авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |
-- [ Страница 1 ] --

ИННОВАЦИОННЫЙ НТЦ «ИНЖЕНЕР»

ЛЕВЧЕНКО Александр Павлович

ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ОСНОВАНИЙ И

ФУНДАМЕНТОВ НА ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ,

В УСЛОВИЯХ НАСЫЩЕННИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ И

БЫТОВЫМИ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

Научно-исследовательская работа предназначена для уточненных

инженерных расчетов с целью обеспечения большей безопасности

объектов строительства.

Рекомендуется к использованию в местах залегания лессовых, карстовых, глинистых грунтов на территории Евразии и Северной Африки.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………..9 1 Анализ исследований особых свойств лессовых просадочных грунтов, проектиро вания, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадоч ных грунтах……………………………………………………………………………… 1.1 Происхождение лессовых просадочных грунтов и их распространение на территории Евразии и Северной Африки………………………………………... 1.2 Исследование особых свойств лессовых просадочных грунтов, особенности строительства зданий и сооружений на этих грунтах…………………………... 1.2.1 Физические свойства лессовых просадочных грунтов…………… 1.2.2 Деформативные характеристики лессовых просадочных грунтов. 1.2.3 Прочностные характеристики лессовых просадочных грунтов….. 1.2.4 Фильтрационные свойства лессовых просадочных грунтов……... 1.3 Анализ существующих методов расчета оснований и фундаментов зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах…………………………………. 1.4 Анализ методов устройства искусственных оснований зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах………………………………………………... 1.4.1 Основные причины применения искусственных оснований……... 1.4.2 Виды искусственных оснований……………………………………. 1.4.3 Устройство грунтовых подушек……………………………………. 1.4.4 Вытрамбование котлованов………………………………………… 1.4.5 Термическое закрепление лессовых просадочных грунтов………. 1.4.6 Закрепление лессовых просадочных грунтов способом силикатиза ции…………………………………………………………………………... 1.4.7 Глубинное уплотнение лессовых просадочных грунтов пробивкой скважин………………………………………………. 1.4.8 Уплотнение лессовых просадочных грунтов подводными и глубинными взрывами…………………………………………………... 1.4.9 Уплотнение лессовых просадочных грунтов предварительным замачиванием………………………………………………………………. 1.5 Анализ результатов исследований по установлению основных причин аварий и деформаций зданий, сооружений и сетей инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах………………………………………………... 1.6 Анализ нормативных документов по проведению инженерно-геологических исследований, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах…………………………………. 1.7 Выводы по разделу 1…………………………………………………………... 2 Анализ результатов исследований свойств лессовых просадочных грунтов оснований зданий и сооружений при их замачивании растворами различного химического состава……………………………………………………………………. 2.1 Источники замачивания грунтов оснований сооружений растворами различного химического состава………………………………………………… 2.2 Анализ закономерностей подъема уровня подземных вод при эксплуатации инженерных коммуникаций и очистных сооружений…………... 2.3 Анализ состава сточных вод и технологических растворов промышленных предприятий………………………………………………………………………... 2.4 Анализ изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов при насыщении их стоками промышленных предприятий……………………………………………………... 2.5 Влияние промышленных отходов в виде насыпей, расположенных рядом со зданиями и сооружениями, на деформации грунтов в их основаниях……… 2.6 Анализ изменения свойств глинистых грунтов оснований зданий при замачивании их щелочными растворами……………………………………….. 2.7 Анализ изменения свойств глинистых грунтов оснований зданий при замачивании их растворами кислот……………………………………………... 2.8 Выводы по разделу 2…………………………………………………………. 3 Лабораторные исследования изменения деформационных, прочностных и фильтрационных свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании их растворами различного химического состава………………………………………... 3.1 Задачи лабораторных исследований………………………………………… 3.2 Методика проведения лабораторных исследований……………………….. 3.3 Состав лабораторных исследований изменения свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании растворами различного химического состава……………………………………………….…………….. 3.4 Выводы по разделу 3…………………………………………………………. 4 Исследование изменения физико-механических характеристик лессовых просадочных грунтов при замачивании их водой, растворами щелочи и кислоты в полевых условиях………………………………………………………….. 4.1 Задачи исследований…………………………………………………………. 4.2 Инженерно-геологические условия экспериментальной площадки в г. Таш-Кумыр…………………………………………………………………… 4.3. Методика полевых исследований изменений физико-механических характеристик лессовых просадочных грунтов………………………………… 4.4 Результаты выполненных полевых исследований…………………………. 4.4.1 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов водой……………………………………………………………... 4.4.2 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов растворами щелочи……………………………………………... 4.4.3 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов кислыми растворами……………………………………………. 4.5 Выводы по разделу 4…………………………………………………………. 5 Исследование особенностей развития просадок грунтов в основании инженерных коммуникаций…………………………………………………………... 5.1 Особенности развития просадочных деформаций грунтов в основаниях инженерных коммуникаций…………………………………………………….. 5.2 Расчет просадки грунтов оснований инженерных коммуникаций в грунтовых условиях I типа………………………………………………………. 5.3 Расчет просадки грунтов оснований инженерных коммуникаций в грунтовых условиях II типа……………………………………………………… 5.4 Определение нижней границы области просадки в основаниях подземных трубопроводов………………………………………………………. 5.5 Расчет просадки грунтов в основании трубопровода на площадке строительства Таш-Кумырского завода полупроводниковых материалов…... 5.6 Результаты натурных наблюдений за просадочными деформациями трубопроводов на площадке строительства Таш-Кумырского завода полупроводников материалов…………………………………………………… 5.7 Выводы по разделу 5…………………………………………………………. 6 Особенности устройства систем инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах………………………………………………………………….. 6.1 Основные технологические схемы инженерных систем городов и промышленных предприятий……………………………………………………. 6.2 Анализ современных методов проектирования и устройства систем инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах……………… 6.3 Исследование причин аварий инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах…………………………………………………………….. 6.4 Исследование особенностей устройства траншей и оснований для инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах……………… 6.5 Изучение особенностей организации монтажа трубопроводов инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах……………… 6.6 Особенности устройства инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах…………………………………………………………….. 6.7 Выводы по разделу 6…………………………………………………………. 7 Лабораторные исследования кольматации песков в искусственных основаниях сооружений при строительстве и эксплуатации на лессовых грунтах насыщенных сточными водами……………………………………………………….. 7.1 Современные проблемы кольматации песков в теле искусственных оснований……………………………………………………………………….… 7.2 Задачи исследований…………………………………………………………. 7.3 Экспериментальный стенд для исследования кольматации и консолидации грунтов, насыщенных различными химическими растворами………………………………………………………………………… 7.4 Состав и методика лабораторных исследований…………………………… 7.5 Исследование кольматации песчаных дрен при уплотнении засоленных глинистых грунтов………………………………………………….. 7.6 Лабораторные исследования проникновения глинистых частиц в песчаные подушки, песчаные сваи и песчаные дрены………………………… 7.7 Выводы по разделу 7…………………………………………………………. 8 Особенности проведения инженерно-геологических исследований, проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах частично или полностью замоченных сточными водами………………………………………………………………………. 8.1 Особенности проведения инженерно-геологических исследований на площадках строительства с грунтами частично или полностью насыщенными сточными водами различного химического состава………….. 8.2 Особенности проектирования фундаментов промышленных и гражданских зданий на лессовых просадочных грунтах при возможном обводнении их сточными водами……………………………………………….. 8.3 Расчет фундаментов сооружений, расположенных на лессовых грунтах по деформациям с учетом возможного замачивания их сточными водами….. 8.4 Расчет устойчивости фундаментов на лессовых просадочных грунтах при возможном их замачивании сточными водами……………………………. 8.5 Особенности устройства свайных фундаментов зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах, частично или полностью замоченных сточными водами…………………………………………………………………. 8.6 Особенности устройства искусственных оснований на насыщенных сточными водами и технологическими растворами лессовых просадочных грунтах…………………………………………………………….. 8.6.1 Применение песчаной подушки в качестве основания промышленного оборудования на лессовых просадочных грунтах, насыщенных сточными водами и технологическими растворами……. 8.6.2 Особенности применения вертикальных песчаных свай и песчаных дрен при устройстве фундаментов на лессовых грунтах, насыщенных сточными водами…………………………………………. 8.7 Организация защиты фундаментов и заглубленных железобетонных конструкций зданий и сооружений от коррозии……………………………….. 8.8 Выводы по разделу 8……………………………………………………….

.... ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….... СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………….. СОДЕРЖАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЙ…………………………………………………….. ВВЕДЕНИЕ На территориях, сложенных лессовыми просадочными грунтами, ведется ин тенсивное промышленное и гражданское строительство. Однако именно при строи тельстве на лессовых просадочных грунтах произошло большое количество аварий, как в процессе строительства, так и при эксплуатации сооружений. Аварии носят массовый характер. Так, например, на Украине при повышении уровня подземных вод в г. Одесса в Таировском микрорайоне деформировались в течение месяца зданий (одно здание было разобрано). В результате подъема уровня подземных вод произошли деформации многих промышленных цехов на заводе «Запорожсталь», Никопольском трубном заводе, Новокузнецком металлургическом заводе, на Кеме ровском химическом комбинате, на заводе «Атоммаш» (г. Волгодонск) и во многих других районах России и стран СНГ.

В связи с тем, что изыскания, проектирование и строительство на лессовых просадочных грунтах проводились без учета их специфических свойств, допуска лись массовые ошибки, что приводило к авариям зданий.

Вопросы изучения специфических свойств маловлажных лессовых просадоч ных грунтов изучались различными исследователями, в основном с 1930 по 1990 го ды. В разделе 1 научно-исследовательской работы анализируются основные труды, посвященные этой проблеме.

В результате подъема уровня подземных вод большие территории с маловлаж ными лессовыми просадочными грунтами стали в настоящее время водонасыщен ными лессовыми грунтами. В связи с тем, что подъем уровня подземных вод во многих местах был связан с утечками из инженерных коммуникаций, в основаниях вновь строящихся сооружений оказались лессовые водонасыщенные грунты и грун ты, насыщенные кислыми и щелочными растворами.

В ближайшее время планируется массовая реконструкция промышленных зда ний, и во многих случаях вновь строящиеся здания будут иметь фундаменты, распо ложенные на водонасыщенных лессовых грунтах и на грунтах, насыщенных кислы ми и щелочными растворами. Этот вопрос практически не изучался, первый опыт использования таких грунтов в качестве основания привел к аварии.

В сложных инженерно-геологических условиях, к которым относятся лессовые водонасыщенные грунты, стоимость устройства оснований и фундаментов состав ляет 20% от стоимости строительства для промышленных и гражданских сооруже ний. Основные проблемы фундаментостроения состоят в разработке новых теорети ческих, конструктивных и технологических решений, которые позволяют сократить расходы металла, цемента и трудозатраты при максимальном использовании несу щей способности грунтовых оснований. Эти же проблемы существуют и при строи тельстве систем инженерных коммуникаций.

Водонесущие коммуникации при неудовлетворительном состоянии оказывают значительное влияние на техногенную структуру территорий. Сопровождающаяся большими потерями воды эксплуатация трубопроводов приводит к подтоплениям территорий, подвальных помещений в связи с подъемом уровня грунтовых вод, что создает угрозу аварийного повреждения, как самих коммуникаций, так и близ рас положенных зданий и сооружений.

Анализ функционального, технического и санитарного состояния водонесущих трубопроводов свидетельствует о наблюдающимся в последние годы резком сниже нии этих показателей. Из ныне действующих водонесущих трубопроводов комму нального назначения общей протяженностью более 700 тыс. км, не менее 350 тыс.

км служит свыше 30 лет, т.е. более расчетного срока, а около 50 тыс. км находится в аварийном или близком к нему состоянии.

На водопроводных сетях в городах Российской Федерации ежегодно возникают не менее 1 аварии на 1-2 км сети с разгерметизацией труб.

В процессе деформации разрушаются стыковые соединения трубопровода, нарушается целостность труб, увеличиваются утечки воды, что, в свою очередь, вы зывает увеличение просадок лессовых грунтов, залегающих в основании сетей и со оружений. В процессе поступления воды в основание и увеличения просадок воз растают деформации на сетях, вызывая дальнейшее увеличение утечек воды в осно вание и ухудшая состояние сетей.

Несмотря на то, что установлены основные закономерности проявления проса дочных деформаций грунтов в основаниях сооружений, до настоящего времени наблюдаются аварии и деформации зданий, сооружений и инженерных коммуника ций. Эти аварии и деформации происходят в основном в результате ошибок, допу щенных в ходе выполнения инженерно-геологических изысканий, на стадии разра ботки проектов, при производстве строительно-монтажных работ и в период экс плуатации сооружений.

Деформации и аварии сооружений начинаются с проявления неравномерных просадочных деформаций грунтов оснований в результате их замачивания утечками из систем водоснабжения, водоотведения и технологических трубопроводов, по ко торым транспортируются вода, сточные воды и технологические растворы различ ной концентрации и химического состава.

Исследования последних лет по изучению прочностных и деформационных свойств лессовых просадочных грунтов показали, что величина просадки суще ственно зависит от химического состава раствора, которым производится замачива ние этих грунтов.

Как показали исследования, многочисленные аварии гражданских и промыш ленных сооружений на просадочных лессовых грунтах произошли в связи с попада нием растворов сточных вод и технологических жидкостей различного химического состава в просадочные грунты оснований сооружений и инженерных коммуника ций.

До настоящего времени для инженерных коммуникаций применяются трубы из разных материалов с различными конструкциями стыков, многие из которых не приспособлены для эксплуатации в просадочных лессовых грунтах. Кроме того и методы производства работ по устройству трубопроводов инженерных коммуника ций не всегда учитывают специфических свойств лессовых просадочных грунтов, что впоследствии может явиться причиной деформации сооружений.

С учетом изложенного выше можно сказать, что проблема обеспечения эксплу атационной пригодности зданий, сооружений и инженерных коммуникаций на лес совых просадочных грунтах при возможных, а в некоторых случаях и неизбежных неравномерных просадочных деформациях грунтов при утечках воды, стоков и тех нологических растворов, является актуальной.

В соответствии с этим целью научно-исследовательской работы является разработка всего комплекса требований и правил к инженерно-геологическим изыс каниям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений и ин женерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах при возможности их замачивания водой, сточными водами и технологическими растворами.

Для достижения этой цели необходимо было решение следующих задач:

1. Провести анализ результатов исследований по изучению особых свойств лес совых просадочных грунтов.

2. Изучить особенности проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах.

3. Провести анализ методов устройства искусственных оснований зданий и со оружений на лессовых просадочных грунтах.

4. Установить основные причины аварий зданий и сооружений и инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах.

5. Проанализировать результаты исследований по изучению изменения физиче ских и механических свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании рас творами различного химического состава.

6. Выполнить лабораторные исследования изменения физических и механиче ских свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании их растворами раз личного химического состава.

7. Исследовать физико-механические характеристики лессовых просадочных грунтов при замачивании водой и растворами щелочи и кислоты в полевых услови ях.

8. Исследовать особенности развития просадок грунтов в основаниях инженер ных коммуникаций.

9. Провести изучение особенностей устройства систем инженерных коммуни каций на лессовых просадочных грунтах.

10. Выполнить лабораторные исследования кольматации песков искусственных оснований зданий и сооружений, построенных на лессовых просадочных грунтах.

11. Разработать требования и правила по проведению инженерно геологических изысканий, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах, замоченных сточными водами.

Индивидуальность и новые решения работы состоят в том, что в результате лабораторных и полевых исследований установлены закономерности изменения де формационных, прочностных и фильтрационных свойств лессовых просадочных грунтов в зависимости от их минералогического состава, типа грунтовых условий по просадочности, условий нагружения и химического состава сточных вод и техноло гических жидкостей. В результате проведения полевых исследований изменения деформационных и прочностных характеристик при замачивании лессовых проса дочных грунтов II типа установлены закономерности развития этих характеристик по глубине. Установлены закономерности кольматации песков в искусственных ос нованиях при насыщении лессовых просадочных грунтов сточными водами. Разра ботаны эффективные методы устройства оснований трубопроводов инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах.

При внедрении в производство данной работы важно то, что на основе вы полненных работ предложены новые предельные значения осадок грунтов в основа ниях трубопроводов, учитываемые в расчетах прочности трубопроводов при нерав номерных осадках. Разработаны эффективные методы устройства оснований трубо проводов инженерных коммуникаций, расположенных на лессовых просадочных грунтах с учетом современных технологий. Предложена методика проведения поле вых исследований лессовых просадочных грунтов при замачивании их растворами различного химического состава. Разработаны комплексные мероприятия по исклю чению аварий эксплуатируемых инженерных коммуникаций.

Основные положения научно-исследовательской работы были доложены на научных конференциях в МГСУ, ГАСИС и во многих других научных учреждений г.Москвы.

Основные результаты научных исследований внедрены при ремонте и рекон струкции ряда деформированных промышленных и гражданских зданий в г.

Москве, Таш-Кумыре (Кыргызстан), Запорожье (Украина), которые сейчас успешно эксплуатируются, а также при разработке проектов строительства инженерных коммуникаций промышленных предприятий на площадках с лессовыми просадоч ными грунтами.

Основное содержание выполненных научных исследований по данной работе изложено в 33 работах автора, в том числе в 2-х учебных пособиях и одной моно графии.

Научно-исследовательская работа состоит из введения, 8 разделов, заключения, списка использованных источников, имеющий 309 наименований и приложения.

Общий объем научно-исследовательской работы 340 страниц, в т.ч. 315 страниц машинописного текста, 26 рисунков и 7 таблиц.

К основным ценностям относятся следующие положения научных исследований:

1. Результаты анализа исследований по установлению основных причин потери эксплуатационной пригодности различных трубопроводов в результате неравномер ных просадок грунтов в их основаниях из-за утечек воды и растворов различного химического состава.

2. Результаты теоретических, лабораторных и полевых исследований изменения деформационных, прочностных и фильтрационных свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании их растворами различного химического состава.

3. Методика проведения полевых исследований изменения деформационных, прочностных и фильтрационных свойств лессовых просадочных грунтов при зама чивании их растворами щелочей и кислот.

4. Результаты исследования технологий устройства различных видов трубопро водов из разных материалов и установленные при этом основные технологические ошибки, приводящие к разрушению трубопроводов и утечкам транспортируемых жидкостей.

5. Рекомендации по проведению инженерно-геологических исследований, про ектированию, строительству, эксплуатации зданий и сооружений и инженерных коммуникаций на лессовых просадочных грунтах, частично или полностью замо ченных водой и растворами различного химического состава.

1 Анализ исследований особых свойств лессовых просадочных грунтов, проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах Первой работой, в которой описаны лессовые отложения в районе р. Дона, яв ляется исследование Н.Д.Борисяка, опубликованное в 1867 г., Генетическую клас сификацию лессовых пород впервые предложил А.П.Павлов в 1903 г. В этом же го ду были впервые зарегистрированы просадки дамбы железнодорожного пути Орен бург Ташкент, которые произошли в результате обводнения паводковыми водами р. Сырдарьи. По данным А.К.Штукенберга, просадочные деформации достигали 1 м и наблюдались просадочные блюдца диаметром в плане до 40 м. Однако причина этих деформаций была установлена ошибочно, так как ее считали результатом вы мывания грунта из основания [9].

В начале XX в. были выполнены весьма интересные исследования лессовых пород Сибири в связи со строительством железных дорог. Описание просадочных деформаций оросительных каналов, расположенных на большой толще лессовых грунтов, было приведено в 20-х годах В.А.Пышкиным по результатам наблюдения в Голодной степи и П.Е.Хеладзе по результатам обследования каналов в Закавказье.

Впервые описание деформаций жилых сооружений на просадочных грунтах было сделано Б.П.Михеевым в 1930 г. на основе обследования домов в г. Грозном.

Б.П.Михеев считал, что деформация произошла в результате повышения сжимаемо сти лессового грунта при водонасыщении [9].

В 1930 г. Ю.М.Абелев провел испытания покровных макропористых суглинков опытными штампами. При этом замачивание грунтов в основании штампов осу ществлялось после полной стабилизации осадки при данном давлении. Эти опыты впервые установили явление просадки, которая выразилась в дополнительной осад ке штампов при замачивании основания. Ранее это явление строителям не было из вестно. Наблюдения за просадкой во времени при замачивании грунта показали, что описанные выше различными авторами деформации являются следствием особен ностей физико-механических свойств лессовых и других аналогичных им по струк туре макропористых грунтов. На основе проведенных опытов проф. Ю.М.Абелевым был разработан и в 1931 г. опубликован «Проект временной инструкции по проек тированию и возведению промышленных и гражданских сооружений на лессовид ных грунтах».

Первые опыты по изучению особенностей свойств лессовых грунтов в качестве основания сооружения показали, что в действительности строительные свойства этой разновидности грунтов прямо противоположны тем, что приводились в литера туре. Лессовые грунты оказались водопроницаемыми, они легко переходят в текучее состояние и т.п. Одновременно с изучением проблем строительства на просадочных грунтах проводились большие геологические исследования лессовых грунтов. Были описаны районы распространения лессовых грунтов и изучена геологическая карти на формирования пород. В ряде работ 1930-1932 гг. приводятся результаты наблю дений за образованием степных блюдец. Вопросам изучения свойств лессовых грун тов в Средней Азии в 30-х г. посвящены работы Е.А.Замарина и М.М.Решеткина. В этих работах приводятся данные о морфологии лессов, их химическом составе, от мечается большая роль суффозионных и карстовых явлений в процессе изменения свойств лессов [9].

В 1930-1933 гг. под руководством Ю.М.Абелева были проведены исследования строительных свойств лессовых грунтов Кузбасса, Украины и других регионов и разрабатывались методы строительства жилых зданий и промышленных сооруже ний на просадочных грунтах. В дальнейшем эти методы были включены во «Вре менные технические условия проектирования и строительства на макропористых (лессовых) грунтах». В 1933-1934 гг. появляются работы В.И.Батыгина, Н.Я.Денисова и других исследователей с предложениями по оценке просадочных свойств грунтов в зависимости от их влажности и предела текучести. В 1935 г.

Р.А.Токарем вносится предложение классифицировать лессовидные грунты не по их происхождению, являющемуся спорным, а по характерной для них макроструктуре.

В результате многочисленных исследований в различных регионах бывшего СССР были разработаны методы строительства гражданских зданий и промышлен ных сооружений на просадочных грунтах, включенные в 1934 г. в «Технические условия проектирования и строительства на макропористых (лессовых) грунтах». В 1947-1948 гг. были подготовлены «Нормы проектирования и технические условия на производство и приемку общестроительных и специальных работ». Ученые В.С.Гвоздев, Е.А.Замарин, Ф.И.Воронов, Н.Я.Денисов. А.Л.Рубинштейн и др. про вели большую работу по изучению просадочных явлений на ирригационных систе мах. Л.Г.Бадаев, Л.Н.Ломизе и А.А.Глазь исследовали влияние на процессы просад ки длительной фильтрации в каналах ирригационных систем, а А.Н.Озерецкий, В.С.Шаров, И.В.Попов, Л.К.Танкаева, Е.М.Талдыкина и Л.А.Стрюковский — влия ние на величину просадки химического состава растворов воды. В 50-х гг.

М.Н.Гольдштейн, Г.М.Ломизе и их сотрудники изучали явления просадки в трехос ных приборах при сложном напряженном состоянии. М.Н.Гольдштейн и Я.Л.Коган впервые провели лабораторные исследования изменения сопротивления сдвигу микропористых грунтов в процессе просадки.

Большие работы по изучению динамических свойств лессовых грунтов прове дены А.А.Мусаэляном, X.3.Рассуловым и др. Изучение свойств макропористых лес совых грунтов при обводнении были проведены в МГСУ (М.Ю.Абелев, И.Г.Тахиров, В.А.Ивахнюк и др.).

Методы строительства на макропористых просадочных грунтах в основном разработаны проф. Ю.М.Абелевым и его учениками — В.Б.Швецом. В.И.Крутовым, В.Г.Галицким, А.М.Дондышем, И.Г.Рабиновичем, Р.П.Эйдуком и др., а также И. М.

Литвиновым, Н.А.Осташовым, В.В.Аскалоновым, В.Е.Соколовичем и др.

В последние годы большие исследовательские работы по вопросам исследова ния свойств грунтов оснований и фундаментов и по проблемам строительства в сложных грунтовых условиях, в том числе на площадках с лессовыми просадочны ми грунтами, проводили следующие ученые: Е.А.Сорочан, А.А.Григорян, Ю.А.Багдасаров, З.Г.Тер-Мартиросян, Р.С.Зиангиров, П.А.Коновалов, Ю.К.Зарецкий, А.Л.Крыжановский и др.

1.1 Происхождение лессовых просадочных грунтов и их распространение на территории Евразии и Северной Африки Все лессовые макропористые грунты в основном имеют эоловое происхожде ние. Однако грунты с макропористой структурой могут относиться к делювиаль ным, аллювиальным, пролювиальным и элювиальным отложениям. В последнее время лессом начали называть грунты, которые имеют следующие признаки: макро пористость, бесструктурность, содержат карбонаты и большое количество пылева тых частиц и характеризуются при замачивании под нагрузкой [2, 4, 6, 7, 9, 128, 129].

Размеры и формы макропор очень разнообразны. По мнению многих исследо вателей (И.И.Трофимов, А.К.Ларионов, В.П.Ананьев и др.), макропоры образова лись в результате различных причин, и именно это определяет образование и размер макропор и их формы. Имеется много гипотез происхождения макропористых лес совых просадочных грунтов. Наиболее распространены эоловая гипотеза В.А.Обручева и др. [9], почвенная гипотеза Л.С.Берга и др. [128].

Научные исследования, выполненные в различных государствах, показали, что существенную роль при образовании рыхлых макропористых структур играют гли нистые частицы. В результате высыхания глинистых цементов, которые соединяли пылеватые частицы между собой, возникли рыхлые структуры в грунтах. Их удава лось разрушить в компрессионных приборах часто при давлениях, больших 0, МПа, и при одновременном замачивании. Итак, макропористая структура в глини стых грунтах образуется как в процессе генезиса в условиях сухого климата, так и в процессе диагенеза.

Как показали многочисленные исследования [9, 11, 21, 29, 128], проведенные в различных районах государств СНГ, Болгарии, Венгрии, Китае, США, Румынии и др., именно макропористая структура в основном определяет свойства просадочно сти лессовых просадочных грунтов при их замачивании под нагрузкой.

Площадь распространения макропористых лессовых грунтов на земном шаре составляет около 13 млн. кв. км, что составляет примерно 10% суши. Лессовые грунты на земном шаре расположены двумя полосами, расположенными между 30 55° северной широты и южной широты. Большие территории, занятые лессовыми грунтами, находятся в СНГ, Китае, Афганистане, США, Аргентине, Австрии, Се верной Африке и во многих других странах мира. В бывшем СССР, в связи с быст рым освоением новых территорий и промышленных районов, проводились большие исследования по изучению мест распространения и особых свойств лессовых грун тов. Уже к 1932 г. были готовы основные данные по распространению лессовых грунтов на европейской территории СССР [9, 23, 29, 51, 112].

К лессовым равнинам относятся территории плоских водоразделов, их склонов, надпойменных террас рек, осложненные оврагами, балками, промоинами, блюдце образными понижениями, подами и др. Грунтовые воды обычно залегают глубоко, нередко отмечается образование верховодки на различных глубинах. Лессовые рав нины характеризуются покровным залеганием лессовых грунтов. На Русской плат форме эти грунты простираются до 56° северной широты, севернее наблюдается лишь редкое локальное распространение маломощных непросадочных лессовидных грунтов в соответствии с рисунком 1.1.

Лессовые грунты (лессы и лессовидные грунты) относятся к континентальным субаэральным отложениям, принос материала для образования которых в каждой области считается различным (золовый, делювиальный, пролювиальный, аллюви альный, элювиально-делювиальный и смешанный - аллювиально-пролювиальный, делювиально-пролювиальный и др.).

В мощных толщах лессовых грунтов просадочность проявляют обычно грунты верхних горизонтов. Мощность просадочной толщи изменяется в широких пределах - от 5 до 30 м, а в отдельных районах и до 40 м.

1- лессы и лессовидные грунты большой мощности (10-80 м), дающие просадки под собственным весом (II тип грунтовых условий по просадочности, реже I тип);

2 лессовидные грунты и лессы мощные (5-30 м), дающие значительные просадочные деформации при дополнительных нагрузках (I тип, иногда II тип);

3 - лессовые грунты (преимущественно лессовидные) средней мощности (чаще 5 -10 м), дающие незначительные просадочные деформации при дополнительных нагрузках (I тип, непросадочные);

4 - лессовидные грунты прерывистого распространения маломощ ные (до 3-5м);

I тип и непросадочные);

5 а - лессовидные грунты изменчивой мощ ности прерывистого распространения, неоднородные по просадочности (чаще I тип, реже II тип и непросадочные);

5 б - то же, островного распространения;

6 - лессо видные грунты прерывистого и островного распространения, маломощные, реже изменчивой мощности (непросадочные, реже I тип);

7 - непросадочные лессовидные грунты под толщей золовых песков;

8 - границы распространения лессовых грунтов различных типов.

Рисунок 1.1 - Схема распространения просадочных лессовых грунтов на терри тории СНГ (по B.C. Быковой и В.С.Журавлевой).

Территории развития лессовых грунтов относятся к I и II типам грунтовых условий по просадочности (по СНиП 2.02.01-83).

В районах развития лессовых грунтов, относящихся ко II типу грунтовых усло вий, при избыточном увлажнении и замачивании возникают значительные просадки при природном давлении. Вертикальные смещения поверхности земли в этих случа ях достигают 0,5-1 м и более.

1.2 Исследование особых свойств лессовых просадочных грунтов, особенности строительства зданий и сооружений на этих грунтах 1.2.1 Физические свойства лессовых просадочных грунтов Изучению физических свойств лессовых просадочных грунтов посвящено мно го научных исследований [2, 4, 9, 22, 66, 67, 75, 76, 238, 239]. На основании этих ис следований установлено, что удельный вес частиц лессовых грунтов изменяется в широких пределах в зависимости от минералогического состава. Величина удельно го веса частиц колеблется от 2,51 до 2,84 г/см3, а для большинства лессовых грунтов равнинных районов – в пределах 2,62-2,70 г/см3. Лессовые грунты разного генетиче ского типа имеют близкие значения удельного веса. Наиболее высокие значения удельного веса частиц грунта характерны для Северокавказского региона Россий ской Федерации.

В общем, удельный вес макропористых лессовых грунтов изменяется в преде лах от 1,28 до 2,11 г/см3. Еще в 1930-х годах проф. Ю.М.Абелевым [9] было уста новлено, что удельный вес лессовых грунтов не является достоверной характери стикой механических свойств этих грунтов, так как его величина существенно зави сит от влажности этого грунта. В связи с эти было предложено в качестве физиче ской характеристики плотности лессового грунта использовать величину удельного веса сухого грунта. Многими видными учеными было установлено, что величина удельного веса сухого грунта макропористых лессовых грунтов однозначно опреде ляет вероятную просадочность лессового грунта ("косвенный признак" по Ю.М.Абелеву). Макропористые лессовые грунты, которые характеризуются вели чиной удельного веса сухого грунта менее 1,55 г/см3 и залегают выше подземных вод, обычно являются просадочными. Величина удельного веса сухого грунта мак ропористых лессовых грунтов естественного залегания изменяется в пределах от 1,88 до 1,89 г/см3. Это объясняется различным содержанием макропор в грунтах и степенью засоленности лессовых грунтов. В зависимости от гидрогеологических условий площадок влажность лессовых просадочных грунтов также изменяется в очень широких пределах. В большинстве случаев макропористые лессовые и лессо видные грунты характеризуются малой влажностью, которая изменяется в пределах от 6 до 11%. В некоторых местах в зависимости от уровня подземных вод влажность лессовых просадочных грунтов может быть на 5-7% выше по сравнению с природ ной влажностью таких же грунтов на аналогичных участках. Влажность верхних слоев лессовидных толщ на глубине до 3 м существенно изменяется в зависимости от времени года и от атмосферных осадков. Влажность лессовых грунтов на глуби нах ниже 3 м не зависит от времени года и от атмосферных осадков, если нет посто янных источников замачивания [78, 91, 98, 99, 115, 129, 130, 238].

Для лессовых и лессовидных грунтов значения пористости могут служить кос венной оценкой вероятности проявления просадочных свойств, а также прочност ных и деформативных свойств. Для макропористых лессовых грунтов характерно наличие макропор, которые достигают нескольких миллиметров в диаметре. По данным исследователей В.П.Ананьева, А.К.Ларионова и др. [21, 22, 23, 139], макро поры составляют 6-8% общего объема пор. Суммарная пористость лессовых грунтов равна 30-66%. Для большинства лессовых и лессовидных суглинков пористость из меняется в пределах 45-54% [23, 140, 142, 143, 148, 182, 183].

Границы пластичности – влажность на границе раскатывания и на границе те кучести – являются характеристиками химического состава грунтов, минералогиче ского и гранулометрического составов грунтов, но не являются характеристикой деформируемости или прочности грунтов с ненарушенной структурой. Границы пластичности являются количественной оценкой для грунтов с нарушенной струк турой. Влажность на границе раскатывания лессовых грунтов действительно являет ся границей, при достижении которой наблюдается резкое снижение сопротивления сдвигу грунтов и повышение модуля общей деформации грунтов. Однако другая граница пластичности – влажность на границе текучести – для лессовых грунтов не является четкой границей изменения характеристик прочности или сжимаемости.

Значение влажности на границе раскатывания для лессов обычно находится в пределах 12-18%, а чаще всего составляют 14-18%. Для лессовидных суглинков влажность на границе раскатывания изменяется в пределах 14-26%. Величина влаж ности на границе текучести для лессов изменяется в основном от 22 до 24%. Для лессовидных суглинков значение влажности на границе текучести имеет пределы от 25 до 37% [9, 21, 43, 52, 54, 66, 67, 128, 143, 295].

1.2.2 Деформативные характеристики лессовых просадочных грунтов При расчете фундаментов зданий и сооружений по предельным состояниям на макропористых лессовых грунтах (по деформациям) используются деформативные показатели макропористых грунтов. Для большинства зданий и сооружений при расчете оснований и фундаментов необходимо иметь характеристики деформируе мости грунтов при естественной влажности при замачивании и после замачивания [2, 3, 9, 21, 26, 31, 54, 61, 70, 127, 128]. Проектирование фундаментов и расчет напряженно-деформируемого состояния грунтового массива из макропористых лес совых грунтов проводятся с использованием теории линейно-деформируемых сред.

При этом необходимо знать два параметра грунтового основания, если предполо жить, что оно сложено из однородных изотропных макропористых лессовых грун тов: модуль общей деформации грунта Е о (линейный модуль) и коэффициент боко вого расширения грунта (µ) (типа коэффициента Пуассона). Вместо этих параметров грунта можно определить модуль объемной деформации грунта, модуль сдвига, а вместо коэффициента бокового расширения – коэффициент бокового давления грунта. Для расчетов деформации грунтового основания из лессовых просадочных грунтов используется – значение линейного модуля вертикальной деформации грун та – модуль общей деформации Е о, который определяется в лабораторных или поле вых условиях такими же методиками, что и для других глинистых грунтов с помо щью компрессионных приборов (конструкции Гидропроекта) или жестких штампов площадью 5000-10000 см2 в шурфах (или в скважинах площадью 600 см2) [9, 28, 129, 132, 152, 154].

Исследованиями было установлено, что значение модуля общей деформации просадочных лессовых грунтов существенно меняется при изменении их влажности.

Результаты исследования толщи макропористых лессовидных суглинков большими штампами (площадью 5000 кв. см и более) для различных значений влажности и по ристости позволили установить изменяемость модуля общей деформации при изме нении влажности. При изменении влажности грунта от 6 до 30% модуль общей де формации изменяется от 32 до 4,5 МПа.

На основании большого количества опытов установлено, что по результатам лабораторных и полевых исследований получаются различные значения модуля об щей деформации для одних и тех же грунтов одинаковой влажности [9]. Поэтому при проектировании оснований и фундаментов ответственных сооружений прово дятся полевые исследования грунтов для определения значений модуля общей де формации лессовых грунтов при естественной влажности и при водонасыщенном состоянии.

Исследования деформационных характеристик водонасыщенных макропори стых лессовых грунтов, то есть когда 80% пор или более заполнены водой, показали, что водонасыщенные лессовые грунты могут характеризоваться теми же закономер ностями, как и другие водонасыщенные глинистые грунты.

Цифра 80% принята в качестве критерия водонасыщенных лессовых грунтов, потому что, как показали многочисленные опыты, проведенные Ларионовым А.К [139, 140], Н.И.Кригерем [126, 127], А.А.Ананьевым [21, 22, 23] и др., в большин стве лессов и лессовидных суглинков от 8 до 20% пор являются замкнутыми и в обычных условиях в эти поры не попадает вода. Поэтому считается при 80% водо насыщения все соединенные между собой поры и макропоры будут заполнены во дой. Замкнутые поры как правило находятся внутри агрегатов из пылеватых и гли нистых частиц в составе лессовых грунтов.

В качестве расчетной характеристики просадочных свойств лессовых грунтов оснований Ю.М.Абелев (1934 г.) предложил характеристику "относительную проса дочность грунта". Эта величина показывает, насколько увеличится относительная дополнительная осадка при замачивании грунта под нагрузкой. Однако оказалось, что величина относительной просадочности не является постоянной величиной для одних и тех же лессовых просадочных грунтов, а существенно зависит от величины вертикального давления, приложенного к образцу лессового грунта в компрессион ном приборе. Специальные исследования, проведенные под руководством проф.

Ю.М.Абелева в 1932-1947 гг., показали, что с увеличением давления до 0,3 МПа ве личина относительной просадочности существенно увеличивается, а при давлении больше 0,3 МПа на образец лессового грунта в компрессионном приборе с последу ющим замачиванием эта характеристика изменяется незначительно. Так, при давле нии 0,5 МПа величина относительной просадочности для очень многих исследован ных образцов лессовых грунтов оказалось на 4-14% больше величины относитель ной просадочности, определенной при давлении 0,3 МПа. Именно поэтому в каче стве основной расчетной характеристики просадочности грунтов была принята ха рактеристика относительной просадочности определяемая в компрессионных при борах при замачивании образцов лессового грунта, нагружаемого вертикальным давлением 0,3 МПа.

Зная относительную просадочность (в долях единицы или процентах) и зная толщину залегания слоя просадочных грунтов, можно определить максимальную вероятную просадку грунтов в основании фундаментов зданий и сооружений при их замачивании водой. Этот метод был опубликован в действующих нормах по вопро сам проектирования на лессовых грунтах, начиная с 1948 г. Тысяча промышленных и гражданских сооружений, запроектированные с учетом положений этого метода, успешно эксплуатируются на просадочных лессовых грунтах различной толщины слоя [9, 131].

По проф. В.И.Крутову [128, 129, 130, 131, 132, 133, 250] номенклатурными по казателями просадочности, определяющими возможность проявления просадочных свойств грунтов, являются степень влажности S, и показатель просадочности П, определяемый по формуле:

П = (е L - е)/(1 + е), (1.1) где е - коэффициент пористости природного грунта;

е L - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести w L :

e L = w L s / w, (1.2) где s и w - удельные веса частиц грунта и воды.

При предварительной оценке к просадочным (по действующему СНиП 2.02.01 83) относят грунты со степенью влажности S r 0,8 и показателем просадочности П, меньшим 0,10, при числе пластичности грунта 0,01 I L 0,10 меньшим 0,17 при 0,10 I L 0,14 и меньшим 0,24 при 0,14 I L 0,22.

Основными характеристиками просадочных грунтов, определяющими их спе цифические свойства, являются: относительная просадочность sl, начальное проса дочное давление р sl и начальная просадочная влажность w sl.

Относительная просадочность представляет собой относительное сжатие грун та при заданных давлениях и степени повышения влажности и определяется по фор муле:

sl = (h p - h sl )/h g (1.3) где h p - высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бо кового расширения давлением р, равным давлению от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта в зависимости от вида рассчиты ваемых деформаций;

h sl - высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления р;

h g - высота того же образца грунта природной влажности обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса грунта на рассматриваемой глубине.

Начальное просадочное давление р sl - это минимальное давление от нагрузки фундамента или собственного веса грунта, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полного водонасыщения. За начальное просадочное давление р sl при лабораторных испытаниях грунтов принимается давление, при ко тором относительная просадочность sl = 0,01;

при полевых испытаниях штампами давление, равное пределу пропорциональности (на графике «осадка штампа нагрузка»), при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки и осадка штампа возрастает не менее чем в 1,5 раза.

Начальная просадочная влажность w sl представляет собой влажность, при ко торой грунты, находящиеся в напряженном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свойства. За критерий начальной влажности при компрессионных испытаниях принимается относительная просадочность sl = 0,01;

при испытаниях штампами - давление, равное пределу пропорциональности, при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки.

При проектировании оснований и фундаментов на просадочных грунтах учи тывается возможность повышения их влажности вследствие:

- замачивания грунтов - сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод;

- постепенного накопления влаги в грунте в связи с инфильтрацией поверх ностных вод и экранированием поверхности;

- одновременного замачивания грунтов сверху и постепенного накопления вла ги в грунте.

Просадочные деформации подразделяются на следующие виды в соответствии с рисунком 1.2 и рисунком 1.3:

- просадка фундаментов Ssl.p от их нагрузки, происходящая в пределах дефор мируемой зоны 1, располагающейся от подошвы фундамента до глубины, на кото рой суммарные вертикальные давления от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению р sl ;

- максимальная просадка грунтов от собственного веса Ssl,g, происходящая в max нижней части просадочной толщи h sl.g при замачивании площади шириной B w H sl в соответствии с рисунком 1.3(б);

- возможная просадка грунтов от собственного веса S sl.g, проявляющаяся в пре делах толщи h sl.g при B w H sl ;

- горизонтальное перемещение u sl в соответствии с рисунком 1.3(в), возни кающее при просадке грунтов от собственного веса в пределах криволинейных участков просадки грунта.

I - деформируемая зона;

II - нейтральная зона;

III - зона просадки грунта от соб ственного веса;

1 - эпюра вертикальных давлений от нагрузки фундамента;

2 - то же, от собственного веса грунта;

3 - эпюра просадки грунта от нагрузки фундамента;

4 то же, от собственного веса грунта.

Рисунок 1.2 - Зоны деформации просадочного грунта в основании фундамента.

Максимальная просадка грунта от собственного веса Ssl,g характеризуется в max соответствии с рисунком 1.3(б) горизонтальным участком просадки поверхности грунта b и двумя криволинейными участками r, на которых просадка изменяется от максимальной величины Ssl,g до нуля.

max Возможная просадка поверхности грунта Ssl,g включает только два криволи нейных участка r. Горизонтальные перемещения поверхности грунта при макси мальной просадке характеризуются наличием участков в соответствии с рисунком 1.3(в) горизонтального уплотнения, разуплотнения и нейтрального, который при возможной просадке Ssl,g отсутствует.

В зависимости от возможности проявления просадок грунта от собственного веса (СНиП 2.02.01-83*) грунтовые условия строительных площадок подразделяют ся на два типа:

I тип - когда просадка грунта происходит в основном в пределах деформируе мой зоны основания от нагрузки фундаментов или другой внешней нагрузки Ssl,р, а просадка от собственного веса Ssl,g отсутствует или не превышает 5 см;

II тип - когда наряду с просадкой грунта от нагрузки фундамента в нижней ча сти просадочной толщи возможна просадка грунта от его собственного веса более см.

Основными характеристиками для проектирования оснований и фундаментов на просадочных грунтах, полученными при инженерно-геологических изысканиях, являются:

- тип грунтовых условий по просадочности;

- относительная просадочность sl при бытовом и фактическом давлении на грунт, а при изменении фактического давления более чем на 0,1 МПа зависимость sl от давления на грунт;

- величина начального просадочного давления p sl ;

- величина начальной просадочной влажности w sl только при медленном по вышении влажности;

- модули деформации при естественной влажности Е 0 и в водонасыщенном со стоянии Е w ;

- коэффициент изменчивости сжимаемости основания ;

- удельное сцепление с и угол внутреннего трения просадочных грунтов при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии;

- удельное сцепление с и угол внутреннего трения в водонасыщенном состоя нии уплотненных просадочных грунтов до заданной плотности.

Общий характер развития на замачиваемой площади (а) просадки поверхности грунта (б) и горизонтальных перемещений грунта (в): 1, 2, 3 – участка горизонталь ного разуплотнения, уплотнения и нейтральной зоны.


Рисунок 1.3 – Общий характер развития просадочных деформаций.

1.2.3 Прочностные характеристики лессовых просадочных грунтов Для решения инженерных задач при проектировании и строительстве исполь зуются прочностные характеристики грунтов. Существует несколько теорий проч ности, которые используются для определения прочностных показателей макропо ристых лессовых грунтов. Наиболее часто для расчетов используется теория Куло на-Мора: это – уравнение, которое устанавливает зависимость между нормальными и касательными напряжениями на площадках сдвига. Расчетными параметрами это го уравнения являются характеристики – "угол внутреннего трения" и "сцепление" [2, 9, 11, 60, 69, 76, 99, 128, 182, 227, 250].

При исследовании прочностных свойств макропористых лессовых грунтов необходимо изучить прочностные характеристики для трех состояний грунта – для грунта природной влажности, для грунта в процессе проявления просадки и для грунта водонасыщенного. Исследования прочности проводятся по различным схе мам (быстрый сдвиг, медленный сдвиг, на нормально уплотненных образцах, на пе реуплотненных образцах и т.п.) в зависимости от фактической работы грунта в дан ной точке основания при строительстве данного сооружения [4, 8, 27, 130, 181, 182, 242, 309].

Исследования прочностных свойств, выполненные на образцах лессовых супе сей и суглинков юга Украины и Северного Кавказа, позволили проф. Ю.М.Абелеву рекомендовать для лессов при изменении влажности от 7 до 11% величину угла внутреннего трения 31°. Для лессовидных суглинков при влажности на 3-5% мень шей влажности на границе раскатывания, угол внутреннего трения принят равным 27°. Величина сцепления для этих грунтов обычно изменяется в пределах 0,025-0, МПа.

При просадке нарушается природная структура лессовых макропористых грун тов и прочность грунтов при этом будет очень низкой. Впервые количественные ис следования этого процесса были проведены М.Н.Гольдштейном [60, 61].

1.2.4 Фильтрационные свойства лессовых просадочных грунтов На основании многочисленных исследований (Ф.Л.Андрухин, Ю.М.Абелев, А.М.Дранников и др.) было установлено, что именно специфическая макропористая структура лессовых грунтов и вытянутость капиллярных каналов в вертикальном направлении обуславливают анизотропность различных свойств макропористых лессовых грунтов природной структуры, и особенно фильтрационных свойств. В вертикальном направлении для лессов значение коэффициента фильтрации в 2,5- раз больше, чем в горизонтальном направлении. Для лессовидных суглинков коэф фициент фильтрации в вертикальном направлении превышает коэффициент филь трации в горизонтальном направлении в 5-30 раз [9, 31, 50, 70, 87, 110, 132, 169, 205, 250].

При проектировании систем водопровода, канализации и технологических во доводов для определения времени протекания просадочных деформаций необходи мо знать коэффициент фильтрации макропористых лессовых грунтов ненарушенной структуры в вертикальном и в горизонтальном направлениях [2, 9, 10, 21, 135, 263].

При устройстве искусственных оснований следует определить одно значение коэффициента фильтрации макропористых лессовых грунтов после их уплотнения.

Так, после уплотнения коэффициент фильтрации в вертикальном и в горизонталь ном направлениях становился одинаковым. Поэтому для целого ряда инженерных задач важно знать, как изменяются фильтрационные характеристики при уплотне нии макропористых лессовых грунтов.

Сложность проведения экспериментальных исследований для определения ха рактеристик проницаемости обусловлена тем, что многие виды макропористых лес совых грунтов содержат легкорастворимые соли. Кроме того, при движении воды сквозь слой лессовых макропористых грунтов наблюдаются процессы суффозии.

Суффозионные процессы в макропористых лессовых грунтах наблюдаются при определенных градиентах напора, характерных для данного лессового грунта, и при определенном времени движения воды сквозь грунт. Коэффициент проницаемости макропористых лессовых грунтов должен определяться с учетом той жидкости, ко торая будет фильтроваться через грунт. Коэффициент фильтрации грунтов, опреде ленный при фильтрации сквозь образец грунта керосина, морской и дистиллирован ной воды, а также растворов кислоты, характеризовался данными, которые отлича лись друг от друга до 300 раз.

Исследование проницаемости лессов и лессовидных суглинков показало, что обычно, если в грунтах содержится большое количество тонкопылеватых и глини стых частиц, коэффициент фильтрации таких грунтов резко уменьшается.

Были выполнены специальные исследования по определению начального гра диента напора при фильтрации через макропористые лессовые грунты. Было по ставлено 47 опытов с семью разновидностями лессов и лессовых суглинков. При этом не удалось обнаружить ни в одном опыте начального градиента напора. На ос новании этих опытов был сделан вывод, что фильтрация при градиентах напора бо лее 1, через лессовые грунты происходит в соответствии с законом Дарси. Удалось установить зависимость между изменением коэффициента пористости и коэффици ента фильтрации лессовых грунтов в вертикальном направлении. Это зависимость носит экспоненциальный характер.

1.3 Анализ существующих методов расчета оснований и фундаментов зда ний и сооружений на лессовых просадочных грунтах Необходимость строительства большого количества промышленных предприя тий и гражданских зданий в СССР в 1930-1940-х годах особенно в районах с лессо выми просадочными грунтами заставило советских ученых вести большие научно экспериментальные работы по созданию методов устройства оснований и фунда ментов на лессовых просадочных грунтах [2, 9, 66, 67, 182, 230, 231, 250].

Проф. Ю.М.Абелевым впервые был предложен принцип проектирования осно ваний по предельным состояниям взамен принятого по допускаемым давлениям, ис ходя из условий совместной работы всей конструкции в целом с основанием, т.е. с учетом особенностей физико-механических свойств лессовых грунтов основания и специфики работы конструкции данного здания. Этот принцип положен в основу современного проектирования конструкций и оснований зданий и сооружений.

Защита от замачивания просадочных лессовых грунтов в основаниях зданий и сооружений является очень сложным вопросом. Об этом свидетельствует результа ты анализа многочисленных аварий и деформаций гражданских зданий и промыш ленных сооружений на лессовых просадочных грунтах.

Для предотвращения аварий и деформаций зданий и сооружений были разрабо таны водозащитные мероприятия и методы приспособления надземных конструк ций промышленных и гражданских зданий к неравномерным осадкам фундаментов.

Было предложено пять вариантов проектирования оснований фундаментов зданий и сооружений, где дополнительно к вышеуказанному предлагалось устранение проса дочных свойств грунтов, применение искусственных оснований, прорезка проса дочной толщи глубокими фундаментами и т.д. [8, 9, 10, 11, 129, 131].

На работу фундаментов влияет изменение влажности грунтов в основании. При этом нужно учесть время происшедшего замачивания (во время строительства или после завершения строительства, т.е. после передачи всей расчетной нагрузки на грунты основания).

Для водонасыщенных лессовых грунтов расчет времени уплотнения (консоли дации) грунтов основания производится также как и для водонасыщенных глини стых грунтов. Следовательно, суммарная деформация просадочных лессовых грун тов основания и обусловленная ею максимально возможная осадка и просадка зда ний зависят от толщины слоя просадочного грунта, его особых свойств, величины начального просадочного давления, длительности и условий замачивания, от соста ва замачиваемых жидкостей и т.д. [2, 29, 61, 71, 75, 99, 101, 258, 276, 277].

Если грунт в основании не подвергается действию замачивания, то величина осадки фундамента имеет вполне определенное значение. Давление на грунт у по дошвы фундамента принимается равным расчетному давлению на грунт, умень шенному на величину бытового (природного) давления g от веса вышележащего грунта, т. е. - g. Расчет осадки производится исходя из того, что грунт, использу емый в качестве основания, проявил возможную деформацию под давлением, рав ным g. При этом деформации считаются стабилизированными (неизменяемыми во времени), поскольку продолжительность действия этого давления весьма велика.

Для лессового грунта указанное положение является действительным лишь в случае, когда грунт в данном месте подвергался многократной нагрузке и разгрузке или подвергался высушиванию в условиях природного залегания под действием клима тических факторов. Если рассматривать нагружение грунта бытовым давлением как первичную нагрузку, то вторичное нагружение фундаментом вызывает у макропо ристых лессовых грунтов деформацию, равную 90-95% величины вертикальной де формации при первичном нагружении. Следовательно, расчет осадки фундаментов на макропористых лессовых грунтах с учетом уменьшения давления по глубине по теории упругости необходимо производить по полной величине давления на грунт, т. е. (без вычета бытового давления).

Установление величины сжимаемой толщи основания Н с (или величины де формируемой зоны) относится к вопросам еще мало изученным. По предложению проф. Ю.М.Абелева, границей деформируемой зоны считают глубину, на которой отношение z / g равно 0,2;

здесь z и g - давление в центре элементарного слоя на глубине Н z ниже подошвы фундаментов соответственно от внешней нагрузки и собственного веса грунта. Деформацией грунта ниже этой глубины можно прене бречь. Необходимость введения этого условия в свое время определялась тем, что используемые на практике формулы расчета осадок, полученные на основе теории упругости (Шлейхера и др.), выведены для слоя грунта бесконечной толщины. В действительности же зона деформации имеет конечную величину, так как не всякая величина напряжения грунта в основании вызывает деформацию лессовых грунтов природной структуры, имеющую практическое значение, более 0,1 мм. Недостаток приведенной рекомендации для определения толщины деформируемой зоны ос нования или величины сжимаемой толщи состоит в том, что она не учитывает физи ческих свойств и состояния грунта. Следует однако отметить, что проведенные в НИИ оснований и подземных сооружений исследования деформируемой зоны пу тем измерения послойных деформаций по глубине в основании высоких дымовых труб и в основании опытных фундаментов площадью до 16 м2 подтвердили хоро шую сходимость величины сжимаемой толщи основания, определяемой по приве денной рекомендации с результатами наблюдений.


Научные исследования по изучению напряженно-деформированного состояния грунтов в основании жестких штампов впервые были выполнены Г.И.Кравцовым [125] с использованием струнно-акустических месдоз конструкции Гидропроекта для грунтов во влажном и водонасыщенном состоянии. На основании этих исследо ваний был сделан вывод о том, что происходит концентрация напряжений в преде лах сжимаемой зоны, однако возможно применять теорию упругости для описания напряженного состояния в основании штампа.

Под руководством проф. М.Ю.Абелева [9] были проведены очень ценные ис следования для определения напряженно-деформированного состояния в лессовых грунтах с малой влажностью и в водонасыщенных лессовых грунтах под жесткими фундаментами и штампами в гг. Грозный и Георгиевск. Анализ результатов иссле дования контактных напряжений под жестким фундаментом показал следующее.

Распределение контактных напряжений под жесткими фундаментами на маловлаж ных лессовых грунтах до достижения среднего давления под подошвой фундамента 0,3-0,35 МПа удовлетворительно соответствует аналитическим решениям по теории упругости. Во всех опытах на маловлажных лессовых грунтах максимальные напряжения возникли под краями штампа. До давления 0,35 МПа эпюры контакт ных напряжений не изменялись. Для водонасыщенных грунтов при исследовании распределения контактных напряжений в основании круглого жесткого штампа бы ло установлено, что первоначально распределение контактных напряжений проис ходит с небольшим отклонением от решения И.Я.Штаермана (теория упругости).

Начиная с определенного значения среднего давления под подошвой штампа, кото рое численно равно давлению, определяемому по формуле Пузыревского, с учетом развития пластических зон под краями штампа на глубине 0,25-0,35 ширины штам па, наблюдается трансформация эпюры контактных напряжений. При нагрузках на штамп, близких к предельным, т.е. когда наблюдается потеря устойчивости штампа на водонасыщенных лессовых грунтах, эпюра контактных напряжений приобретает параболическую форму с максимальной ординатой под центром штампа [9, 128, 169].

Результаты натурных исследований распределения вертикальных напряжений и горизонтальных напряжений в основании круглого жесткого штампа на маловлаж ных и на водонасыщенных лессовых грунтах в соответствии с рисунком 1.4. На этом же рисунке приведено сопоставление фактических напряжений с расчетными значе ниями по теории упругости.

а - линии одинаковых вертикальны»

напряжений z по данным эксперимен тальных исследований (сплошные ли ния) и по К. Е. Егорову (пунктирная линия);

1 -для маловлажвых лессовых суглинков Георгиевска;

2 - для водо-насыщенных лессовых су глинков Георгиевска;

б - линии одинаковых горизонтальных напряжений под круглым жестким штампом на лессовых маловлажных су глинках Георгиевска при среднем дав лении на грунте 2 кгс/см2 (0,2 МПа) (1) и 1 кгс/см2 (0,1 МПа) (2);

в - распределение вертикальных напря жений для лессовых суглинков Георги евска по глубине под центром круглого жесткого штампа при давление кгс/см2 (0,1 МПа): 1 - для маловлаж ных;

2 - для водонасыщенных Рисунок 4 - Результаты экспериментальных исследований напряженного состояния в основании жесткого круглого штампа на лессовых грунтах.

На основании этих исследований было установлено, что при нагружении жест ких фундаментов до достижения определенной величины давления, равной пример но условному критерию применения теории упругости для расчета деформаций фундаментов (условное развитие зоны пластических деформаций под краем фунда мента на глубину 0,25-0,35 ширины штампа), измеренные величины вертикальных напряжений незначительно отличаются от расчетных значений по теории упругости (не более 20-30%). При дальнейшем нагружении штампов наблюдается резкое уве личение расхождений между наблюдаемыми напряжениями в основании штампа и прогнозируемыми по теории упругости. Наибольшие расхождения наблюдаются на глубинах, превышающих ширину штампа. При увеличении нагрузки на штамп наблюдается концентрация вертикальных напряжений вдоль центральной оси под штампом.

Исследования распределения вертикальных деформаций показали, что дефор мации в основании жесткого штампа на водонасыщенных лессовых грунтах распро страняются на значительно большую глубину, чем это прогнозируется расчетами по существующим нормативным документам. Глубина зоны распространения верти кальных деформаций в основании фундаментов увеличивается по мере увеличения нагрузки на фундамент. Исследования распределения горизонтальных напряжений под жесткими штампами показали, что эти напряжения распределяются более кон центрированно относительно вертикальной оси, проходящей через центр жесткого штампа, по сравнению с распределением напряжений по теории упругости. Концен трация напряженных и деформированных зон вдоль центральной оси под подошвой жесткого круглого штампа может быть объяснена тем, что при больших давлениях на фундаменты возникают нелинейные соотношения между напряжениями и де формациями лессовых грунтов. Таким образом, применение теории упругости для расчета фундаментов на лессовых грунтах возможно до определенных давлений под подошвой фундамента, равных расчетному сопротивлению грунта.

1.4 Анализ методов устройства искусственных оснований зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах 1.4.1 Основные причины применения искусственных оснований После проведения исследований характеристик прочности и деформируемости лессовых просадочных грунтов основания при естественной влажности и при пол ном водонасыщении производятся расчеты по предельным состояниям. Необходи мо, чтобы максимальная возможная осадка с учетом минимальных значений модуля общей деформации Е о лессовых грунтов в водонасыщенном состоянии была бы меньшей, чем величина осадки, допускаемая для данного типа сооружения. Расчеты устойчивости, которые проводятся с использованием минимальных значений проч ностных характеристик лессовых грунтов, также должны подтвердить, что фунда менты зданий и сооружений будут устойчивы при самых неблагоприятных обстоя тельствах [2, 3, 9, 68, 128, 275, 277, 298].

Если расчетная осадка получается больше, чем допускаемая, или устойчивость фундаментов при заданных минимальных значениях прочностных характеристик не обеспечивается, производится устройство искусственных оснований.

1.4.2 Виды искусственных оснований При строительстве зданий и сооружений и инженерных коммуникаций на лес совых просадочных грунтах с I и II типом грунтовых условий площадок строитель ства всегда производят работы по улучшению прочностных и деформационных ха рактеристик этих грунтов, т.е. создаются искусственные основания, которые, как и все другие несжимаемые или малосжимаемые грунты, могут служить основанием фундаментов различных зданий, сооружений и инженерных коммуникаций и обес печивают минимальную осадку и просадку и тем самым благоприятствуют совмест ной работе оснований, фундаментов и зданий (обеспечение нормальной эксплуата ции зданий и сооружений при минимальных разницах осадок и появлении кренов).

Искусственные основания выполняются поверхностным и глубинным уплотне нием и закреплением лессовых просадочных грунтов в основаниях зданий, соору жений и инженерных коммуникаций. Поверхностное уплотнение грунтов произво дится уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками, катками, вытрамбованием кот лованов и устройством грунтовых подушек. Глубинное уплотнение грунтов произ водится устройством грунтовых свай, предварительным замачиванием и глубинны ми взрывами. Закрепление грунтов производится методами силикатизации, терми ческого закрепления и т.д. [9, 11, 66, 67, 116, 128, 143, 182].

1.4.3 Устройство грунтовых подушек Грунтовые подушки выполняются уплотнением грунта в пределах деформиру емой зоны основания фундаментов послойной отсыпкой местных грунтов и после дующим их послойным уплотнением укаткой или трамбованием [8, 9, 10, 67, 128, 250].

Перед устройством грунтовых подушек должны быть проведены лабораторные исследования отсыпаемых грунтов и полевые опытные уплотнения этих грунтов.

При этом должны быть установлены максимальное значение плотности уплотнен ного грунта и оптимальная влажность, при которой достигается максимальная плот ность уплотненного грунта. При проведении работ по уплотнению грунтов в теле грунтовой подушки должен проводиться контроль качества уплотнения каждого слоя.

Устройство грунтовых подушек на площадках с I типом грунтовых условий полностью исключает возможность проявления просадки грунтов.

На площадках со II типом грунтовых условий грунтовые подушки устраняют частично или полностью просадочные деформации только в пределах деформируе мой зоны от нагрузки фундаментов зданий и сооружений, инженерного оборудова ния и инженерных коммуникаций. При этом возможность проявления просадки грунта от собственного веса при замачивании сохраняется. Полное устранение про садочных свойств на таких площадках достигается предварительным замачиванием лессовых просадочных грунтов.

Для устройства грунтовых подушек обычно применяются катки на пневмоко лесном ходу, груженые автосамосвалы и скреперы. Кроме этого может быть приме нена самоходная трамбующая машина Д-471 на базе гусеничного трактора Т-100 [9, 128, 129]. Для достижения хорошего качества уплотнения и эффективного исполь зования машин и механизмов уплотнение грунтов производится только при их оп тимальной влажности.

Проектирование и устройство грунтовых подушек производится не только ис ходя из грунтовых условий, но и в зависимости от конструктивных особенностей строящегося здания или сооружения, типа фундаментов и допускаемых нагрузок на грунтовые подушки на уровне подошвы фундаментов, чувствительности зданий и сооружений к неравномерным осадкам и т.д. [8, 9, 121, 129, 258].

При возведении зданий и сооружений, малочувствительных к неравномерным просадкам, и особенно малоэтажных с нагрузкой на ленточный фундамент до кН/м столбчатый до 600 кН толщина грунтовой подушки может быть сокращена:

р р sl h под = b, (1.4) р sl где р – принятая средняя величина давления на грунт по подошве фундамента;

р sl начальное просадочное давление грунта, залегающего ниже грунтовой подушки;

b ширина фундамента, см.

Давление по подошве фундамента на грунтовую подушку (р) толщиной не ме нее 50 см, исходя из исключения просадок грунта в пределах деформируемой зоны, будет равно:

h р = р sl под + 1. (1.5) b Размеры грунтовых подушек в плане назначаются в зависимости от размеров фундаментов, их конфигурации в плане, принятого давления на грунт, целевого назначения применения грунтовых подушек, удобства производства земляных работ и т.п. При необходимости создания сплошного маловодопроницаемого экрана грун товые подушки устраивают в пределах всего здания или сооружения. Размеры грун товых подушек в этом случае назначаются, исходя из условия отвода аварийных вод за пределы деформируемой зоны грунта в основании фундаментов и должны высту пать в стороны от наружной грани фундаментов на ширину не менее 1,5 м.

При устройстве подушек только с целью ликвидации просадочных свойств грунтов в наиболее напряженной зоне основания фундамента ширина грунтовой по душки b под и длина ее l под понизу определяются по приближенным формулам:

b под = b (1+2k п ), (1.6) l под = l + b 2k п, (1.7) где bиl - соответственно ширина и длина фундамента или здания;

k п коэффициент, учитывающий характер распределения горизонтальных деформаций в основании фундаментов при просадке грунта и принимаемый равным при: р = 0,15 0,2 МПа, k п = 0,3;

р = 0,25-0,3 МПа;

k п = 0,35;

р = 0,35-0,4 МПа;

k п = 0,4.

Выбор грунта для устройства грунтовых подушек производится в основном в зависимости от местных грунтовых условий и целевого назначения применения по душек. При возведении грунтовых подушек с целью создания сплошного водоне проницаемого экрана необходимо применять лессовидные глины и суглинки, так как в этих случаях достигается небольшая их водонепроницаемость. Дренирующие материалы (песок, шлак и т. п.) для устройства грунтовых подушек допускается применять с учетом их технико-экономических показателей только на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности.

Грунтовые подушки должны устраиваться из однородных грунтов оптимальной влажности. При уплотнении грунта в подушках трамбованием оптимальная влаж ность принимается равной Wopt = W p - (0,0...0,03);

при уплотнении укаткой - равной влажности на границе раскатывания W p. При влажности грунта, применяемого для возведения подушки, ниже оптимальной более чем на 0,03 (в абсолютном значении) должно производиться доувлажнение его до оптимальной влажности.

При устройстве грунтовых подушек с целью ликвидации просадочных свойств основания удельный вес сухого грунта должен быть не менее 1,60-1,65 г/см3, но не менее величины, при которой просадка грунта исключается, а при устройстве поду шек с целью создания сплошного водонепроницаемого экрана – не менее 1,70 г/см3.

1.4.4 Вытрамбование котлованов Одним из видов поверхностного уплотнения лессовых просадочных грунтов является вытрамбование котлованов [9, 128, 129]. Вытрамбование котлованов под фундаменты производится уплотнением грунта путем сбрасывания в одно и то же место с высоты 4-8 м трамбовки весом 15-100 кН. Эта трамбовка, как правило, часто выполняется в виде формы будущего фундамента. Вытрамбование котлованов под фундаменты применяется в просадочных грунтах I типа, т.е. в основном тогда, когда в нижних слоях просадочных грунтов отсутствует их просадка от собственного веса или она устранена замачиванием грунтов и т.д. [2, 7, 8, 9, 128, 129, 131, 133, 135].

Для вытрамбования котлованов применяются краны, экскаваторы и т.д. с уста новкой на них специального навесного оборудования. Это оборудование состоит из трамбовки, направляющей стойки или рамы и сбросной каретки. Направляющая стойка изготовляется длиной 8-12 м из труб, швеллеров и уголков. Трамбовка, обычно имеющая в плане форму квадрата, прямоугольника или шестигранника, из готовляется из металлического листа толщиной 10-16 мм путем сварки отдельных элементов встык с последующим заполнением бетоном до заданного веса.

При вытрамбовании котлованов эффективность вытрамбования определяется в основном теми же факторами, что и эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками.

Котлованы вытрамбовываются под отдельно стоящие фундаменты с плоской или заостренной подошвой, ленточные прерывистые фундаменты, а также фунда менты с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания отдельными порциями в дно вытрамбованного котлована жесткого материала (щебня, гравия и т.д.).

До начала работ по вытрамбовыванию котлованов обычно проводятся опытные работы в два этапа. На первом отрабатывается технология производства работ. При этом определяют среднее число ударов трамбовки, заданного веса, оптимальную высоту сбрасывания и т.д. На втором этапе определяются плотность сухого грунта, влажность, прочностные характеристики и с уплотненного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного основания при втрамбовании в дно котлована жесткого материала. В необходимых случаях проводят испытания опытных фундаментов на вертикальные и горизон тальные нагрузки и определяют модули деформации уплотненных и неуплотненных грунтов. Опытные работы проводятся на площадках строительства объектов, для которых запроектированы фундаменты в вытрамбованных котлованах.

При вытрамбовании котлованов для ленточных прерывистых и отдельно стоя щих столбчатых фундаментов при расположении их в осях на расстояниях менее 2b m (где b m – ширина котлована в среднем сечении) дополнительно замеряются вер тикальные и горизонтальные перемещения грунта на окружающей их поверхности по двум створам.

При опытном вытрамбовании или проверке качества работ по оси котлована закладывают шурфы на глубину не менее 2b m ниже его дна с таким расчетом, чтобы одна из стенок шурфа проходила через центр котлована.

Смещение центров вытрамбованных котлованов от принятых в проектах поло жений не должно превышать 0,1 его ширины по верху или 0,05 при наличии стакана для установки колонны. После проверки качества выполненных работ готовые кот лованы сдают под бетонирование.

1.4.5 Термическое закрепление лессовых просадочных грунтов Для закрепления лессовых просадочных грунтов в течение установленного времени через грунт пропускаются раскаленный воздух или раскаленные газы при температуре 300-800°С, и под действием высокой температуры отдельные минера лы, входящие в состав скелета просадочных грунтов, оплавляются. В результате этого возникает высокая прочность контактов между отдельными частицами и агре гатами частиц. При этом грунты теряют значительную часть химически связанной воды. Это изменяет свойства лессовых просадочных грунтов и уменьшает или пол ностью ликвидирует возможность проявления просадочных деформаций при утеч ках воды и технологических растворов из инженерных коммуникаций [9, 128, 131].

Метод термической обработки просадочных лессовых грунтов впервые пред ложил Н.А.Осташов (1934 г.). Термическая обработка лессовых просадочных грун тов производится обычно по следующей технологии. Пробуривают скважины диа метром 100-200 мм, которые закрывают специальными керамическими затворами. В затворе оборудуется камера сгорания. К затвору подают топливо (горючие газы, со ляровое масло, нефть, керосин и т.п.) и воздух под давлением. Регулировка темпера туры производится регулированием подаваемого сжатого воздуха и топлива. При использовании газового топлива верхняя часть скважины нагревается теплом, исхо дящим от факела, а нижняя – горячими газами сгорания, увлекаемыми в скважину сжатым воздухом и проникающими в поры грунта. Затворы приспособлены для ви зуального наблюдения за процессом в скважине и для определения температуры при помощи оптического пирометра.

При применении жидкого топлива по изолированным трубкам жидкое горючее и сжатый воздух подается к выходному концу форсунки.

Температура горения газов в скважине не должна превышать 750-850°С. Если температура газов становится выше, происходит оплавление стенок скважины и стенки становятся газонепроницаемыми. В этом случае скважина становится непри годной для дальнейшего обжига грунтов.

Были исследованы свойства образцов лессовых просадочных грунтов, обрабо танных раскаленными газами при температуре 200, 300 и 400°С. Оказалось, что об разцы, обработанные при температуре 200°С, характеризовались большей проса дочностью, чем образцы естественного сложения. При действии температуры боль ше 300°С грунты стали совершенно непросадочными.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.