очистных сооружений является возведение их на надежных
основаниях и наибольшая компактность. В качестве такого примера
ниже приводятся описание и схемы очистных сооружений по водо-
проводу некоторых объектов.
Водоснабжение Воркуты. Источником водоснабжения является
водохранилище, которое образуется в результате регулирования
стока р. Усы путем строительства плотины.
Насосная станция первого подъема примыкает непосредственно
к плотине, берет воду из верхнего бьефа и подает на очистные соо-
ружения. Водозабор совмещенного типа оборудован двумя вращаю-
щимися сетками. Водоприемник и насосная станция первого подъема
расположены на скале. Л4аксимальный расчетный расход 720, а ми-
нимальный 360 л/сек.
Очистные сооружения (рис. 17.2 и 17.3) располагаются вблизи
водозаборных сооружений; расстояние от очистных сооружений до
города 30 км. Вода подается в город по магистральному водоводу
диаметром 920 мм. Ввиду большой протяженности водовода и не-
избежных теплопотерь проектом предусмотрен подогрев воды и армо-
пенобетонная изоляция водовода. Все очистные сооружения разме-
щаются в одном здании. Центр здания занимают резервуары чистой
воды и контактные осветлители. В торцах размещаются с одной сто-
роны реагентное хозяйство, хлораторная и подсобные помещения,
с другой — насосная станция второго подъема. Вдоль здания распо-
лагаются два железобетонных резервуара (51,2X8,4 м) чистой воды
емкостью по 1500 м3 каждый. Перекрытие резервуара поддерживает-
ся одним рядом железобетонных колонн. Пол первого этажа зда-
ния имеет условную отметку ± 0,00; отметка дна резервуаров —4,40.
Под резервуарами залегает скала.
Непосредственно над резервуарами на перекрытии размещается
двенадцать контактных осветлителей (по шесть над каждым резер-
вуаром). Отметка пола насосной станции второго подъема также
—4,40.
В насосной станции размещаются четыре рабочих и один резерв-
ный насосы второго подъема марки 10 НМК X 2, производительно-
стью 750 м3/ч каждый и напором 20,4 м.
Кроме основного оборудования, здесь же размещено два насоса
марки 5 НДв производительностью 150 м3/ч, напором 28 м (рабочий
И резервный) для подачи воды в котельную, при которой размещает-
ся бойлерная для подогрева воды.
473
10,66 10,60
Подогрев воды принят по схеме смешения подогретой воды с
остальной массой воды в водоводе путем непосредственной подачи
подогретой воды во всасывающий трубопровод перед насосами. Та-
кая схема подогрева наиболее проста, достаточно эффективна и не
требует значительных затрат на осуществление.
Как отечественные, так и зарубежные специалисты считают, что
температуру воды в водопроводной системе лучше поддерживать
более низкой, так как при меньшей разности температур воды и окру-
жающего трубу грунта уменьшается теплоотдача.
Рис. 17.5. Схема очистки воды
1—барабанная сетка; 2— входная камера; 3—электрокоагулятор;
4 — контактный осветлитель
Исходя из этого проектом принята температура воды в конце
участка водовода +2 °C, при исходной температуре воды +0,5 °C.
Емкость бойлеров взята с таким расчетом, чтобы вода, подмешивае-
мая к основному потоку, имела температуру 65 °C.
Водоснабжение пос. Чернышевский. Источником водоснабжения
является р. Вилюй. Ввиду незначительной глубины реки в зимнее
время в качестве временного предусмотрен подрусловый водозабор.
В дальнейшем после строительства плотины вода будет забираться
Из верхнего бьефа с помощью совмещенного водозабора, располо-
женного на скальном основании вблизи плотины. Средний расход
подаваемой воды 15 л/сек. Комплекс очистных сооружений (рис. 17.4)
располагается вблизи реки и поселка.
Проектом предусмотрены подогрев и циркуляция воды, которая,
Пройдя через сеть поселка, частично возвращается в резервуар чи-
стой воды. Здание водоочистной станции наземное, все оборудование
размещено выше поверхности земли. Подошва фундаментов соору-
жений покоится на скальном основании. В центре здания размещены
475
три механических кварцевых напорных фильтра диаметром 2,5 м и
насосные агрегаты. С обеих сторон в торцах здания в самостоятель-
ных помещениях размещаются стальные сварные резервуары чистой
воды емкостью по 200 м3 каждый.
Схема работы водоочистной станции следующая. Вода под на-
пором насосной станции первого подъема по водоводу диаметром
125 мм поступает на напорные фильтры, после которых, пройдя
через установки обеззараживания облучением, расположенные по обе
стороны фильтров, сливается в резервуары. От водоочистной станции
к поселку идут два водовода диаметром 150 мм; по одному из них
вода подается в поселок, по другому — частично возвращается в
один из резервуаров.
Для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды в здании
станции установлено три насоса марки ЗК-6 производительностью
30 м3/ч и напором 62 м (два рабочих и один резервный). Кроме того,
здесь же размещаются два насоса марки 4К-6 производительностью
120 м3/ч и напором 78 м (рабочий и резервный) для пожаротушения
в поселке и один насос марки 8К-18 производительностью 285 м3/ч,
напором 19 м для промывки фильтров.
Для обеззараживания воды методом облучения принята двух-
камерная установка типа ОВ-АКХ-1.
Ввиду сравнительно небольшого количества воды, потребляемой
поселком, и наличия источника электроэнергии проектом принят
электрообогрев воды непосредственно в резервуарах чистой воды.
Экспериментальный проект1 водопроводных очистных соо-
ружений хозяйственно-питьевого назначения производительностью
5000 м3/сутки предусматривает следующую технологическую схему
(рис. 17.5).
Исходная вода от насосной станции первого подъема проходит
через барабанную сетку и подается в электрокоагулятор, перед ко-
торым в нее вводится гипохлорит натрия. При этом предусмотрено,
что электрообработке может подвергаться не вся вода, а только ее
часть. Эта часть затем в необходимых пропорциях смешивается с во-
дой, не прошедшей электрообработку.
После электрокоагуляции в воду может вводиться полиакрил-
амид, интенсифицирующий укрепление скоагулированных частиц, т. е.
предусмотрена флокуляция. Затем электрокоагулированная и фло-
кулированная вода поступает па контактный осветлитель, после ко-
торого также предусмотрено (для надежности) введение гипохлорита
натрия, известкового молока и раствора кремнефтористого натрия.
Приготовление питьевой воды (из пресной и мор-
ской) комплексом электрических воздействий (КЭВ) в условиях
Крайнего Севера может найти значительное применение.
На рис. 17.6 приведена такая схема установки применительно к
судовым условиям.
Принципиальная схема судовой установки для очистки и обез-
зараживания воды, по которой выполнена система водоснабжения,
состоит из кингстона (полость в корпусе судна для забора воды)
/, сетчатого фильтра грубой очистки 2, насоса 3, подающего заборт-
ную воду на напорный песчаный фильтр 4, имеющий электропривод
1 Разработан ЛО ГИП Союзводоканалпроект для сооружения в
северной зоне страны.
476
Рис. 17.6. Принципиальная схема водоснабжения с применением электрических способов кондицио)
ния забортной воды
для промывки фильтрата 5. Кроме того, фильтр имеет электромаг-
нитные клапаны управления промывки фильтров 6, 7, 8. В схеме
имеются пневмоцистерна забортной воды 9, блок КЭВ 10, электромаг-
нитные клапаны управления промывкой блока КЭВ 11, 12, бактери-
цидные лампы УФО 13 и электромагнитные клапаны управления по-
дачи воды к лампам 14, а также электродиалезный двухступенчатый
опреснитель 15 и сборная цистерна питьевой воды 16\ электромагнит-
ный клапан отключения установки при заполнении сборной цистерны
17, насос питьевой воды 18 и пневмоцистерна питьевой воды 19.
Автоматизация работы насосов 3 и 18 и пневмоцистерн 9 и 19
обеспечивается при помощи реле давления, включающих насосы при
Рис. 17.7. Общий вид установки с использо-
ванием электрохимического коагулирования
1 — ванна; 2 — электроды; 3—контактный осветлитель;
4 — выпрямитель электрического тока; 5—электрощит;
6 — вход исходной воды; 7 —выход очищенной воды;
8—отвод промывной воды; 9— подвод промывной воды
падении давления в пневмоцистернах до нижнего предела и выклю-
чающих при достижении верхнего предела.
Включение на промывку фильтра 4 и блока КЭВ 10 производится
электромагнитными клапанами 6, 7, 8 и 11, 12 соответственно, при
повышении давления перед фильтрами, т. е. при увеличении их со-
противления, а переключение на рабочий режим — через заданные
промежутки времени, обеспечиваемые реле времени. При выходе из
строя одной из бактерицидной ламп 13 происходит переключение
подачи воды от поврежденной лампы к резервной при помощи элек-
тромагнитных клапанов 14, работа которых обеспечивается реле тока.
Поплавковое реле уровня в сборной цистерне 16 не допускает ее
переполнения и обеспечивает необходимый резерв питьевой воды
путем открытия или закрытия электромагнитного клапана 17.
Возможно, что для непрерывного процесса приготовления питье-
вой воды при каких-либо условиях окажется целесообразным иметь
два параллельно включенных основных блока (на схеме выделен
штриховой линией), один из которых будет резервным.
Электрохимическое коагулирование воды должно найти значи-
тельное применение в условиях I климатической зоны. Ионы алюми-
ния, железа и других металлов, которые применяются для обработки
478
Воды (коагулирование, обезвоживание), могут быть введены в очи-
щаемую воду не только в виде растворов солей эти металлов, но и
путем электролитического анодного растворения соответствующих
химических элементов. Общий вид установки с электрокоагулирова-
нием показан на рис. 17.7.
Анодное растворение металлов в воде подчиняется законам
электролиза (законам Фарадея), которые устанавливают, что весо-
вое количество выделяемого при электролизе вещества пропорцио-
нально количеству протекшего через раствор электричества; для
растворения (выделения) 1 г-экв любого вещества нужно пропустить
через раствор 96491 к (Ф = 96500 к) или 26,8 а-ч. Для анодного
растворения металла, как правило, применяется постоянный ток.
а — биполярное присоединение; б —многополярное присое-
динение
Количество растворяемого на аноде металла может быть опре-
делено по формуле
D qA НА
"т = или Рт — ,
Фп т Фп
(17.1)
где Рт — количество растворяемого металла на аноде (теоретиче-
ское), г; q— количество электричества, к; t—время воздействия
электрического тока на проходящую воду, сек; А — атомный вес
металла, г; Ф — постоянная Фарадея (Ф — 96 500 к); п— валент-
ность металла; / — сила проходящего электрического тока, а.
В действительных условиях потери в весе анода не соответ-
ствуют величинам, вычисленным по формуле (17.1):
Pq Р-г ИЛИ Pq = 0РТ. (17.2)
Значение коэффициента 0 может колебаться в больших преде-
лах: для железных анодов 0 = 0,90 4- 0,99; для алюминиевых 0 =
«= 0,9 4-1,5.
Электроды размещаются в специальных камерах (ваннах). Под-
водимый ток к электродам может быть присоединен двумя путями
(рис. 17.8): запиткой только крайних электродов (биполярное под-
соединение) и запиткой каждого электрода в отдельности (многопо-
лярное подсоединение).
479
При биполярном подсоединении
^общ=^‘> 7общ==/п> (17.3)
при многополярном подсоединении
Уобщ = /общ==/п^> (17.4)
где k — число промежутков между электродами (пластинами); Уобщ,
/общ — напряжение и сила тока на проводах, подводящих электри-
ческий ток к электродам; Уп, /п — напряжение и сила тока между
электродами (пластинами).
На скорость и глубину осветления и обесцвечивания воды при
использовании коагуляции электрохимическим способом оказывают
влияние количество электричества, плотность тока, материал элек-
тродов, конструкции электродов и электролитических ванн, расстоя-
ние между электродами, физические и химические показатели воды.
За основу расчета установок с использованием для коагуляции
взвешенных и коллоидных веществ электрохимическим способом
может быть положен принцип, принятый в СНиП Н-Г.З—62, со-
гласно которому дозы реагентов принимаются в зависимости от со-
держания в воде взвеси и величины цветности.
В конкретном случае при анодном растворении металлов (алю-
миния или железа) в воду вводятся катионы этих металлов в чистом
виде и в более активном состоянии. Поэтому дозы реагентов, полу-
чаемые по табл. 17.1 или по формуле Дк — 4д/Ц (СНиП И-Г. 3—62),
пересчитанные на чистый металл, могут быть уменьшены в 1,5—
2,5 раза. С учетом этого замечания в табл. 17.1 даются ориентиро-
вочные дозы металлов, вводимых в обрабатываемую воду путем их
анодного растворения.
Таблица 17.1
Дозы коагулянта для обработки воды при их анодном растворении
Содержание в воде взвешенных веществ, мг/л Дозы растворяемых металлов, мг/л
А13 + Fe2+
100 2,0 -2,5 4,4- 5,5
200 2,3 -3,25 5,0- 7,2
400 2,9 -4,3 6,4- 9,5
600 3,25-5,0 7,2-11,0
800 4,00-5,8 8,8-12,8
1000 4,3 -6,5 9,5-14,3
1400 4,7 -7,6 10,3-16,7
1800 5,5 -8,3 12,1-18,2
2200 5,8 -9,1 12,8-20,0
Примечание. Меньшие дозы относятся к водам, содержащим грубо-
дисперсные взвеси.
При определении дозы коагулянтов по цветности воды может
быть использована формула
Дк = а7Ц, (17.5)
где Ц — цветность исходной воды, град; а — коэффициент, прини-
маемый для алюминиевых электродов равным 1, а для железных 2,2.
480
Общий расход металла, г/сек, вводимого в воду для ее коагуля'
ции (растворяемого на анодах), определится из формулы
р __ДкФ
т 3600 ’
(17.6)
где Q — расход воды, м3/ч; Дк — доза коагулянта, г/м3.
Задавшись временем воздействия электрического тока на прохо-
дящую воду, определяем силу тока или количество электричества
[см. формулу (17.1)]
Ф/7 Фп
q = -^-PT или / = (17.7)
/1 Г/1
Время воздействия электрического тока принимается в пределах
30—90 сек и зависит от местных условий (длины ванны, циркуляции
воды). Сила тока, вычисленная по формуле (17.7), относится к кон-
струкции электродов с многополярным подсоединением. При бипо-
лярном подсоединении требуемая сила тока
/б.п = //^. (17.8)
Поступательные скорости движения воды между электродами
принимаются (по данным экспериментов) в широких пределах и
равны 0,005—0,5 м/сек; средние значения, которые могут быть реко-
мендованы в практических условиях, составляют 0,01—0,02 м/сек. По
принятым скорости и времени протекания воды между электродами
определяем длину электродов
L3 = vt. (17.9)
На практике для улучшения процесса коагуляции применяют
перемешивание воды в зоне электродов, и действительные скорости
(ненаправленные) в этом случае превышают поступательные ско-
рости движения воды между электродами.
Площадь электродов определяется исходя из принятой плотности
тока на пластинах (t). По имеющимся данным, плотность тока может
быть принята в пределах от 1 до 100 а/м2. При высоких плотностях
тока имеет место повышенное напряжение между пластинами; при
выборе низких плотностей тока получаются значительные площади
электродов
F3=y. (17.10)
Наиболее рекомендуемыми являются плотности тока в пределах
10—60 а/м2.
Высота электродов устанавливается размерами листового ме-
талла; практически значение
Яэ = (0,5 + 1,0) L3. (17.11)
Площадь одного электрода
F' = L3H3. (17.12)
Тогда число электродов
n — F3!F'. (17.13)
481
>/216 Зак. 190
Исходя из принятой скорости движения воды между электродами
(v), времени пребывания ее между ними и расхода а воды, объем,
занятый водой, и площадь живого сечения электролизера опреде-
лятся из выражений:
V = Qt, (17.14)
Fk.c = V/L9, (17.15)
где Q — расход обрабатываемой воды, м3/сек.
Зная Fat, о и п, определяют ширину промежутков между пла-
стинами
Для производственных установок расстояние между электро-
дами-пластинами рекомендуется принимать равным 10—20 мм. Об-
щая ширина электролизной камеры
В = (п+ 1)6 =/г (б+ 6)+ 6, (17.17)
где б —толщина пластин электродов (6 = 34-5 мм).
Для обеспечения равномерного распределения воды между пла-
стинами коагулятора перед входом воды в межэлектродное прост-
ранство и выходе из него предусматриваются свободные от пластин
участки (/1 и /2). длина которых принимается равной 0,2—0,6 м:
Lq = L3 -f-1\ -f- /2- (17.18)
При определении высоты электрокоагулятора Но желательно
Оставлять свободное пространство между дном камеры и пластинами
hi = 5 -7- 10 см, предусматривать слой воды над электродами h2 =
s= 5 4-15 см и запас h3 = 15 -7- 20 см:
H0 = H9 + hi + h2 + h3. (17.19)
Дно электролизных камер делается с уклоном в любую сторону.
В нижней точке камеры предусматривается выпуск с целью опорож-
нения камеры.
Энергия, квт-ч/м3, израсходованная установкой в течение 1 ч и
отнесенная к 1 м3 обработанной воды:
М- IV
Q 1000 ’
Расход электроэнергии зависит от силы тока и напряжения на
подводящих ток проводах. При регулируемой силе тока (постоянной
величине) меняется напряжение, которое является функцией плот-
ности тока и расстояния между пластинами. При увеличении того и
другого возрастает и напряжение.
Схема расчета электрокоагулятора принята для горизонтального,
открытого (ненапорного) движения воды. Принцип расчета установ-
ки при вертикальном движении воды в коагуляторе остается тот же
самый, за исключением того, что в этом случае рекомендуется элек-
троды размещать в нижней части установки.
Некоторые замечания к проектированию и эксплуатации устано-
вок с использованием электрохимической коагуляции:
482
1. Окончательные дозы растворяемого электрохимическим спо-
собой коагулянта устанавливаются для каждой конкретной воды в
ходе эксплуатации очистных сооружений,
2. При очистке производственных загрязненных вод и необходи-
мости использования в процессе очистки явления флотации рекомен-
дуется принимать максимальные значения плотностей тока на элек-
тродах.
3. Так как в процессе воздействия электрического тока на воду
на катодах выделяется водород, то необходимо предусматривать
вентиляцию установки или помещения.
4. Количество электричества (q), подаваемого на электроды,
может быть регулируемо в зависимости от мутности или цветности
исходной воды,
5. В процессе обработки воды может быть применено прерыви-
стое электрохимическое коагулирование, которое заключается в том,
что в одни периоды ток подается на установку, а в другие — нет.
Схемы подачи тока в этом случае будут выглядеть так: 0,5—0,5;
0,75—0,5; 1,0—0,5; 1,5—0,5, где первое число обозначает время
(в часах) подачи электрического тока на электроды, а второе — пе-
рерыв в подаче.
6. В ходе эксплуатации установки для снижения эффекта пас-
сивации электродов необходимо предусматривать их переполюсовку.
Время переполюсовки зависит от качества исходной воды, режима
работы установки и составляет, как показывают экспериментальные
данные, от 10 мин до 1 ч.
§ 17.4. Противопожарное водоснабжение
В условиях Крайнего Севера сооружению противопожарных
устройств следует уделять большое внимание. Системы пожарного
водоснабжения могут быть выполнены при наличии естественных
источников водоснабжения (рек, озер, ручьев и прочих водоемов) и
при их отсутствии. В первом случае системы водоснабжения должны
обеспечивать круглогодичный нормированный расход. Во втором
случае для обеспечения пожаротушения предусматривается созда-
ние противопожарного запаса воды в специальных водоемах. Во-
доемы пополняются водой от снеготаяния, а иногда и привозной.
Такие водоемы должны устраиваться в случаях, предусмотренных
СНиП 11-31—74.
Противопожарные водоемы можно классифицировать по трем
признакам: по способу подачи воды к месту пожара (с насосными
установками и без них), по способу установки на грунт (подземные,
полуподземные, надземные), по способу нагрева воды (с печным,
центральным, электрическим отоплением или электрогрелками для
воды).
Водоемы в местах сплошного распространения вечной мерзлоты
обычно сооружаются с сохранением ее. Конструктивным решением
в этом случае является устройство проветриваемого подполья с гид-
роизоляцией перекрытия и подполья. Планировкой должен преду-
сматриваться отвод воды от сооружений.
При строительстве водоемов в районах с островной и маломощ-
ной высокотемпературной мерзлотой может производиться предпо-
строечное оттаивание основания.
‘/216* 483
Водоемы подземного и полуподземного типа, изготовленные из
железобетона, являются наиболее экономичными по сравнению с
другими типами. Если основанием являются плотные гравийно-галеч-
ные грунты или скала, то сооружение резервуаров любой емкости
не вызывает затруднений. Исходя из обеспечения сохранения трех-
часового запаса воды на наружное пожаротушение при расходе
10 л/сек емкость резервуара должна быть
3 X 3600 х 10 _ .
-----1000--------108 м
На рис. 17.9 приводится резервуар емкостью 54 м3, сблокирован-
ный с помещением для насосной установки. Наземный резервуар
выполняется из железобетона, цилиндрическим со сферическим ПО'
крытием. Для утепления со-
оружается стенка из кирпи-
ча, шлакоблоков или бетон-
ных блоков с воздушной
прослойкой. Резервуар из-
готовлен из гидротехниче-
ского бетона на портланд-
цементе, что обеспечивает его
водонепроницаемость. Вода
подается насосом марки
ЗК-6 производительностью
10 л/сек при напоре 60 м.
Насос приводится в дейст-
Рис. 17.9. Противопожарный резер-
вуар с насосной установкой
вие двигателем мощностью
14 квт при 2900 об/мин.
Для мелких населенных
пунктов (небольших посел-
ков, полярных станций) ре-
комендуются типы пожар-
ных водоемов, приведенные
на рис. 17.10.
На рис. 17.10, а показан
металлический отепленный
резервуар, сооруженный на
поверхности земли, а на
рис. 17.10, б — деревянный
резервуар, заглубленный в
землю.
Устраивают также и металлические заглубленные в землю ре-
зервуары емкостью 20—60 м3 для хранения незамерзающих раство-
ров. Зимой вода в резервуарах подогревается. Для термоизоляции
резервуаров используются минераловатные маты.
На рис. 17.11 представлен резервуар, устроенный в вечномерз-
лом грунте при помощи пленки. Резервуары заполняются водой из
водопроводной сети, талого снега или привозной.
При пожаре вода забирается и подается к месту использования
электронасосом или мотопомпой но временно прокладываемым гиб-
ким шлангам.
В подземных трубопроводах сети предусматривается непрерыв-
ная циркуляция воды с возвратом ее в пожарный водоем. При
484
16 Зак, 190
резервуарах устанавливаются две группы насосов — для циркуляции
воды в сети и для подачи пожарного расхода.
Вода в зависимости от источников тепла может подогреваться в
резервуарах или по пути.
§ 17.5. Очистные сооружения канализации
В настоящее время на Крайнем Севере СССР строятся очистные
сооружения, однако достаточного опыта эксплуатации этих соору-
жений в указанных районах пока еще нет.
За рубежом применяются простейшие способы очистки сточных
вод с устройством отстойников, но фактически они мало используют-
ся ввиду больших эксплуатационных расходов.
Вместе с тем в связи с повышением благоустройства населенных
мест Севера вопросы очистки сточных вод для этих районов приоб-
ретают все большее значение. Отечественные и зарубежные специа-
листы приходят к выводу, что в суровых климатических условиях
Крайнего Севера необходимо создание искусственных температурных
условий даже для механической очистки сточных вод, не говоря
о биологической очистке, так как все биохимические процессы при
низкой температуре воды чрезвычайно замедляются.
Для нормального протекания процессов очистки сточных вод и
перегнивания осадка температура воды в отстойнике не должна
быть меньше 7—8 °C. Это может быть достигнуто только в том слу-
чае, когда очистные сооружения будут расположены в отапливаемых
зданиях. Кроме того, в случае необходимости сточная вода, прите-
кающая на очистную станцию, должна быть подогрета, что можно
сделать путем сброса в канализацию теплой воды.
Выпуск сточных вод в реки, не промерзающие зимой, должен
быть на 0,5 м выше дна (рис. 17.12). В тех случаях, когда водоем
промерзает, делается эстакада, по которой прокладывается труба.
Это позволяет постепенно намораживать сточные воды при после-
дующем таянии наледи или конструктивно, как это указано на
рис. 17.13—17.15.
Ниже приведены примеры запроектированных очистных соору-
жений канализации для различных условий Крайнего Севера.
Очистные сооружения канализации пос. Чернышевский. В состав
очистных сооружений входят песколовки с решеткой, два двухъярус-
ных отстойника, хлораторная, два вторичных отстойника и иловые
площадки из четырех карт. Дезинфекция стоков предусмотрена
раствором хлорной извести.
Расчетный расход сточных вод около 700 м3/сутки. Отстойники
приняты двухъярусные железобетонные по типовым чертежам Водо-
каналпроекта. Размеры отстойной части приняты из условия продол-
жительности отстоя, равного 1 ч. Вторичные отстойники, железобе-
тонные, запроектированы также по типовым чертежам Водоканал-
проекта и рассчитаны на получасовое пребывание сточной воды;
иловые площадки железобетонные с дренажем.
Очистные сооружения размещены в помещениях, отапливаемых
от местной котельной (рис. 17.16). Используя благоприятный рельеф,
их размещают в двух отдельно стоящих зданиях. В первом здании
располагаются песколовка с решеткой, двухъярусные отстойники,
хлораторная со складом хлора и котельная, а во втором — вторич-
486
Сеч. 1-1
Рис. 17.12. Выпуск в реку, не промерзающую до дна, с кру-
тым берегом
1—коллектор; 2— перепадпой колодец; 3— коллектор; 4 — оголовок вы-
пуска; 5 — каменная наброска; 6—спутник отопления; 7—теплоизоляция
деревянной рейкой; 3—бетонный оголовок
Сеч. J-J
Рис. 17.13. Выпуск в реку, промерзающую до дна
1—коллектор; 2—перепадной колодец; 3—железобетонный лоток;
4—каменная наброска; 5 — закрепление лотков шпунтом; 5-то же,
бруском
16*
ные отстойники и иловые площадки. Оба здания соединены непро-
ходным железобетонным каналом, предназначенным для канализа-
ционного коллектора и трубопроводов теплосети. В связи с близким
Рис. 17.14. Выпуск в реку, промерзающую до дна, с ши-
рокой поймой
/ — коллектор; 2 — железобетонные лотки; 3 —каменная наброска;
4—закрепление лотков шпунтом; 5 — перепадной колодец
Рис. 17.15. Выпуск в основное русло через
овраг
/ — коллектор; 2— очистные сооружения; 3—труба; 4—вы-
пуск в реку
залеганием коренных пород оба типа отстойников полностью заглуб-
ляются в землю, при этом нижняя их часть высотой около 3 м вы-
рубается в скале.
В помещениях очистных сооружений предусматривается искус-
ственная вентиляция. Система отопления водяная и рассчитана на
488
поддержание в помещениях отстойников температуры воздуха
4-10 °C при наружной расчетной —52 °C.
Очистные сооружения канализации Якутска. Расчетный расход
сточной жидкости Якутска на первую очередь строительства состав-
лял около 250 м3/ч; в расчетном периоде этот расход должен увели-
чиваться больше чем в 4 раза. Проектом предусмотрена механиче-
ская очистка сточных вод. В состав очистных сооружений входят
Рис. 17.16. Разрезы по канализационным очистным
сооружениям пос. Чернышевский
а—здание двухъярусных отстойников и хлораторной: 1—двухъ-
ярусный отстойник; 2— хлораторная; б — здание контактных ре-
зервуаров и иловых площадок: 3—контактные резервуары;
4— иловые площадки
насосная станция перекачки, две вертикальные песколовки, четыре
отстойника, хлораторная, иловая насосная станция и иловые пло-
щадки. Так как на первую очередь строительства потребуются только
один отстойник и одна песколовка, проектом принято самостоятель-
ное выполнение каждого сооружения. Такое решение было продик-
товано также и грунтовыми условиями площадки.
Грунты площадки сложены плотными супесчаными и песчаными
малопросадочными мерзлыми грунтами с незначительным включе-
нием мелкой гальки и гравия; грунтовые воды на площадке совер-
шенно отсутствуют. В этих условиях сохранение вечномерзлого
состояния грунтов обеспечивается без проветриваемого подполья.
Все сооружения располагаются в насыпи. Нижняя конусная часть
каждого из отстойников, заглубляемая в естественный грунт на глу-
бину до 5 м, покоится на мощном бетонном основании, низ которого
489
уложен на подстилающий слой из обтесанных бревен, служащий
теплоизоляцией (рис. 17.17). Бетонный массив работает как единое
целое при вспучивании или осадке грунта. Между железобетонным
днищем отстойника и бетонным массивом в качестве изоляции укла-
дывается слой литого асфальта толщиной 50 мм, а между бетонным
массивом и антисептированными бревнами — слой асфальта толщи-
ной 30 мм. Достаточность такой изоляции и рациональность всей
Рис. 17.17. Отстойник очистных сооружений
канализации Якутска
1—железобетонное днище; 2 — литой асфальт;
3—бетон марки 50; 4—литой асфальт 30 мм;
5—антисептированные бревна; 6—гидроизоляция;
7—труба от второй очереди строительств; 8—бу-
тобетон; 9 —двойной деревянный щит; 10 — уровень
естественной земли; 11—отметка планировки
конструкции в целом должны быть проверены тщательными иссле-
дованиями, а также наблюдениями в период эксплуатации.
Шатер над каждым отстойником выполняется из кирпича. Клад-
ка стен начинается ниже верха железобетонных стенок отстойника
на 800 мм и опирается на железобетонную круговую консоль.
Вертикальные песколовки располагаются целиком на подсыпке,
коническое днище их опирается на бутобетонное основание, которое
расположено на слое щебня толщиной 100 мм, уложенного на уплот-
ненную песчаную подсыпку. Литой асфальт толщиной 30 мм прокла-
дывается только между коническим железобетонным днищем и бу-
тобетоном. Шатер над каждой песколовкой деревянный каркасного
типа с заполнением каркаса фибролитовыми плитами. Все лотки
между сооружениями перекрываются деревянными коробами. Иловые
площадки — открытого типа. Остальные сооружения не представ-
ляют особого интереса.
4S0
Очистные сооружения канализации Жатайского СРЗ и жилого
поселка при нем. Расчетный расход бытовых сточных вод составляет
40 м3/ч. Проектом принята механическая очистка сточных вод. Грун-
ты площадки вечномерзлые среднепросадочные.
В состав очистных сооружений входят двухъярусные отстойники,
контактный резервуар, хлораторная и иловые площадки. Все соору-
жения, за исключением иловых площадок, размещены в отапливае-
мом здании. Устойчивость сооружения обеспечивается устройством
свайного основания и проветриваемого подполья для сохранения веч-
номерзлого состояния грунта.
Здание очистных сооружений кирпичное; двухъярусные отстой-
ники и контактный резервуар (рис. 17.18) выполнены из монолитного
железобетона и располагаются на опорах непосредственно на полу
Рис. 17.18. Очистные сооружения канализации Жатай-
ского СРЗ и жилого поселка при нем
1—двухъярусные отстойники; 2—контактный резервуар; 3 —пере-
крытие
первого этажа, верхняя часть этих сооружений выходит во второй
этаж. Кроме того, в первом этаже размещается склад хлорной из-
вести, а во втором этаже — хлораторная и лаборатория.
Цементный пол первого этажа толщиной 2 см уложен по шла-
кобетону толщиной 5 см, который покоится на слое пенобетона тол-
щиной 31 см, опирающемся на ребристые железобетонные панели.
Последующий опыт эксплуатации очистных сооружений с
механической очисткой сточных вод, возможно, приведет к необхо-
димости переоборудования их под биологическую очистку. Имея в
виду наибольшую рациональность и компактность сооружений в
условиях Крайнего Севера, в качестве наиболее желательной кон-
струкции здесь может быть рекомендовано «Устройство для осветле-
ния сточных вод с последующей обработкой осадка» (авторское сви-
детельство № 146715, авторы Шифрин и Чеснова). Это устройство,
разработанное кафедрой канализации Ленинградского инженерно-
строительного института, представляет собой осветлители-перегни-
ватели наиболее рационального типа. Кроме этого, разработана
новая конструкция аэротенков-отстойников системы Шифрина —-
Бурцева. Возможные решения очистных канализационных сооруже-
ний в условиях Крайнего Севера приведены в табл. 17.2.
491
Таблица 17.2
Рекомендуемые решения очистных сооружений на Крайнем Севере
Тип грунта Методы использо- вания грунта в качестве основания Применяемые решения
Скальные, а также не- просадочные крупнообло- мочные и песчаные I Конструкции обычных ТИПОВ
Крупнообломочные и песчаные просадочные при оттаивании III и IV Для уменьшения осадок пре- дусматривается частичное или полное предпостроечное протаи- вание на глубину расчетной ча- ши оттаивания или же замена просадочных грунтов. Для огра- ничения глубины протаивания применяется термоизоляция. Прочность конструкций повы- шается с учетом дополнитель- ных усилий, возникающих при неравномерных осадках
Просадочные, пылева- тые н глинистые грунты Все виды сильно про- садочных грунтов II и III II То же, но предпостроечное протаивание не применяется или грунты сохраняются в вечно- мерзлом состоянии Сохранение оснований в мер- злом состоянии устройством подполий, охлаждающих труб, насыпей и применением уси- ленной термоизоляции
Просадочные или силь- но просадочные грунты подстилаемые скальными породами III При залегании кровли скаль- ных пород при большой глубине—устройство фундамен- тов глубокого заложения нли свайных оснований. На косого- рах применяется также срезка просадочных грунтов с пониже- нием планировочной отметки территории
§ 17.6. Местная канализация
При отсутствии централизованной системы канализации обез-
вреживание и удаление нечистот может производиться тремя спосо-
бами: канализование отдельных объектов, имеющих водопровод, со
сбором сточных вод в специальные резервуары емкостью 50—150 м3
и более в зависимости от технико-экономических обоснований и ко-
личества сточных вод; устройство люфт-клозетов в зданиях, не имею-
щих водопровода; устройство выносных уборных. Все три перечис-
ленных способа имеют весьма значительные недостатки и не могут
быть рекомендованы к применению для постоянных жилых и обще-
ственных зданий в населенных местах Крайнего Севера.
В настоящее время значительное распространение имеет местная
канализация с устройством люфт-клозетов. В этом случае при доме
устраивается отапливаемое помещение санитарного узла, оборудо-
ванное стульчаками упрощенного типа и выгребом для сбора не-
чистот.
492
Воздух из помещения санузла удаляется через каналы печного
блока, а при отсутствии печей — через специально устроенные для
этого каналы. При двухэтажных зданиях эта вентиляция устраи-
вается с самостоятельными каналами для каждого этажа. Как пока-
зывает практика эксплуатации подобных систем в условиях Край-
него Севера, вытяжные каналы должны быть снабжены дефлекто-
рами и тепловыми побудителями, роль которых могут выполнять
электролампы. Побудители такого рода просты в осуществлении,
легко поддаются регулированию путем изменения мощности приме-
няемой лампы и не зависят от действия отопления здания. В таких
санитарных узлах может быть рекомендована установка унитазов
железнодорожного типа с заслонкой и гидравлическим затвором на
выходном отверстии.
При устройстве выгребов на Крайнем Севере в зависимости от
конкретных условий могут быть применены следующие конструктив-
ные решения:
1. При наличии крупноскелетных грунтов, не теряющих при
оттаивании своей несущей способности, выгреб может сооружаться
из каменных материалов: кирпича, местного камня, бетона, сборного
железобетона. Основной задачей в этом случае является обеспече-
ние минимальной воздухо-влагонепроницаемости конструктивных
элементов выгреба.
2. При мелкодисперсных, сильно переувлажненных грунтах,
обладающих при оттаивании малой несущей способностью, необхо-
димо добиваться минимального веса выгреба и минимальной его
теплоотдачи грунту. Конструктивно это может быть достигнуто
устройством выгреба из деревянного бруса с гидроизоляцией из би-
тумной прослойки и внутренними стенками, выполненными из шпун-
товых досок.
Как в первом, так и во втором случае верхнее перекрытие вы-
гребов должно быть утеплено и защищено покрытием для отвода
грунтовых вод.
3. В жилых и общественных зданиях с продуваемыми подполь-
ями выгреб можно устраивать без заглубления его в грунт. Выгреб
такого рода устраивается сварным из листовой стали толщиной
3—4 мм. Снаружи он изолируется слоем минерального войлока тол-
щиной 100 мм. Достоинством такого типа выгреба является про-
стота его изготовления и полная изоляция от грунта.
Для обеспечения устойчивости выгребов на вечномерзлых грун-
тах, дающих просадку, надлежит предусматривать надежную гид-
роизоляцию и теплоизоляцию стенок и днища.
Несмотря на мероприятия, проводимые для уменьшения тепло-
отдачи выгребами, в зимнее время они могут промерзать. При этом
происходит сокращение емкости выгреба.
Во избежание замерзания нечистот в выгребах в зимнее время
их необходимо подогревать паром или горячей водой от системы
отопления, пропускаемым по змеевикам, погруженным в сточную
жидкость, либо с помощью специальных электронагревателей. При
незначительных теплопотерях стоки могут подогреваться электролам-
пой, которая заключается в герметическую арматуру и погружается
в жидкость.
При устройстве местной канализации в домах, оборудованных
водопроводом, сточная вода поступает по канализационным выпус-
493
кам, уложенным в земле, в специальные резервуары, расположенные
не ближе 20—25 м от домов.
Резервуары опорожняются путем откачки из них сточных вод
ассенизационными машинами или откачки насосами с устройством
отвода сточных вод в канализационную сеть. К этому же виду кана-
лизации населенных мест Крайнего Севера относится устройство сеп-
тиков. Несмотря на распространение на Севере этого вида канализа-
ции, устройство и эксплуатация ее обходятся очень дорого и недо-
потребление при этом ограничено из-за неэкономичности устройства
приемного резервуара очень больших размеров.
Выносные (дворовые) уборные, являющиеся вообще неудовлет-
ворительным средством разрешения санитарных требований населе-
ния, тем более должны быть исключены в условиях Крайнего Севера.
Они могут применяться только как кратковременные устройства.
I л а в a 18
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ИНЖЕНЕРНЫХ
КОММУНИКАЦИЙ
§ 18.1. Основные положения
теплотехнических расчетов
Теплотехническими расчетами определяется температурный ре-
жим инженерных сетей и окружающих их грунтов. В состав тепло-
технических расчетов входит определение:
изменения температуры теплоносителя (жидкости или газа) по
длине трубопровода;
размеров зоны оттаивания грунтов вокруг трубопровода или
канала.
Теплотехнические расчеты производятся в соответствии с при-
нятым гидравлическим режимом трубопроводов. В свою очередь, на
основании теплотехнических расчетов могут быть внесены коррективы
по гидравлическому режиму.
При расчетах магистральные и разводящие сети разбиваются на
участки, в пределах которых глубина заложения труб, расходы, теп-
лофизические характеристики грунтов и температурный режим грун-
тового массива принимаются постоянными.
Расчетная температура жидкостей в трубопроводах назначается
исходя из следующих положений.
1. При подогреве водопроводной воды верхний предел не дол-
жен превышать 20 °C.
2. Минимальная температура воды в водопроводах не должна
быть ниже 0,5 °C для труб диаметром 600 мм и менее и не ниже
0,3 °C для труб большего диаметра. Вода, подаваемая непосредствен-
но в охладительные системы промышленных предприятий, может
иметь температуру, близкую к 0 °C.
3. В целях снижения затрат на подогрев воды и тепловую изо-
ляцию трубопроводов в водоводах диаметром более 500 мм допус-
кается образование ледяной корки на внутренней поверхности тру-
бопровода.
4. Температуру сточной жидкости, поступающей в канализацию,
рекомендуется принимать для зданий с горячим водоснабжением
20—25 °C; для зданий без горячего водоснабжения — 5—11 °C. Ниж-
ний предел — для холодного периода года и верхний — для теплого.
5. Минимальная температура в местах выпусков канализации
(общегородских) должна быть не ниже 4 °C. Сточная вода, посту-
пающая на очистные сооружения, не должна иметь температуру
ниже 7 °C.
6. Температура воды в подающем трубопроводе теплосети до-
пускается ниже 130 °C с целью повышения гидравлической устойчи-
вости тепловых сетей и повышения теплоаккумулирующей способно-
сти трубопроводов.
7. Температура в трубе (/ж) принимается равной температуре
Транспортируемого продукта, если труба работает полным сечением.
495
Для труб самотечной канализации эта температура берется с пони-
жающим коэффициентом v, приводимым в табл. 18.1 в зависимости
от степени заполнения трубы.
Таблица 18.1
Значения коэффициента v
Температура грунта на глубине заложения трубы, °C Степень заполнения труб, %
стальных и чугунных бетонных и железобетонных
10 30 100 10 30 100
0 0,8 0,95 1 0,7 0,8 1
— 2 0,75 0,85 1 0,65 0,75 1
—4 0,7 , 0,8 1 0,6 0,7 1
—6 и ниже 0,66 0,77 1 0,55 0,66 1
На наружной поверхности надземных трубопроводов коэффи-
циент теплоотдачи, ккал/(м2-ч-°С), определяется по формуле
а2 = ехр (1,08 4- 0,6 In v — 0,4 In d2)1, (18.1)
где v — скорость ветра, м/сек; d2— наружный диаметр трубы, вклю-
чая теплоизоляцию, м.
На наружной поверхности труб, уложенных в канале, а2 рас-
считывается по этой же формуле, принимая v = 0,14-0,2 м/сек для
невентилируемых каналов и v = 1ч-2 м/сек — для вентилируемых.
Для надземных каналов коэффициент теплоотдачи на поверхно-
сти канала рассчитывается по формуле
а2 = ехр (1,08 + 0,6 1п о - 0,4 In > (18-2)
где а и Ь — высота и ширина канала, м.
Коэффициент теплоотдачи на поверхности земляной насыпи (при
обваловании труб) определяется по формуле:
а2 = 5,3 + 3,6а. (18.3)
§ 18.2. Падение температуры теплоносителя
по длине трубопровода
В приводимых ниже формулах приняты следующие обозначения:
/пач и /кон — соответственно начальная и конечная температура жид-
кости в трубопроводе, °C; /в — температура наружного воздуха, °C;
/к — температура воздуха в канале, °C; /п — температура на поверх-
ности земли, °C; ta— температура вечномерзлой толщи грунта, °C;
/г — температура грунта на глубине заложения оси трубы или ка-
нала в предположении, что труба (канал) отсутствует, °C; I — длина
расчетного участка трубопровода, м; d\ — внутренний диаметр тру-
1 ехр х = е*. Таблица экспоненциальных функций приводится в
математических справочниках.
496
бы, м; di — наружный диаметр трубы, м; h — глубина заложения оси
трубы (или канала) от поверхности земли, м; у — объемная масса
жидкости или газа (для воды и сточной жидкости у — 1000 кг/м3,
для нефти у = 7504-1000 кг/м3 и для газа у — 0,6 кг/м3); G— мас-
совый расход жидкости или газа, кг/ч; с — удельная теплоемкость
жидкости или газа; для воды и сточной жидкости с= 1 ккал/(кг-°С),
для нефти с — 0,4 4- 0,5 ккал/(кг-°С) в зависимости от сорта, для
газа с = 0,5 ккал/(кг-°C); б — толщина теплоизоляции трубы или
стенки канала, м; бс—толщина снегового покрова, м; бг — толщина
грунтовой засыпки над трубой (при обваловании трубопровода), м;
X — коэффициент теплопроводности стенки трубы (при бетонных или
железобетонных трубах), или теплоизоляции, или стенки канала,
ккал/(м-ч-°С); Хт, Хм— коэффициент теплопроводности грунта соот-
ветственно в талом или мерзлом состоянии, ккал/(м-ч-°С); аг —
коэффициент теплоотдачи, определяемый по формулам (18.1) —
(18.3), ккал/(м2-ч-°С); £т—линейный коэффициент теплопередачи
трубы, ккал/(м-ч-°C); kK— линейный коэффициент теплопередачи ка-
нала, ккал/(м -ч -°C).
Формулы для расчета падения температуры транспортируемого
продукта в трубопроводе при различных способах прокладки инже-
нерных коммуникаций даются в табл. 18.2.
Пример 18.1 (к схеме 1, табл. 18.2). Определить охлаждение
газа, выходящего из компрессорной станции при рабочем давлении
20 ат с температурой /нач = 40 °C, в стальном газопроводе с наруж-
ным диаметром 529 мм. Среднемесячная температура воздуха самого
теплого месяца = 12°С, расчетная скорость ветра v — 5 м/сек.
Г азопровод проложен надземно на отдельных опорах без теплоизо-
ляции. Найти температуру газа на расстоянии 3 и 10 км от компрес-
сорной станции. По формуле (18.1) коэффициент теплоотдачи на на-
ружной поверхности трубы аг = ехр (1,08— 0,6 In 5 — 0,4 \п 0,529) —
= ехр 2,30 — 10,0 ккал./(м2-ч-°С). Линейный коэффициент теплопе-
редачи газопровода по формуле (18.5), если пренебречь термиче-
ским сопротивлением стенок трубы:
&т = 1 : —= 10,0 • 0,529 = 5,29 ккал/(м • ч • °C).
a2d, '
Для заданных диаметра трубы и рабочего давления пропускная
способность газопровода q — 61 м5/сек. Объемный вес газа у =
— 0,6 кг/м5. Весовой расход G = 61 -0,6-3600 = 1,32-105 кг/ч. Удель-
ная теплоемкость газа с — 0,5 ккал/(кг °C). Подставляя эти значе-
ния в формулу (18.4), получаем:
при I = 3000 м
40—12 „ 5,29-3,14-3000
^кон-12~еХр 0,5-1,32-105 ~
ехр 0,750 = 2,12;
tKOn = 25,2 °C;
при I = 10 000 м
40 - 12
^КОН 12
ехр
5,29 • 3,14 • 10 000
0,5 • 1,32 • 105
= ехр 2,51 = 12,31;
/кои = 14,3 °C;
Пример 18.2 (к схеме 2, табл. 18.2). Определить падение темпера-
туры в подающем трубопроводе водяной тепловой сети, уложенном
497
М
Таблица 18.2
Формулы для расчета падения температуры жидкости
в трубопроводах
Схема конструкции
Расчетные формулы
1. Надземный трубопровод
гнач *в
----
кон в
(18.4)
(18.5)
(а2 —по формуле (I8.I)j.
2. Надземный канал
^нач ^к
----— =
кон ‘к
(18.6)
рт — по формуле (18.5) и а2— по формуле
(18.1)];
i — n
^К^В + S ^П’^ж I
t =------------; (18.7)
к 1—П
1 = 1
[а2—по формуле (18.2).]
3. Подземная труба без тепло-
изоляции
t_______t
нач л, г
-------f-----=ехр
^кон %- *г
т
2nArZ
W
сО In ——
d2
(18.9)
4. Подземная труба с теплоизо-
ляцией
По формуле (18.9), заменяя в ней h на йпр
йпр=й + б
м
Л
(18.10)
498
Продолжение
Схема конструкции
Расчетные формулы
5. Подземный канал
6. Трубопровод в насыпи (летний
период)
7. Трубопровод в насыпи (зимний
период)
Температура теплоносителя поло-
жительная
По формуле (18.6), принимая температуру
в канале
+ & Е ^т/^ж I
Й’ <18-П>
\ +5 Е ku
2—1
2^^пр
где д=0,5 In -g + & - (18.12)
[&т — по формуле (18.5), а2 — по формуле
(18.1), йПр — по формуле (18.10)jt
^нач ^ср
--------— = ехр ——т-
*кон ср
(18.13)
где #ср
Р t , 180 f , 180-Р
360 в 360 п 360
^0’
(18.РЙ
(18.15)
^2 а2 (^2 “I" 2^г)
[а, —по формуле (18.3)1;
------г-Н^' (18'17’
2\ П d2
где й = Ц~(бг + 4>—2) (18-18)
c°s-
(величина z, м, берется графически с чер.
тежа конструкции].
По формулам (18.13) и (18.15), принимая
в них:
= 180+Р 180-р .
Гср 360 Гв’Ь 360 О’
J----------
Т _L, ^ + 2(бГ + бс)
2ХС П d2+26r
(18.19)
499
Продолжен и i
Схема конструкции
Расчетные формулы
[а2—по формуле (18.3)];
in [d2 + 2(6r + 6c)]-2,8-^-ln d2
‘нач
1 — 2,8 —-5—
*нач
1 , 4ft
2Л П d
м 2
(18.21)
(18.22)
(18.23)
8. Трубопровод в насыпи (зимний
период). Температура теплоноси-
теля отрицательная
По формулам (18.13) и (18.15), принимая
в них:
180 Ч- 3 180-р .
ср 360 в+ збо 0*
k'_____________!________________________
Т 2_1 ^ + 2(бг+бс) .
2?.с d2 + 26r
1 d2 + 2бг 1
2ЛМ d2 аг[^2 + 2 (®г + ес)]
(18.24)
[а2—по формуле (18.3)];
k"_. 1___________
т 1 . 4ft ’
2Хм П d2
1 Г бс d2 1
где ft =-----^м +бг+—-ZJ.
COS — 1* С
(18.25)
Значения Лс> ккал/(м-ч-°С)—коэффициент теплопроводности снега — можно
назначать ориентируясь следующими данными:
Сковородино...............0,17
Игарка..............• . . . . 0,22
Воркута...................0,25
Якутск . •................0,13
Анадырь...................0,28
Тикси.....................0,28
500
в надземном железобетонном канале при следующих исходных дан-
ных: температура воды в подающем трубопроводе 1нач = 120°С, в
обратном — 70 °C; температура наружного воздуха 1В =—35 °C при
ветре 2 м/сек; трубы стальные с внешним диаметром 159 мм, изоли-
рованные минеральной ватой с толщиной слоя теплоизоляции 80 мм.
толщина стенок канала 6 — 84 мм, ширина канала 1040 мм и высота
680 мм; коэффициент теплопроводности теплоизоляции X = 0,06 и
стенок канала лж. б = 1,32 ккал/(м-ч-°С). Весовой расход теплоно-
сителя G = 1,08- 10*кг/ч. Длина расчетного участка 1 = 1000 м. Удель-
ная теплоемкость воды с = 1 ккал/(кг-°C).
Коэффициенты теплоотдачи:
для канала по формуле (18.2)
а2 = ехр (1,08 + 0,6 In 2 - 0,4 In 2 (°’6^ * — =
— ехр 1,46 = 4,3 ккал/(ч • м2 • °C);
для труб по формуле (18.1), принимая скорость движения воздуха
в канале 0,2 м/сек;
а2 = ехр (1,08 + 0,6 In 0,2 — 0,4 In 0,319) = ехр 0,57 =
= 1,77 ккал/(м2 • ч • °C)
Определяем линейные коэффициенты теплоотдачи:
для канала по формуле (18.8)
к 1 0,68 4- 1,04 3,14
2-1,32 П 0,68 + 1,04 + 4 • 0,084 + 2-4,3 (0,68 + 1,04)
= 3,40 ккал/(м • ч • °C);
для труб теплосети по формуле (18.5)
2-0,06 1П 0,159 + 1,77-0,319
Температура воздуха в канале по формуле (18.7)
. _ 3,40 (- 35) + 0,13 • 120 + 0,13 70 _ ' ор
3,40 4- 0,13 + 0,13 ’
По формуле (18.6) имеем
120 —(-25,8)
/кон (— 25,8)
0,13-3,14- 1000
еХр 1 • 1,08 • 104
= ехр 0,04.
Так как ехр 0,040 = 1,041, то
145,8
/кон + 25,8
1,041. Откуда /кон = Н4,!3°С.
Пример 18.3 (к схеме 4, табл. 18.2). Определить расстояние, на
котором не будет замерзать сточная жидкость при подземной про-
кладке канализационной сети. Исходные данные: трубы стальные
с наружным диаметром 225уложены на глубине 2,20 м от поверх-
501
ности в теплоизоляции (стекловолокно с защитным слоем из стекло-
пластика X = 0,05 ккал/(м-ч-°С) толщиной 20 мм; минимальная за
год температура грунта на глубине заложения трубы равна —13 °C;
коэффициенты теплопроводности грунта %м = 1,48 и Хт =
— 1,06 ккал/(м-ч-°С). Температура, сточной жидкости /Нач = 11°,
степень заполнения труб 30%. Расход сточной жидкости q — 3000 л/ч,
т. е. массовый расход жидкости G = 3000 кг/ч.
Температура в трубе согласно табл. 18.1 равна 11 -0,77=8,5°С.
Замерзание сточной жидкости начнется при температуре в трубе —/°C.
Приведенная высота слоя грунта над трубой по формуле (18.10)
1 48
йпр = 2,20 + 0,02 = 2,77 м.
Подставляем исходные данные в формулу (18.9) и из получен-
ного равенства определяем длину Z1
п 1,48
1,06 ( 13)
Сделав вычисления, получаем
, 26,7 6,66/
П 17,2 “ 3- 1031п41,8 ИЛИ
2-3,14- 1,06/
4 • 2 77 ’
0 440 = 6'66' ,
’ 3-103-3,73
откуда I = 746 м.
Пример 18.4 (к схеме 5, табл. 18.2). Определить остывание воды
в водопроводной трубе, уложенной в подземном проходном канале
совместно с сетями теплоснабжения и канализации. Исходные дан-
ные: тепловые сети — трубы стальные с наружным диаметром 219 мм,
теплоизоляция толщиной 100 мм; температура теплоносителя 105 °C,
в подающей трубе и 70 °C в обратной трубе. Водопровод — труба
стальная с наружным диаметром 159 мм, слой теплоизоляции 60 мм;
температура воды 10 °C; расход q = 5 л/сек (весовой расход G =
= 1,8-10* кг/ч). Канализация — труба стальная с наружным диа-
метром 219 мм, слой теплоизоляции 60 мм; температура сточных вод
14°С. Коэффициент теплоизоляции труб 7 = 0,08 ккал/(м-ч-°С).
Канал из сборных железобетонных элементов. Высота канала а =
= 2,66 м и ширина b = 2 м. Ось канала заложена на глубине 2,4 м
от поверхности земли. Толщина стенок канала 100 мм. Коэффициент
теплопроводности стенок канала Хжб = 1,29 ккал/(м-ч-°С). Темпе-
ратура грунта на глубине заложения оси канала 1Г = —10 °C. Ко-
эффициенты теплопроводности грунта 7^ = 1,54 и К? = 1,18 ккал/(м-
-ч-°С). Канал зимой вентилируется, поэтому для определения тепло-
отдачи труб принимаем скорость движения воздуха в канале v =
= 2 м/сек.
Коэффициенты теплоотдачи труб по формуле (18.1):
для труб тепловой сети а2 = ехр(1,08 + 0,6 1п 2—0,4 In 0,419) =
= ехр 1,84 = 6,30 ккал/(м2-ч-°С);
для водопроводной трубы а2 = ехр(1,08 + 1,06\х\ 2—0,4\п 0,279) =
= ехр 2,00 = 7,39 ккал/(м2-ч-°С);
для канализационной трубы а2 = ехр (1,08 + 0,6 1п2—
— 0,4 \п 0,339) = ехр 1,93 = 6,89 ккал/(м2-ч-°С).
1 Если а = ехр х, то In а = х.
502
Находим коэффициенты теплопередачи труб по формуле (18.5):
для труб теплосети
/гт =---j-------б~4П)--------j-----= 0,22 ккал/(м • ч • °C);
2 • 0,08 1П ТЩу’ + 6,30-0,419
для водопроводной трубы
kt =-----j--------------------j------- = 0,25 ккал/(м • ч • °C);
2 • 0,08 1П 0,159 + 7,39 - 0,279
для канализационной трубы
k-t =----j--------------------J-----= 0,32 ккал/(м • ч • °C).
2 • 0,08 1п 0,219 + 6,89 • 0,339
Приведенный слой грунта по формуле (18.10)
1,54
/1ПР = 2,4 + 0,1 2,52 м.
Вычисляем по формуле (18.12) величину а:
9.4 14.9 £9
а = °’5 1п 4 «« 1 о пп = °’5 1п 3>40 = °’56-
2,66 + 2,00
По формуле (18.11) находим температуру воздуха в канале
_ 1,54 (—10) + 0,56 (0,22 • 105 + 0,22 • 70 + 0,25 • 10 + 0,32 • 14) _
к~ 1,18 + 0,56 (0,22 + 0,22 +0,25 + 0,32) “
= 5,5 °C.
По формуле (18.6), подставляя в нее различные значения I, нахо-
дим остывание воды в зависимости от длины расчетного участка
10 - 5,5 0,25-3,14/ 4,5 1П_6,
-“Р Г'1,8-10* ИЛИ «„„-5,5 = ""43•10 '•
Так, например, при I — 1000 м получаем
4 5
—-------= ехр 43-10 3 = ехр 0,043 = 1,044, откуда /кон = 9,8 °C.
‘КОН О,э
Пример 18.5 (к схемам 7 и 8, табл. 18.2). В районе Вилюйска по
слою подготовки из грунта уложен нефтепровод диаметром d2 =
= 0,274 м. Сверху нефтепровод засыпан мелкозернистым песком
с толщиной слоя над трубой дг = 0,55 м (рис. 18.1). Температура
нефти в начале расчетного участка /нач = 40 °C. Определить падение
температуры нефти в январе.
Удельная теплоемкость нефти с = 0,43 ккал/(кг-°C). Расход
нефти q = 30 л)сек = 1,08-Ю^ л/ч. Объемный вес нефти у = 0,85 кг/л.
Весовой расход нефти G = qy — 1,08-105-О',85 = 9,2-104 кг/ч.
503
Климатические данные для Вилюйска: температура воздуха в ян-
варе = —38,2 °C, скорость ветра 1,8 м/сек; средняя расчетная вы-
сота снегового покрова 6С = 0,12 м.
По формуле (18.3) определяем коэффициент теплоотдачи на по-
верхности насыпи
а2 = 5,3 + 3,6-1,8 = 11,8 ккал(м2-ч-°С).
Температуру на поверхности насыпи для зимнего периода можно
принимать равной температуре воздуха, т. е. tn ~ tD = — 38,2 °C.
Коэффициенты теплопроводности грунта насыпи берем по табл. 3.15,
принимая влажность грунта нормативную (8% — см. с. 99) и
объемный вес грунта 2100 кг/м3 (мелкий песок в мерзлом состоянии):
Хм — 2,2 и Хт = 1,75 ккал/(м-ч-°С). Коэффициент теплопроводности
снега %с = 0,13 ккал/(м-ч-°С).
Рис. 18.1. Схема засыпки нефтепровода
По формуле (18.21) вычисляем диаметр ореола оттаивания во-
круг трубы в зимнее время
1п [0,274 + 2 (0,55 + 0,12)] - 2,8 1п 0,274
= ехр (— 0,813) = 0,44 м.
Определяем линейный коэффициент теплопередачи:
на участке с положительной температурой теплоносителя по
формуле (18.20)
/ 1
Ку~ 1 0,274 + 2 (0,55 + 0,12) 1
2-0,13 ° 0,274 + 2-0,55 + 2-2,2 Х
0,274 + 2-0,55 . 1 0,44
0,44 + 2 • 1,75 П 0,274 +
11,8 [0,274 + 2 (0,55 + 0,12)]
= 0,62 + 0,26 + 0,13 + 0,051 = °’95 ккал/(м 4 ‘ С)’
504
на участке с отрицательной температурой теплоносителя по фор-
муле (18.24)
k' =_______________________________!____________________________
т 1 . 0,274 4- 2 (0,55 + 0,12) 1 0,274 + 2-0,55
2-0,13 0,274 + 2-0,55 + 2 • 2,2 ° 0,274 +
->----—--------------------------------------------------------->
~Г 11,8 [0,274 + 2 (0,55 + 0,12)]
~ 0,62 + 0,37 + 0,05 = 0,98 ккал/(м ‘ 4 ‘ °С)
Значения k'(:
для участков с положительной температурой теплоносителя [фор-
мулы (18.22) и (18.23)]
L2 9 I
к 0,13
0,44 - 0,274 \ .
0,55-
4- 0,274 — 0,20] = 3,32 м;
1 4 • 3,32
2-2,2 ° 0,274
1,14 ккал/(м • ч • °C);
на участке с отрицательной температурой теплоносителя [фор-
мулы (18.22) и (18.25)]
1 Г 0 12 0 274 4
" = ТГТг I1 2'2 То + °’55 + +г~ °’20] =3’30 "
«т =----:---L =1,12 ккал/(м • ч • °C).
1.4* o,oU
2-2,2 П 0,274
В данном случае значения линейных коэффициентов теплопере-
дачи близки, поэтому расчет как при положительной температуре
нефти, так и при отрицательной можно вести по одним и тем же
формулам, приняв кт = 0,95 и /с^=1,13 ккал/(м • ч • °C). ’)
По формуле (18.15) находим усредненный коэффициент тепло-
передачи
, 80 360 — 80 ,
kT = °>95 Н-----------J’13 = i«08 ккал/(м • ч • °C).
36U 360
Температура вечномерзлой толщи грунтов to принимается по
данным изысканий.
Для Вилюйска t0 = — 4 °C. Расчетная температура окружающей
среды по формуле (18.19)
^сР = — з^80’ (-38,2) + (-4) = “ 2817 °С-
1 Незначительная разница в значениях кт объясняется малой ве-
личиной талого слоя вокруг трубы. Он равен (0,44—0,27)/2 =
«= 0,085 м — 8,5 см.
505
Подставляя найденные значения kT и icp в формулу (18.13),
находим
40 —(- 28,7) 1,08-3,14/
---------------— ехр----------------,
*кон- (-28,7) 0,43- 9,2 • 104
или
-—УРЙ -- = ехр (8,63 • 10~5 * */) = ехр al (а)
‘кон +
где а = 8,63-10~5.
Подставляя различные значения I, находим температуру нефти
в различных точках нефтепровода. Расчет сведен в таблицу.
Длина участка нефтепровода, м ехр al J op гкон’
0 0 1 40
500 0,043 1,044 37,0
1 000 0,086 1,089 34,4
3 000 0,259 1,296 24,3
5 000 0,432 1,540 15,9*
10 000 0,863 2,367 -0,3
20 000 1,726 5,619 -16,5
30 000 2,589 13,32 -23,5
40 000 3,452 31,56 -26,4
50 000 4,315 74,86 -27,8
100 000 8,63 5603 -28,7
* С этой строки надо переходить к расчету по схеме 8, так как темпера-
тура нефти становится отрицательной, В нашем случае из-за близких зна-
чений kT в этом не было необходимости,
Можно определить расстояние, на котором температура нефти
упадет до 0°С, без составления таблицы. Для этого формулу (а) за-
пишем в виде
0 + 28,7 = еХр (8 *’63 ‘ 10
Откуда 2,39 = ехр (8,63 -10~ъ I) или \п 2,39 = 8,63-10~5 I. Так как
In 2,39 = 0,871, то
I —----—— — Ю 090 м = 10,1 км.
8,63- 10~5
Расчет падения температуры воды, сточной жидкости или газа
производится аналогично расчету, приведенному в данном примере.
§ 18.3. Определение зоны оттаивания грунтов
вокруг трубопроводов и каналов
В табл. 18.3 приведены формулы, по которым рассчитывается
оттаивание мерзлых грунтов от тепла, выделяемого трубопроводами
и санитарно-техническими каналами. Условные обозначения, приня-
тые в таблице, следующие: /ж—температура жидкости или газа в
трубе, °C; /т—температура на поверхности трубы (при теплоизоля-
ции — на поверхности теплоизоляции) или канала, °C; — величина
506
Т а б л и ц а 18.3
Формулы для расчета зоны оттаивания мерзлых грунтов
вокруг трубопроводов и каналов
Схема конструкции
Расчетные формулы
1. Подземная труба (стальная)
без теплоизоляции
£i = </i— h—г, (18.26)
Ъ=Ь — у2—г. (18.27)
Значения у{ и у2 находятся из равенства
у + У/p — г2
у—V/P —г2
В правой части равенства (18.28) мы имеем
радикал. Извлекая корень, получим два
значения — положительное и отрицательное.
Отсюда будем иметь два значения у (у^
и у2)
i
2. Подземная труба с тепло-
изоляцией или со значительной
толщиной стенки
По формулам (18.26) и (18.27). Значения
У1=Уг находятся из равенства
3. Труба в слое сезонного от-
таивания
у + л/h2— г2
y — 'Vh2— г2
(18.29)
Q , 2Л , . ,
, -2^’"— + М:
где <т==-----------
(18.30)
[ft — фактическая глубина заложения тру-
бы];
2л (Мж~Мг)
q =--- *—(18.31)
. 2/гпр
In----
r
[Лдр — по формуле (18.10)].
l = H.£ — h—r + lv (18.32)
где Ят—определяется по картам изолиний
сезонного оттаивания грунтов (см.
рис. 7.7—7.10);
£i— по формуле (18.26), определяя зна-
чение z/i из равенства
у + д//г2— г2_
у—л/h2 — г2______________
V/ 2Мп— \
ехр[---------— |. (18.33)
\ 1^ж~*о/
507
Продолжение
Схема конструкции
Расчетные формулы
4. Подземный канал невентили-
руемый (ось канала ниже слоя
сез.онного оттаивания)
где 1/1 — из уравнения
л (А / - A
Q = —L_£JL---------, (18.37)
а
+ ** ^2 кт1*-ж1
Хт + « X кт(
(18.38)
рт— по формуле (18.5)]
а = 0,5 In
2л^пр
а + b
(18.39)
[Й — по формуле (18.10)].
5. Подземный канал невентили-
руемый (ось канала в слое
сезонного оттаивания)
+ (18.40)
Нт — определяется по картам изолиний
сезонного оттаивания грунтов (см.
рис. 7.7—7.10);
51 — вычисляется по формуле (18.34).
508
Продолжение
Схема конструкции
Расчетные формулы
6. Подземный канал, вентилируе-
мый зимой морозным воздухом
£==*б (Т]6-ЛТР), (18,41)
где 1,3-г-1,4 — коэффициент безопасно-
сти, учитывающий несовершен-
ство работы вентиляции в зимнее
время (при промораживании
грунтов основания) и протечки
канала (от таяния наледей со
стоком через дренажные трубки);
Р =0,05+ 4-; (18.42)
Л
1] — определяется по графику (при-
веден на схеме) как функция
величины J:
/==^-’ (18ЛЗ)
где fB—температура воздуха, средняя
за теплый период года, °C;
т— продолжительность теплого пе-
риода, ч;
Ъ — внутренняя ширина капала, м;
q — теплота таяния льда в 1 м3
грунта, ккалУмЧ
7, График f\ = f (J)
Г
<7 = PYo f
п
8. Трубопровод в насыпи (в об-
валовании)
здесь р = 80 ккал/кг;
Ya — объемный вес мерзлого грунта,
кг/м3; „„„
F—влажность грунта, доли еди-
ницы.
50=Як + ^-Я, (18.44)
©
где gi — определяется по формулам
(18.26) и (18.28), полагая в них
h равным перпендикуляру, опу-
щенному из центра трубы на
откос обвалования (берется с
чертежа конструкции)), и tc = Zo
Як — глубина сезонного оттаивания
грунта насыпи, определяемая по
картам изолиний оттаивания
грунтов (см. рис. 7.7 — 7.10) при
нормативной влажности (см.
с. 99), м;
Я — высота насыпи, м.
509
талого слоя грунта под подземной трубой, м; £2 — то же, над трубой,
м; £ — глубина оттаивания грунта под трубой или каналом, м; £о —•
глубина оттаивания грунта под подошвой насыпи, служащей обва-
лованием трубопровода, м; г — наружный радиус трубы (с учетом
теплоизоляции, если такая имеется), м; Q — теплопотери трубы или
канала на длине 1 м, ккал/(м-ч); Нк — глубина сезонного оттаива-
ния грунта, служащего засыпкой для трубопровода, м; Нт — глубина
сезонного оттаивания грунтов с поверхности, м; определяется по кар-
там изолиний глубин сезонного оттаивания грунтов (см. рис. 7.7—
7.10). Остальные обозначения те же, что и в табл. 18.2.
Пример 18.6 (к схеме 1, табл. 18.3). Водопроводная труба диа-
метром 150 мм уложена в грунт на глубину 1,6 м. Пусть минимальная
температура грунта tF = —7 °C. Коэффициенты теплопроводности
грунта Хм — 1,08 и Хт = 0,85 ккал/(м-ч-°C). Определить, какой об-
разуется вокруг трубы талик на участке сети, где температура воды
поддерживается на уровне tm — 5°C. Температуру на поверхности
трубы, так как она стальная и уложена без теплоизоляции, можно
принимать равной температуре воды.
По формуле (18.28) получаем
г/ + У1,62 — 0,0752 _Л I (_ 2’(~~7>1п 0,075
у - Vl,62 - 0,0752 ~ V еХР| °’85 . 5 _ 7) )
* \ 1,08 V ' /
или
У + !’в = д/ехр 4,806 = д/122 = ±11,05.
II _ IK 1 ’
Откуда у{ = 1,92 м и у2 = 1,33 м.
По формулам (18.26) и (18.27) находим толщину талика:
под трубой = 1,92 — 1,60 — 0,075 = 0,26 м;
над трубой — 1,60 — 1,33 — 0,075 = 0,20 м.
Пример 18.7 (к схеме 3 табл. 18.3). Глубина сезонного оттаива-
ния в данном пункте Нт = 2,3 м. Температура вечномерзлой толщи
грунтов iQ — —3 °C. Все остальные данные те же, что и в при-
мере 18.6. Определить расчетную глубину оттаивания грунта под
трубопроводом.
По формуле (18.33) имеем:
у + У1,62 — 0,0752
у - V1,62 - 0,0752 ”
2 • 1 6 \
2 3) 1п 0,075 ]
или
-41 = Vexp 3,114 = д/22,51 = ± 4,74,
откуда у\ = 2,48 м и у2 — 1,04 м.
Толщу талика определяем по формулам (18.26) и (18.27);
под трубой
g! = 2,48 — 1,60 — 0,075 = 0,80 м;
над трубой
g2 = 1,60 - 1,04 — 0,075 = 0,48 м.
510
Глубина слоя, оттаявшего под трубой за летнее время, по фор-
муле (18.32)
£ = 2,3 — 1,6 — 0,075 + 0,80 = 1,42 м.
Пример 18.8 (к схеме 4 табл. 18.3). Определить глубину оттаи-
вания грунта под подземным железобетонным каналом теплосети,
уложенным в районе, где температура грунта вечномерзлой толщи
t0 = —2 °C. Ширина канала b — 1 м и высота а = 0,7 м, толщина
стенок 0,1 м. Глубина заложения оси канала h = 1,2 м, а глубина
сезонного оттаивания в данном месте Щ = 1,6 м. Таким образом,
ось канала расположена в слое сезонного оттаивания и расчеты
надлежит вести по формулам схемы 4 (табл. 18.3).
Температура воды в подающем трубопроводе 120 °C, и в обрат-
ном 70 °C. Трубы стальные с внешним диаметром 159 мм, изолиро-
ванные минеральной ватой толщиной 80 мм. Коэффициент теплопро-
водности изоляции труб X = 0,06 и стенок канала ХЖб =
— 1,33 ккал!(м-ч-°C). Приняв скорость движения воздуха v —
= 0,2 м/сек, по формуле (18.1) получаем коэффициент теплоотдачи
на поверхности труб аг = 1,76 ккал/(м2-ч-°С). Далее предположим,
что по табл. 3.15 были получены следующие коэффициенты теп-
лопроводности грунта: Хм = 1,45 и Хт — 1,11 ккал/(м-ч-°С).
По формуле (18.5) определяем коэффициент теплопередачи труб
—=--------—:-------------------==о,13 ккал/(м • ч • °C)
“ £ U,СНУ I
2 • 0,06 П 0,159 + 1,76-0,319
Далее следует определить температуру воздуха в канале по фор-
мулам (18.38) и (18.39), предварительно найдя приведенную глубину
заложения оси канала по формуле (18.10):
ЛПр = 1,2 + 0,1 1|L=1,31 м;
, 1,45 (- 2)+ 0,789 (0,13-120 + 0,13-70)
к 1,11 + 0,789 (0,13 + 0,13) ’
Теплопотери канала по формуле (18.37)
_ 3,14 [1,11-13,6-1,45 (-2)] _ .. .
Q =-----------------------------= 71,5 ккал/(м • ч).
Температура на поверхности канала по формуле (18.36)
71,5 . 2-3,14- 1,2 , ,
2-3,14 1П 0,7+ 1,0 + ’ ’( 2)
‘т------------------jm —ь
511
Теперь, получив все предварительные данные, переходим к основ-
ным формулам расчета — (18.35) и (18.34):
, 2-3,14-1,2\
( 2) П 0,7+1,0 |
тж'12’7-(-2> /
= У + = Vexp 0,510 = V 1,665 = ± 1,29.
у — 1,07
Откуда у\ = 8,45 м и у2 — 0,14 м.
По формуле (18.34)
Ь = 8,45 - 1,2 - = 6,71 м.
Пример 18.9 (к схеме 6 табл. 18.3). Определить глубину оттаи-
вания грунта в основании подземного вентилируемого зимой мороз-
ным воздухом канала при следующих исходных данных: канал желе-
зобетонный с шириной внутри b = 1,8 м; в нем уложены трубы водо-
провода, канализации и теплоснабжения. Средняя температура на-
ружного воздуха за теплый период, года tB = 8,5 °C. Продолжитель-
ность теплого периода т — 2928 ч. Коэффициенты теплопроводности:
стенок канала ХЖб = 1,29, талого грунта Kt = 1,2 ккал/(м-ч-°С).
Теплота таяния льда в 1 м^ грунта основания q = 23 600 ккал/м31.
Вычисляем параметры R и 1 по формулам (18.42) и (18.43):
, °’1 -niQ 2 - 8,5 - 2928 _nqQ
0,05 + 1,29 °’13’ J 23600-1,82 °’39'
По графику на схеме 6 при значении J = 0,39 находим величину
т] = 0,8
Расчетная глубина оттаивания грунта под каналом за летний
период по формуле (18.41)
£ = 1,35(0,8-1,8 — 1,2-0,13) =£ 1,73 м.
1 При уо =_ 1700 кг/м3 и W = 21%.
Глава 19
ГАЗО- И НЕФТЕПРОВОДЫ
§ 19.1. Способы прокладки трубопроводов
В практике изысканий трасс и проектирования трубопроводов по
инженерно-геокриологическим и геоморфологическим признакам
местность делят на четыре группы (табл. 19.1). По этим признакам
прогнозируется влияние будущего трубопровода на окружающую
природную среду, в том числе и на вечномерзлую толщу грунтов,
выбирается та или иная схема прокладки трубопроводов и назна-
чается эксплуатационный режим будущего сооружения.
Таблица 19.1
Классификация местности применительно к трубопроводному
строительству
Тип участка по сложности строительства Типы местности Категория грунтов по просадочности при оттаивании (по табл. 5.9)
группа типов характеристика местности
Нормальный IV Хорошо дренированные участки террас и гряды, сложенные малольди- стыми супесями и пес- ками, мерзлота несли- вающаяся I
Нормальный III Различного вида бо- лота, кровля мерзлых пород глубже 8—10 м I 11
Сложный II Тундра и лесотундра, местность плохо дрени- рована, сложена льди- стыми суглинками и су- песями, мерзлота сли- вающаяся
Особо сложный I Бугристые и плоские торфяники и солифлюк- ционные склоны, грунты сильнольдистые, мерзло- та сливающаяся III и IV
Транспортируемый по трубопроводу продукт может иметь как
положительную, так и отрицательную температуру, что существенно
сказывается на взаимодействии трубопровода и мерзлых грунтов.
Для газопроводов различают:
горячие участки (температура газа в течение всего года поло-
жительная) ;
теплые участки (температура в течение года может быть и поло-
жительной и отрицательной, но среднегодовая температура выше О °C);
холодные участки (среднегодовая температура ниже О °C).
513
Схема конструкции
Преимущества и недостатки
Область применения
Т а б л и ц а 19.2
Способы прокладки трубопроводов
L Подземная прокладка
Преимущества: меньшая вероятность
повреждений; относительная стабильность
внешней среды; технологичность строи-
тельства.
Недостатки: оттаивание (или промерза-
ние) окружающего грунта с последую-
щими осадками (пучением) трубопровода;
необходимость разработки мерзлых грун-
тов; затруднительность наблюдения и ре-
монта
IV и III группы местности. Для
холодных участков возможна и
II группа местности. При тепло-
изоляции применима для теплых
участков на II группе местности
II. Подземная прокладка с термоохлади'
телями
1—термоохладители: 2—хомут анкерного
устройства для закрепления газопровода
от всплытия
Преимущества: те же, что и в схеме I,
а также возможность значительно умень-
шить осадки трубопровода.
Недостатки: возможность оттаивания
на отдельных участках; необходимость
разработки мерзлых грунтов; затрудни-
тельность наблюдения и ремонта; надзор
за термоохладителями
II группа местности для теплых
участков
Полузаглубленная Прокладка 'с исполь-
зованием привозного грунта
1 резерв для дополнительной отсыпки
валика после стабилизации осадок
Как промежуточный тип имеет преиму-
щества и недостатки схем I и IV
IV и III группы местности. Для
холодных участков применима и
на II группе местности
IV. Наземная прокладка с использованием
местного грунта
1 канава-резерв; 2 —выравнивающий
слой
Преимущества; меньшая вероятность
повреждений; стабильность (относитель-
ная) внешней среды; отсутствие анкерных
устройств; технологичность строительства-
меньшие (по сравнению с подземной про-
кладкой) затруднения при наблюдении и
ремонте. п
Недостатки: значительный объем зем-
ляных работ
IV и III группы местности. Для
холодных участков обвалование не-
обязательно
О1
Продолжение
Схема конструкции
Преимущества и недостатки
[Область применения
V. Наземная прокладка с использованием
привозного грунта
Преимущества: те же, что и для схе-
мы IV.
Недостатки: возможны значительные
осадки при оттаивании основания; необ-
ходимо завозить грунт в больших объемах
из карьеров
II группа местности для теплых
участков. С применением тепло-
изоляции возможна для горячих
участков. При холодных участках
обвалование необязательно
VI. Наземная прокладка с термоохладите-
лями
1 — термоохладители; 2— выравнивающий
слой; 3— резерв грунта
Преимущества: те же, что и для схе-
мы IV.
Недостатки: те же, что и для схемы V,
и дополнительно наблюдение за термо-
охладителями
II группа местности для горячих
участков в комбинации с теплоизо-
ляцией.
I группа местности при холодных
участках с применением теплоизо-
ляции и обвалования
VII. Надземная прокладка на низких
опорах
/ — железобетонная плита; 2—ригель;
3 — механизм регулирования опор;
4—подушка из мелкозернистого
уплотненного песка
Преимущества: исключается влияние на
мерзлые грунты; отпадает необходимость
разработки мерзлых грунтов; легкость на-
блюдения.
Недостатки: дорогое и сложное строи-
тельство; дополнительные металловложе-
ния; значительный объем разрушений при
авариях; нестабильность внешней среды
и возможность загустения нефти и других
вязких продуктов
II группа местности для горя-
чих участков.
I группа местности для теплых
участков при грунтах III категории
VIII. Надземная прокладка на высоких
опорах
'—пилон; 2 — оголовок; 3 — железобетонные
сваи сечением 300 X 300
Преимущества: те же, что и для схе-
мы VII.
Недостатки: те же, что и в схеме VII, и
необходимость погружения опор в мер-
злые грунты
I группа местности для горячих
участков и для теплых участков
при грунтах IV категории.
На пересечениях с водотоками,
железными и автомобильными до-
рогами
На выходе из компрессорной станции газ имеет температуру по-
рядка 70—80 °C, после охлаждения в градирнях температура сни-
жается до 30—40 °C. Применение воздушных . холодильников позво-
ляет снизить температуру до 15—20 °C. Летом, попадая в подземный
участок газопровода, газ охлаждается до температуры грунта. В зим-
ний период в случае чередования надземной и подземной прокладки
трубопроводов газ приобретает температуру воздуха на надземных
участках. Попадая в подземный участок, газ нагревается до тем-
пературы окружающего грунта.
В табл. 19.2 приведены основные схемы прокладки трубопрово-
дов в области вечномерзлых грунтов. Область применения указы-
вается примерно и может изменяться в зависимости от местных усло-
вий. Частое чередование различных схем прокладки на сравнительно
коротких расстояниях не рекомендуется.
§ 19.2. Оттаивание мерзлых грунтов
в основании трубопроводов
Тепловой режим трубопровода является одним из основных фак-
торов при определении пропускной способности системы. Прогноз
теплового режима магистрального газопровода позволяет выбрать
оптимальную схему передачи газа, диаметр труб, глубину их зало-
жения, параметры установок для подготовки газа к дальнейшему
транспорту и т. д. Для нефтепроводов выбор теплового режима осо-
бенно важен при транспортировке продуктов повышенной вязкости.
Температура транспортируемого продукта задается в зависимо-
сти от выбранного теплового режима. Падение (или повышение) тем-
пературы транспортируемого продукта по длине трубопровода опре-
деляется расчетами по методике, указанной в § 18.2.
Под наземными трубопроводами большого диаметра (более
1 м), укладываемыми в земляной обсыпке (рис. 19.1), глубина от-
таивания основания рассчитывается по формуле 1
____„оГ л /._____________2АТ/Жт_______________. /6АТ\2__ ~|
feo - р (Гс _ Гд) ум _ 2>4ад + 0,5Ст/ж к Л ) Л J
(19.1)
где р = 80 ккал/кг — теплота плавления льда; Л — коэффициент теп-
лопроводности слоя теплоизоляции под трубой — торфа, мха или слоя
грунтовой подготовки, в последнем случае он берется из табл. 3.15
для талого грунта при влажности, равной нормативной (см
с. 99); размерность ккал/(м-ч-°С); Хт— коэффициент теплопровод-
ности грунта основания насыпи (берется из табл. 3.15) для талого
грунта, ккал/(м-ч-°С); 6 —толщина слоя теплоизоляции или грун-
товой подсыпки, м; т — время оттаивания грунта основания, от-
считываемое с начала эксплуатации трубопровода, ч; а, Р— коэф-
фициенты, которые берутся из графиков рис. 19.2; 1ГС—суммарная
влажность грунтов основания, доли единицы; 1ГН — количество неза-
мерзшей воды в грунте основания в долях единицы от массы скелета
1 Предложена канд. техн. наук. В. П. Зыряновым.
518
грунта; берется по гл. 3 при температуре грунта, равной t0; ум —
объемная масса скелета мерзлого грунта основания, кг/м3; —
температура теплоносителя в трубе, °C; t0 — температура вечномерз-
лой толщи грунтов основания, °C; См — объемная теплоемкость
мерзлого грунта при температуре грунта равной t0, ккал/(м3-°С);
Ст — объемная теплоемкость талого грунта основания, ккал/(м3-°С),
(табл. 3.15).
Подставляя в формулу (19.1) различные значения т, можно по-
лучить динамику оттаивания основания под трубопроводом во вре-
мени.
Когда трубопровод укладывается просто на спланированную по-
верхность грунта без слоя теплоизоляции или грунтовой подсыпки,
б в формуле (19.1) принимается равной нулю.
Рис. 19.1. Расчетная схема для определения глубины
оттаивания грунтов основания под трубопроводами
большого диаметра
Для участков газопровода, где температура газа по знаку пере-
менна в течение года, но среднегодовая температура отрицательна
(холодные участки), в формуле (19.1) расчетный срок оттаивания
основания определяется периодом положительных температур газа
в течение года, а температура газа t-lK—как средняя за этот период.
Для участков газопровода, где температура переменна, а средне-
годовая положительна («теплые» участки), в формуле (19.1) в под-
коренное выражение вместо следует ввести выражение
р(+)т<+) -("-D W(-) v]’ (19,2)
где п— расчетный срок службы сооружения, принимаемый обычно
В пределах от 10 до 20 лет; /(+> и Т(+) — соответственно темпера-
тура и продолжительность положительных температур в трубопро-
воде в течение года, ч; /<_> и Т(-> — то же, отрицательных температур.
Пример 19.1. Определить протаивание основания наземного газо-
провода диаметром 1420 мм, уложенного по схеме рис. 19.1 при слое
теплоизоляции из торфа высотой б == 1 м и шириной В == 5 м. Для
такой конструкции коэффициенты поправок по рис. 19.2: а — 1,05 и
Р = 0,8. В районе строительства температура вечномерзлой толщи
519
грунтов t0 = — 1 °C. Грунты основания — супеси с влажностью 30%
в мерзлом состоянии с объемной массой у0 — 1800 кг[м3, для кото-
рых теплофизические характеристики согласно табл. 3.15 следующие:
Лт = 1,48 ккал/(м-ч-°С), Ст = 700 и См — 480 ккал/(м3-°C). Объем-
ная масса скелета грунта
Ym = ТдГпГ = ТТ7ГТ = 1385 кг/м3-
1 "7* w 1 V,о
По формуле (3.2) находим количество незамерзшей воды в грун-
те основания при температуре t0 ~ — /°C, а именно W-k — 0,045.
Рис. 19.2. График для определения коэффициентов
аир при расчете оттаивания грунтов под трубо-
проводами большого диаметра
Вычисляем объемную теплоемкость мерзлого грунта основания, при-
веденную к температуре ta = — 1 °C, что можно сделать по формуле
См = 1/Г[См(1Г-Гн) + Ст1Гн] =
= 1/0,30 [480 (0,30 — 0,045) + 700 • 0,045] = 515 ккал/(м3 • °C).
Коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции (торфа в
талом состоянии) по табл. 3.15 К = 0,3 ккал/(м-ч-°С).
Пусть по расчету на рассматриваемом участке газопровода тем-
пература газа (среднегодовая) Гж == 11 °C. Подставляя все получен-
ные исходные данные в формулу (19.1), получим
I = 1,05- 0,8 X
4Z / 2-1,48 - Пт (1 • 1,484*
80(0,30-0,045) 1385-2,4-515 ( —1)4-0,5.700-11 \ 0,3 )
— ! vM8- о,84 (У0^Ь009бЗт + 24,30 — 4,93) .
Подставляя в полученное выражение различные значения т (на-
пример, т = 8760 ч = 1 году, т = 2-8760 ч = 2 годам и т. д.), нахо-
дим динамику оттаивания под газопроводом.
Время, годы . . . 1 2 3 4 5 10 20 30
1о, М 0,66 1,25 1,78 2,27 2,61 4,63 7,54 9,85
520
При подземной прокладке оттаивание грунтов под трубопрово-
дами рассчитывается по уравнению:
А-о.5) + 4 = Л (19.3)
Где /?«*• радиус оттаивания, м; г — радиус трубы, м; L — параметр,
Определяемый по формуле:
L ==-------------g-r-T- ; >----v • (19.4)
Обозначения в формуле (19.4) те же, что и в формуле (19.1).
Для упрощения расчетов на рис. 19.3 дается график зависимости
вначения R от параметра L.
Рис. 19.3. График зависимости радиуса
оттаивания R от параметра L
Пример 19.2. Примем условия те же, что и в предыдущем при-
мере, т. е. газопровод диаметром 1420 мм со среднегодовой темпера-
турой газа tm — 11 °C уложен на глубине 2 м от поверхности. Грунт
имеет следующие теплофизические характеристики:
= 1,48 ккал/(м-ч-°С), Ст = 700 и См = 480 ккал/(м3-°С), влаж-
ность грунта (супеси) W = ЗО°/о; ум — 1385 кг/м3.
Рассчитать динамику оттаивания грунта под трубопроводом для
трех случаев; t0 = — 1 °C, to — —4 °C и t0 = — 11 °C.
Определяем по формуле (3.2) количество незамерзшей воды в
грунте: при t0 ~ — 1 °C, WH — 0,045; при t0 = — 4 °C и t0 = — 11 °C
IFh — 0,035. Находим значения
См = 515 ккал/(м3-°C) по примеру 19.1.
По этой же формуле находим Сп = 505 ккал/(м3-°C) и для
двух других случаев.
17 Зак. 190 521
Находим значения L по формуле (19.4). Для первого случая
2-1,48-Пт
L = 80 (0,30 - 0,045) 1385 - 7 (-1) (515 + 700) = °’ 0089т’
Подобным же образом находим для второго случая L = 0,00051х
и для третьего L = 0,00027х.
Подставляя различные значения х с помощью графика (рис. 19.3),
находим глубину оттаивания грунта под трубопроводом на различ-
ные сроки эксплуатации. Результаты расчетов сведены в следующую
таблицу:
Год эксплуа- тации fo = - 1 °C *о = —4 °C f0= -И °C
L R, м 5 = = Я-г L R, м 5 = = R—r L R, м 5 = = R — r
1 7,80 2,85 2,14 4,47 2,45 1,74 2,37 2,1 1,39
2 15,59 3,6 2,89 8,94 3,0 2,29 4,73 2,5 1,79
3 23,39 4,2 3,49 13,40 3.35 2,64 7,10 2,8 2,09
4 31,19 4,65 3,94 17,87 3,90 3,19 9,46 3,1 2,39
5 38,98 5,15 4,44 22,34 .4,20 3,49 11,83 3,3 2,59
10 77,96 6,7 5,99 44,68 5,40 4,69 23,65 4,3 3,59
30 233,88 10,3 9,59 134,03 8,20 7,49 70,95 6,5 5,79
Предельная глубина оттаивания грунтов под подземными трубо-
проводами определяется по формуле (18.26) с помощью формулы
(18.28), подстановкой в последнюю tr = t0 (см. табл. 18.3).
Пример 19.3. Определить предельную глубину оттаивания грун-
тов под трубопроводом при условиях, данных в предыдущем примере,
т. е. радиус трубы г = 0,71 м; глубина заложения трубы h = 2 м;
температура теплоносителя — 11 °C; температура вечномерзлой
толщи грунтов t0 — — 1 °C и t0 = — 4 °C; коэффициенты теплопро-.
водности грунта мерзлого Хм = 1Д1 и талого 7.4 = 1,48 ккал/(м-ч-°С).
По формуле (18.28) имеем:
у + д/у-0,712 / 2( 1)1п0,71
(,_V2»-0.7P у I Ы8. !!-(-!)
1 > 1>О1
= VехР 0,346 = V 1,41 = ± 1,19;
У + 1,87
Z/-1.87
откуда у\ = 21,58 м. По формуле (18.26) определяем предельную
глубину оттаивания грунта под, трубой % = yi— h—г = 21,58 —
—2 — 0,71 = 18,87 м, т. е. процесс оттаивания не прекратится и
через 30 лет (см. пример 19,2). Для второго случая в формулу (18.28)
надо подставить tr = to = —4°C\ после вычисления получим глу-
бину предельного оттаивания грунта под трубопроводом £ = 4,50 м,
т. е. процесс оттаивания прекратится примерно через 10 лет*
522
§ 19.3. Термоохладители и теплоизолирующие
экраны
При строительстве магистральных трубопроводов возможно ис-
пользование автоматически действующих охлаждающих установок
(см. гл. 7). Они изготовляются из горячекатаных бесшовных сталь-
ных труб с внешним диаметром 219 мм или 159 мм и устанавли-
ваются по длине трубопровода на расчетные расстояния. Возвыше-
меняются плоские экраны
(в виде ковра) из твер-
дого или заливочного пе-
нопласта. При подземной
Рис. 19.4. График ВНИИгаза для расчета
толщины теплоизоляции в теплоизоли-
рующих экранах
прокладке используются
цилиндрические экраны (в виде скорлуп) из твердого пенопласта.
Необходимая толщина теплоизоляции рассчитывается с помощью
графика (рис. 19.4). Расчетные параметры В] и В2 определяются по
формулам:
для плоских экранов
п _____2А.2^Ж т__.
1 Хтр(Г-Гп)ум ’
для цилиндрических экранов
(19.5)
(19.6)
(19.7)
(19.8)
17*
523
где X — коэффициент теплопроводности пенопласта, ккал/(м-ч-°C);
Хт — коэффициент теплопроводности талого грунта, ккал/(м-ч-°С);
— расчетная температура (среднегодовая) транспортируемого
продукта, °C; т — расчетная продолжительность таяния грунта
в течение года, ч; это время принимается равным времени, когда
термоохладители не работают, т. е. периоду, когда среднемесячные
температуры воздуха выше —10 °C; р — 80 ккал/кг — теплота плавле-
ния льда; W — влажность (суммарная) грунта, доли единицы; 1FH —
количество незамерзшей воды, доли единицы, которое определяется
по правилам, указанным в гл. 3, при температуре грунта, равной to
(температура на глубине 10 м); ум — объемная масса скелета мерз-
лого грунта, кг/м3; /гдоп — допустимая глубина оттаивания грунта
под трубопроводом за первый год эксплуатации сооружения, м; она
принимается на основе расчета ожидаемых осадок трубопровода;
<р — центральный угол в градусах части кругового кольца, соответ-
ствуюш.ей цилиндрическому экрану (скорлупе) теплоизоляции.
Пример 19.4. Возьмем условия примера 19.1. Газопровод диамет-
ром 1420 мм уложен наземно по схеме рис. 19.1 на слое теплоизоля-
ции из торфа высотой б = 1 м.
Если бы не был применен теплоизоляционный ковер из торфа, то
глубины оттаивания грунта, м (по формуле (19.1) под трубопрово-
дом были бы следующие (полагая б = 0):
один год эксплуатации .................. 2,44
пять лет » .................. 5,47
десять лет » . ... , ............. 7,73
тридцать лет » 13,40
Предположим, что по условям прочности трубопровода можно
допустить только 50% получаемых величин оттаивания, т. е. на пер-
вый год эксплуатации примем haon = 0,5-2,44 = 1,22 м. Рассчитаем
потребную толщину теплоизоляционного ковра из пенопласта с ко-
эффициентом теплопроводности X = 0,05 ккал/(м-ч-°С) из условия,
что одновременно с теплоизолирующим экраном устанавливаются
также термоохладители. В районе строительства, где температура воз-
духа положительная в течение четырех месяцев (июнь — сентябрь),
принимаем, что термоохладители не работают в течение этих меся-
цев, а также в мае и октябре (температура хотя и отрицательная,
но менее —10 °C), так что расчетная продолжительность таяния
грунта равна т = 184 дня или 4416 ч.
По формулам (19.5) и (19.6) получаем'.
D 2 - 0,052-11.4416 _nnnKQ 2.
B1 1,48-80 (0,30 — 0,045) 1385 °’°°58 М ’
В2 = 2^ 1,22 = 0,042 м.
1,48
По графику на рис. 19.4 получаем толщину теплоизоляции б =
= 0,10 м.
Чтобы получить величину оттаивания грунта под трубопроводом
за различные сроки эксплуатации, надо сделать расчет по формуле
(19.1), полагая в ней б = 0,10 м. Так как теплоизоляционный экран
установлен в комбинации с термоохладителями, то температуру веч-
номерзлой толщи грунта t0, входящую в формулу (19.1), следует
брать ниже на 3—5 °C (нижний предел для северных районов и верх-
524
ний для южных районов области вечномерзлых грунтов). В нашем
примере эту температуру следует принять i0 = — 1 + (— 5)= — 6 °C.
Тогда по формуле (19.1) получим (сохраняя грунтовые условия при-
мера 19.1)
1 = 1,05 -0,85 X
4Z[\ / 2- 1,48- 11т f0,10-1,48V
XLV 80(0,30-0,045) 1385—2,4-515(-6)+0,5-700-11+к 0,05 )
— —= °>89 (Vo,000821т + 8,76 - 2,9б) .
U,Uo J
Подставляя различные значения т, получаем толщину оттаивания
грунта под трубопроводом, м (по годам):
один.......................... 0,93
пять.......................... 3,30
десять ............................ 5,33
тридцать ........................... 10,69
Из расчета видно, что, получив примерно те же глубины оттаи-
вания, что и в случае торфяного ковра толщиной 1 м (см. при-
мер 19.1), мы имеем большую экономию в высоте насыпи (обсып-
ки) — почти на 1 м (толщина слоя под трубой 0,10 м вместо 1 м).
§ 19.4. Расчет осадок оттаявших
под трубопроводом мерзлых грунтов
Если в основании трубопровода залегают различные слои грун-
тов с различными физическими характеристиками, то осадка опреде-
ляется суммированием осадок слоев
(19.9)
i=l
где — толщина i-ro слоя оттаявшего грунта, м; бг— относительное
сжатие t-го слоя грунта.
Величина б определяется или лабораторными компрессионными
испытаниями, или горячими штампами на опытных площадках.
Практически такие испытания трудно организовать при больших
протяжениях трасс трубопроводов. Поэтому в практике проекти-
рования допускается прогнозировать возможные осадки грунтов с
помощью формул, таблиц и графиков, а именно:
для песчаных грунтов величину б принимать по графику рис. 5.2;
для торфянистых грунтов брать величину б по данным на с. 100;
для крупных ледяных включений принимать 6=1;
для глинистых грунтов вычислять б по формулам (7.75) и
(7.76), принимая значения &д по табл. 19.3.
Величину давления на оттаявшие мерзлые грунты следует опре-
делять по формулам:
при подземной прокладке трубопровода
p = (/z + r44)Yo, (19.10)
при наземной прокладке трубопровода
Р==(Я + |)уо, (19.11)
525
Значения коэффициента йд
Таблица 19.3
Наименование грунта Значения кд при уплотняющем давлении р, кгс/м2
0,25-104 0,50-10* 0,75-10* Ы04
Супесь с числом пластичности: 2,8 2,5 2,0 1.6
3 < №п<5 2,4 2,0 1,6 1.3
5<1ГП<7 1,9 1,7 1,4 1,2
Суглинок с числом пластичности: 7<ГП<9 1,6 1,5 1,3 1,1
9< Гп<13 1.4 1,3 1,2 1,0
13< 1ГП<17 1,3 1,2 1,1 0,9
17 < 1ГП<21 1,2 1,1 1,0 0,8
где р — давление вышележащих слоев грунта, кгс/м2; h — глубина
заложения трубы, м; г — радиус трубы, м; £— глубина оттаивания
грунта, м; для наземной прокладки отсчитывается от поверхности
Рис. 19.5. Литологический разрез грунтов
в основании наземного трубопровода (к при-
меру 19.5)
/ — супесь с примесью гальки 30%, влажность 30%,
Тм=1390 кг/м3, lFn = 3, Wp—16: 2’ — суглинок с влаж-
ностью 26%, ум=1350 кг/м3, И7П=9, Ц7р=17%, 2" — су-
глинок с влажностью 22%, ум=1435 кг/м3; 3— песок
средней крупности с влажностью 18%; 4—габбро-
диабаз трещиноватый; а — 1 год эксплуатации;
б—5 лет; в—-10 лет; г —30 лет
земли, а для подземной — от дна трубы; Н — высота насыпи (обсып-
ки) при наземной прокладке, м; Yo — объемная масса грунта, кг/м3,
которую, если она неизвестна, принимают равной 1700 кг/м3.
526
Пример 19.5. Определить осадку насыпи при наземной прокладке
трубопровода. Глубины оттаивания грунта под насыпью, м, опреде-
ленные по формуле (19.1) за год эксплуатации:
один .......... . .................. 0,66
пять ............................. 2,61
десять ............................ 4,63
тридцать ............... . ........... 9,85
Мощности залегающих под насыпью слоев грунта и их физиче-
ские характеристики указаны на чертеже литологического разреза
(рис. 19.5). Предположим, что данных о пластичных свойствах грун-
тов на значительной глубине не имеется. Тогда прогнозируем их по
данным, указанным на с. 131, и для слоя 2" принимаем Wn = 11 и
Wp = 0,16.
Определяем давление, кгс/м2, в оттаявших слоях по формуле
(19.11) за годы эксплуатации:
один — р = (2,4 + 0,66) 1700 = 0,52 • 104
пять — р = (2,4 + 2,61) 1700 = 0,85 • 104
десять — р — (2,4 + 4,63) 1700 = 1.20 • 104
тридцать — р — (2,4 + 9,85) 1700 = 2,08 • 104
Определяем значения б по формуле (7.75).
Для слоя 1: « = 1 - 1390 + ^(0,16+^)] = 0,16.
Так как в грунте имеется 30% гальки, то согласно табл. 5.2
уменьшаем это значение на коэффициент 0,8 и получаем б =
= 0,8-0,16 = 0,13.
Аналогично получим: для слоя 2' б = 0,13 и для слоя 2" б =
= 0,07. Для слоя 3 по графику на рис. 5.2 получаем б = 0,04.
По формуле (19.9) находим осадки насыпи по годам:
один — S = 0,66 • 0,13 — 0,09 м;
пять — S = 1,5 • 0,13 + (2,61 — 1,50) 0,12 = 0,33 м;
десять — 5 = 1,5 -0,13 + 2,0 • 0,12 + (4,63 — 1,5 — 2,0) 0,04 = 0,48 м
тридцать — S = 1,5 • 0,13 + 2,0 • 0,12 + 2,5 • 0,04 +
+ (9,85 — 1,5 — 2,0 — 2,5) 0,07 = 0,80 м.
§ 19.5. Прочность и устойчивость
трубопроводов
Осадка насыпи или засыпки траншеи при оттаивании мерзлых
грунтов происходит независимо от осадки трубопровода. Первона-
чально насыпь (или засыпка траншеи) будет опускаться вместе
с трубопроводом, но с некоторого момента времени, вследствие воз-
никновения в трубопроводе растягивающих усилий, трубопровод за-
медлит свое поперечное перемещение и в конце концов прекратит
его. Если к этому моменту осадка грунтов не прекратится, то нач-
нется обтекание труб грунтом насыпи (рис. 19.6). При этом трубо-
провод оголится или провиснет. В. грунтах, дающих малую осадку
527
оттаивания (грунты I и II категорий), может происходить и обратно?
явление — максимальная стрела прогиба трубопровода окажется
больше величины осадки грунта при оттаивании. Таким образом,
в общем случае следует рассматривать три возможных вида попе-
речных перемещений: осадка грунта после оттаивания меньше макси-
мальной стрелы прогиба трубопровода, S < /макс; осадка равна
прогибу S = /макс", осадка больше прогиба S > /макс-
При подземной прокладке трубопроводов в сильнольдистых
грунтах (грунты III и IV категорий по табл. 5.4) мерзлые грунты
при переходе в талые превращаются во взвешенную массу, которую
Рис. 19.6. Глубина оттаивания и осадка трубопровода
/ — начальное положение: 2-положение после 1 года эксплуа-
тации; 3 — положение на n-й год эксплуатации; S—осадка на-
сыпи; f—стрела прогиба трубопровода
можно рассматривать Как вязкую жидкую среду. В таких случаях
желательно создавать условия равномерного опускания трубопровода
С ГрунТОМ ЗаСЫПКИ, Т. е. УСЛОВИЯ, При КОТОрЫХ S = /макс-
Величину перемещения (опускания) труб в вязкой среде на лю-
бой момент времени можно определить по формуле
(19.12)
где ST—опускание трубопровода на момент времени т, считая с на-
чала эксплуатации, м; т — время, отсчитываемое от начала эксплуата-
ции трубопровода, ч; q?? — вертикальная нагрузка на 1 м трубопро-
вода (объемный вес 1 м трубы с учетом веса теплоносителя, балла-
стировки, изоляции и т. д.), кгс/м2; qrp— вертикальная нагрузка от
объемного веса грунта, вытесненного трубопроводом длиной 1 м,
кгс/м2; т| — коэффициент динамической вязкости оттаявшего грунта,
кгс-ч/м2, устанавливаемый опытным путем, для предварительных
расчетов, получаемый по графику на рис. 19.7 (для глинистых грун-
тов), а для торфа принимаемый т] = 2,78-105 кгс-ч/м2.
Осадка грунта во времени определяется по методике, указанной
в § 19.4 (см. пример 19.5). Определив по формуле (19.12) осадки во
времени трубопровода и наложив на один график осадки трубопро-
вода (/ — т) и осадки грунта (S —т), можно видеть, в каких усло-
виях трубопровод будет работать.
528
Пример 19.6. Газопровод с внешним диаметром d2 = 0,72 м и
толщиной стенок 0,01 м уложен подземно на глубине 2 м в районе,
где температура вечномерзлой толщи грунта t0=—6°C. Темпера-
тура газа на данном участке 25 °C. Грунты — сильнольдистые су-
глинки с влажностью 55%; Wn = 13 и Wp = 17%.
Рис. 19.7. График значений коэффициента
динамической вязкости оттаявших глини-
стых грунтов т), кгс • ч/м2
Вес грунта в мерзлом состоянии: объемный у0 = 1600 кг/м3 и
скелета ум = Ю35 кг)м3. Теплофизические характеристики: Лт ==
= 1,33; Хм = 1,47 ккал/(м-ч-°С), С? = 790 ккал/(м3-°С) и См =
= 500 ккал/(м3-°C).
Из-за неблагоприятных мерзлотно-грунтовых условий газопровод
укладывается с эффективной теплоизоляцией труб из пенопласта с
Рис. 19.8. Анализ устойчивости трубопровода
в пульпообразной массе оттаявшего мерзлого
грунта (к примеру 19.6)
1 — слой сезонного промерзания; 2 — талый грунт в пуль-
пообразном состоянии; 3 — мерзлый грунт
коэффициентом теплопроводности X = 0,05 ккал/(м-ч-°С) в виде скор-
луп толщиной 0,15 м, охватывающих нижнюю половину трубы. Кроме
того, на этом участке газопровода устанавливаются термоохладители.
Первое обстоятельство (теплоизоляция) позволяет принимать в
I расчетах температуру на поверхности теплоизоляции ниже темпера-
h туры теплоносителя. В нашем случае ее можно принять t = 16 °C
529
вместо 25 °C1. Второе обстоятельство (термоохладители) позволяет
принимать расчетную температуру грунта ниже на 3—5 °C (см. при-
мер 19.4). Поэтому примем to — —6 + (—4) — —10 °C.
На основании этих исходных данных по методике расчетов, ука-
занной в § 19.2 и 19.4, вычисляем ход оттаивания грунта под трубо-
проводом и осадки грунтового основания трубопровода после его
оттаивания. Результаты этих расчетов приведены в таблице. В этой
же таблице приведены данные об осадках трубопровода в вязкой
среде, рассчитанные следующим образом.
Рис. 19.9. Чередование различных по грунтовым
условиям участков прокладки трубопровода
1 — участки с устойчивыми грунтами; 2—участки с не-
устойчивыми грунтами
Определяем значения qTp и qr9: qTp = 3,14)4(0,722 *—0,702) 1 X
X 7800] 4- 485 — 659 кг)м. (Здесь 7800 кг)м2 — объемный вес стали и
485 кгс/м—балластировка)-, qrp = 3,14/4-0,722-1 -1600 — 650 кгс/м.
По графику на рис. 19.7 при влажности грунта 55% находим
коэффициент динамической вязкости г| = 2,78-10* кгс-ч)м2 и по фор-
муле (19.12) находим:
(659 — 650) т
12-2,78 • 104
27- 10“6тм.
Подставляя различные значения, получаем осадку трубопровода
в вязкой среде по срокам эксплуатации:
Год эксплуа- тации Глубина оттаивания под трубой ё, м Осадка основания трубопровода 5 = |б, м Осадка трубопровода в вязкой среде, ST, м
1 0,99 0,26 0,24
2 1,44 0,39 0,47
3 1,79 0,48 0,71
4 1,99 0,54 0,95
5 2,29 0,62 1,18
6 2,49 0,67 1,42
7 2,69 0,73 1,66
8 2,84 0,77 1,89
9 2,99 0,81 2,13
10 3,14 0,85 2,37
11 3,29 0,89 2,60
12 3,39 0,92 2,84
1 Расчет температуры на поверхности теплоизоляции подземных
труб дается в книге: А. Л. Ястребова. Инженерные коммуникации па
вечномерзлых грунтах. Л., Стройиздат, 1972, с. 80—82.
530
Наложив данные таблицы на график (рис. 19.8), увидим, что
трубопровод будет медленно опускаться в пульпообразную массу
талого грунта. При большей балластировке трубопровод опустится
на горизонт мерзлого грунта, при меньшей — всплывет.
На рис. 19.9 показано чередование различных по грунтовым
условиям участков вечномерзлых грунтов. На участке устойчивых
при оттаивании грунтов (грунты I и II категорий или талики при
островном распространении криолитозоны) трубопровод «зависает»,
а на участках, неустойчивых при оттаивании грунтов, трубопровод
будет оседать и наибольший прогиб его будет характеризоваться
стрелой прогиба f (участки с грунтами III и IV категорий). Расчет
заключается в определении осадки грунтов (S) при оттаивании
(§ 19.4) и максимально допустимой стрелы прогиба трубопровода
/доп. Максимально допустимый прогиб рассчитывается из условий
работы трубопровода как упругой жесткой нити (при диаметре труб
до 800 мм) или балки (при большем диаметре труб). Если S < /доп,
то прочность трубопровода обеспечивается. При S > /доп необхо-
димо предусматривать дополнительные мероприятия для обеспечения
прочности и устойчивости трубопровода (уменьшение глубины оттаи-
вания путем снижения температуры транспортируемого продукта,
применение эффективной теплоизоляции и термоохладителей, а на
участках пульпообразных грунтов использование поплавков для
удержания трубопровода во взвешенном состоянии).
При расчете прочности трубопровода необходимо также учиты-
вать температурные напряжения, возникающие в трубопроводе за
счет разности температур при его монтаже, укладке в траншею и
эксплуатации. Это особенно важно на участках, где чередуются раз-
личные способы укладки и подземный трубопровод следует за над-
земным, приобретающим зимой температуру окружающего воздуха.
Глава 20
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СМЕТНОЙ СТОИМОСТИ ОБЪЕКТОВ
НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ
§ 20.1. Состав сметной документации
Сметная стоимость промышленного строительства определяется
в порядке, предусмотренном Временной инструкцией по разработке
проектов и смет промышленного строительства (СН 202—69) и жи-
лищно-гражданского строительства (СН 401—69). На основе смет
для отдельных видов работ и затрат составляются объектные сме-
ты, а общая стоимость строительства предприятия, здания и соору-
жения определяется по сводной смете. Сводная смета на промыш-
ленное строительство должна содержать следующие разделы:
1. Подготовка территории строительства. 2. Объекты основного
производственного назначения.
3. Объекты подсобного производственного и обслуживающего
назначения.
4. Объекты энергетического хозяйства.
5. Объекты транспортного хозяйства и связи.
6. Внешние сети и сооружения водоснабжения, канализации,
теплофикации и газификации.
7. Благоустройство промышленной площадки. 8. Временные зда-
ния и сооружения.
9. Прочие работы и затраты. 10. Содержание дирекции строя-
щегося предприятия.
11. Подготовка эксплуатационных кадров.
12. Проектные и изыскательные работы.
В сводной смете для жилищно-гражданского строительства со-
держатся главы:
1. Подготовка территории строительства.
2. Основные объекты строительства.
3. Объекты подсобного назначения.
4. Внешние коммуникации и инженерные сооружения.
5. Благоустройство территории. 6. Озеленение территории.
7. Временные здания и сооружения.
8. Прочие работы и затраты.
9. Содержание дирекции строящихся учреждений и техниче-
ского надзора.
10. Проектные, изыскательские и научно-исследовательские ра-
боты, авторский надзор.
Ввиду большого разнообразия промышленных зданий, сооруже-
ний, работ и затрат при различных видах строительства, а также в
связи с тем, что отнесение ряда зданий, сооружений и затрат к той
или иной главе сводных смет производится по-разному, при состав-
лении последних следует руководствоваться следующей расшифров-
кой содержания глав.
532
1. Подготовка территории строительства: снос существующих
строений и восстановление их в случае необходимости на вновь от-
веденном месте в прежних размерах; перенос и отвод путей, дорог,
линий электропередачи, связи, водопровода и других устройств, ме-
шающих осуществлению проекта; возмещение организациям и частным
лицам ущерба, причиненного занятием земель, сносом садов и
др. культур, а также хозяйственных построек; расходы заказчика по
отводу и закреплению территории строительства, красных линий за-
стройки, разбивке строительной сетки и другим работам по переносу
проекта в натуру; вырубка леса и кустарника, корчевка пней и убор-
ка древесины и сучьев с территории строительства; работы по водо-
снабжению на территории застройки и отводу водных источников;
уборка с территории строительства навалов отработанных пород,
шлака, мусора и пр.
2. Объекты основного производственного назначения; здания и
сооружения, предназначенные для выполнения основных технологи-
ческих функций предприятий (доменные, литейные, прокатные, куз-
нечные, сборочные и другие аналогичные цехи), перерабатывающие
сырье и дающие продукт дальнейшего использования (материалы)
или полностью готовую продукцию (машины, средства транспорта
и пр.); установки химической и нефтеперерабатывающей промыш-
ленности; основные здания и сооружения заводов по изготовлению
строительных материалов и деталей (цементные печи, цехи обжига
кирпича, корпуса заводов изготовления железобетонных конструкций
и др.); шахтные сооружения и надшахтные строения уюльной, ме-
таллургической и других видов промышленности; сооружения агло-
мерационных и обогатительных фабрик; здания отдельно сооружае-
мых тепловых электростанций; здания и сооружения других видов
технологических процессов.
3. Объекты подсобного производственного и обслуживающего
назначения: здания ремонтно-механических, деревообделочных, ин-
струментальных, модельных цехов, газогенераторных, компрессорных,
всякого рода складские помещения, эстакады, галереи, здания
заводоуправлений, лабораторий и другие аналогичные здания и соо-
ружения.
4. Объекты энергетического хозяйства: здания электростанций
и трансформаторных подстанций на территории предприятия, наруж-
ные трансформаторные киоски, линии электропередачи высокого на-
пряжения (воздушные и кабельные).
5. Объекты транспортного хозяйства и связи: железнодорожные
и подъездные пути к предприятиям (земляное полотно, верхнее
строение, мосты и трубы, путевое обустройство, сигнализация, связь);
1 внутризаводские пути со стрелочными переводами, переездами и дру-
I, гими обустройствами; автомобильные дороги подъездные и на пло-
щадке; здания и сооружения по обслуживанию транспорта (депо,
f конторы, гаражи, мастерские, склады, резервуары и т. п.); площадки
v для стоянки автомашин и других транспортных средств; устройства
всех видов внешней и внутренней связи (диспетчерская, селекторная,
Ж абонентная и др.); здания для размещения устройств связи; радио-
К фикация и газификация предприятий (зданий).
Ж 6. Внешние сети и сооружения водоснабжения, канализации,
flf ’теплофикации и газификации: плотины, водозаборные сооружения
fl насосной станции, напорные линии водоснабжения, здания перекачки,
fl водонапорные башни, фильтры, разводящая сеть с кранами, гидро-
fl 533
колонками и другими обустройствами; наружная сеть канализации
со смотровыми колодцами, очистные сооружения; здания котельных
со вспомогательными сооружениями, линии паропроводов с каналами
и пр.; приемные устройства по газификации предприятий (зданий),
наружные сети.
7. Благоустройство промышленной площадки: вертикальная пла-
нировка всей территории предприятия, устройство дорожек, площа-
док, посадка деревьев, кустарника, устройство клумб, спортивные
сооружения, ограждение территории и пр.
8. Временные здания и сооружения: затраты на возведение и
разработку временных зданий и сооружений, аренду существующих,
на их ремонт, использование инвентарных зданий и сооружений, не-
обходимых как для производственных целей, так и обслуживания
рабочих строительства, согласно установленной номенклатуре соо-
ружений и затрат; расходы по перевозке рабочих от места житель-
ства до места работы и обратно при расстоянии более 3 км и отсут-
ствии коммунального транспорта, в случаях, если затраты на
временные здания и сооружения определяются по данным проекта
организации строительства.
9. Прочие работы и затраты: дополнительный транспорт привоз-
ных материалов от станции назначения сверх учтенного единичными
расценками; дополнительные затраты, связанные с производством
работ, выполняемых в зимний период; доплаты рабочим по сдельно-
премиальной системе оплаты труда и другие льготы и доплаты по
специальным решениям правительства (за работу на Крайнем Севере
и в районах, приравненных к нему, повышенный поправочный коэф-
фициент к тарифным ставкам и др.); ремонт и содержание автомо-
бильных дорог; геологоразведочные работы, не относящиеся к
проектно-изыскательским; научно-исследовательские работы, связан-
ные с данным строительством, необходимость которых устанавли-
вается проектом; пропуск весенних вод через искусственные соору-
жения или по логам; очистка территории строительства перед сдачей
объектов в эксплуатацию; авторский надзор за строительством.
10. Содержание дирекции строящегося предприятия: затраты на
содержание дирекции с техническим надзором при строительстве
новых предприятий, зданий и сооружений производственного назна-
чения.
11. Подготовка эксплуатационных кадров: затраты на подготовку
рабочих специальных профессий для работы на вводимом в эксплуа-
тацию предприятии.
12. Проектные и изыскательские работы: стоимость изыскатель-
ских и проектно-сметных работ по отдельно составленной и утверж-
денной смете без стоимости проектирования нестандартизированного
оборудования, включаемой в стоимость соответствующего объекта.
В конце сводной сметы отдельной строкой предусматривается
сумма, резервируемая на непредвиденные работы и затраты в уста-
новленном размере. За итогом сводной сметы указывается возврат-
ная сумма.
Сметная стоимость строительства слагается из прямых затрат,
накладных расходов и плановых накоплений. Прямые затраты строи-
тельства определяются путем перемножения объемов работ на
единичные расценки, являющиеся основой для расчета прейскурант-
ных цен на здания и сооружения и составления смет к рабочим
чертежам.
534
§ 20.2. Способы определения единичных
расценок на строительные работы
Ценообразование в строительстве на Крайнем Севере и в цент-
ральной части нашей страны имеет существенные различия. Характер
производства в районах Крайнего Севера определяют специфические
свойства природы, суровость климата и своеобразные экономико-
географические условия, формирующие региональный уровень обще-
ственно необходимых затрат труда. Строительство зданий и соору-
жений ведется на малоосвоенных и неосвоенных территориях, при
значительной удаленности от основных промышленных предприятий,
материально-технической базы строительства, объектов энергетику
транспортных коммуникаций, населенных пунктов и т. д. Сложные
природные и климатические условия, повсеместное распространение
вечной мерзлоты способствуют снижению производительности труда,
повышению трудоемкости и продолжительности строительства и вы-
нуждают применять специальные конструктивные решения и особую
технологию строительных работ для сохранения устойчивости зданий
и сооружений. Все эти факторы создают трудности в процессе строи-
тельств, они вызывают повышенный, против обычных условий, расход
заработной платы, денежных средств и материальных ресурсов.
Для районов Крайнего Севера разрабатываются местные единич-
ные расценки на строительные работы для зон строительства и
крупных населенных пунктов. Основанием для разработки каталогов
единичных расценок служат общесоюзные (IV часть СНиП издания
1965 г.), а также ведомственные сметные и производственные нормы,
единые тарифные ставки заработной платы рабочих с учетом дей-
ствующих в данной местности районных коэффициентов, зональный
уровень затрат по содержанию строительных машин, местные цены
франко-строительная площадка на строительные материалы и другие
производственные ресурсы, электроэнергию, топливо, пар, воду и др.,
устанавливаемые для узлов строительства и отдельных объектов.
Действующие в настоящее время единичные расценки на строитель-
ные работы разработаны в соответствии с Постановлением Совета
Министров СССР № 625 от 7 июля 1967 г. и распоряжением Гос-
строя СССР № 5 от 29 июля 1967 г. в ценах, введенных с 1 ян-
варя 1969 г.
Для районов Крайнего Севера наиболее характерны следующие
три способа составления единичных расценок на строительные ра-
1 боты. Первый — предусматривает составление индивидуальных
каталогов единичных расценок для всех сосредоточенных объектов
строительства и крупных населенных пунктов, применяется в запад-
ной части Крайнего Севера (Диксон, Амдерма, Тикси, Хатанга, Чер-
ский) .
1 Второй — составление базисных (зональных) единичных рас-
I ценок для зон строительства, принимаемых за базу, и поправочных
i коэффициентов (индексов) для остальных зон строительства в пре-
f делах территориального района (применяется на северо-востоке—•
II В Магаданской области и Якутской АССР). Поправочные коэффи-
Ч циенты (индексы) определены отдельным расчетом как отношение
J сметной стоимости сокращенного по номенклатуре набора ресурсов
к На 100 тыс. руб. сметной стоимости строительно-монтажных работ в
Д местных ценах к стоимости этих же ресурсов в базисных ценах. На-
Д бор ресурсов по зонам строительства основан на данных о фак-
Д 535
тическом расходе строительных матералов и конструкций,
представленных генеральной подрядной организацией в каждой зоне.
В его состав включаются: привозные материалы, местные материалы,
прочие матералы, энергоресурсы (электроэнергия, тепло, пар, сжатый
воздух) и вода (в натуральных показателях).
В Магаданской области поправочные коэффициценты установ-
лены для ряда зон: Магаданская (базисная), Хасынская, Ольская,
Тауйская, Усть-Омчугская, Омчакская, Оротуканская и Тальская,
Ягоднинская, Сусуманская, Кадыкчанская, Сеймчанская, Примор-
ская, Омсукчанская, Верхнеколымская. Певекская (базисная), Смо-
ленская, Мандриковская, Нижнеколымская, Билибинская, Чаунская,
Западно-Полянская, Марковская, Отрожненская, Беринговская, Ана-
дырская, Пламенская, Полярнинская, Шультинская, Эгвекинотская,
Провиденская, Лаврентьевская. В базисных зонах стоимость
строительных работ определяется по соответствующим базисным
единичным расценкам на строительные работы без какой-либо при-
вязки, а в других зонах строительства в области — также по этим
расценкам, но с переводом итогов стоимости работ (итоги по смете
или разделу сметы за вычетом заработной платы) при помощи ин-
дексов «КМ» в местную стоимость. Зональные единичные расценки
для Якутской АССР составлены на основе таких же методологиче-
ских принципов и разработаны для двух зон: Якутской, в которую
входят объекты строительства г. Якутска и его пригородных районов
в радиусе до 40 км, и Алданской, в которую входят объекты строи-'
тельства г. Алдана, пос. Нижний Куранах, Чульман и стройки Не-
рюнгринского угольного разреза. Для всех других крупных населен-
ных пунктов Якутской АССР разработаны поправочные коэффи-
циенты.
Третий — составление средних районных цен применительно
к методике, принятой при разработке ценника №• 1 средних район-
ных сметных цен Госстроя СССР (применяется в Камчатской и Са-
халинской областях). Единичные расценки на строительные работы,
осуществляемые на территории Камчатской области, разработаны
для следующих зон сосредоточенного строительства: Петропавловск-
Камчатский; 1-я зона — Усть-Камчатский и Алеутский районы;
2-я зона — Усть-Большерецкий и Соболевский районы; 3-я зона —
Карагинский район; 4-я зона — Олюторский район; 5-я зона — Ти-
гильский район. Для строительства на Командорских островах
следует пользоваться расценками I зоны с применением к графе
«Общая заработная плата» коэффициента 1,11, соответственно уве-
личивая на эту разницу общую стоимость по расценке.
Сметная стоимость сельскохозяйственного строительства, осу-
ществляемого на территории Елизовского, Мильковского, Пенжин-
ского и Быстринского районов Камчатской области, определяется по
единичным расценкам с применением к ним поправочных коэффи-
циентов, учитывающих разницу в стоимости материалов франко-
строительная площадка. Их величина для Елизовского, Мильковского
и Быстринского районов определяется по отношению к зональным
единичным расценкам на строительные работы, осуществляемые в
Петропавловске-Камчатском, а для Пенжинского района — по отно-
шению к зональным единичным расценкам на строительные работы,
осуществляемые в 5-й зоне Камчатской области.
В Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком национальных округах
Тюменской области, Эвенкийском национальном округе Краснояр-
536
ского края и Енисейско-Маклаковской группе строительства способ
определения единичных расценок на строительные работы имеет
некоторые особенности, вызванные использованием средних цен на
строительные материалы ближайшего территориального района по
ценнику № 1 Госстроя СССР. Сборники единичных расценок на
строительные работы для Арктики и Крайнего Севера составлены по
нормам следующих глав IV части СНиП: земельные работы — IV-10,
горновскрышные работы — IV-10, буровзрывные работы — IV-13,
свайные работы — IV-17, работы по реконструкции промышленных
зданий и сооружений — IV-60, озеленение — IV-15, железобетонные
и бетонные конструкции сборные — IV-19, железобетонные и бетон-
ные конструкции монолитные — IV-20, каменные конструкции— IV-21,
металлические конструкции — IV-22, деревянные конструкции —
IV-23, полы, кровли — IV-25, 26; отделочные работы — IV-27, конст-
рукции из асбестоцемента и пластмасс — IV-24, теплоизоляционные
работы — IV-28, антикоррозионная защита строительных конструк-
ций— IV-27—1, конструкции из местных материалов для сельского
строительства — IV-59, промышленные печи и трубы — IV-29, внут-
ренние трубопроводы, водопровод и канализация — внутренние
устройства, отопление — IV-30, 31, 32; вентиляция и кондиционирова-
ние воздуха — IV-33, водоснабжение и канализация — наружные
сети — IV-38, 40, теплоснабжение — наружные сети — IV-41, автомо-
бильные дороги — IV-45, аэродромы — IV-47, мосты и трубы — IV-46,
линии электропередачи — IV-48, сооружения связи — IV-49, гидро-
технические сооружения (земляные, каменные, деревянные конструк-
ции, берегоукрепительные и гидроизоляционные работы) —IV-11, 53,
55, 57, 58; гидротехнические сооружения (бетонные, железобетонные
и металлические конструкции) — IV-52, 54; подводно-строительные
(водолазные) работы — IV-62.
§ 20.3. Нормативы и исходные материалы
для составления единичных расценок
на строительные работы
Единичные расценки на строительные работы слагаются из
элементов затрат: основной заработной платы рабочих, стоимости
эксплуатаций строительных машин, стоимости материалов, изделий и
конструкций.
Основная заработная плата рабочих в единичных
расценках исчислена на основании норм затрат труда части IV СНиП
(изд. 1965 г.) с учетом сборника дополнений и поправок к ним и
тарифных ставок по оплате труда рабочих в строительстве по состоя-
нию на 1 января 1968 г. При определении единичных расценок для
конкретного территориального района размер тарифных ставок опре-
делен с районными коэффициентами к заработной плате работников,
установленными Госкомитетом Совета Министров СССР по вопросам
труда и заработной платы и Секретариатом ВЦСПС 31 марта
1960 года № 453/9 (табл. 20.1).
Сметная стоимость эксплуатации машин, для
которых нормы (часть IV СНиП, изд. 1965 г.) даны в машино-сме-
йах, определена равной Н65 X Кбв X Сбэ. где Н65 — норма по части
IV СНиП (машино-смены); Кбв — поправочные коэффициенты к за-
тратам машин, приведенные в соответствующих главах сборника
дополнений и поправок к сметным нормам IV части СНиП, цзд.
537
♦
Таблица 20.1
Районные коэффициенты к заработной плате работников
строительных и ремонтно-строительных организаций
Районный
коэффициент
к заработной плате
2
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
Районы, на которые распространяется коэффициент
Острова Северного Ледовитого океана и его морей (за
исключением острова Диксон и островов Белого моря),
Курильские и Командорские острова; Чукотский нацио-
нальный округ Магаданской области.
Камчатская область, за исключением Командорских
островов, Сахалинская область — Рыбновский и Восточно-
сахалинский районы и г. Оха с территорией, подчиненной
горсовету
Магаданская область, за исключением районов, ука-
занных в п. 1; Охотский район Хабаровского края; Якут-
ская АССР-районы Абыйский, Аллаиховскнй, Анабарский,
Булунский, Верхневилюйский, Верхнеколымский, Верхоян-
ский, Вилюйский, Жигановский, Кобяйский, Момский,
Нижнеколымский, Нюрбинский, Оймяконский, Оленек-
ский, Саккырырский, Среднеколымский, Сунтарский, Том-
понский районы, Ленский район севернее 61° северной ши-
роты, г. Мирный; Красноярский край — Таймырский нацио-
нальный округ, Эвенкийский национальный округ и Туру-
ханский район севернее рек Нижняя Тунгуска н Турухан,
Норильск и Игарка с территориями, подчиненными их
горсоветам.
Сахалинская область, за исключением районов, ука-
занных в пп. 1 и 2; Тюменская область —районы, располо-
женные севернее Полярного круга; Ненецкий националь-
ный округ Архангельской области.
Тюменская область — Ямало-Ненецкий национальный
округ южнее Полярного круга; Коми АССР — Воркута
с территорией, подчиненной горсовету, и часть Интинского
района, расположенного к северу от Полярного круга.
Хабаровский край —районы Аяно-Майский, Нижне-
амурский, имени Полины Осипенко, Тахтинский, Тугуро-
Чумиканский, Ульчский, Верхнебуреинский (севернее 51°
северной широты), г. Советская Гавань с территорией, под-
чиненной горсовету, г. Николаевск-на-Амуре; Якутская
АССР, за исключением районов, указанных в пп. 1 и 3;
Амурская область —районы Джелтулакский, Зейский и
Селемджинский; Иркутская область —районы Катангский,
Нижнеилимский, Братский, Усть-Кутский, Казачинский-
Ленский, Киренский, Бодайбинский и Мамско-Чуйскнй;
Коми АССР —г. Инта и Интинский район южнее Поляр-
ного круга; Мурманская область;
Приморский край; Хабаровский край, за исключением
районов, указанных в пп. 3 и 6; Амурская область, за
исключением районов, указанных в п. 6; Читинская об-
ласть—районы Каларский, Тунгиро-Олекминский и Тунго-
коченский; Бурятская АССР —районы Северобайкальский
и Баунтовский; Красноярский край—районы Североени-
сейский, Удерейский, Богучанский, Кежемский, Енисей-
ский, южные части Эвенкийского национального округа и
Туруханского района (южнее рек Нижняя Тунгуска и Ту-
рухан); Томская область —районы Александровский, Чаин-
ский, Парбигский, Верхнекетский, Каргасокский, Пара-
бельский и г. Колпашево с территорией, подчиненной гор-
совету; Коми АССР —районы Усть-Цилемскнй, Ухтинский,
Троицко-Печорский, Ижемский, Печерский; Тюменская об-
ласть—Ханты-Мансийский национальный округ.
Б38
1965 г.; С69 — сметная стоимость машино-смен; по ценнику машино-
смен строительных машин и оборудования для районов Крайнего
Севера и местностей, приравненных к ним, и привязанная индиви-
дуально для условий каждой зоны.
К нормам машино-смен машин, используемых на наружных ра-
ботах для всех зон строительства, за исключением расположенных
в Камчатской области, применен поправочный коэффициент 1,1.
К нормам машино-смен машин, используемых на наружных работах
для зон строительства в Камчатской области, применен поправочный
коэффициент — 1,05; сметная стоимость эксплуатации машин, вклю-
чая «Прочие машины», для которых нормы в IV части СНиП, изд.
1965 г. даны в руб., определена с учетом поправочных коэффициен-
тов, приведенных в табл. 20.2.
В стоимости эксплуатации строительных машин затраты на
электроэнергию приняты по индивидуальной стоимости энергоресур-
сов для каждой стройки, утвержденной в установленном порядке
(табл. 20.3).
Таблица 20.2
Поправочные коэффициенты к «Прочим машинам»
Зона строительства (населенный пункт) Поправочные коэффициенты
по всем сборникам единичных расценок (кроме сборника № 34) по сборнику № 34 единичных расценок «Мосты и трубы» (табл. 49—67 гл. IV-46) по таблице 3-48 гл. IV-46
Амдерма 2,02 1,94 2,43
Диксон 2,06 1,98 2,48
Хатанга 2,06 1,98 2,48
Тикси 2,31 2,22 2,78
Черский 2,43 2,33 2,91
Магаданская область 2,31 2,22 2,78
(центральные рай- оны)
Чукотский националь- 2,43 2,33 2,91
ный округ Якутская АССР 2,20 2,40 2,64
Камчатская область 1,89 1,81 2,23
Стоимость нефтепродуктов, учтенная в калькуляциях машино-
смен строительных машин и оборудования, приведена в табл. 20.4.
Стоимость жидкого и твердого топлива для машин установлена
с учетом доставки его до строительных площадок по каждой стройке
в соответствии с утвержденными транспортными схемами. Стоимость
электроэнергии, твердого и жидкого топлива, воды и сжатого воз-
духа для работы строительных машин установлена с учетом неиз-
бежных потерь, а также с учетом расходов по обслуживанию сетей
и их амортизации. Нормы расхода угля приняты с учетом теплотвор-
ной способности. Вносить какие-либо поправки на теплотворную
способность угля, фактически получаемого стройками, не до-
пускается.
Стоимость строительных материалов, изделий
и конструкций в каждой зоне строительства на Крайнем Се-
вере устанавливается в ценнике № 1 сметных цен на материалы,
539
Таблица 20.3
Стоимость энергоресурсов по зонам строительства
Крайнего Севера
Зона строительства (населенный пункт) Стоимость энергоресурсов, руб.
электро- энергия, кВт-ч сжатый воздух, м1 вода, м3 пар, т уголь камен- ный, т дрова, м3
Диксон 0,160 0,010 1,10 10,10 36,93 33,89
Амдерма 0,120 0,050 2,30 20,97 67,25 43,55
Черский 0,160 0,040 1,00 24,95 32,78 22,00
Хатанга 0,180 0,050 1,93 24,95 68,65 74,77
Тикси 0,130 0,010 1,34 12,81 15,61 40,17
Певекская зона 0,158 0,025 4,60 43,92 63,36
Магаданская зона 0,087 0,022 0,37 32,81 89,14 22,26
Якутская зона 0,083 0,043 1,52 20,60 10,42 12,14
Камчатская область (I зона) Норильск 0,0297 0,0094 0,0324 — 72,60 12,20
Таблица 20.4
Стоимость нефтепродуктов по зонам строительства
на Крайнем Севере
Зона строительства (населенный пункт) Стоимость 1 т нефтепродуктов, руб.
Бензин Керосин Мазут Масло соляровое Топливо дизельное
Диксон 148,32 236,45 210,32 230,00 120,00
Амдерма 123,48 219,43 192,65 210,00 100,00
Черский 141,40 280,61 268,33 243,66 110,64
Хатанга 260,45 349,12 313,13 238,70 173,84
Тикси 189,98 243,85 170,07 200,00 130,00
Певекская зона 128,00 95,00 82,00 97,00 94,00
Магаданская зона 123,00 90,00 77,00 92,00 89,00
Якутская зона 171,41 109,80 133,53 140,71 140,92
Камчатская область 'I зона) 177,00 133,00 226,00 132,00 130,00
изделия и конструкции, учитывающих транспортные расходы включи*
тельно до приобъектного склада подрядных строительных организа-
ций. При расчете этих цен, затраты на транспорт грузов определены
при помощи «Ценника № 3 сметных цен на перевозку грузов для
строительства» (часть I, раздел 26 ценника № 3 содержит «сметные
цены на тару, упаковку и реквизиты для районов Крайнего Севера),
сборника сметных цен на перевозки тракторами грузов для строи-
тельства в районах Крайнего Севера. Затраты на морские перевозки
грузов установлены по прейскуранту № II—01 «Тарифы на грузовые
перевозки морским транспортом», утвержденному Госкомитетом цен
при Госплане СССР 1 ноября 1966 г. Стоимость морских и речных
перевозок, осуществляемых местным флотом, а также собственным
флотом подрядных организаций, принята по плановым калькуляциям,
утвержденным в установленном порядке.
540
Методика определения сметной стоимости строительных мате-
риалов, изделий и конструкций в разных зонах строительства на
Крайнем Севере имеет свои особенности. Помимо общеустановленных
затрат, исчисление сметных цен на привозные материалы для Край-
него Севера предусматривает учет дополнительных расходов, кото-
рые обусловлены специфическими ценообразующими факторами. Так,
при составлении сметных цен, введенных в действие с 1 января
1969 г., было принято, что основная часть привозных материалов
как закрытого, так и открытого хранения поступает на центральный
склад и оттуда перевозится на приобъектные склады. При калькули-
ровании сметной цены на материалы в условиях Крайнего Севера
дополнительно учтены: морские и тракторные перевозки грузов, ко-
эффициенты к тарифам на автомобильные перевозки в периоды без-
дорожья и по зимникам, расходы на усиленную и специальную тару
и реквизит, расходы на сепарацию при морских перевозках грузов,
поясные коэффициенты, повышающие в 2—3 раза тарифы на авто-
мобильные и тракторные перевозки, наценки снабсбытовых органи-
заций (повышенные против общесоюзного уровня), затраты на хра-
нение грузов, затраты, связанные с потерей активности цемента, и
другие расходы.
Величина некоторых исходных данных, принятых при расчете
сметных цен на материал по зонам строительства, приведена в
табл. 20.5. В западной части Крайнего Севера для каждой зоны
строительства по номенклатуре, необходимой для составления еди-
ничных расценок, разработаны индивидуальные калькуляции сметной
стоимости привозных строительных материалов, изделий и конструк-
ций. Эти калькуляции предусматривают: оптовые цены на промыш-
ленную продукцию; транспортные расходы, включая стоимость мор-
ских перевозок грузов, в том числе погрузочно-разгрузочных работ,
содержания ледоколов, хранения грузов, крепления, вспомогательных
материалов и приспособлений (жесткая и мягкая сепарация); на-
ценки снабженческо-сбытовых организаций; заготовительно-склад-
ские расходы.
Зональные сметные цены на привозные строительные материалы
в Магаданской области не предусматривают отдельный расчет
затрат на внешний транспорт. Эти цены слагаются из следующего:
оптовой (прейскурантной) цены промышленности; наценки снабжен-
ческо-сбытовой организации, в которую входят все транспортные
расходы по доставке материалов от заводов поставщиков до базис-
ных складов (входных) Северо-восточного территориального управ-
ления материально-технического снабжения и сбыта (УМТСиС);
сметной цены на специальную усиленную тару; транспортных расхо-
дов, определяемых в пределах базисной зоны по усредненному
расчету для строек, расположенных на расстоянии до 10—12 км от
базисных складов «снаба» (среднее расстояние 7—8 км). Сметная
стоимость материалов по стройкам в пределах указанных расстоя-
ний исчисляется без надбавок на транспорт. По остальным стройкам,
расположенным в базисной зоне, в сметы включается дополнительная
средневзвешенная по классу грузов стоимость транспортировки при-
возных материалов.
Стоимость всех материалов и конструкций для Якутской АССР
определена на основе транспортных схем для подрядных организа-
ций Минтяжстроя СССР. Для всех привозных материалов приняты
наценки Якутской и Б. Неверской баз Госснаба. Сверх указанных
541
Величина исходных данных, принятых при расчете
по зонам строительства
Наименование исходных данных Якутская АССР
Якутская строительная зона Алданская строительная зона
1. Стоимость «гпрочих материалов», кото- рая в IV части СНиП издания 1956 г. вы- ражена в руб., исчислена с учетом следую- щих поправочных коэффициентов 2,49 2,92
2. Стоимость реквизита при перевозках сборных железобетонных и бетонных изде- лий за 1 м3, руб. 3. Среднегодовое удорожание автомо- бильных перевозок в связи с повышением тарифов иа перевозку грузов: 1,00 1,00
в периоды бездорожья 1,075 1,06
по временным зимникам 4. Усредненные объемные веса лесомате- риалов на 1 м3 в кг 1,20 1,20
Лес круглый хвойных пород 700 700
То же, неокоренный 750 750
То же, сплавной, текущей навигации 820 820
То же, неокоренный 870 870
Лес круглый, лиственничный 840 840
То же, сплавной текущей навигации 920 920
То же, неокоренный 900 900
Пиломатериалы хвойных пород 600 600
То же, лиственничных 700 700
5, Объем тракторных перевозок от об- щего количества грузов, % 6. Сепарация грузов при водных перевоз- ках, руб.: Не предусмотрено 5
генеральных грузов — —
бочковых » - —-
7. Снижение активности цемента в связи с сезонной доставкой Не пред; усмотрено
8. Накладные расходы на стоимость при- готовления полуфабрикатов в построечных условиях, % к заработной плате н/д и/д
542
Таблица 20.5
сметных цен на материалы, изделия и конструкции
на Крайнем Севере
i Магаданская область Якутская АССР, Черский Тюменская область, X-XI кусты строительства Камчатская область
Магаданская базисная зона Певекская базисная зона
1,77 2,68 2,80 1,26 2,33
1,20 1,20 1,20 0,55 0,55
1,10 1,10 1,10
1,20 1,20 — — —
700 700 700 700 700
750 750 • —
820 820 820 •—• —.
870 870 — — —
840 840 840 — —
920 920 920 —
900 900 —
600 600 600 600 600
700 700 По трансп 700 эртным схемам Не предусмотрено
— 0,70 —
— — 3,90 - —
п о оптовой цене на одну марку выше Норма расхода увеличивается на 10%
140,0 140,0 79,5 80 80 543
наценок снабженческо-сбытовых организаций в калькуляциях на
транспорт грузов учтены железнодорожный (водный) тариф от стан-
ции (порта, пристани) отправления по местонахождению склада
снабсбытовой организации до пункта назначения. По грузам, на ко-
торые установлены цены франко-станция (порт, пристань) назначения,
эти затраты в калькуляцию не включались.
Для Камчатки, Сахалина и районов Крайнего Севера Тюменской
области и Красноярского края при составлении средних зональных
цен на материалы, транспортные расходы определены как средне-
взвешенные по зоне. Так, например, для Камчатской области ценники
сметных цен на привозные материалы составлены только для двух
зон: г. Петропавловска-Камчатского и для остальной территории
области, за исключением объектов сельского строительства, располо-
женных в Пенженском, Мильковском, Елизовском районах.
Для объектов строительства в Ханты-Мансийском, Ямало-Ненец-
ком национальных округах, Игарке и Енисейско-Маклаковской
группе (Красноярский край) процесс расчета сметных цен на мате-
риалы упростили путем разрешения использования готовых цен по
ценнику № 1 Госстроя СССР ближайшего территориального района
(для Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого национального округа
Тюменской области — 9 и 18 территориальный район; Эвенкийского
национального округа Красноярского края —14 территориальный
район) с учетом дополнительных транспортных расходов.
Расчет сметных цен на местные материалы, изделия и конструк-
ции в условиях Крайнего Севера значительно затруднен из-за того,
что в прейскурантах оптовых цен на железобетонные изделия
(06—08—01), бетон, раствор, бетонные детали и другие изделия для
строительства (06—14—01), на строительные детали и конструкции
из дерева (07—27—01) и других прейскурантах в территориально-
поясном делении не предусмотрены расположенные за Полярным
кругом районы Красноярского края, Якутской АССР, Магаданской,
Камчатской и других областей и округов. Отсутствие оптовых цен на
продукцию предприятий подрядных строительных организаций в этих
районах вынуждает министерства и ведомства составлять такие
цены специально для сметных расчетов. Поэтому расчетные цены на
местные материалы, отсутствующие в общесоюзных прейскурантах
во всех районах Крайнего Севера, калькулируются индивидуально.
При расчете индексов для отдельных зон сметные цены на местные
материалы калькулируются в таком же порядке, как и для базисных
зон, но для ограниченного набора материалов (40—45 наименова-
ний). Транспортные расходы по доставке местных материалов до
приобъектных складов исчисляются на усредненное расстояние по
каждой зоне. В ценнике № 1 часть IV средних зональных сметных
цен для строительства на территории Камчатской области затраты
по транспортировке местных материалов к приобъектным складам
строительных организаций разработаны для пяти зон промышленно-
гражданского строительства.
§ 20.4. Накладные расходы и плановые
накопления
Нормы накладных расходов установлены на основании Поста-
новления Совета Министров СССР от 2 декабря 1968 г. № 950. Этим
постановлением разрешено на работы, осуществляемые в районах
544
Т а б л и ц а 20.6
Размер повышенных норм накладных расходов, установленных для
подрядных строительных организаций министерств и ведомств,
осуществляющих строительные работы на Крайнем Севере
Министерство, Главное управление, ведомство Подрядная строительная организация В процентах к сметной стоимости прямых затрат
на общестрои- тельные работы на внутрен- ние сантех- нические ра- боты на монтаж металлокон- струкций на крупно- панельное жилищное строительство
Минтяжстрой СССР Главкрасноярск- Трест Якутскстрой 21,9 18,7 10,4
строй Трест Алданстрой 23,3 20,1 11,1 —
СМУ Промстрой 24,4 20,9 11,6 —•
Хаидыгское СМУ 27,2 23,3 13,0 —
СУ Теярудстрой треста 25,5 — —•
Абаканпромстрой СУ № 33 и 35 треста 28,1
Красноярсклеспромстрой в пос. Маклаково ПМК-573 в пос. Байкит 26,1
ПМК-607 в пос. Тура 25,6 — —
ПМК-608 в г. Дудиика 30,0 — — —
СУ Йгарстрой в г. Игарка Комбинат Печоршахто- 21,8 —- — —
Главсевзаптяж- 28,0 — — 22,4
строй Главмурманск- строй Трест Мурмаискпром- 23,9 * __ 19,1
строй строй Трест Мурманскжилстрой 23,2 — 18,5
Трест Ковдорстрой 23,9 — — —
Трест Печенганикель- строй Трест Кольстрой 23,9 — — —
24,3 — —
Главдальстрой Трест Апатитстрой 24,3 — 19,4
Строительный трест № 35 23,2 — —
(г. Хабаровск) Строительный трест № 508 23,2 18,6
(г. Советская Гавань) Трест Камчатжилстрой 24,0 — 19,2
(г. Петропавловск-Камчат- ский) Пройзводственно-строи- 26,2 21,0
тельиое объединение Саха- линстрой (г. Южно-Саха- линск) Производствеино-строи- 26,0 22,3 12,4 20,8
тельиое объединение Северо- востокстрой (г. Магадан) Строительный трест Кам- 25,1
чатрыбетрой (г. Петропав- ловск-Камчатский) Трест Камчатпромстрой 26,1 —
Минцветмет (г, Петропавловск-Камчат- ский) Управление Магаданцвет- 23,4 19,37 10,79 —
метстрой союзного произ- водственного объединения Северовостокзолото Комбинат Джугджурзолото 23,1 19,2 10,7 -
545
Продолжение
В процентах к сметной стоимости прямых затрат
Министерство, Главное управление, ведомство Подрядная строительная организация на общестрои- тельные работы на внутрен- ние сантех- нические ра- боты на монтаж металлокон- струкций на крупно- панельное жилищное строительство
Минцветмет Министерство угольной про- мышленности СССР Минморфлот Арктикстрой Минсельстрой РСФСР Министерство энергетики и электрификации Комбинат Индигирзолото ГОК. пос. Депутатский Рудник Эге-Хая Алданзолото Якутский стройучасток Трест Северовостокуголь при внутриподрядном спо- собе То же, при хозяйственном способе Горные работы при хозяй- ственном способе, г. Норильск На крупнопанельное, домостроение На горно-капитальные работы Диксонстрой Тиксистрой Колымстрой Певекстрой Провиденстрой Анадырьстрой Трест Магадаисельстрой Трест Якутсельстрой Строительство Магадан- ской ТЭЦ Строительство Аркагалин- ской ГРЭС Чукотэнергострой 20,1 19,0 17,7 16,0 19,2 25,4 21,8 24,00 21,3 17,4 26,8 20,1 19,4 19,4 19,4 21,7 24,0 27,0 27,2 27,1 25,0 23,0 16,6 15,7 14,9 14,9 15.9 21,3 20,9 19,8 24,0 23,1 23,1 23,1 25,9 20,3 20,4 •22,8 22,6 20,8 9,3 8,8 8,3 8,3 8,8 11,8 Н.7 13,4 12,9 12,9 12,9 14,4 11,3 11,4 12,7 12,6 11,6 11,0
Крайнего Севера, утверждать по согласованию со Стройбанком
СССР повышенные нормы накладных расходов. Методика их расчета
рекомендована в инструктивном письме Стройбанка СССР № 19 от
22 января 1969 г.
Размер повышенных накладных расходов по подрядным строи-
тельным организациям, введенных в действие с 1 января 1969 г.,
приведен в табл. 20.6.
При определении повышенных норм накладных расходов на
монтаж металлоконструкций, внутренние санитарно-технические и
буровзрывные работы по стройкам на Крайнем Севере принимается
соотношение между установленной повышенной нормой накладных
расходов на строительные работы соответствующим строительным
организациям и средней нормой накладных расходов на строитель-
ные работы по министерству или ведомству. Для всех исполнителей
монтажных и специальных строительных работ с 1 января 1969 г.
установлены единые предельные нормы накладных расходов, кото-
рые приведены в табл. 20.7.
546
В нормах накладных расходов на монтажные и специальные
строительные работы не предусмотрены затраты, связанные с ко-
мандированием работников, при осуществлении работ в районах
Крайнего Севера. Они определяются от стоимости монтажных работ,
Таблица 20.7
Предельные нормы накладных расходов на монтажные
и специальные строительные работы (в % к основной
заработной плате рабочих)
Наименование работ Предельная норма накладных расходов
Монтаж оборудования Прокладка и монтаж междугородных линий связи Прокладка и монтаж городских и сельских сетей связи, а также устройство сигнализации, блокировки и связи на железных дорогах Монтаж оборудования радиообъектов Электромонтажные работы 70 144 91 98 75
с учетом материалов, не учтенных ценниками на монтаж оборудова-
ния, сверх 12% к основной заработной плате рабочих, предусмотрен-
ной нормами накладных расходов. Для всех видов строительных и
монтажных работ установлена единая норма плановых накоплений в
размере 6% от сметной стоимости прямых затрат и накладных рас-
ходов.
§ 20.5. Определение стоимости
дополнительных затрат
В сводной смете к техническому или технорабочему проекту, кро-
ме стоимости строительных работ по единичным расценкам, учиты-
вается ряд неизбежных по условиям осуществления строительства
дополнительных затрат, которые предусматриваются действующими
законоположениями. Перечень и размер этих работ и затрат, и поря-
док их исчисления при составлении сметной документации приве-
дены в табл. 20.8.
Размер затрат по снегоборьбе в районах Крайнего Севера при-
веден в табл. 20.9 в % от стоимости строительно-монтажных работ
по главам 1—9.
В западной части прибрежной зоны Крайнего Севера размер
расходов по снегоборьбе принимается 1% от сметной стоимости
строительно-монтажных работ. На северо-востоке действуют нормы
по снегоборьбе, разработанные проектным институтом Дальстрой-
проект в Магадане, которые предусматривают: для побережья Чу-
котского моря до Чаунской губы и внутренних районов Чукотского
полуострова — 0,78%; для побережья Берингова и Чукотского мо-
рей, включая Анадырь, Берингово, Певек и др. —1,32%.
547
Таблица 20.8
Перечень прочих работ и затрат, включаемых в главу 9
сводных смет на строительство зданий и сооружений
в районах Крайнего Севера
Наименование работ и затрат
Условия определения
размера затрат
Размер,
%
А. Затраты, относящиеся к строительно-монтажным работам
1. Затраты, связанные с произ-
водством строительных и монтаж-
ных работ в зимнее время
2. Затраты по очистке от снега
подъездных безрельсовых дорог
к строительным площадкам и
первоначальной очистке от снега
площадей застройки объектов
строительства, начинаемых в зим-
ний период, в соответствии с п. 8
<а» вводной части ВНДЗ-69
3. Затраты по снегоборьбе в райо-
нах Крайнего Севера, в местно-
стях, приравненных к ним в соот-
ветствии с п. 8 «б» вводной части
ВНДЗ-69
4. Затраты на временное отопле-
ние для сушки мокрой штукатурки
при высококачественной отделке
жилых и культурно-бытовых зда-
ний в районах с устойчиво влаж-
ным климатом, в соответствии с
п. 7 вводной части и п. 4 вводных
указаний главы 2 ВНДЗ-69 для:
VI температурной зоны
VII » »
VIII -» *
5. Затраты по очистке территории
строительства и вывозке строи-
тельного мусора в соответствии
с табл. 1 письма Госстроя СССР
№ 54-4 от 26.12.1968 г.
а) объекты жилищного, культур-
но-бытового назначения, учрежде-
ния здравоохранения и объекты
коммунального хозяйства из кир-
пича, блоков и местных материалов
То же, для крупнопанельного
строительства
б) объекты промышленного строи-
тельства (основного и вспомогатель-
ного назначения) из кирпича, бло-
ков и местных материалов
То же, для крупнопанельного
строительства
6. Затраты на первогодичный
(послеосадочный) ремонт деревян-
ных зданий
По видам строительства
по нормам табл. 3 ВНДЗ-69
Расчетом, исходя из про-
тяженности подъездных
дорог и площадей застрой-
ки; стоимость работ опре-
деляется по ЕР
В процентах от стоимости
строительно-монтажных ра-
бот по главам 1 — 8 согласно
табл. 12
От стоимости строительно-
монтажных работ жилых и
культурно-бытовых зданий,
с учетом затрат на допол-
нительный транспорт мест-
ных материалов
От сметной стоимости
строительно-монтажных ра-
бот
0,5
0,7
0,8
По главам 1-6 0,15
По главам 1-6 0,05
По главам 1-8 0,15
По главам 1-8 0,10
От сметной стоимости 1,00
строительно-монтажных ра-
бот
648
Продолжение
Наименование работ и затрат Условия определения размера затрат Размер, %
Б. Затраты, не относящиеся к строительно-монтажным работам
7. Затраты на содержание улич- ной полосы для объектов жилищ- ного. культурно-бытового назна- чения, учреждений здравоохранения и объектов коммунального хозяй- ства, в соответствии с табл. 1 письма Госстроя СССР № 54—4 от 26.12.1968 г. (в городах) От сметной стоимости строительно-монтажных ра- бот, по главам 1—6, кроме объектов, стоимость которых определяется по прейску- рантам 0,35
8. Затраты на научно-исследо- вательские работы, предусмотрен- ные техническим проектом на строи- тельство капитальных зданий и сооружений Расчетом —
9. Затраты, связанные с приме- нением сдельно-премиальной сис- темы оплаты труда рабочих в соот- ветствии с п. 17 «в» указаний по применению ЕРЕР —69 От стоимости строительно- монтажных работ, по гла- вам 1 — 8 1,00
10. Затраты, связанные с коман- дированием квалифицированных рабочих и ИТР для производства работ по монтажу оборудования и электромонтажным работам, в со- ответствии с п. 2. Постановления Госстроя СССР № 121 от 31.12.1963 г. По главам 1—8* от стоимо- сти монтажных работ, с уче- том материалов, не учтен- ных ценниками на монтаж оборудования, сверх 12% к основной заработной плате предусмотренных нормами накладных расходов 1.5
11. Затраты, вызываемые пере- движным характером работ в соот- ветствии с примечанием к прило- жению № 1 Постановления Совмина СССР № 950 от 2.12.1969 г. От стоимости строительно- монтажных работ по гла- вам 1-8 0,15
12. Затраты, связанные с допла- той за воинские звания и выслугу лет, в соответствии с примечанием к приложению № 1 Постановления Совмина СССР № 950 от 2.12.1968 г. От стоимости строительно- монтажных работ по гла- вам 1—9
13. Затраты, связанные с возме- щением расходов на организован- ный набор рабочих, в соответствии с Постановлением Госстроя СССР № 4—550 от 24.2.1969 г. Расчетом, согласно указа- нию Госстроя СССР в том случае, если он имеет место на данной стройке
14. Затраты, связанные с выпла- той установленных специальными решениями правительства СССР надбавок за работу в районах Крайнего Севера и в отдельных местностях, приравненных к райо- нам Крайнего Севера, в соответ- ствии с примечанием к приложению № 1 Постановления Совмина СССР № 950 Расчетом на основании отчетных данных подрядных организаций за истекший период
15. Возмещение затрат на пере- дислокацию военно-строительных отрядов и строительных организа- ций От стоимости строительно- монтажных работ по гла- вам 1—9 1.0
549
Таблица 20.9
Размер затрат на снегоборьбу в районах Крайнего Севера
Позиции прило- жения 1ВНДЗ- 69 Темпера- турная зона Размер затрат, % Наименование республик, краев и областей
3 «а» VI 0,9 Красноярский край: территория, ограни- ченная линией Диксон — восточный берег Енисейского залива —Караул —Малышевка — Хантайка — оз. Онека (включительно), 65-й параллелью и западной границей края
3 «б» VI 0,8 Территория, расположенная южнее 65-й параллели, между линиями оз. Онека (иск- лючительно) — Уча ми — Стрелка (включите- льно) и северо-восточной границей Том- ской области — Подтесово — Мотыгино— Чу- нояр (включительно)
3 V 0,5 Территория южнее северо-восточной гра- ницы Томской области—Подтесово — Мо- тыгино — Чунояр
3 VIII 1,2 Территория Эвенкийского национального округа, расположенная севернее линии Курейка — оз. Онека — Учами — Стрелка — Чуня —восточная граница округа и терри- тория Таймырского (Долгано-Ненецкого) национального округа, расположенного южнее линии Караул (исключительно) — оз. Пясино — оз. Аян (включительно)
«Д» VIII 13 г. Норильск, Дудинка, Ессей Таймырский (Долгано-Ненецкий) нацио- нальный округ восточнее лиинн Диксон — восточный берег Енисейского залива—Ка- раул и севернее линии Караул —оз. Пя- сино—оз. Аян, далее на границе округа и ближайшие острова (архипелаг Северная Земля и др.)
«е» IX 1,5
4 V 0,3 Приморский край; территория севернее или западнее линии Спасск — Дальний — Арсеньев — Чугуевка — Кавалерово —Тетюх (рудник) — Синонча —Ясная поляна — Агеу (включительно)
6 <а» VI 0,8 Хабаровский край: территория южнее 60-й параллели и севернее линии Баладек— Усолгин—Маго (включительно)
6 «б» V ол Территория южнее линии Баладек — Усол- гин— Маго и севернее линии Облучье — Комсомольск-иа-Амуре — Маринское
6 V 0,4 Территория южнее линии Облучье —Ком- сомольск-на-Амуре —Маринское
6 «г» IX 1,2 Территория севернее 60-й параллели
7 «а» VI 0,8 Амурская область: территория северне^ линии Ерофей Павлович — Невер —Баладек (включительно)
7 «б» V 0,5 Территория южнее линии Ерофей Павло- вич— Невер — Баладек, район строитель- ства Зейской ГЭС
3 «а» VI 0,9 Архангельская область: территория во- сточнее 60-го меридиана
8 «б» V 0,3 Территория западнее 60-го меридиана и восточнее линии Мезень — Вожго^а
8 «Е» VIII 1,4 Остров Новая Земля
8 «г» VIII 1,6 Остров Земля Франца Иосифа
18 «а» VI 0,8 Иркутская область: территория южнее 32-й параллели и севернее линии КоидрД- тьево — Братск — Ба янда й —Коса (включи- тельно)
550
Продолжение
Позиции прило- жения 1ВНДЗ-6С Темпера- турная зона Размер затрат, % Наименование республик, краев и областей
18 «б» V 0,5 Территория южнее линии Кондратьево — Братск — Баяндай— Коса
18 «в» VIII 1,1 1,0 Территория севернее 62-й параллели
22 «а» VII Камчатская область: территория Север» нее линии Тымлот — Лесная
22 «б» VI 0,8 Территория южнее линии Тымлот —Лес» ная (включительно) и севернее Хайлюля-» Аманино (включительно)
, 22 «в» V 0,5 Территория южнее линии Хайлюля-» Аманино и севернее линии Белоголовое—* Эссо — Еловка (включительно)
31 «а» VII 0,9 Магаданская область: территория, огра» ниченная с юга Охотским морем, с юго» востока—заливом Шелихова, с севера — линией, проходящей через пункты: Парель—* Меренга (включительно)—Атка —Мадаун -» юго-западная граница области
31 «6» VIII 1,2 Территория, расположенная севернее линии Шепетково (включительно) по р. Олой до северо-западной границы Кам- чатской области
31 «в» IX 1,3 Территория, расположенная к северу от линии Парель—Меренга (исключительно) Атка —Мадаун (включительно) — юго-за- падная граница области и южнее линии Шепетково по р. Олой до границы Камчат- ской области
33 «а» VI 0,7 Мурманская область: территория плато Расвум-Чорр (район строительства апатито- нефелинового рудника «Центральная»)
51 «а» VI 0,9 Тюменская область; территория севернее 65-й параллели
51 «б» | 57 «а» VI 0,8 Территория южнее 65-й параллели и севернее линии Саранкауль — Хангокурт — Ханты-Мансийск — Таурово —Ларломкины (включительно)
VI 0,8 Бурятская автономная республика: терри- тория северо-восточнее линии Сосновка — Мухор—Кондуй (включительно)
62 «а» VI 0,8 Коми АССР: территория восточнее 60-го меридиана и севернее Полярного круга
| 62 «б» VI 0,8 Территория восточнее 60-го меридиана и южнее Полярного круга
62 «в» V 0,5 Территория западнее 60-го меридиана и севернее линии Вожгора —Нижняя ВоЧ (включительно)
1 67 V 0,5 Тувинская автономная республика
71 «а» X 1,5 Якутская автономная республика: Вер- хоянский, Момский, Оймяконский и Том- понский районы
1 71 «б» IX 1,5 Новосибирские острова
в 71 «в» IX 1,3 Абыйский, Амгинский, Булунский, Верх- неколымский, Жиганский, Оленекский, Усть-Янский районы и г. Якутск
!' 71 «г» IX 1,2 Алексеевский, Верхневилюйский, Вилюй- ский, Горный, Кобянский, Ленинский, Маги- но-Канголесский, Мирнинский, Намский.Орд- жоникидзовский, Усть-Алданский, Усть-Май- ский и Чуранскинский районы, Сунтарский
71 «д» VIII 1,2 Аллаиховский, Анабарский, ~ Нижнеко- лымский и Среднеколымский районы
71 «а» VI 0,8 Алданский, Ленский иОлекминский районы
551
i
Прочие работы и затраты, предусматриваемые в сводный
сметах, включаются в следующие графы: дополнительные затраты
на производство работ в зимнее время —в 4? 5, 8, расходы пб
вывозке строительного мусора — в 4, 8, послеосадочный ремой,
деревянных зданий — в 4, 8, затраты по снегоборьбе — в 4, 8»
затраты, связанные с применением льгот и доплат!— в 74 8, за*
траты по организованному набору — в 1У 8.
СПРАВОЧНИК по СТРОИТЕЛЬСТВУ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
Редактор издательства Н. Н. Днепрова
Обложка художника С. Е. Шиблера
Технический редактор Г. С. Слауцитайс
Корректоры И. И. Кудревич, И. Г. Баранова
Сдано в набор 2.06.76. Подписано к печати 27.01.77. М-09041. Формат 84Х108/32 .’
Бумага типографская № 1. Усл. печ. л. 29. Уч.-изд. л. 37,58. Тираж 20000 экз
Изд. № 1652 Л. Заказ № 190. Цена 2 р. 29 к.
Стройиздат. Ленинградское отделение
191011, Ленинград, пл. Островского, Д. 6.
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типография № 2
имени Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при. Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли 198052, Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29,
2р.29
с
Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах