Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ББК 38 Строительство
Приведены результаты исследований величины относительной просадочности в зави-симости от различной природной влажности суглинка. Экспериментальные исследования проведены согласно методике ГОСТ 23161-2012. Определены основные физические свой-ства просадочного суглинка присклоновой части северной части долины р. Везёлка. Показа-но, что влажность суглинка влияет на относительную деформацию просадочности. Полу-чены значения природной влажности для суглинка, при которой грунт теряет свои проса-дочные свойства. Исследования по выявлению просадочных свойств грунтов, в том числе с целью их устранения, представляется полезным в подготовительных работах при устрой-стве фундаментов, при инженерно-геологических работах по укреплению грунтовых основа-ний.
суглинки, относительная просадочность, природная влажность, замачивание грунта, инже-нерно-геологические изыскания
Введение. Одной из наиболее важных проблем современного строительства является возведение зданий и сооружений на просадочных грунтах. Такие грунты широко распространены, в том числе и в районах интенсивной городской застройки. Для обеспечения нормальной эксплуатации проектируемых объектов важно учитывать всевозможные деформации грунтов оснований [1–10], в том числе деформации просадки, т.к. они могут стать причиной недопустимых деформаций в конструкциях зданий и сооружений [11, 12].
Для определения просадочности грунтов необходимо провести соответствующие инженерно-геологические изыскания. Выявление просадочных свойств оснований зданий и сооружений и их устранение актуально не только для объектов капитального строительства, но и для ИЖС.
Четвертичные суглинки, особенно средне-верхнечетвертичного возраста (Q2-3), как правило, при изысканиях оказываются просадочными [2, 5]. Эти суглинки светло-коричневого цвета покрывают надпойменные террасы и присклоновые отложения водораздельных, возвышенных плато. На плато суглинки темнее, более плотные, по возрасту раннечетвертичные, реже верхненеогеновые делювиального происхождения. Эти суглинки достаточно уплотнённые, в основном, непросадочные.
Методология. По ГОСТ 23161-2012 «Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности» для определения характеристики просадочности εsl используют метод замачивания грунта, т.е. изменение влажности грунта в зависимости от степени заполнения пор водой.
Можно сделать вывод: если все поры суглинка в естественных условиях заполнены водой, то будет невозможным зафиксировать дополнительную его деформацию от замачивания, так как нет объёма для поступления воды. Следовательно, суглинок будет непросадочным.
Основная часть. Нами была рассмотрено, как будет изменяться величина относительной просадочности εsl при различной природной влажности просадочного суглинка.
Для этого на присклоновой части северной части долины р. Везёлка были взяты образцы светло-коричневого суглинка и определены его основные физические свойства, в частности:
- плотность ρ = 1,54 г/см3;
- естественная влажность W=0,14 (14 %);
- влажность на границе текучести WL=0,29 (29 %);
- влажность на границе раскатывания Wp=0,17 (17 %);
- число пластичности Ip=0,12
- показатель текучести IL=-0,25
По ГОСТ 25100-2011 определили: по числу пластичности - суглинок, по показателю текучести – твёрдый.
Суглинок был высушен и измельчен до фракций 0,1-0,5 мм. Из высушенной массы отбирали и уплотняли в кольце одометра объёмом 150 см3 суглинок, доводя плотность до плотности сухого грунта pd равной 1,35 г/см3. При этом масса составила величину 202,7 г. Такую массу сохраняли во всех экспериментах, изменяя лишь влажность (5, 10, 20 и 25 %), которую легко рассчитать по объемам добавленной воды к сухому грунту из определения влажности (табл. 1).
W= mводы/mсух.грунта (1).
Таблица 1
Количество добавляемой воды до заданной влажности
|
Наименование |
Влажность, % |
||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
Масса сухого грунта, г |
202,7 |
202,7 |
202,7 |
202,7 |
202,7 |
|
Масса воды, г |
10,1 |
20,2 |
30,4 |
40,5 |
50,7 |
Увлажненный, хорошо перемешанный суглинок вместе с кольцом помещали в одометр [13] и при каждом эксперименте создавали нагрузку ступенями 50, 100, 150 и 200 кПа. Ступени изменяли после стабилизации величины деформации, измеряемой индикатором часового типа, которую фиксировали в журнале наблюдений, затем снизу подавали воду при градиенте напора 1…1,1 до условной стабилизации в соответствии с ГОСТ 23161-2012. Относительную величину просадочности грунта рассчитывали по формуле [14]:
ℇsl = hꞌ-hp/ho, (2)
где hꞌ – высота образца грунта с влажностью при заданном давлении, мм; hp – высота образца грунта после дополнительного сжатия (просадки) в результате замачивания, мм; ho – начальная высота образца, мм.
Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Таблица 2
Изменения абсолютной деформации суглинка при различной влажности и нагружении
|
Нагрузка, кПа |
Абсолютная деформация в мм при влажности, % |
||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
50 100 150 200 |
0,52 0,91 1,35 1,61 |
0,49 0,85 1,37 1,57 |
0,45 0,99 1,43 1,78 |
0,74 1,22 1,54 1,95 |
0,89 1,31 2,20 2,50 |
|
Условная деформация после стабилизации при замачивании |
5,62 |
3,58 |
2,93 |
2,75 |
2,58 |
|
Относительная величина, ℇsl |
0,16 |
0,08 |
0,046 |
0,012 |
0,003 |
В соответствии с ГОСТ 25100-2011 полученные данные просадочности суглинка классифицируются:
- при W=5 % – ℇsl=0,16-суглинок чрезвычайно просадочный;
- при W=10 % – ℇsl=0,08-суглинок сильнопросадочный;
- при W=15 % – ℇsl=0,046-суглинок среднепросадочный;
- при W=20 % – ℇsl=0,003<0,01-суглинок непросадочный.
Таким образцом, действительно, влажность суглинка влияет на относительную деформацию просадочности суглинка по определённой зависимости (рис. 1).
|
Влажность грунта, %
|
Влажность грунта, %
Рис. 1. График изменения относительной деформация просадочности ℇsl от влажности W
При этом коэффициент водонасыщения при влажности 25 %, когда суглинок становится непросадочным, составил величину Sr=0,87, т.е. грунт практически водонасыщенный (по ГОСТ 25100-2011).
Таким образом, определив влажность просадочного грунта по графику, можно найти относительную деформацию просадочности. При коэффициенте водонасыщения Sr больше 0,8 грунт, как водонасыщенный, становится непросадочным.
Выводы. Проведенные экспериментальные исследования по выявлению просадочных свойств грунтов, в том числе с целью их устранения, представляются полезным в подготовительных работах при устройстве фундаментов, при инженерно-геологических работах по укреплению грунтовых оснований. Регулируя влажность суглинка, можно уменьшить или вовсе исключить относительную деформацию просадочности грунта в процессе строительства.
1. Крутов В.И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. Киев: Будiвельник, 1982. 224 с.
2. Оноприенко Н. Н., Калачук Т.Г. Пер-спективы развития инженерных изысканий для индивидуального жилищного строитель-ства // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. №5. С. 11–15.
3. Черныш А. С., Оноприенко Н. Н., Лю-тенко А. О. Механика грунтов: учеб. пособие. Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. 123 с.
4. Калачук Т.Г., Юрьев А.Г., Карякин В.Ф., Меркулов С.И. Повышение несущей способности опорной конструкции в дисперс-ных грунтах // Промышленное и гражданское строительство. 2014. №11. С. 76–78.
5. Калачук Т.Г. Зависимость между про-садочными деформациями и действующими напряжениями в лессовых основаниях / Новые технологии и проблемы технических наук: сб. науч. трудов по итогам междунар. науч.-практ. конф. (Красноярск, 10 ноября 2015 г.). Красноярск: Инновационный центр развития образования и науки, 2015. С. 67–73.
6. Лысенко М.П. Состав и физико-механические свойства грунтов. М.: Недра, 1980. 272 с.
7. Григорян А.А. О некоторых особенно-стях проектирования свайных фундаментов на просадочных грунтах // Основания, фун-даменты и механика грунтов. 2015. №1. С. 24-28.
8. Usmanov R., Mrdak I., Vatin N., Murgul V. Reinforced soil beds on weak soils // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vols. 633-634. P. 932–935.
9. Sr. Chandrasekaran. Offshore Structural Engineering: Reliability and Risk Assessment. CRCPress. 2016. 254 р.
10. Asghari E., Toll D.G. and Haeri S.M. Triaxial behavior of a cemented gravely sand, Tehran alluvium // Geotechnical and Geological Engineering. 2003. № 21. Pp. 1–28.
11. Буланкин Н. Ф., Козаков Ю. Н. Опыт применения свай в просадочных грунтах Красноярска // Основания, фундаменты и ме-ханика грунтов. 2014. №2. С. 25–28.
12. Зеркаль О.В. Оценка геологических рисков в практике инженерных изысканий // Инженерные изыскания. 2009. № 9. С. 40-43.
13. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М.: Стандар-тинформ, 2011.
14. ГОСТ 23161-2012. Грунты. Метод ла-бораторного определения характеристик про-садочности. М.: Стандартинформ, 2013.
