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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 11 |

«ИННОВАЦИОННЫЙ НТЦ «ИНЖЕНЕР» ЛЕВЧЕНКО Александр Павлович ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ...»

-- [ Страница 4 ] --

Чтобы установить возможность переноса в натурные условия, полученных в лаборатории закономерностей деформирования при замачивании образцов лёссовых грунтов различными растворами, на полигоне в г.Таш-Кумыре была проведена се рия штамповых опытов по определению значения модуля общей деформации лессо вых грунтов, замоченных как щелочными, так и кислыми растворами.

Штампы устанавливались на уплотненное основание, причем исследования проводились при увлажнении его растворами с различными значениями рН (щелоч ными 0,1 и 5,0Н, кислыми 0,1 и 5,0 Н).

Целью и задачей исследований являлось установление закономерностей де формирования уплотненных лёссовых оснований увлажненных различными техно логическими растворами. Другой задачей являлось определение различия деформи рования грунтов для возможного учета влияния замачивания растворами с различ ными рН в расчетных схемах при проектировании технологических трубопроводов и канализационных сооружений.

В связи с тем, что многочисленными исследованиями [9, 11, 20, 23, 128, 151, 212] установлено расхождение между различными определениями модуля общей деформации грунтов (при определении этой характеристики в полевых и лаборатор ных условиях), одна из задач данного натурного исследования состояла в том, чтобы определить, какая закономерность существует между различными определениями характеристик деформируемости лессовых грунтов при природной влажности, по сле водонасыщения и после насыщения лессовых грунтов щелочными или кислыми растворами.

4.2 Инженерно-геологические условия экспериментальной площадки в г. Таш-Кумыр Экспериментальная площадка была расположена на лёссовых просадочных грунтах в районе строящегося завода полупроводниковых материалов г.Таш-Кумыр (Киргизия) вблизи территории строительства ремонтно-механического блока и жи лого поселка на 15 тысяч жителей. Геолого-литологическое строение представлено с поверхности пролювиальными верхне-четвертичными современными отложениями (pQ III-IV), на различных глубинах подстилаемыми коренными породами палеоген неогена (Р 3 – N 1 ).

Мощность покровных отложений на экспериментальной площадке увеличива ется с запада на восток от 1,2 м до нескольких десятков метров. Пролювиальные от ложения представлены толщей глинистых грунтов в основном лёссовидными супе сями, обладающими значительной просадочностью.

Кровля коренных пород встречена не всеми выработками и залегает в восточ ной части на глубинах более 33 м.

Геолого-литологическое строение площадки строительства жилого поселка представлено аллювиально-пролювиальными отложениями верхне-четвертично современного возраста (apQ III-IV). Это глинистые и крупнообломочные грунты ал лювиальные верхнечетвертичные (aQ III) «Нарынские» галечники с песчаным за полнителем. Эти грунты подстилаются коренными осадочными сцементированными отложениями палеоген-неогенного возраста (Р 3 – N 1 ).

Аллювиально-пролювиальные грунты верхне-четвертичные состоят из пере слаивающей толщи галечниковых и супесчаных грунтов и пройдены в пределах контура застройки выработками с поверхности до коренных пород и имеют общую толщу слоя от 11,7 до 22 м.

С экспериментальных площадок из различных шурфов и выработок было ото брано 218 образцов. Образцы отбирались методом задавливания тонкостенного грунтоноса ГК-3 (конструкция Гидропроекта) из скважин. Из шурфов образцы вы резались методом режущего кольца. После отбора образцов их покрывали марлей и парафинировали, не менее чем в два слоя. В парафин добавляли битум, чтобы об мазка была бы более пластичной. В таком виде образцы были доставлены в лабора торию и помещены в специальные контейнеры для сохранения природной влажно сти и структуры грунта. Часть образцов лёссовых грунтов, которым предстояло наиболее длительное хранение (более 3-х месяцев), были покрыты латексной обо лочкой, которая практически полностью герметизировала образцы.

В лабораторных условиях были изучены грунты ненарушенной структуры и естественной влажности. Задача лабораторных исследований заключалась в уста новлении закономерностей изменения расчетных характеристик физико механических свойств лёссовых просадочных грунтов естественной структуры и влажности, и определения закономерностей изменения этих характеристик после уплотнения и замачивания грунтов нейтральными, щелочными и кислотными рас творами.

Расчетные характеристики лёссовых грунтов, отобранных из основания экспе риментальных площадок, были получены на основе многочисленных исследований физических свойств, исследований сжимаемости грунтов, испытанием их на сопро тивление сдвигу и фильтрационных опытов.

Вторая экспериментальная площадка была расположена в г.Ош в районе пос.

Восточный.

В геологическом строении участка принимают участие аллювиально пролювиальные отложения среднечетвертичного возраста, представленные с по верхности лёссовидными суглинками палево-желтого цвета, маловажными, макро пористыми, твердыми. Толщина слоя от 6,6 до 13,5 м.

Подстилающий слой представлен галечниковым грунтом с песчано-глинистым заполнителем, толщиной более 50 м.

По данным лабораторных исследований просадочных свойств лёссовых супе сей установлено, что грунты относятся ко второму типу по просадочности. Величи на просадки от действия собственной массы грунта при замачивании водой нерав номерная, - на западном участке - 8 см, на восточном - 40 см. Величина начального давления просадочности колеблется от 0,04 МПа на глубине 2 м, до 0,02 МПа - на глубине 10 м.

В соответствии с требованиями ГОСТов и современных методик исследований физических свойств грунтов, были определены и рассчитаны: плотность частиц грунта, плотность грунта, плотность грунта в сухом состоянии, природная влаж ность грунта, влажность на границе пластичности (раскатывания), число пластично сти, коэффициент пористости, степень влажности.

Инженерно-геологический разрез и обобщенные результаты исследований фи зических свойств грунтов площадки расположения котлованов для замачивания грунтов щелочными и кислыми растворами и водой представлены в соответствии с таблицей 4.1.

4.3 Методика полевых исследований изменений физико-механических характеристик лессовых просадочных грунтов Для изучения изменения основных физико-механических характеристик лессо вых просадочных грунтов при замачивании их водой, растворами щелочи Na(OH) различной концентрации и растворами кислот H 2 SO4 различной концентрации была выбрана площадка строительства завода полупроводниковых материалов в г.Таш Кумыр (Киргизия).

При определении методики замачивания лессовых просадочных грунтов через Таблица 4.1 – Основные характеристики физико-механических свойств грунтов в основании опытных котлованов Относительная Начальное просадочное при природной влажно Коэффициент пористо при полном водонасы Природная влажность Модуль деформации Модуль деформации Уд вес грунта, кН/м Уд. сцепление, КПа Степень влажности в сухом состоянии, просадочность Уд. вес частиц давление, КПа Уд. вес грунта грунта, кН/м щении, МПа при отбора, м сти, МПа Глубина грунта грунта кН/м №№ сти п/п p, МПа 0,1 0,2 0, s d sl sl sl с Sr w e h p sl E0 E 1 1,0 26,8 16,35 15,06 8,6 0,296 0,780 0,02 0,028 0,032 55,0 3,3 7,0 5, 2 2,0 26,9 15,41 14,11 9,2 0,273 0,906 0,077 0,086 0,089 8,2 5,0 4,8 3, 3 3,0 27,0 16,25 14,39 12,9 0,397 0,876 0,049 0,055 0,047 55,0 11,7 4,3 2, 4 4,0 26,8 16,06 13,89 15,6 0,450 0,929 0,015 0,016 0,022 41,7 6,0 4, 5 5,0 26,9 16,11 14,64 10,1 0,324 0,838 0,040 0,056 0,059 35,7 11,9 4, 6 6,0 26,8 16,58 14,83 11,8 0,392 0,807 0,044 0,056 0,058 17,2 3,9 3, 7 7,0 26,8 16,32 14,24 14,6 0,444 0,882 0,017 0,033 0,040 70,0 6,5 3, 8 8,0 26,9 15,63 13,93 12,2 0,352 0,931 0,034 0,048 0,055 21,7 10,6 5, 9 9,0 26,8 16,07 15,21 5,7 0,200 0,762 0,010 0,022 0,032 100,0 6,6 4, 10 10,0 26,8 14,71 13,87 6,1 0,175 0,933 0,014 0,048 0,067 37,0 12,3 3, 11 11,0 26,9 13,69 13,18 3,9 0,101 1,042 0,009 0,024 0,040 108,0 17,2 4, 12 12,0 26,8 17,20 13,40 6,0 0,180 0,930 0,010 0,027 0,053 92,0 16,1 4, котлованы учитывались специфические свойства этих грунтов в основании, заклю чающиеся в проявлении просадочных деформаций при повышении влажности их выше начальной просадочной, и возможность управления процессом проявления просадочных деформаций регулировкой объема подаваемой воды и растворов ще лочи или кислоты, интенсивности подачи воды и растворов, площадей участков за мачивания и т.д.

Для опытного замачивания всего было устроено 6 котлованов с размерами в плане 2020 м и расстояниями между ними по 33 м. Эти размеры котлованов и рас стояния были выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность одновре менного обслуживания их во время выполнения исследовательских работ и исклю чить влияния замачивания в одном котловане на значения деформаций (вертикаль ных просадок и горизонтальных перемещений) в другом котловане в соответствии с рисунком 4.1.

Котлованы № 1 и № 2 были предназначены для замачивания грунтов водой, № 3 и № 4 для замачивания растворами щелочи NaОН концентрации соответственно 0,1Н и 5,0Н, а № 5 и № 6 для замачивания грунтов растворами серной кислоты H 2 SO 4 концентрации соответственно 0,1Н и 5,0Н.

Природная влажность глинистых грунтов характеризуется значениями 2-7% (0,02-0,07).

Из-за большого разброса в значениях физико-механических свойств в предва рительных расчетах просадок грунтов приняты их осредненные значения.

Природная влажность грунтов основания до глубины 9 м изменяется от 8,6 до 15,6%. Ниже глубины 9 м просадочные лессовые грунты основания имеют влаж ность от 3,9 до 6,1%, по всей видимости, это соответствует установившейся в тече ние многих лет природной влажности грунтов. В зависимости от времени года влажность верхней части грунтов может отличаться от природной и это должно быть учтено при проведении изысканий и опытов.

По результатам лабораторных испытаний просадочные лессовые грунты в ос новании площадки относятся ко II типу по просадочности.

На глубине пройденных выработок (до 12 м) подземные воды не были обнару жены.

11 20 м 33 м 20 м 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 21 22 23 24 25 26 27 28 29 16 К К 17 18 П1 П Котлован №1 Котлован № 19 20 20 м 33 м 20 м 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 61 62 63 64 65 66 67 68 69 К К3 П3 П Котлован №3 Котлован № 91 20 м 33 м 20 м 92 93 94 95 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 101 102 103 104 105 106 107 108 109 96 К5 К 97 98 П5 П Котлован №5 Котлован № 99 100 Рисунок 4.1 - Схема расположения котлованов ( № 1-№ 6), поверхностных марок (1-120), кустов глубинных марок (К1-К6) и пьезометров (П1-П6).

Анализ зависимости коэффициентов относительной просадочности от давления показывает, что в пределах верхней части основания (до глубины 9,2 м), значения величины относительной просадочности при давлениях 100, 150, 200, 300 кПа изме няются соответственно: 0,009-0,077;

0,016-0,081;

0,015-0,086;

0,018-0,090 при сред них значениях 0,032;

0,039;

0,043;

0,048.

B нижней части (интервал 9,2-11 м) основания при тех же нагрузках изменяют ся от 0,009-0,070;

0,014-0,093;

0,017-0,104;

0,032-0,118, при средних значениях 0,032;

0,046;

0,055;

0,071. При нагрузках 200, 300 кПа коэффициенты относительной про садочности в 1,5 и 1,45 раза выше, чем до глубины 9,2 м.

Суммарная просадка рассчитана по шурфам № 1 и № 2 (с глубин 7 до 12,0 м использованы данные по шурфу № 1) составила 30,41 см и 30,91 см соответственно, причем до глубины 9,2 м (в пределах верхней части разреза) суммарная просадка составляет 21,60 см.

По данным лабораторных исследований грунты теряют свои просадочные свойства при оптимальной влажности 14,8-16,8% и максимальной плотности в су хом состоянии 1,78-1,84 г/см3.

Для проведения замачивания в пяти котловинах были пробурены по 25 дре нажных скважин, диаметром 180 мм. Дренажные скважины находятся на расстоя нии 5 м друг от друга. Шахматное расположение скважин вызвано выполнением требований техники безопасности при инженерно-геологических изысканиях и рав номерного растекания воды и растворов щелочи и кислоты. Скважины засыпаны дренирующим материалом - гранитным щебнем, крупность фракций которого со ставляет 5-20 мм.

Устройство дренажных скважин существенно ускоряет промачивание толщ просадочных лессовых грунтов, особенно в нижней части просадочной толщи. При этом достигается достаточно равномерное и более интенсивное промачивание грун тов, сокращается зона растекания воды в стороны, обеспечивается возможность вы хода через скважины воздуха из толщи грунта при выжимании его водой, снижается возможность переувлажнения грунтов до полного водонасыщения, ускоряется отток из грунта свободной воды после прекращения замачивания и тем самым, снижается влажность грунтов, особенно в верхней части замачиваемой толщи. Наряду с этим устройство дренажных скважин сокращает время промачивания толщи просадочно го лессового грунта в 1,3-1,6 раза, приводит к увеличению просадок грунтов в 1,1 1,4 раза.

Все это способствует созданию наиболее благополучных условий при проведе нии исследовательских работ для уплотнения грунтов II типа по просадочности, при просадке их от собственного веса в пределах опытных котлованов.

Для проявления просадок грунтов от собственного веса необходимо, чтобы степень влажности их повысилась до 0,75-0,85. Поэтому предварительно рассчиты вается объем воды и(или) водных растворов, необходимый для промачивания про садочных лессовых грунтов всего основания площадки.

При степени влажности 0,75-0,85 прочностные и деформационные характери стики просадочных лессовых грунтов снижаются до минимальных значений, а ча стичное заполнение пор грунта воздухом, которые присуще всем просадочным лес совым грунтам, способствует быстрому протеканию деформаций уплотнения.

Отсутствие водоупора под просадочной толщей и низкий уровень подземных вод исключает возможность повышения уровня воды во время выполнения замачи вания и тем самым упрощает регулировку подачи воды и растворов щелочи и кис лоты.

В ходе замачивания для наблюдения за просадочными деформациями проса дочных лессовых грунтов внутри и за пределами опытных котлованов устанавлива ется система поверхностных и глубинных марок в соответствии с рисунком 4.1.

Поверхностные марки предназначены для замера просадок и горизонтальных перемещений поверхности грунтов. Они представляют собой обрезки арматуры диаметром 12-24 мм и длиной 0,8-1 м, которые забиваются в грунт и обетонируются в приямках с размером 30х30х50 см и пронумеруются. На поверхностных марках есть специальные метки, по которым производятся замеры горизонтальных переме щений.

Для наблюдения за послойными деформациями грунтового основания для каж дого котлована устроен куст из пяти глубинных марок в соответствии с рисунком 4.1. Они установлены на глубинах 4;

6;

8;

10;

12 м. Глубинная марка состоит из ре перной трубы диаметром 25 мм и защитной трубы диаметром 114 мм и защитного колпака.

Длина труб соответствует глубине марки. Защитная труба в скважине на 0,5 м короче реперной трубы. Это обеспечивает самостоятельное перемещение реперной (рабочей) трубы относительно защитной. После установки глубинной марки затруб ное пространство со стороны устья скважины засыпается вынутым грунтом с уплот нением его путем покачивания защитной трубы. Нижний конец реперной трубы обетонируется. Чтобы исключить трение реперной трубы о защитную, на реперной трубе устанавливается три сальника из пакли. Сверху глубинная марка закрывается защитным колпаком.

Для подачи воды и растворов щелочи и кислоты в котлованы был устроен вре менный водопровод. Для быстрого изменения места подачи воды и растворов щело чи и кислоты предусмотрена возможность регулирования подачи воды и растворов за пределами котлованов.

Для наблюдения за уровнем подземных вод и его колебаниями в ходе предва рительного замачивания предусмотрены гидрогеологические наблюдательные сква жины в количестве 6 шт., которые расположены в зоне растекания воды и растворов щелочи и кислоты от котлованов в соответствии с рисунком 4.1. Они представляют собой трубы диаметром 114 мм, перфорированные в нижней части и установленные в скважинах глубиной 10 м.

Эффективность уплотнения просадочных лессовых грунтов регулируемым за мачиванием прежде всего определяется временем промачи-вания всей просадочной толщи и созданием наиболее оптимальных условий для самоуплотнения грунтов. В случае полного заполнения пор грунта водой или растворами, консолидация водона сыщенного грунта связана с отжатием избыточной воды и растворов, и протекает в более длительные сроки.

Необходимое количество воды и растворов для замачивания необходимого объема грунта определяется из условия промачивания всей толщи просадочных грунтов. При этом предполагается, что повышение степени влажности грунта в ре зультате замачивания в пределах столба грунта по всей площади замачивания, т.е.

площади котлована составляет более 0,85.

Применение для предварительного замачивания лессовых просадочных грунтов дренажных скважин зависит от фильтрационных свойств этих грунтов, мощности просадочной толщи, типа грунтовых условий по просадочности. В связи с тем, что метод предварительного замачивания применяется в грунтовых условиях II типа, от устройства дренажных скважин зависит скорость развития просадочных деформа ций от влияния собственного веса грунтов.

Максимальные расстояния между дренажными скважинами были назначены из расчета так, чтобы границы распространения воды в стороны от соседних скважин сливались на глубине, с которой происходят просадки грунтов от собственного веса.

Размеры и диаметр дренажных скважин назначались из условия достижения необходимой удельной поверхности замачивания с учетом фильтрационных свойств грунтов. Глубина дренажных скважин принималась равной (0,7-0,8) толщи лессовых грунтов.

В связи с тем, что предварительное замачивание производится на площадке при II типе грунтовых условий по просадочности, дренажные скважины устраиваются от зданий на расстоянии не менее (0,3-0,5) толщины слоя в продольном и поперечном направлениях, то есть на расстоянии 5 м друг от друга.

Схема прокладки временного водопровода была выбрана в зависимости от рас положения опытных котлованов, сети постоянного водопровода и возможности обеспечения управления процессом подачи воды и водных растворов щелочи и кис лоты. Временный водопровод снабжался водомерами и приспосабливался для пода чи воды в котлованы с помощью вентилей и шлангов. Сечение временного водопро вода рассчитывалось по максимальному суточному расходу воды - q max, определен ному по формуле:

q max = К f f (4.1) где К f, - минимальный коэффициент фильтрации слоев грунта, входящих в проса дочную толщу, м/сут.;

f – общая площадь замачиваемого участка, м2;

- эмпириче ский коэффициент, учитывающий увеличение расхода воды в процессе просадки за счет образования просадочных трещин, принимаемый при замачива ИИ из приям ков = 2, с устройством дренажных скважин = 3.

Общее время регулируемого замачивания зависит от методики замачивания и является суммой сроков замачивания по всей площадки. Время Т, необходимое для промачивания всей толщи просадочных грунтов Н s в основании определяется по формуле:

Т = w Н s / К f, (4.2) где: К f - минимальная величина коэффициента фильтрации слоев грунта, входящих в просадочную толщу, м/сут.;

w - коэффициент, принимаемый равным при замачи вании с приямков, заполненных дренирующим материалом w = 1, a при замачива нии через скважины w = 0,8.

Объем воды для регулируемого замачивания грунтов в основании деформиро ванных зданий и сооружений на отдельных участках и в целом определяется из условия промачивания всей толщи просадочых грунтов. При этом предполагается, что повышение влажности грунта в результате замачивания в пределах столба грун та по всей площади замачивания происходит до степени влажности S r = 0,75-0,85.

Замачивание предусматривало при необходимости управление общим характе ром развития происходящих просадочных деформаций путем дозированного зама чивания, отдельных участков вплоть до полной остановки подачи воды и растворов.

Замачивание выполнялось одновременно с тщательным замером всех проса дочных деформаций, перемещений поверхности грунта по поверхностным маркам, расхода воды и растворов. Поэтому до начала замачивания была проверена ра ботоспособность всех водомеров и вентелей с заливкой некоторого количества во ды. Были сняты и занесены в журнал нулевые показатели водомеров, подготовлен журнал замачивания и проверялось качество установки всех марок и реперов.

Перед началом замачивания с двукратной повторностью производилось ниве лирование всех поверхностных и глубинных марок, кроме этого были замерены рас стояния между поверхностными марками в створах. Эти замеры выполняются с це лью уточнения общего сдвига грунтового массива основания при просадках грунтов от собственного веса и горизонтальных перемещениях при этом.

В гидрогеологических наблюдательных скважинах (пьезометрах) замерялся уровень воды перед началом работ.

Производились следующие виды измерительных работ:

- замеры горизонтальных расстояний между поверхностными марками по уста новленным рискам металлической рулеткой длиной 10 м с точностью ±1 мм в уста новленном направлении.

- замеры уровня воды в гидрогеологических наблюдательных скважинах (пье зометрах) рулеткой с хлопушкой от риски с абсолютной отметкой на трубе и даль нейшее определение абсолютной отметки поверхности воды;

- нивелировка всех поверхностных, глубинных марок нивелированием I класса высокоточным нивелиром и инварными штриховыми 3-х и 1,5-метровыми рейками;

- замеры трещин в грунте, появившихся в результате просадок, и расстояний до них с помощью указанных выше приборов.

Периодичность выполнения измерительных работ устанавливалась для каждого этапа, исходя из скорости развития просадочных деформаций, достижения цели по ставленной на каждом этапе и от степени влияния замеряемых величин на методику замачивания.

4.4 Результаты выполненных полевых исследований 4.4.1 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов водой Перед началом опытного замачивания лессовых просадочных грунтов через котлован № 1 без дренажных скважин и котлован № 2 через дренажные скважины засыпанные щебнем производились измерительные работы. Измерительные работы включали:

1. Нивелировка всех поверхностных и глубинных марок;

2. Снятие отсчетов по пьезометрам;

3. Снятие отсчетом показаний водомеров;

4. Измерение горизонтальных расстояний между поверхностными марками;

5. Проверка рабочего состояния устроенного временного водопровода;

6. Проверка рабочего состояния измерителей уровня воды в котлованах.

Замачивание грунтов через опытные котлованы началось одновременно. Пода ча воды была отрегулирована после достижения высоты столба воды в обоих котло ванах на 0,35 м. В связи с тем, что во втором котловане были устроены дренажные скважины, для установления высоты воды равной 0,35 м ушло 1,5 часа больше вре мени, чем в первой скважине.

Указанные выше измерительные работы выполнялись ежедневно согласно раз работанного плана геодезических измерительных работ.

По результатам нивелирования поверхностных марок (№ пм5, пм15, пм25, пм36) просадка грунтов в котловане № 1 началась через 5 дней после начала подачи воды, а в котловане № 2 через 3 дня после начала подачи воды.

При этом суточные просадки грунтов составили в среднем для котлована № 1,5 мм, а для котлована № 2 – 1,6 мм.

Просадка грунтов происходила в основном в пределах замачивания, т.е. в пре делах размеров котлована. По поверхностным маркам, расположенным за предела ми котлована, т.е. в зоне растекания воды просадка грунтов не происходила. Про садка грунтов по поверхностным маркам второго контура, за пределами котлована началась на 10-й и 9-й день после начала подачи воды соответственно для котлова нов № 1 и № 2. При этом интенсивность просадок составила для марок у котлована № 1 (№ пм2, пм9, пм18) – 1,4, а для марок у котлована № 2 – 1,5 мм в сутки.

На 11 день начала замачивания просадки грунтов в пределах котлованов № 1 и № 2 достигли средней скорости соответственно 3 мм и 4 мм в сутки. При этом мак симальная просадка грунтов по поверхностным маркам № пм5 и № пм25 составили 13,5 мм и 23,2 мм соответственно для котлована № 1 и № 2. Результаты сопоставле ния замеров значений просадок грунтов в котлованах № 1 - № 6 при замачивании водой и растворами кислоты и щелочи приведены в соответствии с рисунком 4.2, а другие результаты исследований приведены в Приложении В научно исследовательской работы.

По результатам нивелирования поверхностных марок на 20 день после начала замачивания интенсивность развития осадок для котлована № 1 составила 2,9-3,1 мм в сутки, а для котлована № 2 – 4,0 мм в сутки. При этом максимальная просадка грунтов в пределах котлована № 1 составила 41,0 мм, в пределах котлована № 2 со ставила 59,2 мм.

Скорость развития просадок грунтов в пределах котлованов № 1 м № 2, по ре зультатам нивелировок поверхностных марок через 30 дней после начала замачива ния, составили в среднем соответственно 3,8 и 4,0 мм в сутки. При этом максималь ная просадка грунтов в пределах котлована № 1 составила 75,5 мм, а в пределах котлована № 2 составила 111,6 мм.

На 40-й день после замачивания грунтов в результате работ по геодезическим измерениям было установлено, что скорость протекания просадочных деформаций в котлованах № 1 и № 2 составляют в среднем 5 мм в сутки, а максимальное значение просадок составляло соответственно 122,4 мм и 170,6 мм.

Для изучения процессов протекания просадочных деформаций грунтов от соб ственного веса при различных значениях влажности и интенсивности подачи воды подача воды в котлован № 1 и № 2 была остановлена в 47 день замачивания.

По результатам геодезических замеров присадок грунтов от собственного веса по поверхностным маркам в пределах обоих котлованов были установлены следу ющие данные.

После остановки подачи воды скорость просадок грунтов от собственного веса в пределах котлована № 1 и № 2 возросла от 1 до 2 мм в сутки. Перерыв в подаче воды продолжался 6 дней: от 47 по 52-й день выполнения работ. После возобновле ния подачи воды повышение скорости просадочных деформаций не наблюдалось, а, наоборот, с каждым днем скорость стала уменьшаться на 1-2 мм в сутки.

t, сут пм пм пм пм пм пм пм пм пм пм пм пм S sl, Рисунок 4.2 – Графики осадок поверхностных марок во времени по котлованам № 1 - № Согласно данным геодезических измерений (от 50 по 60 день замачивания) просадки грунтов от собственного веса в пределах обоих котлованов происходили почти с одинаковой средней скоростью – 6-8 мм в сутки. Максимальное значение просадок в котловане № 1 составило 222,5 мм, а в котловане № 2 – 269,9 мм.

Начиная от 60 дня замачивания по 80 день резко снизилась скорость просадок и составила всего для котлована № 1 в среднем от 2,8 до 4,1 мм в сутки, а для котло вана № 2 – от 11,6 до 4,0 мм в сутки.

От 67-го по 72-й день предварительного замачивания грунтов был сделан пере рыв в подаче воды, но при этом увеличение скорости просадок не наблюдалось.

Условная стабилизация просадок грунтов в основании котлована № 1 наступи ла после 90-го дня замачивания и составила за 10 дней всего 1 мм. Такая же ско рость просадок наблюдалась 20 дней и подача воды в котлованы была остановлена.

Всего было залито по 2880 куб. м воды в каждый котлован. Максимальные просадки грунтов на 100 день после работ в пределах котлована № 1 составили 317,2 мм.

Устройство дренажных скважин в котловане № 2 больших преимуществ не по казало. Только просадка грунтов при одновременной подаче воды в котлованы № началась на 3 дня раньше и условная стабилизация грунтов наступила на 5 дней раньше. На 100-й день после начала работ максимальная просадка грунтов в преде лах котлована № 2 составила 389,8 мм.

Было проведено регулярное нивелирование поверхностных марок, располо женных вокруг котлованов № 1 и № 2.

В связи с тем, что эти марки находятся вне зоны интенсивной подачи воды про садки этих марок зависят от угла растекания воды в стороны от котлованов, уровня поднятия подземных вод и расстояния их расположения от котлованов в стороны.

Просадка грунтов, находящихся в зоне растекании воды, по этим маркам нача лась только на 6-й день после начала работ, когда по замерам уровня воды в пьезо метрах, находящихся в зоне растекания воды, вода стала растекаться под углом 36° к вертикали и нижние слои грунта стали обводняться.

Несмотря на то, что поверхностные марки, расположенные в 4 м от котлована, находятся над слоем грунта, дающего просадку от собственного веса, их просадки намного отличались от просадок грунтов в пределах котлованов.

Просадки грунтов по поверхностным маркам, находящимся за пределами кот лованов, приведены в Приложении В.

В связи с тем, что на площадке отсутствуют слои грунта, которые могли бы служить водоупором, резкого поднятия уровня воды в пьезометрах не наблюдалось.

Производилось регулярное нивелирование глубинных марок, результаты кото рых показали динамику развития просадок по глубине. Проводившиеся наблюдения за глубинными марками позволили получить характер развития просадок грунтов по глубине.

Анализ данных замеров просадочных деформаций грунтов показал, что:

- просадка грунтов от собственного веса происходит, начиная с глубины 4 м ниже;

- наибольшая просадка грунтов наблюдается на глубинах 4-6 и 8-10 м;

- наблюдается осадка глубинной марки (ГМ), расположенной на непросадоч ном галечниковом грунте на глубине 12 м.

Осадка глубинной марки, расположенной на непросадочном галечниковом грунте, происходила по-видимому из-за наличия грунта на забое скважины и изме нения напряженно-деформированного состояния в толще основания в ходе предва рительного замачивания.

Осадки глубинных марок происходили относительно равномерно и динамика просадочного процесса в грунтах по глубинным маркам совпадает с процессами, за меренными по поверхностным маркам. Условная стабилизация просадок грунтов по глубинным маркам наступила на 85-90 день после начала замачивания, т.е. еще до прекращения подачи воды в котлованы.

За весь период замачивания просадки грунтов по глубинным маркам, располо женным у котлованов № 1 и № 2, находящихся на глубинах 4, 6, 8, 10 и 12 м, соста вили соответственно 309,6 мм, 232,2 мм, 139,3 мм, 51,4 мм, 10,2 мм и 326,6 мм, 244,3 мм, 146,6 мм, 49,7 мм, 9,4 мм.

В ходе замачивания грунтов в основании котлованов № 1 и № 2 при просадке грунтов от собственного веса происходили горизонтальные перемещения поверх ности грунта вокруг котлованов. Горизонтальные перемещения происходили в сто рону котлованов.

Замеры горизонтальных перемещений производились по поверхностным мар кам с помощью металлических рулеток по специальным рискам нанесенным на по верхностные марки.

Согласно замерам горизонтальные перемещения поверхности грунта начались на 16 день после начала замачивания, когда максимальная просадка грунта от соб ственного веса в пределах котлованов составила от 20,7 мм до 28,6 мм.

Максимальные горизонтальные перемещения поверхности грунта на 100 день работ происходили в 4 м от котлованов и составили 61,0 мм у котлована № 1 и 66, мм у котлована № 2.

В грунтовых условиях II типа по просадочности при просадках грунтов от соб ственного веса на поверхности грунта вокруг замачиваемых площадей, кроме гори зонтальных перемещений поверхности грунта наблюдается появление трещин в грунте. Максимальные значения появившихся трещин в грунте составляют от 45, мм до 54,0 мм и находятся в 7-10 м от краев котлованов № 1 и № 2.

Для изучения развития горизонтальных перемещений и появления при этом трещин в грунте, были построены эпюры равных просадок в пределах и вокруг кот лованов.

4.4.2 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов растворами щелочи Для исследования характеристик деформируемости и просадочных свойств лессовых просадочных грунтов было произведено опытное замачивание грунтов че рез котлованы № 3 и № 4 щелочными растворами (NaОН) концентраций соответ ственно 0,1Н и 5Н.

Подача раствора в котлованы осуществлялась через специально устроенную систему из коррозионно-устойчивых труб. Расход раствора, то есть объем подавае мой в котлованы щелочного раствора измерялся с помощью специального расходо мера.

Для обеспечения равномерного замачивания грунтов растворами щелочи кот лованы заполнялись растворами высотой 0,3 м и в дальнейшем поддерживалась по стоянная высота растворов в котлованах.

Производилось регулярное нивелирование всех поверхностных и глубинных марок и измерительные работы по определению горизонтальных перемещений по верхности грунта при просадке его от собственного веса и уровня водных растворов в пьезометрах.

По результатам нивелировок поверхностных марок (пм45, пм46, пм55, пм56) просадка грунтов в котловане № 3 началась через 6 дней после начала подачи рас твора, а в котловане № 4 - через 8 дней после начала подачи раствора.

При этом суточные просадки грунтов составили для котлована № 3 1,0 мм, а для котлована № 4 – 0,1 мм.

Просадка грунтов происходила в основном в пределах замачиваемых площа дей, т.е. в пределах размеров котлованов. По поверхностным маркам, расположен ным за пределами котлована, т.е. в зоне растекания воды просадка грунтов не про исходила. Просадка грунтов по поверхностным маркам второго контура за предела ми котлована началась на 10 день после начала подачи растворов соответственно для котлованов № 3 и № 4. При этом интенсивность просадок составила для марок у котлована № 3 (пм.49, пм52) – 0,4, а для марок у котлована № 3 – 0,1 мм в сутки.

На 10 день начала замачивания просадки грунтов в пределах котлованов № 3 и № 4 происходили со средней скоростью соответственно 1,0 мм и 0,1 мм в сутки.

При этом максимальная просадка грунтов по поверхностным маркам пм.45 и пм составили 4,0 мм и 0,2 мм соответственно для котлована № 3 и № 4.

По результатам нивелировок поверхностных марок на 17 день после начала за мачивания интенсивность развития просадок для котлована № 3 составила от 1,0 до 2,0 мм в сутки, а для котлована № 4 – 0,2 мм в сутки. При этом максимальная про садка грунтов в пределах котлована № 3 составила 13,0 мм, в пределах котлована № 4 – 1,4 мм.

Скорость развития просадок грунтов в пределах котлованов № 3 и № 4 по ре зультатам нивелировок поверхностных марок через 27 дней после начала замачива ния составили соответственно 2,0 и 0,4 мм в сутки. При этом максимальная просад ка грунтов в пределах котлована № 3 составила 33,0 мм, а в пределах котлована № – 4,8 мм.

После 40-го дня предварительного замачивания грунтов в пределах котлованов № 3 и № 4 наблюдалось сравнительное развитие скоростей просадок. При этом про изводилось непрерывное замачивание этих грунтов раствором NaOH 0,1Н и 5,0Н.

На 41 день после начала работ суточные скорости просадочных деформааций по котлованам № 3 и № 4 составили соответственно 4,0 мм и 1,0 мм. При этом мак симальное значение просадок в пределах этих котлованов составило для котлована № 3 – 78,0 мм, а для котлована № 4 – 16,0 мм.

Для изучения процессов протекания просадочных деформаций грунтов от соб ственного веса при различных значениях влажности и интенсивности подачи рас творов подача растворов в котлован № 3 и № 4 была остановлена на 47-й день нача ла работ по замачиванию.

По результатам геодезических замеров просадок грунтов от собственного веса по поверхностным маркам в пределах обоих котлованов были установлены следу ющие данные.

После остановки подачи растворов скорость просадок грунтов от собственного веса в пределах котлованов № 3 и № 4 возросла соответственно на 2,0 и 0,8 мм в сутки. Максимальная просадка грунта от собственного веса к концу перерыва в по даче растворов, т.е. на 52-й день замачивания по котлованам № 3 и № 4 составила соответственно 134,0 и 29,0 мм, и в этот день была возобновлена подача растворов в котлованы.

Начиная от 52 до 60 дня предварительного замачивания грунтов растворами NaOH концентрации 0,1Н и 5,0Н, скорости просадок грунтов в обоих котлованах продолжались с постоянной скоростью, для котлована № 3 – 6 мм в сутки, а для котлована № 4 – 1,2 мм в сутки.

На 60-й день работ по замачиванию на основе геодезических замеров просадок поверхностных марок в пределах котлованов № 3 и № 4 было установлено, что мак симальные значения просадок составляют соответственно 184,0 мм и 41,8 мм.

Как показывают результаты нивелировок поверхностных марок просадки грун тов в котлованах № 3 и № 4 происходит по-разному. На 41 и 60 день замачивания грунтов щелочными растворами концентраций 1Н и 5Н расхождение в значениях просадок составляет соответственно 52,0 мм и 142,2 мм. При этом уменьшился рас ход щелочного раствора концентрации 5Н в котловане № 4. По всей видимости из менились фильтрационные свойства грунта в результате изменения состава и струк туры грунтов в пределах этого котлована.

Такое расхождение в результатах геодезических измерений, то есть в просадках грунта, замеренных по поверхностным маркам, является результатом того, что при концентрациях щелочных растворов до 1Н взаимодействие их с грунтами является неагрессивным (физико-химическое) и при этом свойства грунтов резко меняются, а химико-минеральный состав этих грунтов не меняется.

При высоких концентрациях щелочных растворов (более 1Н) происходит их агрес сивное воздействие (химическое) на грунты, которое приводит к существенному из менению состава, структуры и свойства этих грунтов. Эти два фактора имеют место в развитии просадок в котлованах № 3 и № 4 и расхождение в значениях просадок грунтов в котлованах при одновременном и одинаковом их замачивании составляет в скорости развития просадок 4,0-4,5 мм в сутки, и в максимальных значениях про садок 142,2 мм от начала работ является результатом влияния этих факторов.

На значение скорости развития просадок грунтов при концентрациях раствора 1Н повлиял тот фактор, что при взаимодействии с растворами щелочи такой кон центрации не увеличится коэффициент фильтрации грунта, но обводнение нижних слоев толщи происходит быстрее чем при концентрации раствора 5Н.

При сравнении значений просадок грунтов при их замачивании чистой водой, раствором щелочи концентрации 1Н и 5Н стало известно, что просадка грунта при концентрации раствора 1Н происходит незначительно медленнее и ее значение в среднем на 64,8 мм меньше, чем при замачивании водой, а значение скорости разви тия просадок и ее максимальное значение при одинаковом времени до условной стабилизации при концентрации раствора 5Н значительно ниже, чем при замачива нии водой.

Начиная от 60 дня замачивания по 80 день резко снизилась скорость просадок и составила всего от 0,4 до 3,0 мм в сутки.

Условная стабилизация просадок грунтов в основании котлованов наступила после 90 дня замачивания для котлована № 3 и после 60 дня для котлована № 4 и со ставила за 10 дней всего 1 мм. Такая же скорость просадок наблюдалась 20 дней и подача раствора в котлованы была остановлена. Всего было залито по 2610 куб. м раствора в каждый котлован. Максимальные просадки грунтов на 100 день после работ составили 275,0 мм в котловане № 3 и 62,2 мм – в котловане № 4.

Было проведено регулярное нивелирование поверхностных марок, располо женных вокруг котлованов № 3 и № 4, которые приведены в Приложении В.

В связи с тем, что эти марки находятся вне зоны интенсивной подачи растворов просадки этих марок зависят от угла растекания растворов в стороны от котлованов, уровня поднятия подземных вод в виде залитых растворов и расстояния их распо ложения от котлованов в стороны.

Просадка грунтов, находящихся в зоне растекании растворов, по этим маркам началась только на 15-17 день после начала работ, когда по замерам уровня водных растворов в пьезометрах, находящихся в зоне растекания растворов, раствор стал растекаться под углом 36° к вертикали и нижние слои грунта стали обводняться.

Несмотря на то, что поверхностные марки, расположенные в 4 и 10 м от котло вана, находятся над слоем грунта, дающего просадку от собственного веса, их про садки намного отличались от просадок грунтов в пределах котлованов.

В связи с тем, что на площадке отсутствуют слои грунта, которые могли бы служить водоупором, резкого поднятия уровня воды в пьезометрах не наблюдалось.

Для установления развития просадок грунтов по глубине производилось регу лярное нивелирование глубинных марок.

Проводившиеся наблюдения за глубинными марками позволили получить сле дующий характер развития просадок грунтов по глубине:

- просадка грунтов от собственного веса происходит, начиная с глубины 4 м ниже;

- наибольшая просадка грунтов наблюдается на глубинах 4-6 и 8-20 м;

- наблюдается осадка глубинной марки (ГМ), расположенной на непросадоч ном галечниковом грунте на глубине 12,0 м.

Осадка глубинной марки, расположенной на непросадочном галечниковом грунте, происходила по-видимому из-за наличия грунта на забое скважины и под действием раствора на грунты.

Осадки глубинных марок происходили относительно равномерно и динамика просадочного процесса в грунтах по глубинным маркам совпадает с процессами, за меренными по поверхностным маркам.

За весь период замачивания по глубинным маркам, расположенным у котлова нов № 3 и № 4, находящихся на глубинах 4, 6, 8, 10 и 12 м составили соответственно 244,1, 183,9, 109,9, 40,5, 7,8 мм и 45,3, 33,1, 18,8, 7,0, 2,4 мм.

При этом немаловажным фактом является то, что на 100 день работ при зама чивании грунтов растворами 0,1Н и 5,0Н просадки слоев грунтов по глубине изме нились. Осадки глубинных марок ГМ1 и ГМ2, находящихся на глубинах соответ ственно 4,0 м и 6,0 м отличаются от осадок глубинных марок на таких же глубинах соответственно на 293,3 мм и 145,6 мм. Это по всей видимости является результатом изменения состава и структур грунта этих слоев растворами разной концентрации и уменьшения сжимаемости грунтов на концентрациях 5Н.

В результате сопоставления результатов нивелировок глубинных марок скоро сти проявления просадочных деформаций грунтов оказались разными. Максималь ное значение развития просадки наблюдалось при концентрации раствора 0,1Н и минимальное ее значение при концентрации раствора 5,0Н.

В ходе замачивания грунтов в основании котлованов № 3 и № 4 при просадке грунтов от собственного веса происходили горизонтальные перемещения поверх ности грунта вокруг котлованов. Горизонтальные перемещения происходили в сто рону котлованов (появление трещины в грунте вокруг котлованов).

Замеры горизонтальных перемещений производились по поверхностным мар кам с помощью металлических рулеток по специальным рискам нанесенным на по верхностные марки.

Согласно замерам горизонтальные перемещения поверхности грунта начались на 45 день после начала замачивания, когда просадки грунта от собственного веса в пределах котлованов составили от 14,7 мм до 94,0 мм.

Максимальные горизонтальные перемещения поверхности грунта на 100 день работ происходили в 10,0 м от котлованов и составили 49,3 мм у котлована № 3 и 8,9 мм у котлована № 4.

В грунтовых условиях II типа по просадочности при просадках грунтов от соб ственного веса на поверхности грунта вокруг замачиваемых площадей, кроме гори зонтальных перемещений поверхности грунта наблюдается появление трещин в грунте. Максимальные значения появившихся трещин в грунте составляют от 21, мм до 35,2 мм и находятся в 8-12 м от краев котлованов № 3 и № 4.

Для изучения развития горизонтальных перемещений и появления при этом трещин в грунте, были построены эпюры равных просадок в пределах и вокруг кот лованов.

4.4.3 Результаты опытов по замачиванию лессовых просадочных грунтов кислыми растворами С целью установления закономерностей изменения физико-механических ха рактеристик и просадочных свойств лессовых просадочных грунтов при замачива нии их кислыми растворами различных концентраций было произведено опытное замачивание таких грунтов через котлованы № 5 и № 6. Для исследования исполь зовались водные растворы серной кислоты Н 2 SO 4 при концентрациях 0,1Н и 5,0Н.

Замачивание грунтов кислыми растворами концентраций 0,1Н и 5,0Н через котлованы № 5 и № 6 началось одновременно. Объем подаваемой в котлованы рас творов измерялся с помощью специального расходомера. Растворы подавались че рез систему из коррозионно-стойких труб.

В котлованах поддерживались постоянные уровни растворов высотой столба 0,3 м.

Производился весь комплекс измерительных работ, который включал в себя ре гулярное нивелирование всех поверхностных марок в пределах и за пределами кот лованов и глубинных марок. Производились также замеры горизонтальных переме щений поверхности грунта при просадке его от собственного веса по поверхност ным маркам и уровня водных кислых растворов в пьезометрах.

По результатам нивелирования поверхностных марок (№ пм85, пм86) просадка грунтов в котловане № 5 началась через 1 день после начала подачи раствора, а в котловане № 6 тоже через 1 день после начала подачи раствора в соответствии с ри сунком 4.2.

При этом суточные просадки грунтов составили в среднем для котлована № 5 – 1,0-1,5 мм, а для котлована № 6 – 3,0-6,0 мм.

Просадка грунтов происходила в основном в пределах замачивания, т.е. в пре делах размеров котлована. По поверхностным маркам, расположенным за предела ми котлована, т.е. в зоне растекания раствора просадка грунтов в первые дни не происходила. Просадка грунтов по поверхностным маркам второго контура, за пре делами котлована началась на 6-й и 3-й день после начала подачи воды соответ ственно для котлованов № 5 и № 6. При этом интенсивность просадок составила для марок у котлована № 5 (пм89, пм92) – 1,4, а для марок у котлована № 6 (пм102, пм119) – 1,5 мм в сутки.

На 10 день начала замачивания просадки грунтов в пределах котлованов № 5 и № 6 достигли средней скорости соответственно 4,4-4,8 мм в сутки и 29,9-29,8 мм в сутки. При этом максимальная просадка грунтов по поверхностным маркам пм86 и пм115 составили 27,2 мм и 127,8 мм соответственно для котлована № 5 и № 6.

По результатам нивелирования поверхностных марок на 25 день после начала замачивания скорость развития просадок для котлована № 5 составила 5,5 мм в сут ки, а для котлована № 6 – 39,0 мм в сутки. При этом максимальная просадка грунтов в пределах котлована № 5 составила 114,9 мм, в пределах котлована № 6 – 320,4 мм.

Скорость развития просадок грунтов в пределах котлованов № 5 и № 6, по ре зультатам нивелировок поверхностных марок через 36 дней после начала замачива ния, составили в среднем соответственно 6,3 и 2,0 мм в сутки. При этом максималь ная просадка грунтов в пределах котлована № 5 составила 184,0 мм, а в пределах котлована № 6 - 351,0 мм.

По результатам геодезических замеров просадок грунтов от собственного веса в пределах котлованов № 5 и № 6 суточные скорости просадок на 44 день замачива ния составили 4,8-5,0 мм – для котлована № 5 и 1 мм – для котлована № 6. При этом максимальные значения просадок для котлованов № 5 и № 6 составили соответ ственно 228,8 мм и 362,4 мм.

Для изучения процессов протекания просадочных деформаций грунтов от соб ственного веса при различных значениях влажности и интенсивности подачи рас творов подача растворов в котлован № 5 и № 6 была остановлена в 47 день замачи вания и перерыв продолжался до 52-го дня.

По результатам геодезических замеров присадок грунтов от собственного веса по поверхностным маркам в пределах обоих котлованов были установлены следу ющие данные.

После остановки подачи растворов скорость просадок грунтов от собственного веса в пределах котлована № 5 возросла в среднем 1,6 мм в сутки, а в котловане № просадка поверхностных марок продолжалась с прежней скоростью, в среднем 1, мм в сутки.

Начиная с 52-го дня замачивания, то есть после перерыва в подаче растворов, суточные скорости просадок постепенно уменьшались. На 60-й день скорость про садок грунтов по поверхностным маркам составили для котлована № 5 - 3 мм, а для котлована № 6 – 0,6-1,0 мм. При этом максимальные значения просадок составили для котлованов № 5 и № 6 соответственно 298,2 и 381,1 мм.

Такое расхождение в результатах геодезических измерений, то есть в просадках грунта замеренных по поверхностным маркам является результатом того, что при концентрациях щелочных и кислых растворов до 1Н взаимодействие их с грунтами является неагрессивным (физико-химическое) и при этом свойства грунтов резко меняются, а химико-минеральный состав этих грунтов не меняется. При высоких концентрациях щелочных и кислых растворов (более 0,1Н) происходит их агрессив ное воздействие (химическое) на грунты, которое приводит к существенному изме нению состава, структуры и свойства этих грунтов. Эти два фактора имеют место в развитии просадок в котлованах № 5 и № 6. Расхождение в значениях просадок грунтов в котлованах при одновременном и одинаковом их замачивании в скоростях развития просадок и максимальных значениях просадок является результатом про явления просадочных деформаций при различных концентрациях растворов по разному.

Как показывают результаты нивелировок поверхностных марок просадки грун тов в котлованах № 5 и № 6 происходит по-разному. На 60 и 100 день замачивания грунтов кислыми растворами концентраций 1Н и 5Н расхождение в значениях про садок составляет соответственно 70,6 мм и 31,7 мм. При этом уменьшился расход кислого раствора концентрации 5,0Н в котловане № 6. По всей видимости, измени лись фильтрационные свойства грунта в результате изменения состава и структуры грунтов в пределах этого котлована.


На значение скорости развития просадок грунтов при концентрациях раствора 5Н повлиял тот фактор, что при взаимодействии с растворами кислоты такой кон центрации увеличится коэффициент фильтрации грунта и обводнение нижних слоев толщи происходит быстрее чем при концентрации раствора 0,1Н.

При сравнении значений просадок грунтов при их замачивании чистой водой, раствором кислоты концентрации 0,1Н и 5,0Н стало известно, что просадка грунта при концентрации раствора 5,0Н происходит быстрее и ее значение на 66,7 мм больше, чем при замачивании водой, а значение скорости развития просадок и ее максимальное значение при одинаковом времени до условной стабилизации при концентрации раствора 5,0Н значительно выше, чем при замачивании водой.

Начиная от 60 дня замачивания по 80 день наблюдалось резкое снижение ско рости просадок и скорость составляла всего от 0,8 до 2,4 мм в сутки.

Условная стабилизация просадок грунтов в основании котлована № 5 наступи ла после 90-го дня замачивания и составила за 10 дней всего 10 мм. Такая же ско рость просадок наблюдалась 15 дней и подача раствора в котлованы была останов лена. Всего было залито по 2710 куб. м раствора в каждый котлован. Максимальные просадки грунтов на 100 день после работ в пределах котлована № 6 составили 406,5 мм.

Для сравнения развития просадок грунтов в различных котлованах было прове дено регулярное нивелирование поверхностных марок, расположенных вокруг кот лованов № 5 и № 6, результаты которых приведены в Приложении В.

В связи с тем, что эти марки находятся вне зоны интенсивной подачи воды про садки этих марок зависят от угла растекания растворов в стороны от котлованов, уровня поднятия подземных вод в виде залитых растворов и расстояния их распо ложения от котлованов в стороны.

Просадка грунтов, находящихся в зоне растекания растворов, по этим маркам началась только на 14 день после начала работ, когда по замерам уровня воды в пье зометрах, находящихся в зоне растекания растворов, раствор стал растекаться под углом 33-37° к вертикали и нижние слои грунта стали обводняться.

Несмотря на то, что поверхностные марки, расположенные в 4 и 10 м от котло вана, находятся над слоем грунта, дающего просадку от собственного веса, их про садки намного отличались от просадок грунтов в пределах котлованов.

Замеры просадок грунтов по поверхностным маркам за пределами котлованов, показали развитие просадок в зависимости от мест замачивания.

В связи с тем, что на площадке отсутствуют слои грунта, которые могли бы служить водоупором, резкого поднятия уровня воды в пьезометрах не наблюдалось.

Для установления закономерностей развития просадок по глубине производи лось регулярное нивелирование глубинных марок.

Проводившиеся наблюдения за глубинными марками позволили получить сле дующий характер развития просадок грунтов по глубине:

- просадка грунтов от собственного веса происходит, начиная с глубины 4 м ниже;

- наибольшая просадка грунтов наблюдается на глубинах 4-6 и 8-10 м;

- наблюдается осадка глубинной марки (ГМ), расположенной на непросадоч ном галечниковом грунте на глубине 12 м.

Осадки глубинных марок происходили относительно равномерно и динамика просадочного процесса в грунтах по глубинным маркам совпадает с процессами, за меренными по поверхностным маркам. Условная стабилизация просадок грунтов по глубинным маркам наступила на 85-90 день после начала замачивания, т.е. еще до прекращения подачи воды в котлованы.

За весь период замачивания просадки грунтов по глубинным маркам, располо женным у котлованов № 5 и № 6, находящихся на глубинах 4, 6, 8, 10 и 12 м, соста вили соответственно 348,0, 260,8, 156,4 57,9 13,2 мм и 388,1, 288,7 173,2, 64,9 и 17, мм.

При этом немаловажным фактом является то, что при замачивании грунтов растворами 0,1Н и 5,0Н просадки слоев грунтов по глубине изменились. Осадки глубинных марок ГМ1 и ГМ2, находящихся на глубинах соответственно 4,0 м и 6, м отличаются от осадок глубинных марок на таких же глубинах при замачивании водой соответственно на 40,1 мм и 27,9 мм. Это, по всей видимости, является ре зультатом изменения состава и структур грунта этих слоев растворами концентра ции 5,0Н и увеличения сжимаемости грунтов при такой концентрации.

В результате сопоставления результатов нивелировок глубинных марок скоро сти проявления просадочных деформаций грунтов оказались разными. Максималь ное значение развития просадки наблюдалось при концентрации раствора 5,0Н и минимальное ее значение при концентрации раствора 0,1Н.

В ходе замачивания грунтов в основании котлованов № 5 и № 6 при просадке грунтов от собственного веса происходили горизонтальные перемещения поверх ности грунта вокруг котлованов. Горизонтальные перемещения происходили в сто рону котлованов.

Замеры горизонтальных перемещений производились по поверхностным мар кам с помощью металлических рулеток по специальным рискам нанесенным на по верхностные марки.

Согласно замерам горизонтальные перемещения поверхности грунта начались на 14 день после начала замачивания, когда просадки грунта от собственного веса в пределах котлованов составили от 48,4 мм до 233,9 мм.

Максимальные горизонтальные перемещения поверхности грунта происходили в 4,0 м от котлованов и составили на 100 день работ 71,4 мм у котлована № 5 и 78, мм у котлована № 6.

В грунтовых условиях II типа по просадочности при просадках грунтов от соб ственного веса на поверхности грунта вокруг замачиваемых площадей, кроме гори зонтальных перемещений поверхности грунта наблюдается появление трещин в грунте. Максимальные значения появившихся трещин в грунте составляют от 37, мм до 62,0 мм и находятся в 10-12 м от краев котлованов № 5 и № 6.

4.5 Выводы по разделу Проведенные натурные исследования в полевых условиях по изучению измене ния деформируемости лессовых грунтов основания при замачивании водой и хими ческими растворами показали следующее.

1. При попадании воды в лессовые грунты основания предварительно форми руются купола обычно на слоях грунтов в толще массива с меньшей проницаемо стью. Затем отдельные купола соединяются и возникают общий уровень грунтовых вод, которые в дальнейшем в зависимости от поступления воды поднимаются прак тически горизонтальной поверхностью.

2. Было установлено, что уплотнение просадочных грунтов от собственного ве са происходит в результате снижения прочности грунтов при увлажнении и прояв ляется с некоторой глубины, на которой напряжения от собственного веса водона сыщенного грунта превышают величину начального просадочного давления.

3. После замачивания грунтов и стабилизации просадок устанавливается равно весие между действующим давлением в массиве грунта, его прочностными и де формационными характеристиками в водонасыщенном состоянии. Но увеличение давления на грунты может привести к дальнейшему уплотнению грунта.

4. Как показали исследования, в процессе предварительного замачивания раз рыв в подаче воды и растворов приводит к некоторому увеличению просадочных деформаций.

5. Максимальные горизонтальные перемещения грунтов вокруг котлованов наблюдались в точках, где величина просадки грунта равнялась половине макси мальной величины на рассматриваемом поперечнике в пределах котлована и гори зонтальные перемещения поверхности грунта происходили в сторону замачиваемой площади, т.е. котлованов.

6. При замачивании лессовых грунтов растворами щелочи различной концен трации было установлено, что с увеличением концентрации величина относитель ной просадки лессового массива уменьшается. В некоторых опытах было получено, что величина просадки лессового просадочного грунта при замачивании растворами щелочи оказалась меньше, чем при замачивании водой.

7. При замачивании лессовых массивов грунтов растворами кислот (серной и соляной) разной концентрации было установлено, что величина просадок и дефор маций грунтового массива значительно увеличилась с увеличением концентрации кислот в растворе. Установлено, что даже при замачивании кислотными растворами с концентрацией 3% наблюдались деформации несколько больше, чем при замачи вании водой. Разница наблюдалась при уплотнении верхних 2-4 метров просадоч ных лессовых грунтов. Очевидно, при прохождении через этот слой лессовых грун тов с карбонатами наблюдалась нейтрализация кислот.

8. Совершенно очевидно, что для обоснованного проектирования промышлен ных и гражданских сооружений на площадках, где возможно замачивание проса дочных лессовых грунтов основания химическими растворами, необходимо прове сти полевые испытания, которые гораздо точнее позволяют оценить вероятные до полнительные осадки и просадки.

5 Исследование особенностей развития просадок грунтов в основании инженерных коммуникаций 5.1 Особенности развития просадочных деформаций грунтов в основаниях инженерных коммуникаций Конструкции инженерных коммуникаций в зависимости от конструктивных особенностей и грунтовых условий площадок их расположения находятся под влия нием различных силовых воздействий, которые в той или иной степени влияют на их эксплуатационную пригодность.

Трубопроводы, предназначенные для систем водоснабжения и водоотведения и возводимые в грунтовых условиях I и II типа по просадочности должны быть рас считаны на силовые воздействия, возникающие при просадках грунтов в их основа ниях. При этом причинами проявления просадочных деформаций могут быть повы шение влажности грунтов атмосферными осадками, при подъеме уровня подземных и вод и аварийные утечки воды и различных растворов из трубопроводов.


В.И.Крутовым на основе крупномасштабных исследований установлены 3 зоны развития просадок грунтов по глубине в основаниях зданий и инженерных комму никаций:

I - деформируемая зона, в пределах которой происходит просадка грунта под совместным действием нагрузки от фундамента и собственного веса грунта;

II - пассивная зона, в которой деформации грунта при замачивании практически отсутствуют;

III - зона просадки грунта от собственного веса.

Кроме этого в зависимости от размеров фундаментов, нагрузки на них, мощно сти просадочной толщи из общего случая выделены пять частных случаев, различа ющихся друг от друга развитием просадочной деформации в зонах.

Как показали исследования, во многих случаях причинами аварий трубопрово дов являются стандартные решения, принимаемые при проектировании и строи тельстве, то есть во многих случаях не были комплексно рассмотрены грунтовые условия площадок, мощности и условия эксплуатации трубопроводов и способы устройства их оснований и фундаментов.

При расчете просадок грунтов в основаниях трубопроводов на площадке строи тельства Таш-Кумырского завода полупроводниковых материалов при различных вариантах их расположения относительно поверхности земли и аварийного замачи вания грунтов были использованы предложенные В.И.Крутовым формулы для определения изменения просадок грунтов и горизонтальных перемещений поверх ности грунта.

Значения просадок грунта от собственного веса в точках площади замачивания, расположенных на разных расстояниях от источника замачивания, определялись по формуле:

x s sl,x = 0,5s sl.g 1 + cos, (5.1) r где х - расстояние от центра замачивания или начало горизонтального участка про садки грунта до точки, в которой определяется просадка s sl,x (0 x r);

r - расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от его собствен ного веса;

r = H(0,5 + c tg). (5.2) Горизонтальные перемещения u sl на поверхности грунта при просадке его от соб ственного веса, вызванной замачиванием грунта сверху, определялись по выраже нию 2x u sl,x = 0,25r1 + cos, (5.3) r где - относительные горизонтальные перемещения:

= 0,66(s sl / r 0,005), (5.4) где х - координата точки, в которой определяется горизонтальное перемещение;

u sl, изменяющееся при расположении начала координат в точке 0 от нуля до r/2.

Просадочные деформации согласно Н.Я.Денисову принято рассматривать как процесс перехода лессовых грунтов из естественного недоуплотненного состояния в состояние нормальной плотности под влиянием инфильтрационного движения вла ги. Деформация просадки, происходящая в условиях определенного напряженного состояния грунта, носит динамический характер и имеет вполне определенные зако номерности.

Динамика развития просадки связана с динамикой насыщения толщи грунта инфильтрационной влагой. Связь просадки с временем, согласно разработанной А.А.Мустафаевым теории, осуществляется через функцию влажности. Просадка принимается зависящей от влажности грунта, а степень влажности, в свою очередь, от продолжительности увлажнения.

Как показывают результаты экспериментальных исследований, проведенных А.А.Мустафаевым [183] и его учениками, в условиях компрессии, зависимость меж ду относительной просадкой и уплотняющим давлением, в широком диапазоне из менения его величины, удовлетворительно подчиняется степенному закону дефор мирования:

п = (5.5) где, - параметры нелинейной деформируемости просадочных грунтов, опреде ленные по данным компрессионных испытаний, путем выпрямления кривой (5) в логарифмической сетке координат.

Как показали исследования, значения параметров, зависят от характеристи ки просадочности грунта;

чем больше относительная просадочность грунтов, тем больше и значение этих параметров.

Согласно Н.А.Цытовичу [287, 288, 289] при не очень больших давлениях (по рядка 0,2-0,25 МПа), с достаточной для практических целей точностью зависимость относительной просадочности от величины внешнего давления может быть принята линейной:

п = А 0 + а 0 (5.6) где А 0 - коэффициент просадки, определяемый как начальный параметр прямой (6);

а 0 - угловой коэффициент этой прямой.

По формуле (5.6) при любом значении уплотняющего давления получается де формация просадки. Между тем, просадка в лессовых грунтах может возникать лишь при давлениях больше начального просадочного давления.

Эксперименты показывают, что каждому значению действующего в толще грунта давления соответствует определенная влажность, при которой возникает де формация просадки. Такую влажность, как было отмечено выше, принято называть начальной просадочной влажностью.

Согласно нормативным документам, просадочными называются лессовые грунты, у которых деформация лессового грунта при замачивании при данном дав лении на образец грунта больше одного процента. Принимая во внимание это усло вие в (5.5), для определения начального давления просадки А.А.Мустафаев [182, 183] получил формулу:

1/ 0, н (5.7) Если учесть, что связь между параметром и модулем общей деформации грунта при = 1, то из (5.3) получим:

н 0,01Е 0 (5.8) Согласно (5.8), в ориентировочных расчетах начальное просадочное давление может быть принято равным 1% от значения общего модуля деформации (условно модуля упругости).

На основе проведения теоретических исследований и натурных наблюдений для определения распространения влажности лессового грунта при одномерном движении, А.А.Мустафаев [182, 183] рекомендует формулу:

у W (y, t ) = W0 + (Wп W0 )cos (5.9) 2 у 0 (t ) где у 0 (t ) = 2,37 t определяет фронт смачивания. Здесь - коэффициент влагопро водности грунта, определяемый по результатам полевых замеров по методу инфиль трации из шурфов по формуле:

Q i Q i1 = 0, ( ) (5.10) nF t i t i1 где F - площадь впитывания;

Q i, Q i-1 - количество профильтровавшейся воды в мо мент времени t i и t i-1 - соответственно.

Формула (5.9) отвечает следующим граничным условиям: на поверхности увлажняемой толщи грунта влажность W(у, t) равна полной влагоемкости W sat, а на фронте смачивания – естественной влажности W.

Линии равных влажностей при увлажнении толщи лессовых грунтов котлова ном шириной равной 2b 0 определяются формулой:

Wsat b х b +х W (x, y ) = arctg 0 + arctg 0 (5.11) у у Уравнение изолинии влажности в зависимости от времени устанавливается вы ражением:

b 0 5,62t х=± у у (5.12) b 2,37 t Установлено, что каждому значению действующего в толще грунта давления соответствует определенная влажность, при которой возникает деформация просад ки. Такую влажность, как было отмечено выше, принято называть начальной проса дочной влажностью.

Согласно исследованиям А.А.Мустафаева [182, 183], в инженерных расчетах начальная просадочная влажность может быть принята равной нижней границе пла стичности. При этой влажности грунт приобретает пластическое состояние, и по этому под действием определенного уплотняющего давления, равного начальному просадочному давлению, создаются условия для возникновения деформации про садки. А.А.Мустафаевым и его учениками предложены формулы для прогнозирова ния конечных стабилизированных просадок в основаниях магистральных трубопро водов, расположенных в грунтовых условиях I и II типа по просадочности.

5.2 Расчет просадки грунтов оснований инженерных коммуникаций в грунтовых условиях I типа Под руководством А.А.Мустафаева были проведены многочисленные исследо вания по разработке достоверных методов расчета просадки грунтов оснований ин женерных коммуникаций в грунтовых условиях I типа.

Был рассмотрен подземный магистральный трубопровод с прямолинейной го ризонтальной осью, уложенный на лессовый просадочный грунт первого типа в со ответствии с рисунком 5.1. Глубину заложения трубопровода h и мощность проса дочного слоя грунта Н sl принимаем заданными.

Рисунок 5.1 – Схема укладки трубопровода.

По длине трубопровода просадочные грунты могут встречаться на отдельных участках. На тех участках, где трубопровод подстилается лессовыми грунтами, при их случайном увлажнении конструкция даст просадку. На тех участках, где трубо провод уложен на обычные непросадочные грунты, осадка основания практически будет ничтожной. Эти неравномерные по длине трубопровода деформации основа ния могут оказаться настолько значительными, что приведут к нарушению условий дальнейшей нормальной эксплуатации конструкции.

Методов количественной оценки этого явления не существует, и учет его про изводят на основе практических соображений путем усиления конструкции трубо провода или устройства деформационных швов.

Для построения расчетной зависимости рассмотрим деформацию слоя проса дочного грунта толщиной dz, расположенного на расстоянии z от контактной по верхности трубопровода. Пусть нагрузка, передаваемая от трубопровода на грунто вое основание, распределена равномерно по полосе шириной d и имеет интенсив ность q. Боковую пригрузку от массы грунта выше плоскости приложения полосо вой нагрузки q заменяем действием сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью h. Деформацию рассматриваемого слоя грунта под действием двух распределенных нагрузок q и h примем одномерной, происходящей в условиях компрессии, т.е. при отсутствии бокового расширения грунта.

Относительная просадка рассматриваемого слоя грунта, согласно нелинейной расчетной модели, определится выражением:

dz = 0 sl = (5.13) dz где 0 и 0 - параметры нелинейной деформируемости рассматриваемого грунта в водонасыщенном состоянии.

Конечная абсолютная просадка всей толщи лессового грунта мощностью Н sl определится выражением:

Н деф Н деф dz = 0 dz 0 или Н деф Н деф = к = (5.14) dz Параметры нелинейной деформируемости для однородных по глубине лессо вых грунтов принимаются постоянными. В случае неоднородных лессовых грунтов, в расчет можно ввести средневзвешенные значения этих параметров по формулам:

n n n 0 jh j 0 jh j 0 jh j j =1 j =1 j = 0 = 0 = ;

0 = ;

. (5.15) n n n hj hj hj j =1 j =1 j = Уплотняющее давление, вызывающее просадку грунтов основания, определит ся суммой = z + zg ;

где z - напряжения от нагрузки трубопровода;

zg - напря жения от веса грунта zg = 0 (h+z). Итак, согласно (5.14), имеем:

Н деф 0 ( z + zg ) Sк = (5.16) dz В представленных выше выражениях Н деф представляет собой глубину, измеряемую от контактной поверхности трубопровода до горизонта, где суммарное давление от нагрузки трубопровода и собственного веса грунта равно начальному просадочно му давлению в соответствии с рисунком 5.2.

Рисунок 5.2 - Расчетная схема к определению просадки оснований трубопровода.

А.А.Мустафаевым [182, 183] для определения распределения напряжения от нагрузки трубопроводов была предложена следующая формула:

q d d z = + arctg + arctg 2(z + 2h ) 2z m +1 3m 1 zd d + 2 + z + h + (5.16) (z + 2h ) + d 2 / 4m z + d 2 / 4 4m m + 1 hd(z + h )(z + 2h ) + m [(z + 2h )2 + d 2 / 4] Подставляя в (5.16) выражение z (5.16) и zg = 0 (h+z) для прогноза конечной стабилизированной просадки основания трубопровода получим выражение:

Н деф q d d 0 0 (z + h ) + arctg 2(z + 2h ) + arctg 2z + SК = q m +1 q 3m 1 zd d + 2 + z + h + (5.17) (z + 2h ) + d 2 / 4m z + d / 4 4m 2 q m + 1 hd(z + h )(z + 2h ) + dz.

m [(z + 2h )2 + d 2 / 4] Полученный определенный интеграл, при отличном от единицы значении пока зателя 0 не приводится к квадратуре. Однако, если учесть, что в основаниях под земных трубопроводов значения уплотняющих давлений изменяются в небольших пределах, то задачу возможно решить в линейной постановке. Для этой цели доста точно принять 0 = и = 1;

где 0 - коэффициент, учитывающий боковое рас Е ширение грунта, определяемый выражением:

2µ 0 = 1 (5.18) 1 µ Здесь µ 0 - коэффициент относительной поперечной деформации грунта, типа коэф фициента Пуассона.

Если исходить из указанного допущения, то после необходимых преобразова ний получим:

q 0 Н деф (Н деф + 2h ) + 0 (Н деф + 2h )arctg d Ssl = + 2(Н деф + 2h ) 2Е 0 Е 2(Н деф + 2h ) 1 d 4h d + Н деф arctg arctg + + 2h arctg arctg 2Н деф m 4h d m d d 5m 1 4(Н деф + 2h ) + d 3m + 1 4Н деф + d 2 2 + + + ln ln 16h 2 + d 2 d 8 m m (5.19) Н деф + h m +1 h + 2hd 4(Н деф + 2h ) + d 16h + d 2 2 m Задача значительно упрощается, если полученное выражение сжимающих напряжений в основаниях подземных трубопроводов заменить экспоненциальной зависимостью:

z = 0 e-KZ (5.20) Здесь 0 - есть значение z, определяемое при z = 0.

Принимая z = 0, для 0 получим выражение:

q 8h 4hd m + d 1 + 0 = + arctg + (5.21) 4h 16h 2 + d 2 m 16h 2 + d 2 Значения параметра К в (5.20) определяем из условия:

КН деф 0е = z = Н деф (5.22) Или КН деф где А= ;

Ае = В, (5.23) q Н деф d m + d d В = arctg + arctg + + 2(Н деф + 2h ) 2Н деф m 4Н 2 + d деф [ ] (Н деф + h )d m + 1 4(Н деф + 2h )(5Н деф + 6h ) + d hd. (5.24) 3m + + [ ] 4(Н деф + 2h ) + d 2 4(Н + 2h ) + d 2 m m деф Из выражения (5.23) определяем:

А К= ln. (5.25) Н деф В Экспоненциальный закон изменения уплотняющих напряжений по глубине ос нования подземных трубопроводов приводит к выражению:

Н деф 0 [ 0 (z + h ) + 0 е ] КZ SК = dz. (5.26) В линейной постановке последнее выражение дает возможность получить фор мулу:

( ) 0 0 Н деф (Н деф + 2h ) + 0 0 1 е деф.

КН SК = (5.27) 2Е КЕ Задача значительно упрощается, если исходить из допущения о линейном за коне изменения уплотняющих напряжений по глубине основания. Как будет показа но ниже, это допущение позволяет получить решение задачи при наличии нелиней ной связи между уплотняющим давлением и относительной просадкой. Итак, име ем:

z = a + bz. (5.28) Параметры a и b принятого линейного закона определяются из следующих гра ничных условий:

при z = 0, z = 0 ;

при z = Н деф, z = z = Н деф.

Согласно первым условиям, из выражений (5.23) и (5.28) имеем:

q а = 0 = А. (5.29) Параметр b определяется (5.28):

q (В А ).

b= (5.30) Н деф Принятый линейный закон изменения уплотняющих напряжений приводит к выражению:

Н деф 0 [ 0 (z + h )(а + bz )] SК = dz. (5.31) Раскрывая интеграл, после несложного преобразования получим формулу:

[ ] (а + 0 h ) + (b + 0 )Н деф (а + 0 h ) +1.

0 + SК = (0 + 1)(b + 0 ) (5.32) Из полученной формулы (5.32), как частный случай, получается формула для прогнозирования просадки оснований трубопроводов, в линейной постановке, если принять 0 = = const и 0 = 1:

Е [ ] (а + h ) + (b + 0 )Н деф (а + h ) SК = (5.33) 2Е 0 (b + ) Эта формула позволяет приближенно (инженерно) определить максимальную конечную осадку (просадку) подземного трубопровода на лессовых грунтах.

5.3. Расчет просадки грунтов оснований инженерных коммуникаций в грунтовых условиях II типа Как известно, в грунтовых условиях II типа по просадочности наряду с просад кой грунта от нагрузки фундамента сооружения в нижней части просадочной толщи возможна просадка грунта от его собственного веса более 5 см. Поэтому для про гнозирования конечного значения ожидаемой просадки основания подземных тру бопроводов необходимо предварительно выявить возможность проявления в осно вании просадки от действия собственного веса грунта, просадки от нагрузки трубо провода и определить границы областей этих деформаций. Для этой цели может быть использован следующий графический метод, предложенный А.А.Мустафаевым [182, 183].

По одной из формул (5.14) и (5.28) строится эпюра уплотняющих напряжений по глубине основания от действия веса трубопровода в соответствии с рисунком 5.3, кривая 1-2. Затем на этом же чертеже строится эпюра уплотняющего напряжения от действия собственного веса грунта (прямая 3-4). Суммируя соответствующие орди наты этих эпюр, получаем результирующую эпюру уплотняющих напряжений по глубине от совместного действия веса трубопровода и грунта основания (кривая 5 6). Далее, по данным соответствующих компрессионных испытаний по изложенной выше методике определяются значения параметров нелинейной деформируемости Рисунок 5.3 - Расчетная схема к определению различных областей просадки в основании трубопровода.

грунтов основания. Зная эти параметры, по формуле (5.6) вычисляется значение начального давления для грунтов рассматриваемого основания. На расстоянии н проводится параллельная оси 0Z линия начального давления (прямая 7-8). Пересе чение линии начального давления с результирующей эпюрой уплотняющей нагруз ки в общем случае определяет три характерные зоны (предложенные В.И.Крутовым) деформации лессовых грунтов оснований:

I зона - зона просадки от совместного действия веса трубопровода и грунта ос нования - простирается от подошвы трубопровода до первой точки пересечения ли нии начального давления с результирующей эпюрой уплотняющих давлений.

II зона, в которой практически отсутствует деформация просадки (пассивная зона), находится между двумя границами пересечения линии начального давления с результирующей эпюрой уплотняющих давлений;

III зона - зона просадки от действия только собственноого веса грунта и в от дельных случаях также от веса трубопровода.

Установив границы областей различных деформаций лессового грунта в осно ваниях трубопровода, можно составить общее выражение для определения конечной просадки основания, сложенного грунтами второго типа:

Н деф Н h 0 ( zg + zp ) dz + 0 zg dz.

SК = (5.34) 0 0 h Подставляя zg = 0 (z+h) в (5.34), получим:

Н деф q d 0 0 (z + h ) + arctg 2(z + 2h ) + arctg 2z + d SК = q m +1 q 3m 1 d zd + 2 + z + h +. (5.35) (z + 2h ) + d 2 / 4m z + d / 4 4m 2 q m + 1 hd(z + h )(z + 2h ) Нh 0 [ 0 (z + h )] [ ] dz + + dz.

m (z + 2h )2 + d 2 / 4 h Решение рассматриваемой задачи в линейной постановке (при 0 = = const Е и 0 = 1) окончательно приводит к формуле:

q 0 Н деф (Н деф + 2h ) + 0 (Н деф + 2h )arctg d SК = + 2(Н деф + 2h ) 2Е 0 Е 2(Н деф + 2h ) 1 d 4h d + Н деф arctg arctg + + 2h arctg arctg 2Н деф m 4d d m d d 5m 1 4(Н деф + 2h ) + d 3m 1 4Н деф + d 2 2 + + + ln ln 16h 2 + d 2 d m 8 m Н деф + h m +1 h + + 2hd 4(Н деф + 2h ) + d 16h + d 2 2 m (5.36) [ ] 0 0 Н (h + h 0 ).

+ 2Е Экспоненциальный закон изменения уплотняющих давлений позволяет пред ставить общее выражение просадки в виде:

Н деф Н h 0 [ 0 (z + h ) + 0 е ] 0 [ 0 (z + h )] КZ 0 SК = dz + (5.37) dz 0 h Раскрывая интегралы в (5.37) в предположениях 0 = = const и 0 = 1 рас Е четную формулу для определения ожидаемой величины просадки основания полу чим в виде:

( ) [ ] 0 0 Н деф (Н деф + 2h ) + 0 0 1 е деф + 0 0 Н 2 (h + h 0 ).

КН SК = (5.38) 2Е 0 КЕ 0 2Е Если заменить изменение сжимающих напряжений z по глубине линейной за висимостью (5.28), тогда выражение (5.34) примет вид:

Н деф Нh 0 [ 0 (z + h )(а + bz )] 0 [ 0 (z + h )] 0 SК = dz + (5.39) dz 0 h Раскрывая интегралы, после необходимых преобразований получим расчетную формулу для прогнозирования просадки подземных трубопроводов:

[ ] (а + 0 h ) + (b + 0 )Н деф (а + 0 h ) +1 + 0 + SК = (0 + 1)(0 + 0 ) (5.40) [ ] (h + h 0 ) 0 + 0 + Н + 0 + В частном случае, если принять 0 = = const и 0 = 1, последнюю формулу Е определения конечной величины просадки S К можно представить в виде:

[ ] (а + 0 h ) + (b + 0 )Н деф (а + 0 h )2 + SК = 2Е 0 (b + 0 ) [ ] 0 0 Н (h + h 0 )..

+ (5.41) 2Е 5.4. Определение нижней границы области просадки в основаниях подземных трубопроводов Как было отмечено выше, границы области просадки в основаниях трубопро водов определяются от контактной поверхности сооружения до глубины, на которой суммарное уплотняющее давление от нагрузки трубопровода и собственной массы грунта равно начальному просадочному давлению в соответствии с рисунком 5.2:

z + гр = н (5.42) Подставляя значения z из (5.16) в (5.42) при z = Н деф, получим:



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.