Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 3
После окончания опытов и контрольной проверки извле ченных мессдоз оказалось, что только 11 из 29 сохраняют такие же тарировочные кривые, как до опыта. Так как количество данных о распределении горизонтальных и касательных напряжений в глубине основания штампа было невелико, то построить замкнутые эпюры (ли нии одинаковых горизонтальных и касательных напря жений) не удалось. Однако в связи с тем, что для одной и той же точки имелись данные о величине касательных, горизонтальных и вертикальных напря жений, можно было установить развитие горизонталь ных и касательных напряжений при увеличении вер тикальных напряжений во время роста нагрузок на жесткий металлический штамп площадью 10 тыс. см2.
Как |
показали опыты, при |
напряжениях |
0,1— |
0,2 кгс/см2 |
под подошвой штампа |
коэффициент |
боково |
го расширения был равен 0,12—0,17. При увеличении напряжений до величины, значительно превышающей структурную прочность сжатия грунтов (опыты прово
дились на илах оз. Сиваш, |
а |
в |
1970 г. |
на |
морских |
|||
илах Мурманска), коэффициент |
бокового |
расширения |
||||||
значительно |
увеличивается. Так, для илов оз. Сиваш |
|||||||
при |
давлении |
под штампом 0,4—0,5 кгс/см2 |
коэффици |
|||||
ент |
бокового |
расширения образцов |
грунта |
на |
глубине |
|||
0,7 м был равен 0,27—0,31, а при увеличении |
давления |
|||||||
до 0,9 кгс/см2 |
он увеличивался |
до 0,35—0,38. При ис |
||||||
следовании илов Мурманска |
оказалось, |
что при давле |
||||||
ниях под штампом 0,2 кгс/см2 |
на глубине |
1 м под цент |
||||||
ром |
штампа |
площадью 10 тыс. см2 коэффициент боко |
вого расширения был равен 0,11—0,14. При увеличении же давления до 0,8 кгс/см2 в этой же точке коэффициент бокового расширения грунта составил 0,32—0,36. При давлении 1,3 кгс/см2 (предельная нагрузка на штамп соответствовала давлению 1,5 кгс/см2) коэффициент бо кового расширения в этой точке возрос до 0,38—0,42.
Проведенные опыты показывают, что соотношение между вертикальными и горизонтальными напряжения ми в пределах напряженно-деформативной зоны под по дошвой фундаментов и штампов переменно и зависит от приближения нагрузки на штамп к предельной. Эти опыты, кроме того, хорошо согласуются с лаборатор ными исследованиями рассматриваемых грунтов на стабилометрах при определении коэффициента бокового расширения (при различных напряженных состояниях образцов).
124
Г л а в a 111 |
|
|
МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА |
СООРУЖЕНИИ |
|
НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ |
ГЛИНИСТЫХ |
|
ГРУНТАХ |
|
|
1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
Строительство сооружений на слабых водонасыщен ных глинистых грунтах всегда являлось очень сложным и трудоемким процессом. Это связано с тем, что соору жения, построенные на таких грунтах, испытывают большие осадки, мало устойчивы, а осадки их протека ют в течение длительного времени (часто в течение не скольких десятилетий). Наиболее часто в этих случаях устраивали свайные основания из жестких свай (дере вянных, железобетонных, металлических, набивных бе тонных и железобетонных). Если в основании залегали большие толщи слабых водонасыщенных глинистых грунтов, устраивали висячие жесткие сваи. Однако, как показали наблюдения за работой таких сооружений, большинство из них все равно испытывало значитель ные осадки (например, древние соборы в Боровске, Исаакиевский собор, один из станов металлургического завода в Новокузнецке, жилые здания на Фрунзенской набережной в Москве, некоторые промышленные здания
вРиге и т. д.).
Вкачестве искусственного основания на слабых во донасыщенных глинистых грунтах в основании жилых зданий и промышленных сооружений часто применяют песчаные подушки. В настоящее время устраивают пес
чаные подушки толщиной до 7 м, хотя наиболее часто в практике гражданского и промышленного строитель ства применяются песчаные подушки толщиной 1—2 м.
Песчаные подушки позволяют уменьшить глубину заложения фундаментов, что особенно важно при уст ройстве фундаментов в котлованах с высоким стоянием уровня грунтовых вод. В этом случае песчаные подуш ки укладывают прямо под воду, а фундаменты возводят
125
выше уровня грунтовых вод. Этот прием часто исполь зуют строители в Прибалтике и на о. Сахалин.
Песчаные подушки распределяют давление на пло щадь, большую, чем подошва фундамента, и поэтому величина давления, приходящегося на слабые водона сыщенные грунты основания, оказывается меньше дав ления под подошвой фундамента.
Песчаные подушки увеличивают устойчивость фун даментов, так как в большинстве случаев прочностные характеристики песчаных грунтов (угол внутреннего трения и сцепления) значительно выше прочностных ха рактеристик подстилающих сильносжимаемых водона сыщенных глинистых грунтов.
Применение их уменьшает осадки фундаментов, так как модуль общей деформации песчаных грунтов в теле песчаной подушки (120—200 кгс/см2) в несколько раз превышает модуль деформации сильносжимаемых водо насыщенных глинистых грунтов. Кроме того, устройство сплошной песчаной подушки под ленточные фундамен ты (или под несколько отдельно стоящих фундаментов) уменьшает неравномерность осадок соседних фундамен тов. Это достигается уменьшением общей величины осадки фундаментов и перераспределением напряжений в лежащих под песчаной подушкой грунтах. Песчаные подушки из среднезернистых и крупнозернистых песков с небольшим содержанием пылеватых и глинистых час тиц уменьшают глубину заложения фундаментов, так как пучинистые водонасыщенные глинистые грунты за
меняются |
непучинистыми |
песчаными грунтами. |
Особое |
значение приобретают песчаные подушки |
|
в качестве |
дренирующего |
слоя, т. е. для дренажа поро- |
вой воды из нижележащих водонасыщенных глинистых грунтов. Поровая вода отжимается в процессе уплот нения грунтов под действием нагрузки от сооружения или от веса подушки. При этом процесс консолидации грунтов основания ускоряется.
При толщах слабых водонасыщенных глинистых грунтов меньше 12 м и небольших размерах проекти руемых сооружений в плане часто применяют железобе тонные и деревянные сваи, которые полностью прореза ют слой слабых грунтов и передают нагрузку более прочным малосжимаемым грунтам. За последние 30— 40 лет, однако, в практике устройства свайных основа ний в слабых водонасыщенных глинистых грунтах было
126
отмечено много случаев, когда сооружения на свайных фундаментах, даже полностью прорезающих слой сла бых глинистых грунтов, испытывали большие осадки. По данным Ю. В. Россихина [49], осадки свай, прорезаю щих слабые и опирающихся на более прочные грунты, протекают во времени по двум схемам — медленно раз вивающиеся осадки H быстро протекающие осадки (про садки). Медленно развивающиеся осадки в основном обусловлены процессами консолидации слабых водона сыщенных глинистых грунтов и медленно возрастающей нагрузкой (пригрузкой), действующей вдоль боковой по верхности свай. Присадки, в основном, обусловлены по терей прочности (устойчивости) грунтов основания свай. Поэтому при расчете жестких свай необходимо опреде лить их предельную несущую способность исходя из по тери устойчивости грунта в основании свай. Наиболее точно величина предельной нагрузки на сваю определя ется по формуле В. Г. Березанцева.
При расчете свай, проходящих через толщу слабых грунтов, необходимо учитывать вероятность развития «отрицательного трения». К сожалению, проведено очень мало экспериментов по определению фактических зна чений отрицательного трения для различных грунтов при различной их плотности и консистенции. В настоящее время в расчетах условно принимают такие же значе ния коэффициентов отрицательного трения, как и по бо ковой поверхности сваи. Несущая способность сваи оп ределяется как разность между сопротивлением острия сваи и отрицательным трением, возникающим по ее бо ковой поверхности.
При устройстве оснований на слабых водонасыщен ных глинистых грунтах (особенно в тех случаях, когда грунтовая вода агрессивна) для экономии цемента и ме талла, а также снижения стоимости основания широко
применяются |
песчаные сваи. Между песчаными сваями |
в основании |
сооружений возникают зоны уплотненного |
грунта, модуль деформации которого на всей глу бине забивки свай больше модуля деформации грунтов природной структуры в 2,5—5 раз. Преимущество пес чаных свай заключается также и в том, что сжатие уплотняемого грунта оканчивается практически одно временно с окончанием устройства песчаных свай, что исключает перерывы между устройством основания и укладкой фундаментов. Песчаные сваи можно располо-
127
жить таким образом, чтобы основание |
до заданной глу |
||
бины имело определенный модуль |
общей деформации |
||
и определенные прочностные характеристики |
грунта. |
||
При строительстве сооружений |
на |
грунтах |
с боль |
шим коэффициентом пористости, на водонасыщенных лёссовых грунтах, на макропористых илах (морские илы Мурманска) и т. и. в основании фундаментов соору жений часто устраивают известковые сваи. Их эффект заключается, во-первых, в том, что в результате взаимо действия негашеной комовой извести с поровой водой водонасыщенных глинистых грунтов поровая вода от жимается в известковую сваю и степень водонасыщения грунтов резко уменьшается и, во-вторых, в уплотнении грунта между известковыми сваями. Поэтому после уст ройства известковых свай грунты часто уплотняют тяжелыми трамбовками, что возможно только в том слу чае, когда степень водонасыщения грунтов не превыша ет 0,7. Известковые сваи изготовляют из местных ма териалов, и, как правило, стоимость искусственных осно ваний невысока.
При возведении сооружений на больших площадях, в основании которых залегают толщи слабых водона сыщенных глинистых грунтов, обычно прибегают к ме тодам вертикального дренажа. Методы вертикального дренажа основаны на том, что уплотнение слабых во донасыщенных глинистых грунтов, в основном, опреде ляется процессами отжатия поровой воды — процесса ми фильтрационной консолидации. Время уплотнения грунтов зависит от пути фильтрации отжимаемой поро вой воды из уплотняемого слоя до дренажной поверх ности. Устраивая отдельные вертикальные песчаные или картонные дрены или применяя дренажные прорези, можно значительно сократить пути фильтрации отжи маемой воды до дренажной поверхности (особенно при отжатии поровой воды из глубоких слоев водонасыщенного грунта). Чтобы создать поровое давление, под дей ствием которого вода будет перемещаться до дренаж ной поверхности, после устройства вертикальных дрен основание покрывают песчаной подушкой (дренаж), сверху которой возводят пригрузочную насыпь или со оружение. Методы расчета вертикальных дрен приведе ны в главе IV.
Большие сложности связаны с устройством котлова нов в толщах слабых водонасыщенных глинистых грун-
128
тов. В последнее время при вскрытии котлованов используют способы электрозакрепления и электроосуше ния грунтов. Применение этих способов позволяет от рывать котлованы с небольшими откосами без исполь зования шпунта в глинистых грунтах с очень низкими
прочностными характеристиками. Так, |
по |
данным |
Г. И. Чохонелидзе и Л. Г. Мельниковой |
[49], |
этими |
способами удается закрепить колхидские илы, угол
внутреннего |
трения которых |
равен 6°, |
а сцепление — |
0,05 кгс/см2. |
По данным Б. С. |
Федорова |
[47], методами |
электроосушения можно резко увеличить прочностные характеристики аллювиальных слабых водонасыщенных глинистых грунтов. Б. С. Федоров предлагает электро осушение проводить совместно с работой эжекторных иглофильтров.
Слабые водонасыщенные глинистые грунты обычно обладают малой проницаемостью, поэтому их невозмож но упрочнить химическими способами (практически не возможно внедрить химические закрепляющие раство ры в поры грунта). Однако эти методы могут успешно применяться для грунтов, имеющих макропоры или вы сокую пористость (например, для укрепления многих водонасыщенных лёссовых грунтов, макропористых илов, покровных суглинков, коэффициент фильтрации кото
рых больше Ю - 5 см/сек). |
В данной работе методы хи |
||
мического |
закрепления |
грунтов |
не рассматривают |
ся, и мы |
отсылаем читателя к |
специальной литера |
|
туре. |
|
|
|
Все указанные выше методы строительства на сла бых водонасыщенных глинистых грунтах решали про блему упрочнения и уплотнения оснований сооружений. Однако в настоящее время проектирование оснований и фундаментов исходит из совместной работы сооруже ния и основания. Поэтому в тех случаях, когда слабые водонасыщенные глинистые грунты нельзя уплотнить или упрочнить, строительство сооружений ведется по пути увеличения жесткости и прочности надземной час ти сооружения. Обычно такие мероприятия в практике проектирования получили наименование конструктив ных. В ряде случаев применение конструктивных меро приятий оказывается более дешевым и менее трудоем ким процессом, чем упрочнение слабых водонасыщен ных глинистых грунтов до необходимой прочности и сжимаемости.
9—1 |
129 |