Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Система мониторинга включает в себя два зонда 1 с магнитными дат-

чиками 2 (рис. 2, а), марки-пучиномеры 3, размещенные в непосредственной близости от зондов 1, термометрический зонд 4 с датчиками температуры 5 (рис. 2, б), а также блоки сбора, хранения 8 и передачи данных 9.

a)	б)
	Рис. 2. Размещение компонентов системы мониторинга:
	а) зонд с датчиками магнитного поля и скважина для марок-пучиномеров,
	б) термометрический зонд

Внутреннее пространство зондов заполнено теплоизолирующим мате-

риалом 6 (пенополистиролом) для предотвращения конвекции воздуха. В теплоизолированном коробе 7 размещены электронные блоки сбора, хранения 8 и передачи информации 9, и аккумуляторная батарея 10. Для уверенного приема и передачи данных по беспроводным каналам связи использована антенна 11.

Марки-пучиномеры (рис. 3, а) представляют собой магниты (поз. 1)

в оболочке из органического стекла (поз. 2). Положение марок в пространст-

ве определяется с помощью датчиков магнитного поля (рис. 3, б, поз. 1), платы с датчиками магнитного поля размещены внутри зонда 1 с шагом 300 мм (рис. 1). Корпус зонда выполнен из разрезных пластиковых колец, соединен-

ных между собой. Наружная поверхность корпуса зонда обработана анти-

фрикционной смазкой и дополнительно защищена полиэтиленовой пленкой для предотвращения смерзания зонда с грунтом. При погружении марок-

пучиномеров в грунт выполнялась запись начальных показаний датчиков.

Термометрический зонд имеет 7 датчиков температуры, которые расположенными с шагом 300 мм по высоте зонда. Датчики температуры раз-

мещены в стенках зонда в индивидуальных алюминиевых корпусах. Рабочий

диапазон датчиков температуры составляет –55 оС.. +125 оС Для обеспечения плотного контакта датчиков с грунтом, датчик выступает из корпуса зонда на

5 мм. Внутреннее пространство зонда также заполнено пенополистиролом

для предотвращения конвекции воздуха.

181

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Для функционирования системы мониторинга создано два электронных блока (рис. 3, в): первый – для сбора и хранения информации; второй – для передачи данных. Первый блок представляет собой плату с микроконтроллером, с интерфейсами для подключения датчиков, второй – содержит GSM радиомодуль с внешней антенной. Электронные блоки размещены в теплоизолированном коробе. Для обеспечения бесперебойного питания использована аккумуляторная батарея.

	1
					1
			2
а)				б)		в)
			Рис. 3. Основные компоненты системы:

а) марка – пучиномер, б) датчик магнитного поля, в) электронные блоки

Рис. 4. Схема расположения датчиков температуры

Для контроля за соблюдением температурного

режима работы электронных компонентов в теп-

лоизолированном коробе размещены датчики температуры.

Опрос датчиков производится каждые че-

тыре часа. При необходимости существует возможность создать дополнительный запрос со-

стояния всех компонентов системы, включая дат-

чики температуры и магнитного поля путем отправки SMS сообщения.

Значения послойных деформаций морозно-

го пучения определяется по изменению интенсивности магнитного поля, создаваемого каждой

маркой-пучиномером при ее перемещении. Ско-

рость перемещения фронта промерзания вычисляется по показаниям датчиков температуры.

В настоящее время накапливаются данные

наблюдений, получаемые в ходе мониторинга. Пространство вокруг установки своевременно очищается от снега для достижения максимальной глубины промерзания.

182

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

На опытном полигоне одновременно с автоматизированной системой

мониторинга установлены заленивленные вытяжные термометры и пучиномеры [2], что позволит сопоставить результаты работы автоматизированной системы мониторинга с данными, полученные с помощью вытяжных термометров и пучиномеров. Результаты наблюдений будут использованы для численного моделирование процессов промерзания-оттаивания грунта пло-

щадки, а также разработки численной модели грунта.

Схема размещения датчиков температуры в термометрической скважи-

не представлена на рис. 4, график изменения температуры во времени показан на рис. 5.

Рис. 5. Графики изменения температуры во времени

Таким образом, разработанная система мониторинга представляет собой совокупность трех зондов, соединенных между собой и подключенных к

электронному блоку для сбора и передачи данных по каналам беспроводной

связи, позволяющих определять послойные деформации морозного пучения

и осадки при оттаивании с записью температуры грунта в режиме реального времени.

183

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Литература

1.Невзоров. А. Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах: Учеб. пособие /

М.: Изд-во АСВ, 2000.- 152 с.

2.Коршунов А. А., Невзоров А. Л. Экспериментальные исследования и численное моделирование процессов промерзания-оттаивания дисперсных грунтов// Промышленное

и гражданское строительство: научно-технический и производственный жур-

нал. 2012. №10. с. 26-30.

3.Бредюк Г.П. Прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов: авторское свидетельство № 125396//Опубликовано: 01.01.1960.

4.Данилин А.И. Устройство для измерения глубины промерзания грунтов: авторское свидетельство № 74355//Опубликовано: 01.01.1949.

5.Уткин Б.В. Устройство для измерения глубины промерзания грунта: авторское свидетельство № 119363//Опубликовано: 01.01.1959.

УДК 624.131.3

Б.Ж. Унайбаев, Б.Б. Унайбаев, В.А. Арсенин

(ЕИТИ им. К. Сатпаева, г .Экибастуз, Казахстан)

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

Выполненная экспериментально-теоретическая оценка действующих нормативов по испытанию засоленных грунтов в строительных целях позволила выявить следующие их недостатки:

расчетные параметры солепереноса в грунтах при проведении ИГИ под строительство согласно СНиП 1.02.07–87 «Инженерные изыскания

в строительстве» не подлежат определению, а потому суффозионный про-

цесс, интенсивность его протекания и влияние на работу засоленного грунто-

вого основания изначально не подлежат оценке;испытание суффозионной сжимаемости грунтов в соответствии

с регламентом (ГОСТ 25585–83), показало, что за период от 1,5 месяцев до 1 года, не достигается полное рассоление образца. При этом испытания суффозионной сжимаемости засоленных грунтов в изыскательских организациях

зачастую не проводятся, либо проводятся в течении короткого времени, от

10-15 суток до 30 суток с выщелачиванием образцов водопроводной, т. е. «химически чистой» водой. За указанный промежуток времени, при воздей-

ствии водопроводной воды, не удается полностью рассолить образец, а пото-

му достоверность определяемого расчетного параметра сжимаемость грунта

вызывает сомнения;низкая достоверность оценки расчетных параметров засоленного

грунта при испытаниях и полное отсутствие информации о гидрогеохимических процессах и изменениях, протекающих на территории, сложенной засоленным грунтом в процессе застройки и при последующей эксплуатации,

184

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

в целом определяет низкое качество изыскательских, проектных, строитель-

ных работ, а так же последующих условий эксплуатации объекта.

Для оценки гидрохимического состояние грунтового основания

ипрогнозирования его изменения при техногенном воздействии авторами

предложено определять следующие параметры: просадочность и суффозион-

ная сжимаемость, с дополнительной оценкой конечного значения последних, обобщенный коэффициент растворения (солеотдачи), коэффициент замещения и растворяющая способность грунтовых вод.

Образцы грунта следует испытывать с помощью компрессионнофильтрационного и релаксационного прибора (рис. 1) [1].

Вкачестве жидкости для водонасыщения и фильтрации применяют

грунтовые воды отобранные с места отбора монолитов на проектируемой строительной площадке, либо раствор аналогичный по химическому составу

иконцентрации, с учетом возможных изменений состава грунтовых вод на

строительной площадке под воздействием техногенных факторов. Это требование вызвано тем, что растворяющая способность водопроводной или

дистиллированной воды используемых для выщелачивания стандартным способом (ГОСТ 25585–83) может существенно отличаться от растворяющей способности грунтовых вод на строительной площадке.

Рисунок 1 – Компрессионно-фильтрационный и релаксационный прибор для испытания засоленных грунтов(авторское право и эффективность технологии подтверждена А.С.СССР №1425528):

1-образец грунта; 2-одометр; 3, 4 -нижний и верхний штамп; 5, 6 – месдозы; 7 – датчик порового давления: X-пористый фильтр; 9,10-каналы подачи и отбора

жидкости; 11,12-загрузочный рычаг и винт (арретир); 13-камера для сбора фильтрата; 14-солеметр; 15 – газоанализатор.

185

186

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Моделируя природные условия, грунты следует исследовать по схеме "одной кривой", под давлением Рi, учитывающем вес грунта, лежащего выше места отбора монолита и дополнительное давление от проектируемого

фундамента. Образец засоленного грунта помещают в прибор и ступенями

загружают до заданного давления. За стабилизацию принимается приращение деформации менее 0,01 мм за три часа испытания.

После стабилизации деформаций образца его под арретиром насыщают водой. После насыщения начинают прикладывать заданную нагрузку Если при этом наблюдается явление просадки, то фиксируется величина этой деформации (стабилизация – 0,01 мм за три часа испытания) и определяется относительная просадочность по формуле:

		s.np.к.	hs .np .к.	,	(1)
			hn.g.
где	просадочное	деформационное сжатие			образца грунта под
заданным давлением, мм;		– высота образца природной влажности при
природном давлении, мм.

По завершению просадочных деформаций через образец грунта

начинают фильтрован, воду. Фильтрацию воды через образец следует

производить при постоянной скорости по схеме восходящего потока (т. е. снизу вверх). Это вызвано тем, что определяемые геохимические параметры засоленных грунтов находятся в зависимости от скорости фильтрации воды. Постоянной скорости фильтрации можно добиться, варьируя напором воды определенных пределах.

В ходе испытаний через определенные промежутки времени

(в зависимости от типа и проницаемости грунта) по показаниям индикаторов

фиксируют изменения деформации и отбирают фильтрат для дальнейшего

химического анализа. Фильтрацию жидкости продолжают до тех пор, пока

минерализация фильтрата на выходе из образца грунта не станет равной

минерализации жидкости на вводе в образец. Испытание ведут до

стабилизации суффозионных деформаций. За критерии стабилизации суффозионных деформации принято их приращение 0,01 мм за трое суток

испытания.

После окончания опыта производится химический анализ образца исследованного грунта с оценкой оставшегося количества солей в соответствии с определением по ГОСТ 25585-83.

Относительную суффозионную сжимаемость засоленного грунта при

заданном давлении и соответствующей степени выщелоченности определяют

по формуле

s. f .i.	hs . f .i . ,	(2)
	hn.g .

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

где – высота образца грунта природной влажности при природном

давлении, мм; – абсолютное суффозионное сжатие образца грунта под давлением Pi, мм.

Коэффициент замещения, показывающий, какая часть объема вымытых солей замещена растворимыми частицами грунта, находится из выражения

ka

s. f .i.

hs. f .i.

,

(3)

D

D

h

i

0

dc

i

dc

ng

0

где – относительная суффозионная сжимаемость грунта от давления,

i – степень выщелоченности грунта равная отношению массы выщелоченных из грунта солей к их начальной массе, доли ед.; D0 – начальная весовая степень засоленности грунта, доли ед.; - удельный вес сухого засоленного грунта, г/см3; δ – плотность солей, г/см3.

Для определения обобщенного коэффициента растворения

соответствующего скорости фильтрации воды в данном опыте Fo, строится

график изменения концентрации фильтрата во времени («выходная кривая»,

рис. 2). При этом в зависимости от гидрохимических параметров

испытываемого образца, его высоты и скорости фильтрации, в начальный

период фильтрат может быть насыщен или не насыщен солями,

содержащимися в грунте.

Случай, когда фильтрат насыщен солями (рис. 2, а) объясняется тем, что длина пути насыщения меньше высоты образца грунта. Тогда точка перелома А на «выходной кривой» соответствует моменту начала выщелачивания последнего (выходного) сечения испытываемого образца. По графику определив продолжительность обессоливания этого сечения t и учитывая постоянство скорости передвижения выщелоченной зоны находим обощенный коэффициент солеотдачи по зависимости

	3,64	0	,	(4)
	t cm c0

где ξ0 – начальный удельный объем солей, содержащихся в грунте, доли ед.;

Сm и С0 – концентрация фильтрата соответственно насыщения и начальная, г/см3.

187

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 2. Характерные экспериментальные кривые изменения насыщения фильтрата солями во времени («выходные кривые»):

а – длина пути насыщения фильтрата меньше высоты образца, t – продолжительность полного рассоления последнего сечения (на вы ходе) образца; б-длина пути насыщения фильтрата больше высоты испытуемого образца. ti продолжительность полного рассоления входного сечения образца засоленного грунта

Если фильтрат не насыщен солями данного состава (рис. 2, б), длина

пути насыщении больше высоты образца грунта. В этом случае, в начальный период испытания на «выходной кривой» наблюдается некоторый участок установившейся концентрации фильтрата. Причем эта концентрация меньше концентрации насыщения фильтрата Ст. Тогда длина этой зоны на графике соответствует времени рассоления входного сечения ti образца засоленного грунта. Определив по «выходной кривой» значение ti, находим обобщенный коэффициент растворения у, соответствующий заданной скорости фильтрации по формуле

		2	0		,	(5)
		t1 cm	c0

Зная одно парное значение «коэффициент растворения – скорость фильтрации» (γ – V), можно определить значения обобщенного коэф-

фициента солеотдачи γt при любой скорости фильтрации Vt по следующему выражению

i		Vi ,	(6)
		V
При испытании грунтов,		содержащих	труднорастворимые соли

и в значительном количестве гипс (D0≥20%), длительность опыта до полного рассоления образца может составить 3 и более месяцев. Для уменьшения продолжительности исследования рекомендуется испытывать параллельно

188

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

два идентичных образца засоленного грунта, отобранных из одного

монолита.

Первый образец грунта исследуется с целью определения конечной суффозионной сжимаемости, соответствующей степени выщелачивания

β = 1. Для этого после водонасыщения и загружения до заданного давления,

рассоление образца ведут реагентом, активно растворяющим средне- и труднорастворимые соли. Таким реагентом может служить 3...5 % водный раствор соляной кислоты. Требуемое количество соляной кислоты определяется по формуле

Q kVkl D0 Vгр ds

(7)

где k1 – безразмерный коэффициент, учитывающий тип засоления, грунта. k1 = 14,4 – для карбонатных грунтов и k1 = 10,6 – для загипсованных пород; D0 – начальная весовая степень засоленности грунта, доли ед.; Vгр – объем

образца засоленного грунта до испытания, см3; – удельный вес сухого засоленного грунта, г/см3 .

Из расчетного количества соляной кислоты готовится 3–5 % водный раствор – реагент для фильтрации через образец засоленного грунта.

После того, как профильтровалось данное количество реагента, начи-

нают фильтровать воду (водопроводную или дистиллированную) до тех пор, пока не стабилизируется минерализация фильтрата, и приращении деформа-

ций образца грунта не будет превышать 0,01мм за 3 суток испытания. По ре-

зультатам испытания определяют конечную относительную суффозионную сжимаемость грунта εs.ƒ.k и коэффициент замещения kz при полной выщелоченности образца соответственно по формулам (2) и (3).

Второй образец засоленного грунта исследуется с целью определения

обобщенного коэффициента растворения. Испытания ведутся в такой же

последовательности, как и для случая незначительного содержания

среднерастворимых солей (D0 ≥ 20 %). Однако, ввиду большой длительности

времени полного рассоления образца "обычной" водой, можно ограничиться обессоливанием только входного сечения грунта. Для обнаружения времени окончания первой стадии процесса выщелачивания (т. е. момент рассоления входного сечения) , фильтрацию жидкости следует при такой постоянной скорости, что в начальный период фильтрат не будет насыщен солями

данного состава (рис. 2, б). То есть длина пути насыщения жидкости должна быть больше высоты образца засоленного грунта. Тогда при обнаружении падения концентрации фильтрата можно прекратить опыт и зная

продолжительность первой стадии t1,определить обобщенный коэффициент солеотдачи по формулам (5) и (6).

189

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Заключение

1. Разработан способ определения основных расчетных параметров

засоленных грунтов, определяющих интенсивность протекания суф-

фозионных и деформационных процессов в грунтовом основании. Особенность предлагаемого способа испытания засоленных грунтов заключается в том, что результаты испытания позволяют еще на стадии И1И оценить размеры и динамику изменения характеристик деформаций нагружения, просадки, суффозионного сжатия и солепереноса грунта под заданной нагрузкой, при замачивании и фильтрационном воздействии воды, аналогичной по химическому составу и концентрации грунтовым водам в основании объектов проектируемого типа с дополнительным ускоренным определением их конечных величин, соответствующих состоянию полной выщелоченности грунтов основания. Гидрогеохимическая оценка основания

по результатам испытания предлагаемым способом уже на стадии изысканий позволяет запроектировать объект любой степени ответственности на

грунтах различного типа и степени засоления, предусмотрев при необхо-

димости, на основании данных испытания разработку противосуффозионных

конструктивно-технологических мероприятий, обеспечив тем самым его

надежное строительство и эксплуатацию объекта.

2. Способ определения суффозионных, деформационных и фильтрационных параметров грунтов различного , типа и степени засоления, успешно апробирован на суглинках и супесях природного сложения, отобранных на строительных площадках Центрального и Западного Казахстана, и искусственно засоленных песках. Авторское право, существенная новизна и эффективность способа испытания засоленных

грунтов, при сопоставлении с аналогами известными в мировой практике,

подтверждена А.С. СССР № 1374129, 1567981, 1599770, 142552

инновационным патентом РК№ 22825.

Литература

1. Способ испытаний засоленных грунтов. Патент РК на изобретение № 12-2/657 от 20.03.2009. Патентообладатель Унайбаев Б.Ж.

190