Расчет нормативной глубины сезонного промерзания

 

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_f,n, м, определяется по формуле

 

,

 

– где d'_f -наибольшая глубина сезонного промерзания грунта в годовом периоде, м, устанавливаемая по данным натурных наблюдений в соответствии с ГОСТ 24847;

– T_f,m и t_f,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330;

– T_f и t_f - соответственно средняя температура воздуха, °С, за период отрицательных температур и продолжительность этого периода, ч, в год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным.

При отсутствии данных натурных наблюдений нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_f,n, м, определяется по формуле:

 

, (4.9)

где q ₂ – количество тепла, выделяемое при замерзании воды, Вт∙ч/м³, ккал/м³, Дж/м³.

 

q ₂ = L_n – 0,5 C_f (T_f,m – T_bf), (4.10)

 

здесь L_n – удельная теплота замерзания грунта, Вт×ч /м³, Дж/м³, ккал/м³, определяемая по формуле 3.26 при температуре грунта = 0,5(T_f,m – T_bf), ° С.

В случаях, когда предусматриваются вертикальная планировка территории подсыпкой, регулирование поверхностного стока и другие мероприятия, приводящие к понижению уровня подземных вод, значения теплофизических характеристик при расчете нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов по формулам (4.4) и (4.9) следует принимать при влажности грунта, равной:

для крупнообломочных грунтов....	0,04
" песков (кроме пылеватых).......	0,07
" песков пылеватых.....................	0,10
" глинистых грунтов…………...	wp + 0,5 Ip
" заторфованных грунтов...........	1,1 wp,

где I_p и w_p – соответственно число пластичности и влажности грунта на границе пластичности.

Пример расчета глубины сезонного оттаивания грунтов. Необходимо определить глубину сезонного оттаивания грунтов для района г. Уренгой. Средняя летняя температура воздуха по данным многолетних наблюдений Т_th,m =10,1ºC. Продолжительность летнего периода – t_th,m =2920 ч. Грунт представлен суглинком, суммарная влажность грунта w_tot =0,3 д.е.; влажность за счет незамерзшей воды w_w= 0,08 д.е.,плотность сухого грунта r_d= 1400 кг/м³.Коэффициент теплопроводности талого и мерзлого грунта равны λ_th = 1,45 Вт /(м^·ºС), λ_f = 1,57 Вт /(м^·ºС);соответственно объемная теплоемкость С_th= 835 Вт·ч/(м³ºС), С_f= 603Вт·ч/(м³ ºС).Среднегодовая температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд T₀= –2ºC, температура начала замерзания T_bf = –0,2ºC. Понижение уровня грунтовых вод на участке не предусмотрено.

По формуле T_th,c = 1,4 T_th,m + 2,4 °C определяем расчетную температуру поверхности грунта в летний период:

Т_th,с =1,4·10,1+2,4 =16,5ºC.

Значение средней температуры грунта слоя сезонного промерзания за летний период определяется по формуле 4.7:

.

Предварительно определяется расчетная продолжительность летнего периода по формуле:

t_th,с =1,15 t_th,m + 0,1 t₁ =1,15·2920+0,1·3600=3718 ч.

При средней температуре и объемной теплоемкости мерзлого грунта, равной 603Вт·ч/(м³ºС), по табл. 4.5 значение коэффициента k_m равно 4,5.

Определяем теплоту таяния грунта (затраты тепла на фазовые переходы) по формуле 3.26:

L_n = L ₀(w_tot – w_w) r_d =93·(0,3–0,08)·1400 = 28644 Вт·ч/м³.

По формуле 4.5 определяем значение Q:

По формуле 4.6 определяем среднее значение q₁:

Нормативная глубина сезонного оттаивания определяется по формуле 4.4:

Пример расчета нормативной глубины промерзания грунтов. Требуется определить нормативную глубину сезонного промерзания грунтов для района г. Москвы. По данным многолетних наблюдений, согласно СП 131.13330, средняя температура воздуха за период отрицательных температур T_f,m =-6,6ºС. Продолжительность зимнего периода t_f,m= 3500 ч. Грунт представлен песком, суммарная влажность грунта w_tot =0,07,влажность за счет незамерзшей воды w_w= 0. Плотность сухого грунта r_d =1600 кг/м³. Температура начала замерзания грунта T_bf= 0º C. Коэффициент теплопроводности мерзлого грунта λ_f= 1,62Вт/(м^·ºС);объемная теплоемкость С_f= 489Вт·ч/(м³ºС).

По формуле 3.26 определяем удельную теплоту замерзания грунта (затраты тепла на фазовые переходы)

L_n = L ₀(w_tot – w_w) r_d =93·(0,07–0)·1600 = 10416 Вт·ч/м³.

По формуле (4.10) определяем значение

q ₂ = 10416,0 – 0,5·489,0(-6,6-0,0)=12029,7 Вт·ч/м³.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_f,n, м, определяется по формуле 4.9: