книги из ГПНТБ / Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению

дуль общей деформации грунта, отобранного на расстоя­ нии 15 см от боковой поверхности известковой сваи, ока­ зался равным 65 кгс/см2, а грунта из участков между из­

вестковыми сваями — 29—38	кгс/см2.
6)	в)

Рис. 111.14. Изменение влажности грунтов основания под цехом заво­ да в Барнауле после устройства известковых свай

а — схема расположения свай и контрольных скважин; б — изменение влажно­

сти по глубине в центре свайного куста; в — то же, между сваями; / — до устройства свай; 2 — после устройства свай

донасыщенный лёсс
Общий план размещения известковых свай	показан
на рис. III.15. Уменьшение степени влажности грунта до
0,75—0,8 позволило применить для уплотнения	грунтов
тяжелые трамбовки. В результате трамбования	поверх­

ность грунта снизилась на 35—42 см (отказ при трам­ бовании составлял 2,2—2,8 см). Поверху уплотненного

164

слоя была устроена грунтовая подушка из местного суг­ линка с влажностью на пределе раскатывания. Грунто­

вую подушку	отсыпали	послойно (по 20 см) и				уплотня­
ли катками.
После окончания строительства				цеха	давление под
фундаментом	достигло	2,5 кгс/см2.		При	этом	осадка
цеха на 1970 г. составила всего			12 см.
В связи с тем что на некоторых				экспериментальных
участках известковые		сваи оказались неэффективными
(опыты Б. Ф. Рельтова		и В. С. Сафрончик в Риге), автор
совместно с И. Г. Тахировым			[4]	провел	эксперимен­

тальное изучение процессов, возникающих вокруг изве­ стковых свай при их устройстве в водонасыщенных лёс­ совых грунтах. Опытная площадка в районе пос. Бустон Тадж. ССР на глубину до 12 м была сложена водонасы­ щенными лёссовыми суглинками, имеющими примерно одинаковые характеристики сжимаемости по глубине слоя. Физико-механические свойства лёссовых суглинков на глубине 4—5 м характеризовались следующими по­

казателями.

Объемный	вес у				1,7—1,81 гс/см3
Влажность	W				24,7—27,9%
Предел пластичности:
на границе текучести		Wr	•	• •	26 — 31%
па границе раскатывания Wp				• .	18—21%
Коэффициент пористости		е . . . .			0,797—0,938
Степень влажности G					0,9—0,95
Модуль общей деформации Е0				. .	17 кгс/см?
Угол внутреннего трения		ф . . . .			9 —10°30'
Сцепление	с				0,07—0,12 кгс/см2

На площадке были устроены два				куста	известковых
свай (8 свай в кусте при расстояниях				между центрами
свай	2 м)	и несколько	одиночных	известковых		свай
(рис.	I I I . 16). Сваи на глубину 3—5,5 м устраивали					при
помощи		металлической	обсадной трубы		(внутренним

диаметром 265 мм) с оставляемым в грунте железобетон­ ным башмаком. Активность негашеной извести, которой заполняли трубу перед ее извлечением, составляла око­

ло 80% (содержание MgO+CaO),	а затем ее уплотня­
ли в скважине трамбовкой весом 80	кг.

Чтобы выявить термическое воздействие известковой сваи на окружающие водонасыщенные грунты, вокруг

165

нее, а также в теле сваи устанавливали температурные датчики. Точность измерения температур составляла 1° С.

Процессы уплотнения водонасыщенных лёссовых грунтов в процессах забивки металлической трубы и

3

Рис. 111.16. План экспериментальной площадки с известковыми сваями

1 — сваи	диаметром 265 мм; 2 — датчики	температуры; 3 — датчики порово­
го давления
гашения	извести исследовались с		помощью			датчиков,
измеряющих давление в поровой			воде		(конструкции
	МИСИ) . Точность измере-
	рш/uf ния порового давления сос­
	тавляла		10—20 гс/см2.
		Для	определения дефор-
	мативных характеристик во­
	донасыщенных				лёссов после
	упрочнения			их	известковы­
	ми	сваями		через		36 дней
	грунты		были	вновь испыта­
	ны	штампом				площадью
	10 тыс. см2. Результаты ис­
	пытания грунтов до и после
	их	упрочнения				приведены
	на	рис. III.17.

Рис. 111.17. Изменение сжимае­ мости грунтов на опытной пло­ щадке (пос. Бустон Тадж. ССР) при устройстве известковых свай

/ — испытание грунта до устройства известковых свай штампом пло­ щадью 10 тыс. см2; S — то же, пое-

ле устройства свай

После устройства сваи на различном расстоянии от ее боковой поверхности были отобраны образцы. Иссле­ дования их показали, что прочность и сжимаемость грунта существенно меня-

ются в зависимости от расстояния до боковой поверх­ ности известковой сваи. Так, образцы, отобранные на расстоянии 0,35 м, характеризовались углом внутренне­ го трения 16—22° и сцеплением 0,35—0,43 кгс/см2. На расстоянии 0,7 м угол внутреннего трения образцов грун­

та был равен 14—17°, а сцепление 0,18—0,25		кгс/см2.
7. ДРЕНИРУЮЩИЕ ПРОРЕЗИ
При устройстве	сооружений большой	площади на
слое силыюсжимаемых водонасыщенных		глинистых
грунтов толщиной	до 7 ж для вертикального дренажа

ШШШБ ШП

Рис. 111.18. Схема работы дренирующих прорезеіі

/ — песчаная подушка; 2— песчаные дренажные прорези (стрелками пока­ зано движение воды к дренажным поверхностям)

значительно экономичнее вместо многочисленных верти­ кальных песчаных дрен устраивать вертикальные пес­ чаные прорези.

Вертикальные дренажные прорези представляют со­ бой траншеи глубиной до 5,5 м и шириной 60—80 см, за­

сыпанные дренирующими		материалами	(обычно пес­
ком). Над вертикальными дренирующими			прорезями от­
сыпают	горизонтальную дренирующую		(песчаную) по­
душку	(рис. I I I . 18).
В 30-х годах как в нашей		стране, так и за рубежом

при строительстве дорог на участках, сложенных торфа­ ми, с внутренней стороны контура подошвы насыпи до ее отсыпки иногда устраивали две (или более) траншеи, засыпанные песком. Этот метод подготовки основания под насыпями дорог был известен как «способ Шталя».

167

однако отсутствие расчета вертикальных прорерзей обусловило крайне редкое их применение в практике до­ рожного строительства, при этом дренажные прорези размещали только конструктивно. Для обоснованного использования дренажа этого типа нами разработан ме­ тод расчета вертикальных дренажных прорезей с учетом структурной прочности сжатия и начального градиента напора слабых водонасыщенных глинистых грунтов (см. далее п. 7 главы I V ) .

Большой парк высокопроизводительных траншейных экскаваторов позволяет сейчас устраивать дренажные прорези на глубину 5,5 м. В СССР и за рубежом созда­ ны модели цепных экскаваторов, позволяющие отрывать траншеи глубиной до 7,5 м, и модели роторных экскава­ торов (глубина отрывания до 3,5 м). Минимальная ши­ рина траншеи, которую отрывает роторный экскаватор составляет 0,2 м. Цепные экскаваторы отрывают тран­ шеи (щели) шириной до 5 см.

Цепные многоковшовые и скребковые траншейные экскаваторы отрывают траншеи с ровными стенками и гладким дном. Стоимость отрывки этим экскаватором в 2—2,5 раза меньше стоимости отрывки траншеи одноков­ шовым экскаватором.

В СССР выпускаются следующие модели цепных траншейных экскаваторов: ЭТН-124, ЭТН-171, ЭТН-354. В ближайшее время намечено выпустить девять новых моделей. Траншейные экскаваторы изготавливаются так­ же в США, Англии и ФРГ.

Скребковые траншейные экскаваторы применяются для устройства узких траншей (шириной до 40 см), а многоковшовые—-для траншей шириной 40 см и более.

В зависимости от прочностных характеристик слабых водонасыщенных глинистых грунтов, в которых устраи­ ваются дренажные прорези, можно применять траншей­ ные экскаваторы на обычном и уширенно-удлиненном гусеничном ходу (рис. I I I . 19), а также на пневмоколесном ходу.

Так как при устройстве прорезей в водонасыщенных слабых грунтах основания часто приходится отрывать траншеи с откосами, то на многоковшовые траншейные экскаваторы обычно устанавливают дополнительное обо­ рудование (наклонные шнеки и активные режущие цепи). Иногда вместо механизмов для устройства пологих от­ косов применяется оборудование для рытья траншей со

168

ступенчатыми стенками (рис. III.20). Это оборудование представляет собой несколько поперечных горизонталь­ ных шнеков различной длины, смонтированных на ков­ шовой раме.

Для устройства дренажных прорезей на глубину до 2,5—3 м можно применять роторные экскаваторы. Про-

Рис. 111.19. Траншейный экскаватор на уширенном гусеничном ходу

à)

„i-hu

S)

Рис. 111.20. Схема сменного оборудования (наклонные шнеки) для устройства траншей с откосами и со ступенчатыми стенками

а — наклонные шнеки для рытья траншей с откосами; б — активные режущие

цепи для образования	откосов; в — горизонтальные поперечные шнеки различ­
ной длины для рытья траншей со ступенчатыми стенками
изводительность	роторных экскаваторов высокая, так

как ковши жестко закреплены на раме и возможна бо­ лее высокая скорость резания. Однако роторные экскава­ торы имеют в большинстве случаев большие габариты и больший вес, чем цепные экскаваторы.

Роторные траншейные экскаваторы могут применять­ ся для отрытия траншей прямоугольного профиля и с нак­ лонными стенками. Рабочий орган роторных экскавато-

169

ров может быть ковшовым или фрезерным. Фрезерные ра­ бочие органы применяются для отрывки траншей до глубины 1,5 м. Траншейные роторные экскаваторы быва­ ют навесными и полуприцепными. Полуприцепные обо­ рудованы сзади дополнительной пневмоколесной тележ­ кой, снижающей давление на тягач от рабочего органа. Следует, однако, заметить, что дополнительная тележка ухудшает маневренность машины.

Отрытые траншеи сразу же засыпают песком или песчано-гравийной смесью бульдозерами, автомобильны­ ми и тракторными погрузчиками или прямо из самосва­ лов. Как показала практика, наименее удобен для за­ сыпки бульдозер, так как он часто приводит к обрушению откосов траншеи. Анализ работы различных машин при устройстве дренажных прорезей показывает, что наибо­ лее эффективны одноковшовые тракторные автопогруз­ чики типа Т-107 и Т-157 на базе трактора С-80.

Технология производства работ по заполнению дре­ нажных прорезей заключается в следующем. При дви­ жении погрузчика ковшом вперед ковш заполняется песчано-гравийной смесью и поднимается лебедкой до положения, необходимого для перемещения груженого ковша (на угол 45°). Затем погрузчик задним ходом движется к дренажной прорези, останавливается, и ковш перемещается в верхнее положение для разгрузки. Пес- чано-гравийная смесь или песок высыпается из ковша в лоток, расположенный в задней части трактора, а с лот­ ка падает в траншею.

Следует отметить, что по сравнению с вертикальны­ ми песчаными дренами сплошные дренажные прорези требуют значительно большего количества песка и мо­ гут устраиваться на значительно меньшую глубину. К достоинствам метода следует отнести простоту устрой­ ства дренажных прорезей, высокие темпы производства работ, возможность полностью механизировать все ра­ боты по устройству прорезей.

Опыт показал, что вертикальные дренажные проре­ зи, засыпанные песком, целесообразно устраивать в тех случаях, когда слой слабых водонасыщенных глинистых грунтов залегает на глубину до 6 л, а также когда сжи­ маемая зона не превышает 6 м.

Дренажные прорези, засыпанные песком, обычно ус­ траиваются в тех районах, где дренирующий материал (песок, шлак) имеет низкую стоимость, а также в тех

170

случаях, когда вертикальный дренаж должен быть уст­ роен в сжатые сроки и слабые грунты основания позво­ ляют создавать прорези с крутыми откосами.

В некоторых случаях возможно совместное устрой­ ство вертикальных дренажных прорезей (на небольшую глубину) и вертикальных дрен. При таком сочетании быстроуплотняемая верхняя толща слабых грунтов служит как бы «жесткой плитой», которая равномерно садится в процессе отжатия воды из глубоких слоев в вертикаль­ ные дрены.

Для ускорения консолидации слабых водонасыщен­ ных глинистых грунтов дренажные прорези применялись

при строительстве	больших резервуаров		(район	г. Унеча
и г. Новокузнецка),		при строительстве	дорог и	неболь­
ших сооружений	на	Западно-Сибирском	металлургичес­

ком комбинате, при строительстве дорог на заторфованных участках Московской области и в некоторых других районах СССР [55].

Глава IV
РАСЧЕТЫ			КОНСОЛИДАЦИИ				ОСНОВАНИЙ
ИЗ	СЛАБЫХ			ВОДОНАСЫЩЕННЫХ				ГЛИНИСТЫХ
ГРУНТОВ			ПРИ		УСТРОЙСТВЕ			ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ДРЕН,		ДРЕНАЖНЫХ				ПРОРЕЗЕЙ,		ПЕСЧАНЫХ
И	ИЗВЕСТКОВЫХ					СВАЙ
1. О ПРИМЕНИМОСТИ						ТЕОРИИ	ФИЛЬТРАЦИОННОЙ
КОНСОЛИДАЦИИ				К	СИЛЬНОСЖИМАЕМЫМ
ВОДОНАСЫЩЕННЫМ						ГЛИНИСТЫМ ГРУНТАМ
	Теория фильтрационной консолидации, в которой в
качестве			основной		модели		основания	рассматривался
двухфазный грунт					с	нарушенной структурой — «грунто­
вая масса», с момента своего появления								стала применять­
ся	для	расчетов		уплотнения			грунтов	самых различных
видов		во	времени. Однако исследования Н. А. Цытовича,

M . Н. Гольдштейна, М. В. Малышева и др. показали, что теория фильтрационной консолидации не применима ко всем видам грунтов. Наилучшее совпадение расчетных данных по теории фильтрационной консолидации с на­ блюдаемыми осадками сооружений во времени относит­ ся к тем случаям, когда в качестве оснований сооруже­ ний используются слабые водонасыщенные глинистые грунты.

Водонасыщенные глинистые грунты уплотняются в результате действия двух факторов: во-первых, фильтра­ ционных процессов консолидации, связанных с вытесне­ нием поровой воды из толщи уплотняемых глинистых грунтов, и во-вторых, процессов вторичной консолида­ ции, учитывающей вязкопластичные свойства скелета грунта, связанной воды и пластические сдвиги частиц скелета в процессе уплотнения.

Работы M . Н. Гольдштейна [17], Тан-Тьонг-Ки [50] и др. показали, что фильтрационная и вторичная консо­ лидация в водонасыщенных грунтах происходят одновре­ менно, причем не полностью водонасыщенные грунты уп­ лотняются с отклонением от законов фильтрационной консолидации.

С целью исследования возможности применения тео­ рии фильтрационной консолидации для расчета основа­ ний, сложенных слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами, автор провел ряд экспериментальных работ.

172