Лекция 24.

Фундаменты на просадочных грунтах

Просадочные грунты

Лессовые грунты занимают почти всю Украину, Среднею Азию и встречаются в Восточной Сибири. Самая большая территория лёсса находится в Китае (на географических картах Китай всегда окрашивается в желтый цвет – цвет лёсса).

Из инженерной геологии известно, что лёсс

- эолового происхождения

- содержит соли CaCO3; CaSO4

- мало влажен

-довольно однороден

- характерная особенность наличия макропор.

Постепенно растительность сгнивала, вода испарялась, а соли оставались. Поскольку водо-коллоидные связи, оставшейся пленочной воды, прочны и могут выдержать большую нагрузку, то грунт не уплотнялся е ~ const (недоуплотненный грунт) – наличие макропор. (Макропоры увеличивают также большое количество землероев).

Просадочность и ее характеристики

Просадочностью называется способность лессового макропористого грунта очень быстро размокать и уплотняться (под нагрузкой).

Ширина раскрытия трещин составляла 30 – 40 см, а величина просадки 0,3 – 2 м. Явления просадки наблюдались в г. Грозном – у смотровых колодцев в результате переполнения  их водой (в Запорожье и т.д.).

В массовом количестве с подобными явлениями сталкивались впервые уже в конце 20-х годов при строительстве Западно-Сибирского Металлургического комбината. Большие исследования тогда поэтому вопросу провел  Абелев Ю.М.  (завод «Запорожсталь»)

Отчего происходит просадка?

Лесс имеет преимущественно такие характеристики:

1. g = 14…16 кН/м3;

2.  W = 6 – 15 % (вода в виде пленочной влаги);

3.  n = 45 – 55%.

		Микроструктура лессового грунта

Глина увлажняется

			Частицы грунта падают в промежутки, заполняя макропоры, грунт превращается в обычный суглинок

Толстые пленки воды –

расклинивающие действие

При замачивании происходят резкие местные провальные осадки (с разрушением структуры грунта) – просадки

– в результате неравномерные  деформации зданий и сооружений.

Характеристика просадочности лессовых грунтов

На компрессионном приборе, в лаборатории можно промоделировать просадку.

В соответствии со СНиП – коэффициент относительной просадочности  определяется следующим образом:

h – высота (см) образца природной влажности обжатого давлением Р1 равным давлению от всего сооружения и собственного веса вышележащего грунта.

hI – высота (см) того же образца грунта после пропуска через него воды при сохранении давления Р1

Если

Если

Определение просадки основания

1. Изучают инженерно-геологический разрез

2. На инженерно-геологический разрез наносят  различные  фундаменты зданий c различной глубиной залегания.

3. Определяют просадку для самого мелко заглубленного фундамента.

4. Строят эпюры для этого фундамента Pz, P

5. По обычным правилам определения осадок, разделяют всю толщу  на слои (h1, h2 …hi), определяют давления в каждом слое (P1 P2 …Pi) – учитывая и собственный вес грунта

6. По таблицам и графикам = f(p) – из геологического отчета определяют просадку всей сжимаемой толщи, как сумма просадки отдельных слоев.

Sпр = h1 + h2 + …+ hi                        

n – число сжимаемости слоев

Затем сравнивают  Sпр  с [Su] и судят о деформациях сооружения.

На вновь застроенной территории определяют тип просадочности путем проведения опытных работ.

                      марки

В результате устанавливают два типа просадочности грунтов:

1 тип – просадка грунта от собственного веса при замачивании практически отсутствует или не превышает 5 см.

2 тип – просадка грунта от собственного веса при замачивании > 5 см.

При проектировании сооружений на лессовом грунтах необходимо внимательно относиться к геологии.

В 1970 в Средней Азии возводилось сооружение башенного типа – труба h = 120 м.

В геологическом отчете – эта территория характеровалась просадочными «блюдцами» и была дана величина

Необходимо знать, где заложены скважины?

Скважина была пробурена на уже несколько просевшем грунте. Пробурили новую скважину и получили

Проектирование фундаментов на просадочных макропористых грунтах

1.     Оценка инженерно-геологических условий

2.     Определение осадки + просадки

При соблюдении этого условия – расчет обычен.

Но как быть в противном случае?

1 – фундамент не проходит  Sпр >  Su;

2 – увеличиваем глубину заложения фундамента;

3 – фундамент глубокого заложения – просадки вообще нет;

4 - прорезка просадочного грунта сваями (необходимо учитывать отрицательное трение);

5 – сжимаемую зону под фундаментом делаем не просадочной;

6 – другие мероприятия. Сюда относиться (согласно СНиП):

                                 - дренаж;

                       - прокладка инженерных коммуникаций (труба в трубе);

                                 - правильная планировка  застраиваемой территории;

                                 - различные мероприятия, уменьшающие возможность замачивания грунта под фундаментами.

Устранение просадочности лессовых грунтов

А) Предварительное замачивание лессовых грунтов.

- в основании сооружения укладывают песчаный слой (до 20 см);

- первые ряды блоков возводят в сухом котловане;

- в блоки закладываются трубы;

- производится боковая засыпка, затем в слой песка по трубам подается вода.

Обжатие происходит интенсивно под весом сооружения и боковой засыпки. Осадки сооружения в строительный период не страшны и всегда могут быть легко выровнены.

Б) Поверхностные уплотнения грунтов (возможно, поскольку лес имеет крупные поры)

Лес уплотняется (уменьшается количество пор)

Удлиняется путь воде. В результате мы добиваемся только частичного эффекта, путем прорезки верхней зоны и уплотнением, тем самым уменьшаем 

Недостатки:  -

                         - в зимних условиях не применяется

В) Глубинное уплотнение лесса грунтовыми сваями

(песчаные сваи делать нельзя, т. к. они будут дренировать воду)

1)    забивают Ме сваи – происходит частичное уплотнение грунта

2)    трубы вынимают

3)    в скважину трамбуется тот же грунт с небольшим количеством воды

Вариант этого способа – использование ВВ

Этот вариант в два раза дешевле первого, но здесь использовали ВВ (т.е. специальные организации – дополнительный субподрядчик).

Г) Устройство грунтовых подушек

Способ этот прост и довольно дешевый, иногда его комбинируют с уплотнением.

Д) Силикатизация грунтов (см. искусственные основания)

Применяют однорастворный метод.

Этот метод дорогой, 1 м3  закрепленного грунта – стоит почти также как бетон – поэтому его применяют в основном в аварийных случаях.

Применение в Одессе. Там «Оперный театр» периодически проседал. Провели силикатизацию за 2 года – укрепили грунт, обеспечив его неподвижное существование.

Е) Термическая обработка грунта

При температуре = 400°С - лесс теряет свои  просадочные свойства. (Некоторая аналогия с обжигом кирпича).

Существует несколько методов обжига лесса, наиболее применимый из них  - это Харьковский метод

Внедрение этого способа началось с одной аварии «Запорожье. Коксохимический завод».

Турбина на заводе дала течь, замочила основание, в результате - неравномерная осадка. Ремонт и исправления требовали остановку завода на 1,5 месяца. Но был предложен новый способ, – который за 8 дней - полностью прекратил деформации турбины.

К - компрессор

Ф – форсунка

Н – насос

Г – горючие (керосин, солярка)

1–пробуривают скважину.

2–в устье скважины – форсунку.

3–горючие + воздух через форсунку до t>1000°с и проходя через скважину в поры лесса, нагревают его. Приблизительно через неделю образуется обожженный массив Æ до 3 м.