Full Text

К замедленно-просадочным грунтам относятся лессовидные и лессоподобные средние и тяжелые суглинки, дисперсная составляющая которых представлена в основном монтмориллонитом. Такие лессовые грунты достаточно широко распространены на территории Предкарпатья, Предкавказья, в Волгоградской и других областях России. Основная проблема борьбы с просадочностью на этих грунтах вытекает из того, что действующие в настоящее время нормативные документы (СП 22.13330.2011, ГОСТ 23161-78) предусматривают определение показателей просадочности: величины относительной просадочности εsl и начального просадочного давления Рsl в компрессионных приборах - непродолжительным замачиванием образцов грунта в условиях их капиллярного водонасыщения. Такая схема испытаний не полностью соответствует реальным условиям работы оснований и фундаментов, особенно при подтоплении территорий. Для замедленно-просадочных грунтов различие в значениях показателей просадочности, определенных в лабораторных условиях и по натурным данным, весьма существенно, что часто является основной причиной их деформаций. Эволюция представлений о просадочности и методах борьбы с ней на лессовых грунтах такого типа хорошо прослеживается на примере застройки территории г. Кишинева, расположенной в периферийной части Кодринской возвышенности. Лессовые грунты покрывают территорию города практически повсеместно. Это преимущественно средние суглинки с числом пластичности 0,12-0,14, влажностью 0,11-0,13, плотностью сухого грунта 1,45-1,55 г/см³. Начальное просадочное давление составляет 0,11-0,12 МПа. Мощность лессовой толщи варьируется в интервале от 2-3 до 25-30 м. Толща обладает просадочностью в основном до глубины 11,0-12,0 м. Тип грунтовых условий по просадочности 80 % территории города - I; 20 % территории - II. Максимальная просадка толщи от собственного веса достигает 20-25 см (рассчитана по данным компрессионных испытаний по схеме «двух кривых») [1]. До 1962 г. при строительстве на просадочных грунтах г. Кишинева выполнялись только мероприятия по предохранению оснований от замачивания: устройство лотков, смотровых колодцев, отмосток, планировка поверхности. Спустя несколько лет после сдачи в эксплуатацию домов стали замачиваться грунты основания из неисправных инженерных сетей. Водозащитные мероприятия оказались малоэффективными и многие из построенных зданий стали деформироваться, некоторые из них были демонтированы [2]. Начиная с 1962 г. при строительстве на просадочных грунтах стали применять уплотнение трамбованием [3]. Это позволило устраивать водонепроницаемый экран из лессовых уплотненных грунтов мощностью до 2-3 м и снизить нагрузку на неуплотненный лессовый грунт до величины, меньше начального просадочного давления. Такой метод подготовки лессовых оснований широко распространился на всю территорию города и использовался вплоть до 1974 г. В 1974 г. вышел новый СНиП II-15-74, который ввел в практику строительства на просадочных грунтах новую классификацию лессовых толщ по просадке толщи от собственного веса: I и II тип грунтовых условий по просадочности. К этому времени некоторые из уже построенных на уплотненном лессовом экране зданий начали давать деформации, иногда значительные. Причина деформаций - просадка в нижних частях лессовой неуплотненной толщи вследствие поднятия уровня грунтовых вод [4]. Это вызвало необходимость пересмотреть мероприятия по подготовке лессовых оснований в свете рекомендаций СНиП II-15-74 и следующего СНиП 2.02.01-83. Стал применяться комплекс из водозащитных мероприятий, мероприятий по устранению просадочности и конструктивных мероприятий. Наиболее трудоемкими являются мероприятия по устранению просадочности лессового основания, особенно на глубинах более 8,0 м. Анализ компрессионных испытаний показал, что большая часть просадочности лессовой толщи на территории города приходится на интервал глубин от 0 до 8,0 м. Расчеты просадки и осадки сооружений за счет толщи, залегающей на глубине более 8,0 м, были в пределах допустимых деформаций, поэтому высотные здания, возводимые с конца 70 - начала 80-х гг., проектировались на уплотненной лессовой толще мощностью 5,0-6,0 м, что соответствует глубине 8,0 м. Ниже оставался неуплотненный лессовый грунт. В условиях развернувшегося массового строительства в данный период это позволило существенно сократить стоимость сооружений и время ввода их в эксплуатацию. Однако уже в начале 1980-х гг. появились публикации [2, 5], свидетельствующие об охватившем город широкомасштабном подтоплении. К этому времени относятся наиболее серьезные деформации высотных зданий. Сооружения, возведенные на лессовых толщах с сохранением просадки в нижних ее горизонтах, повсеместно начали деформироваться. Причина заключалась в том, что фактические просадки сооружений превысили прогнозируемые в 1,5-2,0 раза [6]. Специальные исследования лессовых грунтов, выполненные в лаборатории Академии наук республики, позволили определить основную причину деформаций. Были выполнены специальные комплексные исследования лессовых грунтов [7, 8]. Компрессионные испытания проводились в компрессионных приборах системы Н.Н. Маслова при капиллярном водонасыщении (по ГОСТ 23161-78) в условиях непрерывной фильтрации воды через образец на протяжении 30-40 суток. Это позволило выделить провальную просадку, замедленную просадку и послепросадочное уплотнение образцов лессового грунта. Некоторые данные приведены в табл. 1. Таблица 1 Показатели относительной деформации некоторых образцов лессовых пород в компрессионном приборе при замачивании и фильтрации воды для г. Кишинева Table 1 The relative deformation of some samples of loess rocks in the compression device for soaking and filtering water for Chisinau Номер образца Провальная просадка Замедленная просадка Послепросадочная деформация Общая относительная деформация 178 0,014 0,016 0,015 0,045 314 0,042 0,005 0,037 0,084 315 0,020 0,002 0,016 0,038 316 0,017 0,008 0,021 0,046 274 0,010 0 0,002 0,012 226 0,022 0,004 0,034 0,060 227 0,015 0,018 0,011 0,044 Причина деформации сооружений заключалась в том, что лессовые замедленно-просадочные грунты характеризуются большой величиной замедленной просадки и послепросадочного уплотнения, которые в сумме превышают провальную просадку (выявленную по ГОСТ 23161-78) в 1,5-2,0 раза. Это явилось причиной неверной оценки возможной просадки, не уплотненной на глубине более 8,0 м толщи, завышения величины начального просадочного давления грунта и, следовательно, привело к занижению расчетной величины просадки и осадки сооружения, что стало причиной их деформаций. Рекомендации сотрудников Академии наук позволили пересмотреть и дополнить мероприятия по борьбе с просадочностью лессовых оснований. В первую очередь это относится к необходимости устранения просадочности на всю просадочную толщу (для II типа грунтовых условий). Учитывая мощность просадочной толщи на территории города (в основном до 12,0 м) и активно развивающееся подтопление при возведении сооружений на просадочных толщах II типа, с конца 1980 - начала 1990-х гг. стали широко применяться уплотнение просадочных пород грунтовыми сваями на всю мощность и железобетонные буронабивные сваи до кровли непросадочных грунтов. Это позволило в комплексе с водозащитными и конструктивными мероприятиями обеспечить безаварийную эксплуатацию зданий. На лессовых толщах I типа по просадочности в качестве основного метода подготовки лессовых оснований используют водонепроницаемое уплотнение экрана из лессовых грунтов мощностью 2,0-4,0 м, а также проводят водозащитные и конструктивные мероприятия. Выполнение мероприятий по подготовке лессовых оснований в таком объеме исключает возможность их деформаций, особенно в условиях активного обводнения грунтов при подтоплении. Основные полученные результаты могут найти применение и в других регионах, где распространены аналогичные грунты (Волгоградская, Ростовская и другие области РФ). Изучение деформационного поведения лессовых пород осуществлялось на компрессионных приборах системы Н.Н. Маслова, позволяющих замерять просадочные деформации при капиллярном водонасыщении и при фильтрации воды через образец грунта. Использовалась водопроводная вода. Компрессионные испытания выполнялись методом «одной кривой» с замачиванием при нагрузке 0,15 МПа. После условной стабилизации (0,001 мм за 1 сут) начиналась фильтрация воды в течение 90 сут с ежесуточной регистрацией деформации. Такая методика компрессионных испытаний, несмотря на общеизвестные недостатки, позволяет оценить не только полную деформацию образца при замачивании, но и дифференцировать ее на собственно просадку и послепросадочное уплотнение. Она широко использовалась в практических исследованиях на Северном Кавказе, Украине, в Ростовской области, Молдавии, Средней Азии [1, 9-12]. Изменение механического состава заключается в следующем. В целом содержание дисперсных и мелких фракций, по результатам микроагрегатного анализа, не изменилось. Наибольшие изменения отмечены для фракции крупнее 0,1 мм. При фильтрации воды эти агрегаты распадаются, увеличивая содержание более мелких фракций, что способствует уменьшению размера межагрегатных пор и снижает общую пористость. Агрегированность дисперсной фракции практически не меняется: Kагр = 2,6-11,4. Вследствие длительной фильтрации и вымывания легкорастворимых солей в 1,5-3,0 раза уменьшилось содержание Na+, существенно увеличилось содержание Ca+2, Mg+2, Cl-, SO4-2. Практически не изменилось содержание HCO3-. В результате общая минерализация либо уменьшается на 20-30 %, либо не меняется вообще, а в отдельных случаях увеличивается в 1,7-1,8 раза. До фильтрации тип засоления пород определялся как Ca+2-Mg+2, SO4-2-HCO3-, после - HCO3--Mg+2-Ca+2. Испытания лессовых пород в условиях замачивания и фильтрации в течение 90 сут показали, что длительное взаимодействие с водой ведет к полной их деградации. Уменьшается содержание крупных фракций (более 0,1 мм), за счет них повышается содержание более мелких фракций при практически не изменяющемся содержании дисперсной фракции. Легкорастворимые соли вымываются, одновременно слабо- и среднерастворимые соединения преобразуются в сильнорастворимые. Повышается содержание гидрокарбонатов и гипса, грунт приобретает содово-кальциевое или содово-магниевое засоление, становится более плотным и прочным (как отмечал Е.Н. Сквалецкий [12], для пород Таджикистана преобразуется в озерный мергель). При этом изменяются почти все свойства лесса: W увеличивается на 0,05-0,12, Wp не изменяется или повышается на 0,01-0,02, WL повышается на 0,01-0,04, что обусловлено изменениями общего содержания карбонатов и др. В результате повышается Jp на 0,01-0,03, уменьшается пористость, пластическая прочность падает в 1,5-6,0 раз. Послепросадочное уплотнение, связанное с длительной фильтрацией воды через лессовую породу, обусловлено разрушением водостойких структурно-коллоидных связей между ее частицами и проявляется в виде деформации ползучести скелета. Просадочный и послепросадочный процессы обычно сочетаются, и деформация носит комплексный характер. Из-за трудности их разграничения на практике часто говорят об общей деформируемости лессовой толщи, условно выделяя наиболее активно протекающую стадию процесса (просадку) и плавную, постоянно затухающую (послепросадочную стадию). Вопросы количественной оценки обеих составляющих имеют большое практическое значение. Деформационное поведение отдельных образцов лессовых пород в компрессионном приборе при замачивании и фильтрации воды показано на рис. 1. В процессе опыта фиксировались следующие величины относительной деформации: · - относительная просадка через 2 сут после замачивания (по ГОСТ 23161-78); · - то же через 4 сут после замачивания (по А.К. Ларионову, это время завершения провальной просадки); · - то же после завершения консолидации образца при замачивании; · - полная деформация образца после завершения фильтрации воды. сут Рис. 1. Кривые консолидации лессовых пород в компрессионном приборе при замачивании (--) и фильтрации воды (- -); цифры - лабораторный номер образца Fig. 1. The curves of consolidation of loess rocks in the compression device when soaking (--) and water filtration (- -); numbers is laboratory sample number Рассчитаны следующие составные части общей деформации: - провальная просадка (по А.К. Ларионову); - - замедленная просадочность; - - послепросадочное уплотнение. Для прогноза деформации лессовых пород при замачивании и длительной фильтрации использован коэффициент послепросадочного уплотнения, ранее уже применявшийся Е.Н. Сквалецким и другими исследователями для лессовых пород Северного Кавказа, Ростовской области и Таджикистана [12], определяемый соотношением Кпу = / Изучалась зависимость коэффициента послепросадочного уплотнения Кпу от состава и свойств грунта. Результаты, приведенные в табл. 2 и на рис. 2, свидетельствуют о том, что величина послепросадочного уплотнения напрямую зависит от большинства показателей и в первую очередь от содержания в лессовом грунте гипса, агрегированности дисперсной фракции и плотности сухого грунта. Однако коэффициент корреляции этих показателей с коэффициентом послепросадочного уплотнения недостаточно высокий и не превышает значения 0,85. Это не позволяет осуществлять прогноз по выявленным корреляционным зависимостям. Для качественного прогноза можно использовать метод многомерного корреляционного анализа или какой-либо другой, позволяющий одновременно учитывать несколько прогнозных факторов. Принимая во внимание, что объем выполненных исследований Таблица 2 Регрессионные зависимости коэффициента послепросадочного уплотнения Кпу от показателей состава и свойств лессовых пород Table 2 The regression dependence of the coefficient seal after drawdown Kpu from the performance of the composition and properties of loess rocks Показатели состава и свойств Уравнение регрессии Коэффициент корреляции r Содержание гипса Г, % Кпу = 25,243Г + 1,103 0,85 Плотность сухого грунта Кпу = 3,5495ρd - 3,3509 0,81 Коэффициент агрегированности дисперсной фракции Кагр Кпу = 0,0009 - - 0,0406Кагр + 1,6846 0,73 Содержание монтмориллонита в дисперсной фракции М, % Кпу = 0,0218М + 1,1909 0,71 Величина относительной просадочности (по ГОСТ 23161-78) Кпу = 294,94 - 30,047 + + 1,8521 0,55 Железо трехвалентное Ж, г/100 г породы Кпу = 1,1173Ж + 1,4762 0,54 Предел текучести WL Кпу = 6,4276WL - 0,1589 0,50 Содержание обменного кальция К, мг-экв/100 г породы Кпу = 0,1331К + 1,7814 0,40 Общее содержание дисперсной фракции D, % Кпу = 2,6407 - 0,0134D 0,33 Рис. 2. Графики зависимости коэффициента послепросадочного уплотнения Кпу от плотности сухого грунта ρd, содержания гипса Г, коэффициента агрегированности дисперсной фракции Кагр Fig. 2. Graphs of the dependence of the coefficient posleprodazhnogo seal after drawdown Kpu on the density of the dry soil, on the content of gypsum G, on coefficient of aggregation of the disperse fraction Kagr достаточно большой и составляет 100 образцов, для прогноза величины послепросадочного уплотнения можно использовать метод вероятностных аналогий. Предварительно все образцы по величине коэффициента послепросадочного уплотнения Кпу были разделены на 5 групп: 1,0-1,3; 1,3-1,7; 1,7-2,2; 2,2-3,0; более 3,0. В качестве прогнозных факторов были предложены шесть различных показателей, достаточно полно отражающих состав, состояние и свойства лессовых пород. Для определения коэффициента послепросадочного уплотнения Кпу по району-аналогу были рассчитаны эмпирические оценки вероятностей прогнозных факторов и квазиаприорная вероятность (табл. 3). Расчет коэффициента Кпу может осуществляться с использованием теоремы Байеса, формулирующейся следующим Таблица 3 Эмпирические оценки вероятностей прогнозных факторов при расчете коэффициента послепросадочного уплотнения Table 3 Empirical estimates of the probabilities of the forecast factors in the calculation of the coefficient seal after drawdown Прогнозные факторы Коэффициент послепросадочного уплотнения Кпу 1,0-1,3 1,3-1,7 1,7-2,2 2,2-3,0 Более 3,0 Содержание дисперсной фракции D,%: · менее 30 · 30-50 · более 50 0,04 - - 0,04 0,20 0,04 0,04 0,26 0,08 0,08 0,14 0,04 - 0,04 - Коэффициент агрегированности дисперсной фракции Кагр: · менее 20 · более 20 0,08 0,04 0,16 0,04 0,24 0,12 0,28 - 0,04 - Предел текучести WL: · менее 0,28 · 0,28-0,32 · более 0,32 - 0,08 - 0,16 0,12 0,04 0,04 0,20 0,08 0,08 0,12 - - - - Плотность сухого грунта ρd, г/см³: · менее 1,40 · 1,40-1,60 · более 1,60 - 0,07 0,03 - 0,10 0,13 0,03 0,28 0,03 - 0,10 0,17 - 0,03 0,03 Величина относительной просадочности (по ГОСТ 23161-78): · менее 0,01 · 0,01-0,02 · более 0,02 - 0,10 0,02 0,02 0,12 0,10 0,12 0,14 0,05 0,17 0,05 0,02 - 0,07 0,02 Содержание гипса Г, %: · менее 0,02 · более 0,02 0,11 - 0,22 0,17 0,11 0,22 - 0,17 - - Квазиаприорная вероятность PAj 0,08 0,21 0,32 0,26 0,13 образом. Пусть А1, А2, ..., Аj - попарно несовместимые события, хотя бы одно из которых обязательно наступит, Вi - некоторые события. Тогда вероятность реализации событий Аj, при условии что наступит событие Вi, выражается формулой где - условная вероятность события Аj при фактическом наступлении события Вi; - вероятность реализации события Вi при данном Аj; - априорная вероятность наступления события Аj. Рис. 3. Карта типологического инженерно-геологического районирования лессовых территорий Молдовы: А-I-2 - индекс инженерно-геологического района; - граница инженерно-геологического района; районирование лессовых территорий по величине послепросадочного уплотнения, значения коэффициента послепросадочного уплотнения лессовых пород толщи Q3 и Q3-4: - 1,7-2,2; - 2,2-3,2 Fig. 3. The map of typological engineering-geological zoning of the loess territories of Moldova: А-I-2 - index of engineering-geological district; - border engineering-geological district; the zoning of the loess territories largest seal after drawdown, the values of the coefficient aftersubsidence seal of loess rocks strata Q3 и Q3-4; - 1,7-2,2; - 2,2-3,2 Указанная методика применена при прогнозе послепросадочного уплотнения лессовой толщи Q3 и Q3-4 на территории междуречья Прут - Днестр (рис. 3).

About the authors

A. N Bogomolov

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering

Iu. I Olianskii

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering

E. V Shchekochikhina

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering

I. Iu Kuz'menko

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering

References

Statistics

Views

Abstract - 152

Refbacks

• There are currently no refbacks.