ОЦЕНКА ПРОСАДОЧНОСТИ ГРУНТОВОГО МАССИВА

ОЦЕНКА ПРОСАДОЧНОСТИ ГРУНТОВОГО МАССИВА ИЗ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ

"Основание, фундаменты и механика грунтов" №6  2001 
© Абелев Ю.М., Левченко А.П.


Показано, что существующие методы определения просадочности грунтов по действующему СНиП 2.02.01 - 83 хорошо прогнозируют просадки при расчете инженерных сетей и мелиоративных систем на просадочных грунтах. Однако этот СНиП не пригоден для расчета просадок грунтов в основании промышленных и гражданских сооружений, так как при определении деформаций допускаются ошибки до 60%



В настоящее время в соответствии с требованиями СНиП [1] вероятность проявления просадки грунтового массива определяется путем замачивания его через котлован. Иногда на дне котлована устраиваются дренажные скважины, которые засыпаются песком для ускорения попадания воды в грунтовый массив. При этом определяется просадка поверхности, воз¬никающая при замачивании лессовых грунтов всего массива.
В действующих нормах приняты два типа грунтовых условий по просадочности площадок строительства, в основании которых залегают лессовые грунты. К первому типу относятся грунтовые массивы, сложенные лессовыми грунтами, при замачивании характеризуемые просадкой менее 5 см, ко второму - более 5 см.
Такое разделение грунтовых массивов по просадочности обосновано для проектирования и прокладки сетей инженерных коммуникаций (водопровода, теплотрасс, водоотведения, технологических трубопроводов и др.), а также мелиоративных каналов. Так как нагрузка на грунты оснований от сетей инженерных коммуникаций и мелиоративных каналов обычно менее 0,02 МПа, то основные деформации, возникающие в них, определяются только деформациями уплотнения при замачивании массы вышележащей толщи (природное или бытовое давление). Для большинства инженерных трубопроводов все способы подготовки основания могут быть предложены в зависимости от просадки при природном давлении.
Для большинства железобетонных и керамических труб, а также труб из полимерных материалов, соединенных между собой резиновыми или полимерными кольцами, устойчивая эксплуатационная пригодность обеспечивается при максимальных просадках до 5 см. Если же грунты характеризуются вторым типом по просадочности, и просадка труб инженерных коммуникаций превышает 5 см, то необходимо выполнить дополнительные мероприятия по обеспечению длительной эксплуатационной пригодности этих соединений.
Рекомендации по определению типа грунтовых площадок по просадочности содержат указания о замачивании котлованов пресной водой. Действительно, как показали наши исследования, выполненные в 1992...1996 гг., при замачивании лессовых грунтов основания водными растворами кислот или щелочей возникают просадочные деформации, по своей величине отличающиеся от определенных при замачивании пресной водой.
Так как канализационные стоки и технологические растворы, транспортируемые по соответствующим трубопроводам, по своему химическому составу отличаются от состава пресной воды, необходимо учитывать их воздействие на лессовые просадочные грунты основания. Известен ряд случаев, когда в результате аварий технологических трубопроводов на грунтах первого типа по просадочности возникали нарушения сплошности труб инженерных коммуникаций и деформации расположенных рядом промышленных сооружений.
Так, при аварии технологического трубопровода, расположенного на глубине 1,3 м, на химическом заводе в г. Армянске (Крым), наблюдались просадки колонн промышленных цехов до 26 см и осадки пола цеха на 14...22 см. После отрывки трубопроводов было установлено, что максимальная просадка трубы вблизи разрыва составила 40 см. Роль технологического раствора выполнял 5% раствор серной кислоты.
Согласно данным инженерно-геологических изысканий площадка завода относится к первому типу по просадочности, и толща просадочных грунтов составляет 6—7 м.
Это свидетельствует о том, что при проектировании заглубленных канализационных и технологических трубопроводов целесообразно проводить опытное замачивание котлованов соответствующими стоками и растворами, которые могут попасть в основание при аварийных ситуациях, и после этого устанавливать тип грунтовых условий площадок строительства по просадочности.

В НиТУ 137-56 [2], составленном Ю.М. Абелевым, предлагалось коэффициент относительной просадочности d определять при давлении р = 0,3 МПа вне зависимости от действующего фактического (бытового) давления, а при вычислении условной просадочности D, т.е. просадки от собственного веса грунта, суммирование значений d_i проводить до слоя грунта с d < 0,02. В зависимости от D назначалась категория просадочности грунтов: 1 - при D ≤1.5см, 2 - D ~ 16...50см, 3 - D > 50см.
В зависимости от категорий грунтов назначались мероприятия по устройству искусственных оснований (уплотнение тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых подушек, грунтовых свай, предварительное замачивание грунтов и т.д.), а также по обеспечению нормальной эксплуатации данного сооружения при больших осадках-просадках (железобетонные фундаментные плиты, пояса на уровне перекрытий, разрезка здания осадочными швами и т.д.). Кроме того, устраивались водозащитные мероприятия, препятствующие поступлению воды и водных растворов в просадочные лессовые грунты оснований.
Метод определения d_i  при р = 0,3 МПа вызвал возражения при проектировании мелиоративных систем, трубопроводов и других легких сооружений, особенно в районах Средней Азии, где строились Поселки с 1-2-этажными домами, в основании которых на глубину до 30...40 м залегали толщи сильнопросадочных грунтов. Было принято неудачное решение изменить многолетнюю практику исследовании лессовых грунтов для промышленных к гражданских сооружений, и выпустить не дополнения к СНиП по проектированию малоэтажных зданий и оросительных систем, а изменить целиком СНиП.
В СНиП [3] рекомендовалось определять d_i при фактическом давлении в рассматриваемом слое грунта, а послойное суммирование проводить для всех слоев грунта, у которых d >0,01. При определении D рекомендовалось вводить коэффициенты условий работы m = 2 в пределах толщи высотой 1,5b, непосредственно примыкающей к фундаменту шириной b, и m = 1,5 для всей нижележащей толщи, т.е. при расчете просадки грунтов от собственного веса ожидаемую просадку толщи следовало увеличивать в 1,5 раза.
Согласно рекомендациям СНиП [3], возможно устраивать более экономичные основания и фундаменты дли малоэтажных и мелиоративных сооружений на больших толщах просадочных лессовых грунтов. Однако наблюдения за просадками фундаментов жилых и общественных зданий более пяти этажей и тяжелых промышленных сооружений показали, что при длительном замачивании грунтов в основании фактические просадки часто на 30...60 % больше расчетных.
Следует отметить, что нельзя сравнивать расчетную просадку грунтов основания с фактической при эксплуатации сооружения. Расчетная просадка может проявиться только в том случае, если в грунты проникает очень большое количество воды и намачивание происходит в течение длительного времени.
Идея проектирования фундаментов сооружении на просадочных лессовых грунтах, предложенная Ю.М. Абеле вым (4], заключалась в том, что определяются максимально возможные просадки грунта при самых неблагоприятных факторах. Если основания и фундаменты сооружения проецируются с учетом максимальной просадки, то такое сооружение будет нормально эксплуатироваться в течение длительного времени, так как маловероятно, что эта просадка проявится полностью,
Такой же принцип проектирования заложен в нормах проектирования при строительстве в сейсмических районах. Если известно, что землетрясение силой 7 баллов в этом районе произойдете вероятностью 1 раз в 20 лет, 8 баллов - 1 раз в 80 лет, 9 баллов - 1 раз в 120 лет, то район считается сейсмическим в 9 баллов и все здания строятся с учетом сейсмического воздействия 9 баллов.
Этот принцип строительства на максимальные воздействия принят в промышленном и гидротехническом строительстве во всех странах мира.
Чтобы учесть возможность проявления просадок, больших по величине, чем предлагалось п СНиП [3], авторы работы [4] рекомендовали ввести коэффициент 1,5, на который надо умножать определенную по СНиП [3] относительную просадочность, и назвали его коэффициентом достоверности. Это было оправдано тем, что, как показывают сравнительные опыты по определению относительной просадочпости в полевых условиях, при нагружении жесткого круглой» штампа площадью 10 тыс. см5 с длительным замачиванием просадочных грунтов в основании утих штампов и нагружении образцов этих же грунтов в компрессионном приборе, разница составила 40...60%.
Сравнение относительной просадочности лессовых грунтов, определенной: круглыми штампами площадью 10 тыс. см2 и в компрессионных приборах на тех же образцах грунтов при р = 0,3 МПа, показало, что разница составляет 6...14%. К сожалению, таких полевых опытов к сравнений выполнено немного. Однако опыты, проведенные на экспериментальных площадках в Оше, Таш-Кумыре (Киргизия), Запорожье, Херсоне (Украина), Русе (Болгария), показали, чти относительная просадочность, полученная в компрессионных приборах при р = 0,3 МПа, хорошо согласуется с определенной в полевых условиях с помощью больших жестких штампов при длительном замачивании.

К сожалению, в действующих СНиП II-15-74 и СИиП 2.02.01-83 относительную просадочность грунтов рекомендуется определять без дополнительных коэффициентов.
В 1960 г. В.И. Кругов и ВД. Асянин [51] провели натурные экспериментальные исследования в Никополе на двух близко расположенных площадках, в основании которых залегали просадочные лессовые грунты мощностью слоя: 14...17м.
Прогнозируемая просадка, рассчитанная по [2], составила около 108 см, а фактическая -около 50 см, т.е. расхождение было более, чем в 2 раза.
На площадке №l замачивание проводилось через дренирующие скважины, а №2 - без скважин. На площадке №1 максимальная замеренная просадка поверхности грунта на конечном этапе составила примерно 97 см при скорости просадки 0,2 см/сут, №2 - 62 см при 0,225см/сут. В обоих случаях не была достигнута стабилизация просадок (0,143 см/сут), и при продолжении наблюдений просадка была бы больше.
На рисунке приведены экспериментальные и аппроксимирующие зависимости просадки грунтов от времени.
Просадка на площадке №1 близка к рассчитанной по [2] (114,77 и 108 см) и более, чем в 2 раза превышает значения, определенные по [I] (114,77 и 50см).
В работе [5] приведен график изменения объемного веса скелета грунта по глубине на площадках №1 и 2 до (p) и после (p₁) замачивания. Имея эти две важные характеристики, относительное сжатие слоев грунта (относительную просадочность e после закачивания можно определить по формуле:

e = (p₁-p)/p₁

Результаты наблюдений показали, что на всех глубинах, начиная с 5 м, фактическая просадка превышала ожидаемую. На отдельных глубинах (9, 10, 11, 13 м) это расхождение значительно, что объясняется, по-видимому, неоднородностью просадочных грунтов, неточностями в определении высотного положения слоев грунта, характеристик до и после замачивания и другими причинами. По результатам этих наблюдений среднее значение m = 1,6.
В работе [6] приведена таблица, в которой ожидаемые и фактические просадки получены разными исследованиями в России, на Украине, в Таджикистане и Казахстане. Фактическая просадка сравнивается с расчетными по СНиП 2.02.01-83. Эти исследовании показали, что фактическая просадка превышает ожидаемую в 1.49...2.28 раза при среднем значении 1,71.
Из приведенных примеров следует, что при компрессионных испытаниях по нормативным требованиям значения относительной просадочностн, определяемые при фактических давлениях, существенно занижены.
В связи с тем, что (как показали наши исследования в 1992...1996 гг.) относительная просадочность лессовых грунтов, определяемая в компрессионных приборах по методу «одной кривой», существенно зависит от химического состава раствора, которым замачивался образец, при проектировании фундаментов на лессовых просадочных грунтах необходимо определять относительную просадочность при замачивании пресной водой и растворами, которые транспортируются по канализационным и технологическим трубопроводам.
Для получения сопостазляемых результатов рекомендуется параллельные опыты проводить на образцах-близнецах, вырезанных из одного монолита и испытываемых в одинаковых приборах по методу «одной кривой». Желательно испытания проводить при вертикальном давлении на образцы лессовых грунтов, при котором максимально проявляется относительная просадочность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНнП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.
2. Нормы и технические условия проектирования и строительства зданий и промышленных сооружений на макропористых просадочных грунтах. НиТУ 137-56.- М.: Стройиздат, 1956. - 53с.
3. СНиП II-Б.2-62. Основания и фундаменты зданий и сооружений, на просадочных грунтах.
4. Абелев Ю.М., . Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах - 3-е изд. - М.: Стройиздат, 1979-271с.
б. Кругов В.И., Асянин П.Д. Исследование эффективности уплотнения просадочных грунтов для промышленного строительства путем предварительного замачивания // «ОФМГ».- 1961. - №3. - С.7-11.
6. Багдасаров Ю.А. О достоверности оценки просадочности грунтов // «ОФМГ». - 2000. – №2. - С 21-26.