Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

ми отложениями, которые образовались в больших вод­ ных бассейнах и слои которых обычно выдержаны по простиранию и толщине, расстояние между буровыми скважинами для площадок промышленных и граждан­ ских сооружений может быть принято равным 35—45 м. Если площадка сложена глинистыми отложениями, у ко­ торых толщина слоя обычно не выдержана по простира­ нию (старичные отложения и т. п.), расстояние между буровыми скважинами следует принять равным 15—20 м.

Для сооружений, осадка которых не должна превы­ шать 5 см, указанные расстояния следует уменьшить на 30%. Если слои слабых водонасыщенных глинистых грунтов залегают наклонно (с уклоном более 1:3), рас­ стояние между скважинами следует принимать равным 10—15 м.

В связи с тем, что природная структура слабых грун­ тов при отборе их из шурфов полностью сохраняется, обычно около 20% общего количества скважин составля­ ют шурфы.

Глубина буровых скважин принимается такой, чтобы был пройден весь слой слабых водонасыщенных глинис­ тых грунтов и не менее 2 ж в грунтах подстилающего слоя. Количество скважин, из которых производился от­ бор образцов с ненарушенной структурой, обычно прини­ мается равным 25—40% общего числа выработок.

В некоторых районах СССР слабые водонасыщенные глинистые грунты залегают на большую глубину. Совер­ шенно очевидно, что бурить все скважины на эту глуби­ ну нецелесообразно при изысканиях площадок для не­ больших сооружений. В этом случае по краям участка проходит не менее трех скважин на всю глубину слоя сла­ бых водонасыщенных глинистых грунтов с заглублением в подстилающие грунты, а глубину остальных скважин принимают в зависимости от типа сооружений и нагру­ зок на фундаменты. В среднем при толщине слоя сла­ бых грунтов более 25 м их проходят на глубину 10— 15 м.

Надежным методом определения глубины залегания слоев грунтов с одинаковыми свойствами является ста­ тическое зондирование. По данным статического зонди­ рования могут быть также приближенно установлены прочностные и деформативные свойства водонасыщенных глинистых грунтов. Точки зондирования следует распо­ лагать между скважинами, а расстояние между скважи-

16

влажность, целесообразно для определения природной влажности кроме монолитов из скважин и шурфов одно­ временно отбирать пробы грунта с нарушенной структу­ рой.

При проектировании свайных фундаментов на стадии проектного задания следует проходить скважины такой глубины, чтобы они превышали длину предварительно запроектированных свай не менее чем на 5 м (считая от низа свай), если сваи полностью проходят слой слабых водонасыщенных глинистых грунтов. Если принимаются сваи, висячие в толще слабых грунтов, следует глубину скважин увеличивать на 8—12 м по сравнению с длиной сваи (больший предел указан для случая, когда на свай­ ный фундамент передается нагрузка более 300 тс).

При изысканиях на стадии рабочих чертежей (особен­ но при изысканиях на территориях крупных промышлен­ ных предприятий) целесообразно применять статическое зондирование. Оно позволяет выяснить, как изменяются физико-механические характеристики грунтов по глуби­ не и по простиранию. Под каждое здание целесообразно пройти не менее пяти точек методом статического зонди­ рования.

Кроме статического зондирования следует также про­ извести испытание грунтов в скважинах при помощи ло­ пастного прибора. Обычно проводится не менее шести та­ ких испытаний в каждом выделенном слое для последую­ щей статистической обработки результатов исследо­ ваний.

При разработке проекта искусственных оснований под различные сооружения с использованием вертикальных песчаных дрен, песчаных или известковых свай и т. п. не­ обходимо предусмотреть проведение дополнительных ин­ женерно-геологических исследований в процессе строи­ тельства сооружений. Так, после устройства пригрузочной насыпи при применении вертикальных песчаных дрен необходимо не реже чем 1 раз в три месяца отрывать шурфы в различных точках уплотняемого основании (не менее трех шурфов) и исследовать отобранные образцы в лабораторных условиях для выявления изменения ха­ рактеристик прочности и сжимаемости грунта в процес­ се уплотнения. Для особо ответственных сооружений, в основании которых устроены вертикальные песчаные дре­ ны, перед снятием пригрузочной насыпи желательно про­ вести испытания грунтов штампами. Испытания грунтов

18

штампами следует также проводить после окончания устройства песчаных и известковых свай для определе­ ния фактических характеристик сжимаемости уплотнен­ ных грунтов и для корректирования расчетных осадок фундаментов проектируемых сооружений.

3. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ ГРУНТА С НЕНАРУШЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

Очень часто при отборе образцов природная структу­ ра грунта нарушается. Установлено, что в водонасыщенных глинистых недоуплотненных под действием собст­ венного веса грунтах природного сложения поровая вода находится под определенным давлением. Величина этого давления существенно зависит от глубины расположения образца и фильтрационных свойств грунтов этого слоя (см. п. 1 главы I I ) . При отборе образцов условия дрени­ рования резко изменяются и грунт образца под действи­ ем порового давления разуплотняется. Поэтому необхо­ димо при отборе образцов с большой глубины применять такие приборы, чтобы под действием природного порово­ го давления, которое по'данным наших исследований мо­ жет достигать 0,6 кгс/см2, не произошло расширения об­ разца. Чем больше размер извлекаемого образца, тем меньше влияние этого давления на изменение его объ­ ема.

Для сохранения природной структуры грунта образцы слабых водонасыщенных грунтов необходимо отбирать в металлические обоймы с жесткими стенками. Размеры образцов должны быть не менее 25X25X25 см. Образцы такого размера можно испытывать на компрессионных и срезных приборах с трехкратной повторностью опытов, а при исследованиях этих образцов в приборах трехосно­ го сжатия удается вырезать из одного монолита тричетыре образца-близнеца, которые небходимы для обо­ снованного суждения о прочностных характеристиках слабых грунтов.

В настоящее время для отбора образцов из буровых скважин применяются грунтоносы различных видов. Вопросам методики и техники отбора монолитов грунтов было даже посвящено совещание, которое проходило в 1966 г. в Белгороде. Для изучения возможности применения грунтоносов различной конструкции в сла­ бых водонасыщенных глинистых грунтах были проведе­ ны исследования в МИСИ им. В. В. Куйбышева. Эти ис-

следования показали, что для отбора слабых водонасыщенных глинистых грунтов необходимо применять грунтоносы, которые погружаются в грунт путем задавливания. Скорость задавливания должна быть не более 3 м/мин. Грунтоносы внутренним диаметром 10 см сле­ дует задавливать на глубину до 50 см.

Исследования проводились на образцах ила оз. Си­ ваш, отобранных одним и тем же тонкостенным, безва­ куумным грунтоносом с одной и той же площадки при различной методике погружения. В одном случае грун­ тонос залавливали, в другом — забивали, а в третьем •— погружали вибрационным способом. Из отобранных мо­ нолитов были вырезаны и исследованы в компрессион­ ных приборах конструкции Гидропроекта кольца образ­ ца грунта площадью 60 см2. При изменении давления от 0 до 1 кгс/см2 коэффициент сжимаемости грунта, ото­ бранного грунтоносом по методу задавливания, был ра­ вен 0,072 см2/кгс. Коэффициент сжимаемости образцов, отобранных при помощи забивного грунтоноса, был ра­

сильевым, при отборе образцов пластичной консистен­ ции грунтоносами диаметром 100 мм и более по пери­ ферийной зоне монолита (примыкающей к тонкостенной металлической гильзе) появляется зона нарушенной структуры. Средняя величина этой зоны у пластичных глинистых грунтов составляет 14 мм, а у текучих глини­ стых грунтов (даже при отборе грунтоносами внутрен­

отобранных грунтоносами, размеры нарушенной перифе­ рийной зоны монолита определяются по методике, пред­ ложенной автором. Боковую поверхность образца очища­ ют от металлической гильзы или картонной обоймы и боковую поверхность исследуют при помощи прибора конструкции Н. А. Цытовича — «шариковой пробы».

Шарик диаметром 8—10 мм устанавливают на боко­ вую поверхность образца и задавливают его в грунт при нагрузке на штангу прибора 400 гс. После измерения

20

Глубины его вдавливания с образца срезают острым но­ жом слой грунта толщиной 1—1,5 мм. На обнаженную боковую поверхность вновь устанавливают шарик и сно­ ва задавливают его в грунт при той же нагрузке. Испы­ тания повторяются до тех пор, пока с образца не будет снят слой грунта толщиной около 2 см.

Как правило, около первоначальной поверхности об­ разца шарик вдавливается на глубину, примерно в 2— 4 раза большую, чем на расстоянии 2 см от поверхности. По данным опыта строится график зависимости глубины погружения шарика при данной нагрузке (или величины сцепления, определенной по формуле Н. А. Цытовича для прибора «шариковая проба») от расстояния испыты­ ваемого слоя до первоначальной поверхности. Постоян­ ная глубина погружения шарика свидетельствует о том, что именно здесь начинается зона ненарушенного грунта. Опыты проводятся обычно с шестикратной повторностью.

Изучение образцов грунта, отобранных, например, с площадок оз. Сиваш (засоленные илы), районов Ново­ кузнецка (заторфованные суглинки), Душанбе (лёссо­ видные суглинки), Мурманска (макропористые илы), Архангельска (пресноводные илы) и т. п., показало, что даже при применении одного и того же грунтоноса, за­ лавливаемого с одной и той же скоростью на одну и ту же глубину, периферийная зона нарушения образцов ме­ няется в зависимости от консистенции грунта, влажности на пределе текучести и засоленности.

С увеличением предела текучести грунты, отбираемые грунтоносами, имеют меньшую зону нарушения, чем грунты с меньшим значением предела текучести при оди­ наковой консистенции. Так, илы Архангельска, у кото­ рых предел текучести был равен 55%, имели нарушен­ ную зону 4 мм при отборе в грунтонос диаметром 108 мм, а водонасыщенные покровные суглинки Каши­ ры, у которых предел текучести равен 31%, имели зону нарушения при отборе образцов в тот же грунтонос, рав­ ную 7 мм (консистенция илов и покровных суглинков была текучепластичной). При отборе в этот же грунто­ нос сивашских илов, у которых предел текучести состав­

12 мм (консистенция текучепластичная и текучая).

Используя предложенную нами методику, можно для каждой партии полученных образцов в лаборатории оп-

21