Совершенствование методов расчета просадочных деформаций

Аннотация

А.В. Чмшкян

Рассматриваются вопросы определения просадки по различным методикам. Указывается на недостатки в нормативных документах и факторы, которые необходимо учитывать при определении просадки в лабораторных условиях. Приведены результаты определения просадки от собственного веса грунта, полученные по различным методикам.

Ключевые слова: просадка грунта, замачивание, фильтрация, деформации, основание

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Возведение зданий и сооружений на просадочных грунтах значительно усложняет задачу строительства. Для расчета оснований необходимо достоверно определять просадочные свойства грунтов.

Проведенный анализ нормативной и технической литературы по оценке просадочных свойств грунтов и расчету оснований показал, что критерии определения просадочности неоднократно менялись. В изучении лессовых грунтов можно выделить несколько этапов, смена которых  сопровождалась принципиально новыми подходами. В последнее время (примерно 20-25 лет) наблюдается некоторый застой, то есть до сих пор фактически используются положения ГОСТ 1978 г. [1], а после выхода ГОСТ 1982 и 1995 гг. [2,3] по определению просадки принципиально нового не предлагалось. Однако в научной литературе появилось много новых сведений по исследованию лессовых просадочных грунтов, не отраженных в нормативных документах, а практически опыт свидетельствует, что обновление и совершенствование нормативов  просто необходимо.

Основным методом оценки просадочности по-прежнему являются компрессионные испытания. Существующий ГОСТ [1] вызывает нарекания тем, что не учитывает реальные условия работы грунта под фундаментом. Оценка просадочности в лабораторных условиях производится при статичном замачивании и ограниченном времени стабилизации деформаций. Однако, общеизвестно, что величина относительной просадочности существенно зависит от условий замачивания и времени приложения нагрузки.

В РГСУ была проведена серия лабораторных экспериментов с целью определения степени влияния различных факторов на величину относительной просадочности. Опыты проводились на лессовидных грунтах природного сложения, представленных легкими  суглинками с числом пластичности 8-10 и тяжелыми суглинками с числом пластичности 14-16.

В действующем ГОСТе [1] время стабилизации просадочных деформаций ограничено тремя часами. Однако, многие исследователи разделяют лессовые грунты по характеру проявления деформаций на провально-просадочные и замедленно-просадочные. Применение одинакового критерия стабилизации деформаций для разных грунтов представляется некорректным. Проведенные опыты подтверждают эту точку зрения. Для легких суглинков методика ГОСТ [1] позволяет установить 85-90% просадочных деформаций. Для тяжелых же суглинков время стабилизации должно быть увеличено, так как в нормативное время реализуется только 70-80% деформаций. Это приводит к занижению величины относительной просадочности и завышению начального просадочного давления. Следовательно, в ГОСТе время стабилизации необходимо устанавливать дифференцировано в зависимости от вида грунта.

Практический опыт показывает, что величина просадочных деформаций существенно зависит от характера замачивания грунта. Методика ГОСТ [1] совершенно не учитывает этот фактор.

В лабораторных условиях был выполнен эксперимент на трех типах грунтов природной структуры и влажности по определению просадочности при двух способах замачивания. Образцы грунта были отобраны в различных районах г. Ростова-на-Дону (центр города, пос. Александровка и северный жилой массив). Они были представлены:

1. супесь лессовая (Jp=6);

2. суглинок легкий, лессовидный (Jp=10);

3. суглинок тяжелый, лессовидный (Jp=15).

Замачивание производилось следующими способами:

1.статичное замачивание снизу на 3 часа (по методике ГОСТ [1]);

2. промывная фильтрация сверху (промывной режим).

Результаты показали, что характер просадочных деформаций изменяется.  Во-первых, процесс значительно растягивается во времени. Постоянная фильтрация воды через грунт способствует большему растворению солей и выносу глинистых частиц. Это приводит к разрушению первичных (кристаллизационных) связей между частицами и замедлению образования вторичных (коллоидных) связей. В результате процесс деформирования удлиняется, а конечная величина просадочности возрастает (табл. № 1)

Таблица № 1

Зависимость относительной величины просадки от условий замачивания грунта

Примечание: за единицу расчета принято время стабилизации по [1], равное 3 часам.

Кроме того, статичное замачивание грунта до полно водонасыщения приводит к защемлению воздуха и воды в закрытых порах, увеличению толщины водных оболочек вокруг частиц грунта. Отжатие воды при приложении  внешней нагрузки замедляется, особенно в тяжелых суглинках. В результате величина просадочности занижается. Опыты показали, что величина относительной просадочности при промывной фильтрации может повышаться на 20-30%. Следовательно, в ГОСТ необходимо учитывать условия замачивая при лабораторных определениях просадочных свойств грунтов.

Поскольку на территории городской застройки замачивание зачастую происходит водой из теплоцентрали, имеющей повышенную температуру, конечная величина просадки существенно не изменяется, но ускоряется процесс деформирования. Просадки приобретают провальный характер.

Был проведен сравнительный анализ по предлагаемым различными исследователями методикам расчета просадочных деформаций, а так же по действующей методике СНиП [4]. Контрольный пример по расчету просадки от собственного веса грунта выполнен для площадки на ул. Погодина в г. Ростове-на-Дону. Мощность просадочной толщи - 16 м. Грунтовые условия – 2 тип по просадочности.

Результаты представлены в таблице № 2.

Таблица № 2

Результаты определения просадки от собственного веса грунта, вычисленной по различным методикам

Проведенные исследования и анализ литературы показывают, что существующий ГОСТ [1] на определение просадочности нуждается в корректировке, так как рекомендуемая им методика не в полной мере соответствует реальным условиям работы грунтов оснований [9].

Литература

1. ГОСТ 23161-78. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.

2. ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация.

3.ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

4.СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

5.Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. – М.: Стройиздат, 1979. – 270 с.

6. Голубков В.Н. и др. Региональные нормы проектирования и строительства зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах в юго-западной части Причерноморья. – Одесса.: ОИСИ, 1965. – 63 с.

7. Григорян А.А. Вопросы прогноза величины просадки в основании сооружений. Вопросы строительства на лессовых грунтах. – Воронеж, 1963.

8. Кутов В.И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. – Киев.: Будiвельник, 1982.-224 с.

9. Рево В.И. Инженерные изыскания при реконструкции зданий: Учебное пособие. – Р32 Ростов-на-Дону: РГСУ. 2003. – 36 с.