автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Метод физико-химической противопучинной стабилизации оснований в период строительства при высоком залегании подземных вод

ГОССТРОЙ СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМЕНИ

1Ш.ГЕРСЕВАНОВА

На правах рукописи УДК 624.139

Халимов Олег Закирович

МЕТОД ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРОТИВОПУЧИННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ОСНОВАНИЙ В ПЕРИОД СТРОИТЕЛЬСТВА ПРИ ВЫСОКОМ ЗАЛЕГАНИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

05.23.02 Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

Москва 1989

Работа выполнена в Красноярском политехническом киста-туте финал в г.Абакане МВ и С00 РСФСР

Научный руководитель - доктор геолого-минералопгаесшх наук,

профессор ТЬтонов Иван Алексеевич Социальные оппоненты - доктор технических наук

Орлов Владимир Осипович - кандидат технических наук Саган Владимир Степанович Ведущее предприятие - институт "Востоксибгипроводхоз"

Защита состоится 1989г. в "/¿С" часов

на заседании специализированного совета К 033.06.01 в ордена Трудового Красного Знамени Всесоюзной научно-исследовательском, проектно-илыскательскоы и конструкторско-технояогическом институте оснований и подземных сооружений иы. Н.М.Герсеванова.

Адрес: 109389, Москва, 2-я Институтская, 6 (проезд до ст.ые-ро Рязанский проспект, далее автобуса» » 29 , 46, 143, 169 до остановки "Институт Сетона").

С диссертацией можно ознакомиться и совете института Автореферат разослан &3

Ученый секретарь специализированного совета

В.П.Петрухин

ГОССТРОЙ СССР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВСЕСОЮЗНЫ?.

НАтожсщрвкШыш^тт^шштуж

И КОНСГШШЙРСКО-ТШОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЕ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМ. Н.И.ГЕРОЕВАЛОВА

На правах рукописи УДК 624.139

Хаякмэв Oser Захирсгяч

метод шш-зошичежой протквогютной стабилизации

ОСНОВАНИЙ В ПЕРИОД СТРОИТЕЛЬСТВА ПРИ шооком ЗАЛЕГАНИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

05.23.02 Осноаакг.я я фрцр>а«ы

Автореферат

диссертации на соискание ученой етепвня кандидата тегхятгческнт наук

Москва, 1989г.

Работа выполнена в Красноярской политехнической институте $идибд в г.Абакане 113 и ССО РСФСР Научный руководитеяь - доктор геоаого-ыинервлогячвсчнх наук,

профессор Тптюнов Иван Алексеевна Официальные оппоненты - доктор технических наук

Орлов Владимир Осипович - кандидат технических наук Сахин Владимир Степанович Ведущее предприятие - институт "Востохсибгипроводхоз"

Защита состоится часов

на заседании специализированного совета К 033.05.01 в ордена Трудового Красного Знамени Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-иэыскательскоы и коиструкторско-технслогическоы институте оснований и подземных сооружений мм. Н.М.Герсеваиова.

Адрес: 109369. Москва, 2-я Институтская, 6 (проезд до ст.ме-"ро Рязанский проспект, далее автобусаш № 29 , 46, 143, 169 до остановки "Институт бетона").

С диссертацией можно ознакомиться б совете института Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

В.П.Петрухин

ВЗЕДЕНИ2 Актуальное тьтемы. Анализ деформаций многочисленных зданий и сооружений, вызванных морозным пучением грунтов, показывает, что в большинстве случаев они происходят в процессе строительства, когда к зимнему периоду объекты оказываются незавершенными, фундаменты - ненагруженными, а выстроенные здания не инею? тепловой защиты от промерзания основания. В этот период в промерзающем основании возрастает перераспределение воды, что и приводит его к морозному пучении. Для защиты фундаментов в период строительства, вследствие организационных и технологических трудностей применения теигоизоляционных мероприятий,проектировщики часто закладывают фундаменты ниже нормативной глубины промерзания, как для неотапливаемых объектов. Таксе решение исключает промерзание и ухудшение свойств грунтов под подошвой фундаментов при оттаивании.Однако с учетом теплового влияния в период эксплуатации глубину заложения можно снижать в 2^-2,5 раза.

Опасность морозного пучекия в период, строительства приводит также к увеличению длины сваи для их большего эаанкеривания, а в большинстве случаев к отказу от применения рациональных конструкций - забивных блоков, свай-колонн,набивных фундаментов,устраиваемых как бурением, так и ¿ыштамповыванием, включая фундаменты пирамидальной формы. Технико-экономический анализ мероприятий, обеспечивающих устойчивость фундаментов в пучинистых грунтах, и результаты экспериментальных исследований показывают, что наибольший технический эффект и наименьшие затраты проявляются при использовании физико-химических методов противопучинной защиты оснований даже в условиях высокого залегания подземных вод.

Однако существующие технологии противопучинной стабилизации предназначены только для грунтов, увлажняемых преимущественно атмосферными осадками. Для грунтов района наших исследований, где

промерзание, как отмечено выше, достигает уровня подземных вод, а часто опускается низке, сколько-нибудь удовлетворительных про-тивопучинных мероприятий до сих пор не раэработанно. Естественно исследование взаимодействия (химически эадцоценного) стабилизированного грунта с окружающим пучинистым, разработка конструкций оснований и технологий их устройства в таких инженерно-геокриологических условиях являлось актуальной задачей. Работа выполнялась на кафедре "Промышленное и гражданское строительство" Абаканского филиала Красноярского политехнического институте в соответствии с планом КИР.

Известно, что эффективность примегения способов физико-химической зациты оснований проявляется на весьма короткий период

' л

времени,что совпадает или незначительно превышает нормативные сроки строительства объектов. До настоящего времени не обоснованы оптимальные параметры стабилизации, не исследовано взаимодействие химически обработанной оболочки и окружающего пучинисто-го грунта, не разработаны технологии введения реагента в основание, отсутствует рациональная область применения этого метода у. объективные критерии оценки его эффективности. Всё это существенно сдерживает внедрение физико-химического метода в практику строительства.

Цель работы - исследование и разработка метода физико-химической противопучинной стабилизации оснований к фундаментов солями одновалентных катионов (калийным удобрением) на период зимнего строительства в условиях близкого залегания подземных вод.

Научная новизна:

- выявлены закономерности морозного пучения в условиях напорной миграции влаги, получены математические зависимости величины пучения от уровня подземных вод и глубины промерзания;

- установлено, что кнтенскпность пучения с глубиной промерзания возрастает;

- исследовано взаимодействие стабилизируемой оболочки с пучи-кпстым грунтом, обоснована толщина оболочки для обеспечения устойчивости незагруженных, пэзаанкеренншс фундаментов;

- рзязка задача о разделении работы противопучииной оболочки в период строительства и в период эксплуатации объектов;

- .разработан метод физико-химической противспучинной стабилизации оснований и фундаментов на период строительства при неглубоком залегании подземных вод.

Практическая значимость:

- обоснованы параметры лидерных сквааин для создания стабилизирующих оболочек вокруг забивных свай, недозагрутг.екнкк <в акшшЯ период строительства;

- разработки способ введения реагента в процессе изготовления Набивных пирамидальных фундаментов, защищенный а.с. № 876854;

- разработан способ защиты опорггых конструкция из забивных свай путем создания кошиекскоЯ противопучинной оболочки из гра-вийя!- песчаной смеси и химически обработанного на период строительства грунта а.с. № 1101498;

- разработан способ защиты буронабивкых фундаментов от морозного пучения грунтов созданием оболочки из полиэтиленовой пленки и химически обработанного грунта, защищенный а.с. Г? 800289;

- получена формула величины морозного пучения,позволяющая прогнозировать высоту противопучикиого зазора под ростверками и (фундаментными балками.

На основе выполненных разработок построены сс^ужения,нормально эксплуатируемые в течение нескольких лет. Экономический эффект от использования физико-химической протизопучинной стабилизации на экспериментальных объектах юга Красноярского края составил 134,9 тыс. рублей.

Апробация работы:

Основные результата исследований доложены, обсупдеиы и получили положительную оценку на УШ, IX, X научно-технических конференциях молодых специалистов н аспирантов НИИОСП (Москва» 1978, 1960, 1982гг.),междуведоственном совещании "Геокриологический прогноз в осваеваемых.районах Крайнего Севера" (Москва, 1982 г.), 1-ой научно-практической конференции преподавателей Абаканского филиала Красноярского политехнического института (Абакан, 1986г.), в проектных организациях городов Абакана и Красноярска (1983, 1985, 1967гг.), в лаборатории фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП (Москва, 1987 г.).

Публикации :

По материалам выполненных исследований опубликовано 15 работ и получено три авторских свидетельства на изобретения.

Объём работы:

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и содержит : страниц 246, таблиц - 4, иллюстраций - 96, приложений - 5.

Использованных источников - 215.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены её цель и основные задачи, сформулировано новизна и {фактическая ценность работы.

Первая глава содержит обзор состояния вопроса о морозном пучении, факторах,влияющих на этот процесс и силы выпучивания фундаментов; произведена оценка существующих способов обеспечения устойчивости фувдаментов на пучинистых грунтах. При этом акцентировано внимание на анализе физико-химических противогтучинных мероприятий. Здесь же описаны инженерно-геологические и климатические условия района исследований, примеры

деформаций зданий, обусловленные морозным пучением грунтов в период строительства и рациональная область применения химической противоцучинной стабилизации.

Анализ существующих обзоров о морозном пучении грунтов, проведенных Н.А.Пузаковым, И.А.Тюттовым, В.П.Пономаревым, В.О.Орловым, Н.А.Цытовичем, Л.В.Чистотиновым, а также результаты исследований многих других авторов, дает основания считать, что проблема пучения остается актуальной и в настоящее время. Что же касается строительства на пучинистых грунтах в случаях неглубокого залегания напорных подземных вод, то следует признать, что строительная практика здесь не имеет каких-либо научнообоснованных мероприятий, обеспечивающих устойчивость возводимых сооружений.

Больше того, по существу до сих пор не была известна динамика пучения таких грунтов и совершенно не изучена динамика изменения свойств пучинистого грунта при оттаивании. В результате проблема устройства ыелкозаглубленных фундаментов на таких грунтах оставалась нерешенной, что конечно приводило к деформированию возводимых сооружений превде всего в период строительства, а затем и в период эксплуатации. Так, например, устранение деформаций сооружаемого объекта к моменту его сдачи в эксплуатацию, практически всегда составляло I - стоимости этого сооружения, если деформации поддавались исправлению.Иногда недостроенное сооружение просто разрушалось.

Чтобы яснее представить особенности, а точнее трудности строительства в отмеченных грунтовых условиях обратим внимание на деформированный каркас здания ГШУ-59 в г. Абакане (рис.1).

Бурением скважин в основании разрушенной члсти сдания было установлено, что фундаменты были оперты на гравийно-гадечнико-вый грунт с пылевато-глинкстым заполнителем от 2-5 до 21%. Подстилает этот грунт грнвийно-гадечникогыП слой большой толпи-

в

ны с песчаным заполнителем. Подземные вода залегают на уровне подошвы фундаментов. Однако каркас не приобрел признаков угрожающих деформаций при промерзании. Он рухнул только при оттаивании грунтов в основании до глубины 1,2 м.

Пазилось бы надежные гравийно-галечниковые отложения с небольшим количеством дисперсного заполнителя становятся трудноиспользуемыми в качестве оснований в условиях увлажнения напорными подземными водали. Ъ пайоне наших исследований нельзя надежно применить свайные фундаменты, ь. верхняя толща грунтов в про-цсзссэ оттаивания утрачивает несуиую способность и становится непригодной для мелкозаглуслекных фундаментов.

В результате анализа существующего опыта строительства мы пришли к выводу, что в инженерно-гидрогеологических условиях Минусинской котловины противопучинная физико-химическая стабилизация таких грунтов будет экономически эффективной и обеспечит устойчивость сооружений по крайней мере на период строительства в пределах 2-5 лет. Эффективность этого метода противопучинной стабилизации солями калийных удобрений связана с активный взаимодействием ионов калия (К+) и натрия ) с грунтом: из них калий подавляет миграционные свойства воды, разрушая её структуру (Тотюнова, 1966), а натрий, раэрухаая структуру дисперсного грунта, существенно уменьшает его водопроницаемость под напором. Кроме того, как показали наши исследования, калийные соли обеспечивает противопуччнную стабилизацию при промерзании и просадку при оттаивании в течении указанного срока, что вполне соответствует сроку возведения сооружения.

В этой главе приведена рациональная область применения химической противопучмнной стабилизации в период строительства (рис.2.) На основе обзора существующей литературы и результатов собственных наблюдений сформулирована цель и задачи исследова-

Деформированный каркас здания ГШУ-59 в г. Абакане

Рис. I

Область применения химической противопучинной стабилизации на период строительства.

где I - стабилизированный грунт; 2 - гравкйно-песчаная смесь; 3- полиэтиленовая пленка; А - недозагруженные в период строительства сваи и сваи-колонны; Б - то же малозагружвнные; В - буроьабивной фундамент; Г - сваи с низким ростверком (оголовком); Д - пирамидальный фундамент; £ - обработка слоя грунта на высоту между расчетной глубиной промерзания в период эксплуатации и в период строительства.

ний: разработать методику ускоренных лабораторных исследований , морозного пучения грунта при высоком залегании подземных вод, взаимодействие грунта с фундаментами в условиях естественного промерзания; исследовать особенности морозного пучения при высоком уровне подземных вод, эффективность и устойчивость химической обработки грунтов; исследовать оптимальные размеры оболочки обработанного грунта; разработать способы введения химического реагента и способы создания противопучинной оболочки для набивных и забивных фундаментов, осуществить экспериментальное строительство и наблюдения за построенными объектами.

Во второй главе приведена методика исследований. Наблюдения за деформациями пучения в лабораторных условиях осуществлялись в морозильной камере; при естественном замораживании - в переносных лотках и в стационарном грунтовом лотке, а также на полевых площадках. С целью определения эффективности и длительности действия химической обработки лабораторные исследования проводили в три этапа. Ьа первом этапе промораживание грунта осуществляли в теплоизоляционном ящике в термокамере "Синтез".

На втором этапе пучение исследовали в переносных грунтовых лотках, выносимых для промерзания грунта на открытый воздух.. Преимуществом этого метода является возможность исследования взаимодействия химически обработанного и необработанного пучи-нистого грунта. Методика К' упномасштабных лабораторных исследований в стационарном грунтовом лотке основана на создании цикличного теплового контура в период отрицательных температур наружного воздуха. Промерзание грунта осуществлялось на заданную глубину, а его оттаивание в зимний период производилось с помощью калорифера и мощных ламп накаливания при герметичной теплоизоляции павильона. В лотке сооружена упорная система для исследования сил морозного пучения и проведения статических

испытаний грунтов штампами. С целью изучения поведения пирамидальных фундаментов в пучинистых грунтах в стационарном грунтовом лотке сооружена опытная установка по выштамповыванию в грунте пирамидальных форм, бетонируемых враспор; разработаны методика создания противопучинной оболочки и способы внесения химического реагента.

Методика полевых исследований включала наблюдения за глубиной промерзания,величиной пучения, изменениями влажности и деформациями выпучивания грунтов на площадках с различным уровнем подземных вод. На площадках, где осуществлено экспериментальное строительство, проводились геодезические наблюдения, а после их прекращения - визуальное обследование объектов.

В третьей главе приводятся результаты лабораторных исследования. Об эффективности й длительности действия химической обработки свидетельствуют данные деформаций пучения грунта в термокамере "Синтез" по циклам промерзания. Так,в первые три цикла деформации пучения обработанного грунта снижались от 10 до 12 раз в сравнении с необработанным. Аналогичные данные были получены в переносных лотках. Не менее интересные результаты в этих лотках были обнаружены при исследовании криогенной текстуры контактного слоя обработанного и необработанного грунта (рис. 3.). Образование такой криогенной текстуры может

линдров, находясь в талом состоянии в зоне контакта, поднимался больше, чем промерзающий необработанный грунт. При этом средняя часть обработанного грунта отставала в таком движении. В сериях опытов с большими диаметрами цилиндров из обработанного грунта (100 к 200 мм) было установлено, что интенсивно пучится., и выдавливается в основном двадцатипятимиллиметровая зона обработанного грунта вместе с необработанным. Данное явление объясняется следующим образом: Иа контакте обработанного и необрабо-

быть объяснено

грунт в форме ци-

Криогенная теногура на контакте обработанного м необработанного грунта

о&рабат.

Рис. 3

не а$ра$ог. грумл?

Деформации стабилизировавших цилиндров во взаимодействии с пучащимся грунтом.

радиус ямы е$ра&тщ ^ ■ , ЧООцм

радиус лши радиус лены х о) оёрадатхи 25я* Ь) о$ра$отш 5Они

^ I ✓ -г

и

<4

а-«■

( б А

рштсаиив от центра цилиндра, см

~Ъ—5—?—г—Г ю расстоянии от центра с»

Рис. 4

I; IX; Ш - циклы промерзания; а - диаметр цилиндра 50 мм; б - то яа 100 мм; в - то же 200 мм; X - обработанный грунт; 2 - гр&вийно-песчаная смесь.

Зависимость аил промерзания от толщины оболочка обработанного грунта

Рис. 5

1 - при температуре минус 9°С{ 2 - минув 7°С; 3 - минус 5°С; 4 - минус ?°С о двойной дозой обработки

Деформации выпучивания бетонных столбиков 80x80x600 мм я зависимости от толщины стабилизирующей оболочки

Рис. б

1 - 5-ый цикл при глубине промерзания 320 мм;

2 - 8-ой цикл ори глубине промерзания 520 мм;

3 - 9-ый цикл при глубине промерзания 570 мм;

4 >• Ю-ый цикл при глубине промерзания 450 мм

тайного грунтов происходит взаимодействие усадочных деформаций обработанного и объемного расширения у необработанного грунтов.Эффект втого взаимодействия усиливается более высокой скорость» охлаждения обработанного грунта и ускоренным объемный расширением окружающего массива. Таким образом, формирование криогенной текстуры с вертикальными и наклонными линзами льда обусловлено взаимодействием усадочных и объемных деформаций обработанного и необработанного грунтов, а также соответствующими разрывами контактного слоя, в которые под напором (так как в разрывах создается хотя и небольшое разряжение) устремляется вода. И поскольку лед в образовавшихся вертикальных и расположенных под углом прослойках не имеет длительной прочности, то не трудно представить, что описанная контактная зона, будучи слабленной, в дальнейшем, а также в процессе своего развития, становится зоно? актйвного перемещения разнородных грунтов.

Опыты по продавливали» бетонных цилиндров через мерзлую оболочку обработанного грунта подтвердили смещение двадцатипятимиллиметрового слоя и возможность образования в нём разрывов, Как в»щно из рисунка 5, минимальная толщина оболочки вокруг . бетонных цилиндров для устойчивого снижения усилий продавлива-ний при температурах -5; -7; - составила 20-25 мм.

Эффективность оболочки из обработанного грунта различной толщины была проверена в павильоне при естественном охлаждении в грунтовом лотке на бетонных столбах 80 х 80 х 600 ш и толщине пучинистого слоя 600 мм. Установлено, что свободностонщкй незаанкереньый столбик не подвержен выпучиванию лишь при 1С0ш толщине (рис. б.).Увеличение оболочки с 25 мм ( в опытах на про-давливание) до 100мм в грунтовом лотке при отсутствии нагрузки, объясняется влиянием сил трения (обжатия) окружающего пучинистого массива.

Исследования на стенде, связанные с разработкой рациочаль-

ного способа внесения химического реагента для противопучинной защиты забивных призматических элементов, позволили установить, что для равномерного распределения реагента в защищаемом грунте, реагент необходимо помещать в предварительно разбуренные или пробитые скважины на глубину равную 40 - 50 см

h ~(0.f2 + 0J5)dJc„,

где dj£rp - расчетная глубина промерзания в период строительства.

Обработка результатов распределения реагента по глубине в зависимости от соотношения размероз лидерной скважины и поперечного сечения погружаемых элементов при полученном заглубленном введении калийных солей позволили получить оптимальное соотношение:

é*(0.g-0,9)B

где ñ - диаметр скважины; В - размер поперечного сечения свай, т.е. диаметр сквалшкы составляет 80 - 90% от максимального размера поперечного сечення свай. Исследованиями работы различной по высоте сорохамиллимет-ровой, постоянной во всех опытах, толщины противопучинной оболочки вокруг пирамидальных фундаментов установлено, что для обеспечения их устойчивости и снижения дополнительных осадок при оттаивании под нагрузкой необходимо оболочку устраивать на.всю высоту Деформации выпучивания этих фундаментов без нагрузки в 2,5 раза меньше, чем у таких же фундаментов без оболочки. Соответственно в 2 раза выше и несущая способность при оттаивании этих фундаментов, что подтверждено статич скими испытаниями. Таким образом об чочка снизила деформации выпучивания и существенно повысила устойчивость грунтов вокруг фундаментов. Статические испытания штампами диаметром 200 мм, установленными в трубах диамет-, ром 325 мм, показали, что грунт в процессе промерзания изменил, ухудшил свои свойства более чем в 10 раз. Опасность потери ус- •

тойчивасти возросла до минимальных напряжений 0,02 ~ 0,05 ЫПа, В то же время химически обработанный грунт в трубах сохранил свои свойства практически стабильными.

В четвертой главе описаны: сооружение опытных фундаментов и экспериментальные зданий на пучинистых грунтах; изменения влажности и пучение грунтов при различном уровне подземных вод. Экстремальные значения деформаций пучения и изменений влажности были получены на (первой) полевой площадке со следующим напластованием слоев: почванно-растительный 10-15 сантиметров, суглинок от мягкояластичной до текучепластичной консистенции расположен до глубины 1,0 - 1,2 м, далее идет грар вийно-галечниковый грунт с песчаным заполнителем. Уровень подземных вод 1,2 - 1,4 и. Результаты наблюдений на этой площадке представлены в таблице I.

Деформации пучения грунта и опытных фундаментов на Iой полевой площадка.

Таблица I.

Деформации пучения по годам наблюдений в мм Объекты наблюдений

1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81

I 2 3 4 5 6

Контрольный фундамент (ж.б;стойка 0,2x0,2м 449 высотой 1,4 м) 366 240 247 235

2. - • - 458 378 258 264. 285

3.фундамент 0,2x0,2м 18 высотой 1,4м о оболочкой обработанного щита толщиной 26 220 268 265

4. - * - 16 21 214 245 253

4

5.Такой же фундамент 12 18 138 . 231 259 ■ с двойной дозой обработки

6, 8 15 120 248 252 Свободная поверхность

грунта 486 - 380 267 289 328

Глубина промерзания 1940 1370 1340 1200 1270

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что в условиях чрезмерно пучинистых грунтов ( максимальные значения деформаций пучения 520 мм, интенсивность пучения^» 0,27) оболочка толщиной 100 мм вокруг ненагруженных, незаанкеренных железобетонных столбчатых фундаментов обеспечивает защиту их от выпучивания на два года. Гравийно-песчаная засыпка в пробуренной скважине диаметром 800 им в этих же условиях не была подвержена пучению.

В менее суровых условиях длительность действия противопу-чинной оболочки увеличивается. Так, на второй полевой площадка, являющейся наиболее характерной для района исследований, грунты до глубины 2-2,5 и сложены супесями пластичной консистенции. Гравийно-галечниковые отложения с песчаным заполнителем, подстилающие супеси, распространены на глубину до 40 ы. Подземные воды залегают в пределах 2,0 - 2,5 ы. Деформации пучения грунта и опытных фундаментов на этой площадке представлены в табли -це 2.

Таблица 2.

Объекты наблюдений

Деформации по годам наблюдений, мм

- £978 1979 1980 1981 1962 1903 1964 £979 1930 £981 £962 £933 1984 £965

8

Деформации дневной поверхности

Буронабивной фундамент контрольный без мероприятий

Буронабивной фундамент с оболочкой толщиной 90 мм из обработанного калийным удобрением грунта

То же

142 £31 £48 159 ££7 £30 £68

84

2 3

Буронабивной фундамент с полиэтиленовой плен- ' кой и гравийно-песчаной засыпкой толщиной 90 мм 8

72 89 93 68 8£ £05

4

3

4

5

5 8

8

££ 47 £4 53

9 £6 £4 £6 28

8

Анализ данных указанной таблицы дает основания считать, что несмотря на такие величины выпучивани" контрольного фундамента ( от 72 до ал мы) фундамент со стабилизирующей оболочкой за такой же пятилетний период наблюдений выпучивался в пределах от 3-х до 8 мм без остаточнь : деформа'*ий. В то же время остаточные деформации контрольного фундамента за первые три года наблюдений составили 89 мм С в первый - 22; во второй- - 32; в третий - 35). На основании этих данных видно, что применение по -лиэтиленовой пленки не усиливает эффект химической обработки и в естественных условиях, В то же время химическая противопучян-итя оболочка вокруг фундаментов даже в условиях близкого уровня подземных вод надежно предохраняет фундаменты от выпучивания

по крайней мере в течение пяти лет.

Для создания противспучинной оболочки вокруг буронабивных фундаментов разработан сгособ, защищенный авторским свидетельством на изобретение 9 800289.

Проверка эффективности противоцучинных оболочек проведена на экспериментальных объектах складов различного назначения. Так, на станции Оросительная построено одноэтажное неотапливаемое здание складов на сваях-колоннах с комплексной противопу-чинной оболочкой пс технологии, защищенной авторским свидетельством на изобретение № 1X01498. Без использования химического реагента в условиях близкого уровня подземных вод создание надетой противопучинной оболочки на период строительства практически неосуществимо. Зто обусловлено тем, что закладка гра-вийно-песчаной смеси ниже уровня подземных вод представляет значительные сложности вследствие оплывания скважин. С другой стороны стоимость гравийно-песчаяой засыпки в 3 - 5 раз превышает химическую противопучинную защиту. А для забивных свай, на которые в период эксплуатации будет приложена нагрузка, превышающая силы выпучивания, устройство гравийно-песчаной засыпки тем более нецелесообразно из-за существенного возрастания удельной стоимости противофильтрационной защиты (отношение стоимости противопучинных мероприятий к защищаемой несущей конструкции). По организационным причинам после забивки свай-колонн на данном объекте с-новное число конструкций осталось на зиший период незагруженным. Однако, наличие противопучинной оболочки обеспечило устойчивость свай-колонн, в то время как пробные сваи без защитной оболочки и с оболочкой из гравийно-песчаной смеси, устроенной до уровня подземных вод (1,2м) были выпучены от 22 до 46 мы.Аналогичные положительные для за» щиты свай-колонн результаты были получены при строительстве

складов в о.Аскиз. На этом объекте даже вследствие невыполнения противопучинного зазора под стеновыми панелями при пучении грунта на 370 мм произошло поднятие огравдаощкх конструкций ( до 130 мм на холодном складе и до 80 мм на тепло« ), и те« не 'менее сваи-колонны не были деформированы касательными силами пучения.

Экономичноэ решение задачи об устройстве прстивопучинной защиты получены при раздельном рассмотрении работы оболочки в период строительства к в период эксплуатации объекта. С учетом нагрузки, зааккерквания и глубины промерзания в период строительства высота химической протизопучинной оболочки кокет быть

определена по уравнении: . ,

с * & У

Ьегр - фар -(МмЗе)-фар • (^-* ИяеЗс ) Ш

где Д.^- высота противопучинной оболочки на период строительства, см;

С1сгр~ глубина промерзания в период строительства, см;

Ьз - высота долговременной на период эксплуатации противопу-чикной оболочки, си;

£з> - расчетная нагрузка на опорную конструкцию в период эксплуатации^ ГС

Ьподс~ высота подсыпки для подъема планировочной отметки из непучинистого материала, см;

и - периметр поперечного сечения опорной конструкции, см; /с/я - коэффициенты приняты в соответствии с "Пособием по проектированию оснований зданий и сооружений";

- касательное силы пучения, тс/см?, см. "Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений".

Для отапливаемых объектов высота временной противопучин-кой оболочки должна определяться:

где дг глубина промерзания с учетом отапливания объекта;

Ф

Рсгр - расчетная нагрузка на опорнув конструкция, приложенная в зимний период строительства. Остальтаз обозначения те же, что : и в формуле (X).

Зная высоту и толщину (150)мм оболочки можно подсчитать необходимое количество химического реагента по формулам:

Кх > 0,15К^стр (3 > О, /5) (3)

где ^-размер поперечного сечения фундамента, м; плотность грунта в сухом состоянии, тс/м3;

Кл^- р£ :ход хлористого калия на I кг грунта в сухом состоянии (0,01 кг на I кг супеси; 0,02 кг на 1кг суглинка; 0,025 кг на I кг глины);

Ьстр~ высотя кратковременной противоцучинной оболочки. Статистическая обработка материалов многолетних пелевнх исследований на шести полевых площадках позволила аппроксимировать графическую зависимость деформаций морозного пучения суглинков от уровня подземных вод и глубины промерзания в следующем виде:

^-2(^-200)^ (4)

где /у - деформации морозного пучения;

С^- глубина промерзания^ см;

¿3^-- уровень подземных вод,м.

Проверка по этой формуле других единичных значений дефор-' наций морозного пучения показывает удовлетворительное совпадения расчетных и фактических натурных данных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ I. В суровом резкоконтинентальном климате Минусинской котловин«, где инженерно-геологические условия ослоякекы неглу-бокозалегаадими ( в пределах глубины сезонного промерзания) подземными напорными водами, возводимые сооружения во многих

случаях подвержены деформациям пучения при промерзании и дополнительным (осадкам) просадкам при оттаивании, которые в совокупности нередко становятся причиной потери устойчивости оснований и разрушения сооружений.

2. Выполненными исследованиями установлено, что в этих сложных условиях устойчивость грунтов основания и возводимого сооружения в период строительства можно обеспечить противопу-чинной стабилизацией« применяя для этих целей хлористый калий или калийные соли.

3. Экспериментально установлено, что минимальная толщина оболочки обработанного грунта вокруг кенагружанных незааняе-ренных фундаментов для защиты их от выпучивания в условиях напорной миграции должна быть не менее 100 мм. Полученная толщина химически стабилизированного грунта, на период строительства подтверждена исследованиями криогенной текстуры, деформаций

и сил пучения.

4. Эффективность стабилизирующей оболочки толщиной 100 ш вокруг ненагруженных фундаментов проверена многолетними наблюдениями в экстремальных полевых условиях, где промерзание проникало значительно ниже уровня подземных вод.

5. Исследованиями нормальных сил пучения, статическими испытаниями грунтов в лабораторных ц полевых условиях, проведенными до промерзания и после оттаивания,доказана возможность использования морозоопасных грунтов в основаниях, в том числе для фундаментов пирамид ад ьнс'.формы, с использованием химической противопучинной стабилизации на период строительства. Установлено, что химически стабилизированный грунт проявляет не только устойчивость при промерзании, но и сохраняет её при оттаивании, что несвойственно нестабилизированному грунту.

6. Ь соответствии с ш. I «г 5 и на основании результатов

статических испытаний до промерзания и после оттаивания разработана надежная технология устройства пирамидальных фундаментов в пределах пучинистсго слоя с применением химической стабилизации грунта вокруг фундамента и под ним.. Использование этих мероприятий обеспечило устойчивость объектов Хакасской бройлерной фабрики.

7. Исследования технологии создания противопучинной оболочки позволили обосновать параметры (глубину и диаметр) лидерных скважин для оптимального распределения химического реагента обеспечивающего устойчивость забивных свай в период строительства. Обработка грунта вокруг свай на заводе силикатных стеновых материалов в г. Сорске позволила повысить надежность работы свай в период строительства и снизить их количество в кусте.

8. Решена задоча о разделении работы оболочки в период строительства и эксплуатации объектов, что позволяет более оптимально определять высоту кратковременной и долговременной противопучинной защиты фундаментов; разработан способ создания комплексной противопучинной оболочки ( из гравийно-песчаной смеси и химически обработанного на период строительства грунта), защищенный а.с.

№ 1101498 и примененный при строительстве складов хозяйственного назначения.

9. На основании статистической обработки результатов многолетних полевых исследований выявлены закономерности морозного пучения в условиях напорной миграции; установлено, что интенсивность пучения с глубиной промерзания возрастает; получена формула для определения величины мороз"ого пу; чения суглинков в зависимости от уровня подземных вод и глубины промерзания.

10. Суммарный фактический экономический эффект при использова нии физико-химической противопучинной стабилизации составил 134,9 тысяч рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛВДЩИХ РАБОТАХ: .

1.Холимов 0.3. Исследование способов химической противопучинной стабилизации оснований столбчатых фундаментов /Основания и фундамент) при строительстве в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. Сб.» тр./ Красноярский ПромстроЙнкипроект, 19сЦ.

2. Халимов 0.3. Эффективность химической противоцучинной стабил] эации оснований пирамидальных фундаментов /Сборник науч. трудов tiM оснований и подземных сооружений/ Москва, I9Ö2, вып. 77

3.Печерский A.B., Халимов 0.3., Селиванов В.М. Исследование оп мяльной зоны химической противопучинной стабилизации свайных фундаме: тов. /Основания и фундаменты и инженерные коммуникации в условиях Во точной Сибири и Крайнего Севера, Сб.науч.тр./ Красноярский промстрой проект, Красноярск, IS82. .

4.Халимов 0.3; Устройство мелкозаглубленных фундаментов в вытра бованных котлованах на пучинистых грунтах с применением противопучин ной стабилизации /Сб. науч. тр. НШ оснований и подземных, сооружений Москва. 1983. Вып. 79

5.Тютюнов И.А., Халимов U.3. Противопучинная стабилизация в оор бе с просадочностью оттаивающих грунтов. /Сб. науч. тр. КИИ основани и подземных сооружений. Москва, 1986. Вып. 61.

6. Халимов 0.3., Тютюнов И.А., Селиванов В.М., Надыров Ф.Ф. A.C. 800289 СССР,Способ воз! дения буронабивного фундамента на пучинистых грунтах. Открытия, изобретения - I98J № 4 с. 9b

7. Кругов В.И., Тютюнов И.А., Халимов 0.3. Способ образования чотлованов на морозоопасных грунтах. A.C. 876804. Открытия, изобретения - 1981 #-40 с. 120.

8. Халимов 0.3., Лукьянов H.A. Способ возведения опорной конструкции. Открытия, изобретения - 1984 № 25 с.64