RU2405887C2 - Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды - Google Patents
Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405887C2 RU2405887C2 RU2009104123/03A RU2009104123A RU2405887C2 RU 2405887 C2 RU2405887 C2 RU 2405887C2 RU 2009104123/03 A RU2009104123/03 A RU 2009104123/03A RU 2009104123 A RU2009104123 A RU 2009104123A RU 2405887 C2 RU2405887 C2 RU 2405887C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- depth
- soil
- penetration
- freezing
- territory
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к строительству, в частности к строительству фундаментов и подземных инженерных сооружений на застраиваемой территории с высоким уровнем подземной грунтовой воды. Способ определения температуры грунта по глубине промерзания характеризуется тем, что на проектируемой для строительства объекта территории, при выполнении инженерно-геологических изысканий, определяют тип грунта, его влажность, влажность на границе пластичности, число пластичности, плотность сухого грунта для слоев, в пределах сезонного промерзания грунта, затем находят расчетное значение проникания 0°С в грунт требуемой обеспеченностью под снежным покровом или без него по приведенной зависимости. Определяют распределение отрицательной температуры грунта по глубине промерзания графически, для этого сначала, по известным значениям распределения отрицательной температуры грунта по глубине промерзания на посту наблюдения, вычисленное с требуемой обеспеченностью для каждого интервала, равного 0,4 м, начиная с глубины 0,8 м, по глубине промерзания строят график. Затем по оси ординат, при Т=0°С, откладывают расчетные значения глубины проникания 0°С в грунт для застроенной территории с той же обеспеченностью, что и для поста наблюдений, из этой точки проводят параллельную линию к ранее полученному графику, в пределах каждого интервала по глубине промерзания, и полученный график будет соответствовать фактическому распределению отрицательной температуры грунта по глубине промерзания для застроенной территории с высоким уровнем грунтовой воды. Технический результат состоит в обеспечении снижения материалоемкости и трудоемкости при возведении сооружений, а также в оптимизации расчетов при строительстве на застраиваемых территориях с высоким уровнем грунтовых вод. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области строительства, в частности к строительству фундаментов и подземных инженерных сооружений на застраиваемых территориях с высоким уровнем грунтовых вод.
Известно, что при проектировании фундаментов, инженерных сетей хозфекальной канализации и водоснабжения, ливневой и дренажной канализаций, газоснабжения и городских дорог и проездов за нормативную глубину сезонного промерзания грунта принимается среднее из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке, при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов, а при отсутствии данных многолетних наблюдений предлагается нормативную глубину промерзания определить по эмпирической формуле или по теплотехническому расчету [1].
Недостатком этих указаний является отсутствие многолетних данных наблюдений за глубиной промерзания грунта для оголенной от снега поверхности, а также неучет высокого уровня грунтовой воды и вызванное этим увеличение влажности и изменение плотности и теплопроводности грунтов на застроенных территориях. Кроме того, нет указаний по определению распределения отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания для теплотехнических расчетов при прокладке подземных коммуникаций в толще промерзаемого грунта и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистом грунтовом основании при высоком уровне грунтовой воды.
Известно, что распределение отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания и максимальное проникание 0°С в грунт определяют по многолетним наблюдениям на стационарных постах агрометеостанций, обычно расположенных на окраинах крупных городов и населенных пунктов, до глубины 3,2 м и более, с интервалом 0,4 м [2].
Используя многолетние наблюдения (30-60 лет) за распределением отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания [2], можно построить их графики с требуемой доверительной вероятностью (обеспеченностью) под не очищенной и (при наличии) - под очищенной от снега поверхностями (см. фиг.1 и фиг.2, графики 1-3).
Однако гидрогеологические условия застроенной территории городов и населенных пунктов значительно отличаются от гидрогеологических условий грунтов у наблюдательных постов, где уровень грунтовых вод значительно ниже глубины сезонного промерзания, а влажность грунтов, например для Омской области, не превышает W≤0,12-0,18. На застроенных территориях населенных пунктов, в большинстве случаев, уровень грунтовых вод равен или выше глубины сезонного промерзания, соответственно, влажность грунтов значительно выше, чем у постов наблюдения, а их плотность и теплопроводность отличаются от плотности и теплопроводности последних.
Как показывают натурные исследования за распределением отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания на территории города последние значительно отличаются от данных наблюдений на посту гидрометеослужбы, расположенной на окраине города [3].
Так, средняя многолетняя глубина промерзания грунта из суглинка у наблюдательной скважины на окраине г.Омска, под снежным покровом, при влажности грунта W=0,15 и при уровне грунтовых вод от поверхности земли более 5 м, составляет 
а для супеси: 
(в ближайшем населенном пункте) [2].
Глубина промерзания грунта под снежным покровом в микрорайоне по ул. Омской, где в пределах глубины промерзания залегают суглинки и уровень грунтовых вод находится на глубине 1,3-1,5 м от поверхности земли, а влажность грунта была W=0,25, составила в среднем за три года 1,22 м [3].
Глубина промерзания грунта под снежным покровом в микрорайоне «Восточный», где в пределах глубины промерзания залегают супеси и уровень грунтовых вод составил 0,8-1,3 м от поверхности земли, а влажность W=0,17, достигла, в среднем, 1,5 м. Таким образом, глубина промерзания грунта на застроенной территории оказалась меньше, чем у поста наблюдений, примерно на 30% для суглинка и для супеси.
Используя данные многолетних наблюдений постов агрометеостанций и натурные исследования за распределением отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания, автором предложены аналитические формулы (1-2) для определения расчетной глубины проникания 0°С в грунт [3] для застроенных территорий, которые выражаются уравнениями:
где df,с и df,0 - соответственно расчетные величины глубины проникания 0°С в грунт требуемой обеспеченности для застроенной территории под неочищенной и очищенной от снега поверхностями;
Kdf - коэффициент, учитывающий отличительные условия промерзания грунта на территории с высоким уровнем грунтовых вод и определяемый по формуле:
где 
и λf - соответственно теплопроводность мерзлого грунта на посту наблюдения и для проектируемой территории населенного пункта, Вт/(м·°С), определяемые по табл.3 Приложения 1 [4];
где: 
L0=3,35-105 Дж/кг (80 ккал/кг) - удельная теплота фазовых превращений «вода-лед» в расчете на единицу массы;
Ww - влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды, дол. ед;
Kw - коэффициент, принимаемый по табл.1 Приложения 1 [4];
Wp - влажность грунта на границе пластичности, определяемая для поста наблюдения и для конкретной площадки проектирования при инженерно-геологических изысканиях, дол. ед;
pd - плотность сухого грунта (скелет грунта) для поста наблюдения и проектируемой территории, кг/м3.
Распределение отрицательной температуры грунта по глубине промерзания определяется графически. Для этого сначала по известным значениям распределения отрицательной температуры грунта по глубине промерзания на посту наблюдения, вычисленным с требуемой обеспеченностью для каждого интервала, равного 0,4 м (начиная с глубины 0,8 м), строят график. Затем по оси ординат, при Т=0°С, откладывают расчетное значение глубины проникания 0°С для застроенной территории с той же обеспеченностью, что и для поста наблюдений, вычисленное по формулам (1-4); из этой точки проводят параллельные линии к ранее полученному графику, в пределах каждого интервала глубины промерзания (см. фиг.1 и фиг.2 - графики 1′-3′). Полученный график будет отражать фактическое распределение отрицательной температуры грунта по глубине промерзания для застроенной территории с высоким уровнем грунтовой воды.
Предлагаемый способ определения распределения отрицательной температуры грунта по глубине промерзания и максимальной глубины проникания 0°С в грунт для застроенной территории с высоким уровнем грунтовой воды позволяет:
- уменьшить глубину заложения фундаментов, сетей водоснабжения, хозфекальной, ливневой и дренажной канализации, газоснабжения;
- оптимизировать толщину теплоизоляции теплотрассы, а также водонесущих коммуникаций, прокладываемых в толще мерзлых грунтов;
- оптимизировать толщину конструкции автомобильных дорог и внутримикрорайонных проездов;
- оптимизировать теплоизоляцию стен и покрытия тоннелей при их неглубоком заложении;
- сократить нормативные сроки устранения аварий на сетях водоснабжения;
- определить расчетную толщину твердомерзлого грунта при проектировании фундаментов на пучинистых грунтовых основаниях.
Пример расчета.
1. Исходные данные.
Для поста стационарного наблюдения гидрометеослужбы за глубиной промерзания грунтов в г.Омске [2] известны следующие физические характеристики грунтов:
- расчетная - средняя многолетняя глубина промерзания грунта под снежным покровом равна 
- то же для очищенной от снега поверхности 
теплопроводность промерзаемого грунта 
количество холода, необходимое для промораживания свободной воды в 1 м3 грунта 
средняя температура грунта по глубине промерзания Т=-6°С.
По данным инженерно-геологических изысканий для площадки строительства известно, например, что по глубине сезонного промерзания залегает мягко-пластичный суглинок со следующими физическими характеристиками:
природная влажность - W=0,25;
влажность на границе раскатывания - Wp=0,18;
влажность на границе текучести - WT=0,32;
число пластичности - Jp=(WT-Wp)=(0,32-0,18)=0,14;
плотность сухого грунта - Pd=1600 кг/м3.
Теплопроводность мерзлого грунта, при Pd=1600 кг/м3 и W=0,25, по табл.1 Приложения [4], равна: 
2. Определение фактической глубины промерзания грунта на строительной площадке под снежным покровом (df,c) и без него (df,0).
По формуле (4) определяем влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды (дол. ед):
где коэффициент Kw=-0,48 (определяется по табл.1 Приложения [4]).
По формуле (3) определяем количество холода, необходимое для промораживания свободной воды в грунте объемом в 1 м3:
По формуле (2) определяем коэффициент:
Тогда средняя глубина промерзания грунта под снежным покровом составит:
To же для очищенной от снега:
Далее, по известным значениям глубины промерзания, графически определяем распределение отрицательной температуры грунта по глубине промерзания для проектируемой площадки (см. фиг.1 и фиг.2 на графиках 1/÷3/) с требуемой по расчету вероятностью.
Литература
1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М.: Минстрой России ГП ЦПП, 1995. - 49 с.
2. Справочник по климату СССР. Вып.17. Метеорологические данные за отдельные годы. 4. VIII т.2. Температура почвы. - Омск.: Изд-во Омского управления гидрометеорологической службы, 1977. - 365 с.
3. Абжалимов Р.Ш. К определению расчетных значений распределения отрицательной температуры грунтов по глубине промерзания // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2007, №1. - с.26-30.
4. СниП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1997. - 51 с.
Claims (1)
- Способ определения температуры грунта по глубине промерзания, характеризующийся тем, что на проектируемой для строительства объекта территории при выполнении инженерно-геологических изысканий определяют тип грунта, его влажность, влажность на границе пластичности, число пластичности, плотность сухого грунта для слоев, в пределах сезонного промерзания грунта, затем находят расчетное значение проникания 0°С в грунт требуемой обеспеченностью под снежным покровом или без него по формулам:
гдеи
- соответственно расчетные величины глубины проникания 0°С в грунт под снежным покровом или без него, определенные по многолетним наблюдениям на посту гидрометеослужбы для данного населенного пункта требуемой по расчетам обеспеченностью, м;
df,c и df,0 - то же и соответственно расчетные значения глубины проникания 0°С в грунт под снежным покровом и без него на застроенной территории, м;
Kdf - коэффициент, учитывающий отличие влажности, плотности и теплопроводности сухого грунта на застроенной территории от грунта на посту наблюдения и определяемый по формуле:
где λf и- соответственно теплопроводность мерзлого грунта на посту наблюдения и для проектируемой территории населенного пункта, Вт/(м·°C);
и qf - соответственно количество холода, необходимое для промораживания свободной воды в 1 м3 грунта для поста наблюдения и проектируемой территории (Дж/м3), после чего определяют распределение отрицательной температуры грунта по глубине промерзания графически, для этого сначала по известным значениям распределения отрицательной температуры грунта по глубине промерзания на посту наблюдения, вычисленным с требуемой обеспеченностью для каждого интервала, равного 0,4 м, начиная с глубины 0,8 м, по глубине промерзания строят график, затем по оси ординат при Т=0°С откладывают расчетные значения глубины проникания 0°С в грунт для застроенной территории с той же обеспеченностью, что и для поста наблюдений, вычисленные по формулам (1-2); из этой точки проводят параллельную линию к ранее полученному графику в пределах каждого интервала по глубине промерзания, и полученный график будет соответствовать фактическому распределению отрицательной температуры грунта по глубине промерзания для застроенной территории с высоким уровнем грунтовой воды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104123/03A RU2405887C2 (ru) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009104123/03A RU2405887C2 (ru) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009104123A RU2009104123A (ru) | 2010-08-20 |
| RU2405887C2 true RU2405887C2 (ru) | 2010-12-10 |
Family
ID=46305113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009104123/03A RU2405887C2 (ru) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2405887C2 (ru) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113515877B (zh) * | 2021-03-11 | 2023-12-29 | 中国市政工程中南设计研究总院有限公司 | 一种基于高斯过程机器学习的超大盾构断面冻结土体温度特性寻优方法及装置 |
| CN113588912B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-10-20 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种现场模拟冻结土壤环境的仿真系统和方法 |
| CN117054315B (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-09 | 东北林业大学 | 一种冻土渗透系数测量系统 |
| CN117540132B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-02 | 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 | 一种基于星-地观测的多年冻土活动层厚度估算方法 |
-
2009
- 2009-02-06 RU RU2009104123/03A patent/RU2405887C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. - М., 1990. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009104123A (ru) | 2010-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2405887C2 (ru) | Способ определения температуры грунта по глубине промерзания при высоком уровне грунтовой воды | |
| CN105678652A (zh) | 基于gis与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统 | |
| Varlamov | Thermal monitoring of railway subgrade in a region of ice-rich permafrost, Yakutia, Russia | |
| Bagdat et al. | Freezing characteristics of a highway subgrade. | |
| Kotov et al. | Building stability on permafrost in Vorkuta, Russia | |
| Yu et al. | Influence of urbanization on permafrost: a case study from Mohe County, northernmost China | |
| RU2324032C1 (ru) | Дорожная насыпь на вечномерзлых грунтах | |
| CN102587399B (zh) | 寒区涎流冰防治结构 | |
| Teltayev et al. | Temperature and moisture in highways in different climatic regions | |
| Khaire et al. | Material Performance of Vertical Surfaces and its Effects on Outdoor Thermal Comfort: Case of Hot and Dry Regions | |
| Burgonutdinov et al. | Experimental studies of physical and mechanical processes in seasonally frozen soils of constructions of automobile roads | |
| RU2627342C1 (ru) | Конструкция основания для строительства водопропускных труб промысловых автомобильных дорог и дорог с низкой интенсивностью движения, проходящих по болотистой местности | |
| Dyke et al. | Modelling Tundra Ponds as Initiators of Peat Plateau Thaw, Northern Hudson Bay Lowland, Manitoba | |
| Vartolomei et al. | The Intensification of Antropic Pressure Through the Expansion of the Constructed Area in the Subcarpathian Sector of the Prahova Valley/Romania (1800-2008) | |
| Lebedeva et al. | Coupled modelling of soil thaw/freeze dynamics and runoff generation in permafrost landscapes, Upper Kolyma, Russia | |
| Ravaska et al. | A permafrost foundation analysis | |
| Haryani et al. | MODEL SIMULASI BANJIR MENGGUNAKAN DATA PENGINDERAAN JAUH, STUDI KASUS KABUPATEN SAMPANG DENGAN MENGGUNAKAN METODE GRIDDED SURFACE SUBSURFACE HYDROLOGIC ANALYSIS (FOOD SIMULATION MODEL USING REMOTE SENSING DATA, CASE STUDY OF SAMPANG REGION USING GRIDDED SURFACE HYDROLOGIC ANALYSIS METHOD) | |
| Drage et al. | Performance of a thermopile (Long Thermopile) foundation—50 years later | |
| Dubnick et al. | Controls on aufeis formation: lessons from a small Yukon stream | |
| Faizal et al. | Small dam planning as a water sources alternative in Sekaran Village, Bojonegoro Regency, Indonesia | |
| Habibzadeh-Bigdarvish | A New Geothermal Bridge De-Icing System with Attached Hydronic Heating Loops: Field Tests, Numerical Modeling, and Economic Assessment | |
| Kornilov et al. | Numerical Studies of Thawing in Sloped Permafrost Soils Beneath a Building with a Mound. | |
| Pham et al. | Diavik Waste Rock Project: Thermal transport in a covered waste rock test pile | |
| CN117291019A (zh) | 温度场分布获取、保温材料铺设和防寒泄水洞设置方法 | |
| Ickiewicz | Soil freezing and the depth of spread foundations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120207 |