автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Особенности устройства оснований водоотводящих сооружений и сетей на просадочных лессовых грунтах

г Л ОД

/ е и:пп из«

На правах рукописи

ЛЕВЧЕНКО АЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ ВОДООТВОДЯЩИХ СООРУЖЕНИЙ И СЕТЕЙ НА IIРОСЛД ОЧНЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ

05.23.02 - Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена в Центральном Межведомственным институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства при МГСУ

Научный руководитель - доктор технических наук Лауреат Государственной премии СССР, Заслуженный строитель России, Профессор АБЕЛЕВ М.Ю.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КОНОВАЛОВ П.А.

кандидат технических наук, доцент КОЛЕСОВ В.В.

Ведущая организация - ОАО «Проектно-строительная фирма «Гидроспецфундаментстрой».

Защита состоится 1998г. в /5час£43мин. на заседании

диссертационного совета Д 053.11.05 при Московском государственном строительном университете по адресу: г.Москва, Спартаковская ул.2, аудитория № .212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГСУ. Автореферат разослан 1998г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Крыжановский А.Л.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В настоящее время в Российской Федерации проводятся большие работы по устройству сетей и объектов водоснабжения и водоотведения, в связи со строительством и реконструкцией новых хозяйственных и промышленных объектов. Предстоит построить большое количество инженерных сетей водоснабжения и водоотведения, и сооружений на них, в том числе и на лессовых просадочных грунтах.

Анализ эксплуатации сетей водоснабжения и водоотведения , построенных на лёссовых просадочных грунтах, показывает, что деформировалось большое количество водопроводных и водоотводящих коммуникаций. В связи с этим произошло обводнение лессовых грунтов основания близ расположенных к коммуникациям промышленных и гражданских сооружений и возникновение аварийных ситуаций.

Деформации сетей наблюдались на лёссовых грунтах в Западной Сибири, Центрально-Черноземном районе, в Чечне, Ростовской области, в Дагестане и других районах России, а также в Грузии, Средней Азии, Украине, Молдавии. Анализ этих деформаций показал, что наблюдается массовое разрушение стыковых соединений, трубопроводов и сооружений в результате не только ошибок при изыскании и проектировании, но и при проведении строительно-монтажных работ по устройству сетей.

Изучение опыта эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения также показало, что происходят утечки при транспортировке жидкости в сетях водоснабжения и водоотведения. Обычно утечки незначительны, однако при длительной эксплуатации существенно повышается влажность в лёссовых основаниях, происходит их водонасыщение и возникают максимальные просадки.

Анализ аварий сетей водопровода и водоотведения, которые произошли на просадочных грунтах, показывает, что причиной многих

аварий было то, что увлажнение происходило не только водой, но и различными по составу сточными водами, транспортируемыми сетями водоотведения, в том числе и промышленными сточными водами, которые содержат большое количество и минеральных кислот (до 40%), и щелочные растворы.

Наблюдения за величиной деформаций сетей водопровода и водоотведения на просадочных лессовых грунтах показывают, что расчетные ожидаемые просадки не соответствуют данным наблюдений за фактическими осадками и просадками сетей и сооружений водоотведения.

Это происходит, вероятно, потому, что при расчетах просадочных деформаций используются характеристики относительной просадочности, которые определяются в лаборатории при замачивании образцов лессовых грунтов водой. По данным Ю.М.Абелева, В.И.Крутова, Я.Д. Гильмана и др. при замачивании лессовых грунтов растворами кислот или щелочей величина относительной просадочности резко изменяется. Однако этот вопрос недостаточно исследован и имеются противоречивые данные о влиянии растворов различного химического состава на изменение просадочных свойств лессовых грунтов.

Цель и задачи диссертационной работы. В связи с вышеизложенным цель данной работы состоит в том, чтобы на основе проведения лабораторных и полевых исследований установить закономерности изменения просадочных деформаций лессовых грунтов при их замачивании растворами различного химического состава. Это особенно важно при проектировании сооружений водоотведения, а также для проектирования и прокладки сетей водоснабжения и водоотведения при строительстве на лёссовых просадочных грунтах второго типа по просадочности, т.е. на тех грунтах, просадка от собственного веса которых превышает 5 см.

На основе полученных в полевых условиях и в лаборатории закономерностей изменения деформационных характеристик лёссовых просадочных грунтов в зависимости от изменения влажности и состава фильтрующей воды, содержащей кислотные и щелочные примеси, определить различные технологические схемы и различные проектные решения по устройству основания сетей водоснабжения и водоотведения и уточнить технологию прокладки этих сетей для обеспечения эксплутационной надежности.

В связи с авариями технологических трубопроводов на территории химических заводов и возможным обводнением оснований, расположенных вблизи промышленных цехов при проектировании этих сооружений, необходимо рассчитать возникшую просадку или набухание по данным исследований грунтов при замачивании грунтов технологическими растворами.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. На основании проведенных лабораторных исследований физических, деформационных, прочностных и фильтрационных свойств лессовых грунтов в природном состоянии при замачивании водой, а также при замачивании различными химическими растворами, которые характерны для составов канализационных вод, установить закономерность изменения характеристик физико-мсханических свойств лессового грунта.

2. Лабораторными исследованиями установить закономерности изменения деформационных свойств лессовых грунтов при их замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными водами.

3. На основе лабораторных исследований установить закономерности изменения прочностных свойств лессовых грунтов при их замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными канализационными водами.

4. На основе лабораторных исследований установить изменение деформационных и прочностных свойств лессовых грунтов , уплотненных при устройстве искусственного основания для сетей и сооружений водопровода и канализации при их замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными водами.

5. На основании проведения натурных и полевых исследований установить закономерности изменения эпюры контактных напряжений в основании фундаментов (жестких штампов) при насыщении лессовых грунтов основания нейтральными, кислотными и щелочными водами.

6. На основе проведения полевых исследований установить закономерность изменения деформационных характеристик лессовых грунтов при насыщении водой, кислотными и щелочными растворами.

Методика исследования включает анализ, систематизацию и обобщение результатов выполненных и ранее опубликованных работ, экспериментальные испытания в лабораторных и полевых условиях по традиционным и специально разработанным методам, анализ результатов испытаний, сопоставительный анализ лабораторных и полевых испытаний, теоретических и экспериментальных данных исследований.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана методика лабораторных компрессионных испытаний деформируемости уплотненных лессовых грунтов при увлажнении технологическими растворами с разными значениями ионно-водородного показателя. Разработана методика испытания с использованием новых приборов, которая обеспечивает получение достоверных экспериментальных данных по определению относительной просадочности и набухания грунта в широком диапазоне нагрузок, обработку результатов с выдачей расчетных и классификационных параметров.

2. Разработаны оборудование и методика для проведения натурных испытаний сжимаемости лессовых грунтов жесткими штампами; на грунтах естественного сложения и предварительно уплотненных для природной влажности и после увлажнения технологическими растворами с различными значениями ионно-водородного показателя рН.

3. Экспериментально получены результаты полевых штамповых испытаний с измерением контактных напряжений и других параметров необходимых для сравнения с линейными (наиболее широко используемыми в практике проектирования) моделями грунтовых оснований. Определена зависимость изменения местных и общих деформаций и распределения эпюр контактных напряжений по подошве жестких штампов при водонасьпцении оснований технологическими растворами с различным значением рН;

4. Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных полученных в лабораторных и натурных исследованиях и выполнено сопоставление с параметрами, определенными аналитически по теоретическим упругим моделям грунтовых оснований.

Практическое значение работы заключается в том, что на основании комплексных исследований взаимодействия сточных вод с лессовыми просадочными грунтами получены результаты позволяющие существенно уточнить практику проектирования сетей и сооружений водопровода и водоотведения на пылевато-глинистых грунтах естественного сложения и в уплотненном состоянии, при их возможном обводнении канализационными стоками.

Результаты выполненных исследований могут служить основой для подготовки методических документов по проектированию оснований под трубопроводы и сооружения водоотведения при условии залегания в основании лессовых просадочных грунтов.

Внедрение результатов осуществлено при проектировании первой и второй очереди Таш-Кумырского завода полупроводниковых

материалов, отдельных объектов строительства нового микрорайона «поселок Восточный» г.Ош. Методические разработки вошли в проекты берегоукрепительных работ от нагонных вод Каспийского моря и проекты рекультивации зараженных земель и захоронения химических отходов акционерного общества «Силан» в г. Данкове Липецкой обл.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и получили одобрение на международном советско-французском семинаре по строительству на лессовых грунтах (1987г.), на Всероссийской Конференции по основаниям и фундаментам в г.Уфа, на советско-финском семинаре по слабым грунтам (1989г.), на многочисленных семинарах по фундаментостроению в ЦМИПКС (1986,1987,1988 гг.)

Публикации Материалы диссертации изложены в 4 печатных работах и 5 научно-исследовательских отчетах.

Объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений общим объемом 205 страниц, из которых 168 страниц текста, 45 рисунков на 36 страницах, 12 таблиц на 13 страницах , перечень литературы из 178 наименований на 18 стр.и приложения на 18 страницах.

На защиту выносится: - комплексная методика лабораторных компрессионных испытаний уплотненных лессовых грунтов при замачивании их технологическими растворами с различными значениями ионно-водородного показателя рН;

результаты лабораторных исследований изменения деформационных и прочностных свойств лессовых просадочных грунтов при их увлажнении нейтральными, кислотными и щелочными сточными водами;

- результаты фильтрационных исследований лессовых грунтов естественного сложения и в уплотненном состоянии в зависимости от ионно-водородного показателя рН фильтрата;

- методика лабораторного компрессионного испытания грунтов для оценки относительной просадочности и набухания грунтов;

- методика натурных экспериментальных исследований изменения деформируемости и контактных напряжений в основании жестких штампов на просадочных грунтах при замачивании их различными технологическими растворами;

- результаты экспериментальных исследований деформируемости лессовых просадочных грунтов при замачивании их технологическими растворами на экспериментальных площадках г.Ош и г. Таш-Кумыр;

- результаты натурных исследований изменения контактных напряжений в основании жестких штампов на просадочных лессовых грунтах при замачивании их различными технологическими растворами на экспериментальной площадке г.Ош.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, практическая и научная значимость полученных в диссертации результатов.

В первой главе приводятся данные о распространении лессовых просадочных грунтов /Ю.М. Абелев, М.Ю. Абелев, В.П. Ананьев, Н.Я. Денисов, A.M. Дранников, В.И.Крутов, Г.А. Мавлянов, A.A. Мустафаев/. Рассмотрены характерные свойства лессовых грунтов. Особое внимание уделено структурным связям между отдельными частицами /И.В. Попов, Л.Г. Балаев, Н.Я.Денисов/ и оценке их влияния на изменение физико-механических свойств грунтов при нарушении или водоизменении этих связей /С.Н. Максимова, А.Л.Рубинштейн, А.К. Ларионов/.

Показано, что величина просадочной деформации лессового грунта существенно зависит от степени его увлажнения, химического состава засоления грунтов и увлажняющей жидкости.

Отмечено, что наряду с процессом просадки в глинистых лессовых грунтах проявляется также и обратный процесс - набухание, а конечным результатом деформирования при обводнении водными растворами различного химического состава является сумма процессов просадки и набухания'.

Приведен анализ методов проектирования и строительства сетей и сооружений водоснабжения и водоотведения на лессовых просадочных грунтах. Рассмотрены основные технические решения при использовании металлических и неметаллических труб в системах коммуникаций хозяйственно-питьевого водопровода и канализации на просадочных грунтах с учетом современных требований СНиП и других нормативных документов.

Приведен анализ работы сетей водоснабжения и водоотведения и рассмотрены причины деформаций трубопроводов на лессовых просадочных грунтах при производстве работ и в период эксплуатации /Ю.М. Абелев и М.Ю. Абелев, В.П. Ананьев, Я.Д. Гильман, В.И. Кругов, P.A. Токарь и др./.

Анализ статистических данных строительства в различных городах страны до 1993 г. показал, что коэффициент дефектности прокладки сетей водоснабжения и водоотведения изменяется от 0,04 до 0,5 , т.е. в ряде случаев количество отклонений от нормативных требований достигает 55%, а основной причиной повреждений зданий и сооружений являются утечки из трубопроводов водоснабжения и водоотведения, что составило около 35%. Всего на ремонт обследованных объектов за период с 1978 по 1983 гг. было затрачено в ценах 1984 г. 447,14 тыс.руб. Из них 143,39 тыс.руб.были затрачены в связи с утечками из сетей водоснабжении и водоотведения.

Проведен также анализ исследований по оценке влияния увлажнения сточными водами оснований под сетями водоснабжения и водоотведения на лессовых просадочных грунтах. Отмечено, что в результате сложного комплекса физико-химического взаимодействия

сточных вод с лессовыми просадочными грунтами существенно изменялись физико-механические свойства грунтов.

В процессе длительной фильтрации воды в лессовых породах, при определенных для данного грунта напряженных состояниях, возникающие просадочные и послепросадочные деформации имеют определенную связь с процессом выщелачивания из этих грунтов легкорастворимых и среднерастворимых солей /А.Л. Рубинштейн, В.П.Петрухин, Л.Г. Балаев, Б.Ж. Унайбаев/.

Приведены основные сведения о составе и свойствах сточных вод транспортируемых в сетях водоотведения в городах и в промышленных районах и их химическому взаимодействию с лессовыми грунтами оснований.

По степени агрессивности водные растворы, транспортируемые в сетях водоотведения разделяют на слабоагрессивные (слабокислые рН=6-б,5 и слабощелочные рН=8-9), сильноагрессивные (сильнокислые рН<9) и неагрессивные (рН=6,5-8)

Таким образом, при сбросе сточных вод в систему ливневой канализации по санитарным нормам требуется, чтобы рН такой «воды» не выходила за пределы 6,5-8,5.

Однако фактическая рН транспортируемых сточных вод имеет более широкий диапазон и изменяется от 5,5 до 9,5.

Отмечено, что просадочные процессы в лессовом основании зависят от закономерностей фильтрационного проникания водных растворов в толще лессового массива при неполном насыщении грунта водой /Ю.М.Абелев, М.Ю.Абелев, В.И.Крутов, А.А.Мустафаев/.

Рассмотрены случаи «напорного» и «безнапорного» движения воды вблизи источника замачивания и сделаны основные выводы по обобщению результатов аналитических исследований.

На основе выполненного обзора и анализа литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе диссертации приводятся результаты лабораторных исследований изменения деформационных и прочностных свойств лессовых просадочных грунтов при замачивании водными растворами различного химического состава, в том числе сточными водами.

Приведены задачи, решение которых исследовалось в лабораторных условиях. Описаны методика проведения опытов, лабораторные стенды, специально сконструированные для проведения исследований с химическими растворами. Переоборудованы компрессионно-фильтрационные приборы Ф-1М, с заменой деталей легко разрушаемых химическими растворами кислот.

Лабораторные исследования деформационных характеристик просадочных лессовых грунтов проводились на компрессионных приборах конструкции Гидропроекта с площадью образцов 60 см2 и на фильтрационно-компрессионных приборах типа Ф-1М и Ф-2М с площадью образцов 40 см2 и высотой 25-45 мм.

Изучение деформируемости проводилось на образцах-близнецах, вырезанных из одного монолита исследуемого лессового грунта.

Характеристики сжимаемости. Образец-близнец изучался при природной влажности с замачиванием при 0,1-0,ЗМПа. При этом определялся коэффициент сжимаемости и относительная просадочность.

В некоторых опытах, в которых при замачивании водой или водными растворами различных кислот или щелочей, наблюдались процессы набухания, определялись значения относительного набухания и давления набухания.

Образцы-близнецы предварительно насыщались различными водными растворами кислот, щелочей, которые моделировали состав различных канализационных сточных вод.

Все образцы-близнецы, насыщенные растворами различного химического состава, нагружались по одинаковой схеме (одинаковыми ступенями давления). Это позволило сравнить результаты влияния

химического состава жидкостей, насыщающих образцы-близнецы лессового грунта на значения деформационных характеристик.

Прочностные характеристики определялись на сдвиговых приборах конструкции Гидропроекта по методике «быстрого» и консолидированного сдвига на образцах-близнецах, насыщенных различными водными растворами химических веществ (по аналогии с компрессионными исследованиями).

Фильтрационные исследования проводились на образцах лессовых грунтов с ненарушенной структурой. Изучалась проницаемость образцов грунта в вертикальном и в горизонтальном направлениях, при движении через образец грунта водных растворов различного химического состава.

Проведенные лабораторные исследования показали следующее.

Относительная просадочность исследованных грунтов зависит от начальной плотности сухого грунта и ионно-водородного показателя рН водонасыщающего технологического раствора. При увеличении начальной плотности относительная просадочность уменьшается, а с 1,65 г/см3 уплотненные суглинки начинают проявлять набухающие свойства при увлажнении. Замачивание грунтов кислотными технологическими растворами снижает модуль деформации, а щелочными - повышает его значение по отношению к нейтральным растворам.

Относительная просадочность определенная по методу " одной кривой", при насыщении водными растворами кислот всегда меньше относительной просадочности, определенной по методу " двух кривых", а разница в определениях не превышает 20%.

Комплексное значение прочностных показателей грунта при сдвиге для грунтов, замоченных технологическими растворами с различными значениями ионно-водородного показателя рН, изменяется в основном за счет величины сцепления. Для грунтов, замоченных кислотными растворами, сцепление снижается, а для грунтов, замоченных

щелочными растворами, сцепление несколько увеличивается. Угол внутреннего трения в проведенных исследованиях также зависит от химического состава технологических растворов. Аналогичная картина получена и для зависимости от начальной плотности сухого грунта нарушенной структуры при изменении рН раствора от 5,0 до 10,2.

Фильтрационные опыты на образцах грунтов с ненарушенной структурой (для монолитов, отобранных с одной глубины) показали, что значение коэффициентов фильтрации при фильтрации кислотными и щелочными растворами в вертикальном направлении в лессовых грунтах естественного сложения в 5-8 раз превышает коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении.

Сравнительный анализ фильтрационных характеристик грунтов при использовании в качестве фильтрующих жидкостей технологических растворов с различными значениями ионно-водородного показателя установил, что для грунтов замачиваемых кислотными растворами наблюдается увеличение фильтрующей способности (Кф) по сравнению с фильтрацией нейтральной жидкостью и снижение (Кф) при фильтрации щелочными растворами.

В третьей главе изложена методика и результаты проведенных натурных экспериментальных исследований деформируемости лессовых уплотненных грунтов при замачивании их технологическими растворами.

Изучение закономерностей деформируемости в натурных условиях было выполнено с использованием металлических жестких круглых штампо,® площадью 10000 см2 на двух экспериментальных площадках в гг. Таш-Кумыр и Ош (Киргизия).

Дано подробное описание инженерно-геологических условий экспериментальных площадок, а также приводятся обобщенные результаты лабораторных исследований физических свойств грунтов основания данных площадок.

Для проведения испытаний были разработаны и изготовлены жесткие круглые штампы разной площади от 600 до 10000 см2.

В диссертации приводятся методика оценки жесткости штампов и результаты вычислений показателей их гибкости, которые удовлетворяют оценочным критериям классифицирующие данные штампы как жесткие.

Для нагружения штампов был выбран способ передачи нагрузки на штампы с помощью грузовой платформы с тарированными грузами. Была запроектирована и изготовлена грузовая платформа, которая позволяла передавать суммарную нагрузку 90 т.е. одновременно на три штампа.

Для контроля передаваемых на штампы нагрузок применялись тензодинамометры с номинальным пределом измерения 30 т.е.

Для измерения осадок штампов использовались прогибомеры типа 6 ПАО-ЛИСИ с ценой деления 0,01 мм, а для определения деформаций за пределами контура штампа применялись индикаторы часового типа ИЧ-0,01.

Нагрузка на штампы передавалась ступенями 0,025 МПа.

Для экспериментальной площадки в г. Таш-Кумыре (Киргизия) перед испытаниями грунты замачивались технологическими растворами с различными значениями ионно-водородного показателя рН.

Были проведены испытания для трех значений рН близкими по значениям к рН=5,0; рН=7,0; рН=10,0.

Для экспериментальной площадки г.Ош штампы нагружались на грунтах естественной влажности, а замачивание технологическими растворами с различными значениями рН проводилось на предельной нагрузке 0,2 МПа.

Всего было проведено 9 штамповых испытаний: три стоянки загрузочного устройства по 3 штампа на каждой стоянке для соответствующего значения рН. Результаты испытаний представлены в диссертации в виде графиков и таблиц.

Анализ экспериментальных данных взаимодействия жесткого штампа с уплотненным лессовым основанием, замоченным технологическими растворами с различным значением рН позволил установить следующие закономерности.

Графики "осадка-нагрузка" для каждого значения рН качественно схожи. Для каждого графика наблюдалась первоначальная прямолинейная зависимость осадки от нагрузки с дальнейшим переломом и переходом на вторую прямолинейную ветвь.

Конечная величина осадки для штампов в опытах с рН=5,0 на 22% превышает конечную осадку штампов в опытах с рН=7,0, в то время, как в опытах с рН=10,0 получена обратная картина и конечная величина осадки на 30% ниже.

Деформации поверхности за пределами жесткого штампа несущественно отличаются при замачивании лессовых грунтов основания водными растворами с различными значениями рН.

Четвертая глава посвящена натурным исследованиям изменения контактных напряжений в основании жестких штампов на уплотненных просадочных лессовых грунтах оптимальной влажности с последующим их увлажнением на предельной нагрузке 0,2 МПа технологическими растворами с рН близким к значениям рН=5,0; рН=7,0; рН=10,0.

Изменения контактных напряжений проводилось с целью определения соответствия экспериментально измеренных эпюр контактных напряжений с вычисленными аналитически по решению контактной задачи теории упругости.

Для измерения контактных напряжений и контроля нагрузки, передаваемой на штамп был выбран гензорезисторный метод измерения.

В качестве датчиков давления измеряющих контактные напряжения по подошве штампа применялись мостовые месдозы типа ПДМ-70/11, а для измерения усилий, передаваемых на штампы, были разработаны и изготовлены специальные тензометрические кольцевые динамометрические элементы.

В качестве вторичной измерительной аппаратуры применялся модифицированный для измерения мостовых схем измеритель деформаций (цифровой) ИДЦ-1.

Все тензометрические приборы проходили специальные поверки и тарировки.

При измерении контактных напряжений был применен метод установки месдоз в слой цементно-песчаной подготовки толщиной 3 см, которая позволяет обеспечить полный контакт подошвы штампа с основанием.

Штампы с месдозами устанавливались на послойно уплотненное толщиной 3 м основание. Штампы нагружались ступенями 0,025 МПа до нагрузки 0,2 МПа, с выдержкой на ступенях до стабилизации осадки и последующим снятием отсчетов результатов измерений осадок и контактных напряжений, а также в процессе замачивания основания на нагрузке 0,2 МПа и после стабилизации просадки.

Результаты измеренных контактных напряжений в основании штампов для различных нагрузок, после замачивания лессовых оснований технологическими растворами представлены на графиках.

Анализ результатов позволил выявить следующие зависимости.

Эпюры контактных напряжений для уплотненных лессовых грунтов оптимальной влажности на всех этапах нагружения до предельной нагрузки 0,2 МПа имеют ярко выраженное седлообразное очертание без трансформации в процессе роста нагрузки.

Начиная с нагрузки равной Р=0,125 МПа наблюдается линейное приращение контактных напряжений по всей площади подошвы штампа.

Сравнение экспериментальной эпюры с теоретической показывает, что на начальных ступенях нагружения до 0,05 МПа эксперимент практически подтверждает теорию упругости.

После замачивания основания технологическими растворами на предельной нагрузке штампов отмечается трансформация эторы

контактных напряжений, и из седлообразной она превращается в близкую по очертанию к равномерной.

Стабилизированное значение эпюр контактных напряжений после замачивания не выявило существенных количественных различий для значений ионно-водородного показателя рН= 5,0; 7,0; 10,0.

Основные выводы

1.При замачивании лессовых просадочных грунтов в основании сооружений щелочными или кислотными растворами существенно изменяются характеристики физических, прочностных, деформативных и фильтрационных свойств грунтов в основании. Во многих случаях обводнение грунтов основания эксплуатируемых сооружений, расположенных на просадочных лессовых грунтах, является причиной деформации, а в некоторых случаях и аварий сооружений.

2. Для обоснования проектных решений устройства оснований и фундаментов сооружений, расположенных на просадочных лессовых грунтах, которые могут быть обводнены различными технологическими растворами в результате утечек из водоотводящих сетей необходимо изменить практику проведения инженерно-геологических изысканий.

Необходимо проводить исследование лессовых просадочных грунтов при естественной влажности, при водонасыщении и при насыщении лессовых просадочных грунтов растворами, которые могут быть утеряны из технологических и водоотводящих сетей, или водоотводящих сооружений.

3. Лабораторными исследованиями установлено, что при насыщении образцов лессовых грунтов различной пористости щелочными растворами различной концентрации изменяются некоторые физические характеристики - предел раскатывания, предел текучести и т.д., при насыщении образцов лессовых грунтов кислотными растворами различной концентрации также изменяются характеристики лессовых

грунтов. Существенно изменяются характеристики пластичности, объемный вес скелета, объемный вес грунта и другие характеристики.

4. Лабораторными и полевыми исследованиями установлено, что при насыщении лессовых просадочных грунтов щелочными растворами различной концентрации изменяется сжимаемость грунтов. Модуль общей деформации в зависимости от концентрации щелочных растворов изменялся до 240%. Эта закономерность была установлена и при исследовании многочисленных образцов лессовых просадочных грунтов с насыщением щелочными растворами в компрессионных опытах и по данных натурных испытаний характеристик сжимаемости круглыми штампами площадью 10 ООО см2. Значения модуля деформации лессовых просадочных грунтов насыщенных щелочными растворами при коэффициенте пористости более 0,75 оказались практически одинаковыми, как при исследовании в компрессионных приборах, так и при длительном испытании штампами, т.е. не следует использовать переходные коэффициенты (типа Агишева).

5. Лабораторные и полевые исследования деформируемости лессовых просадочных грунтов, которые были предварительно насыщенны растворами кислот различной концентрации показали, что значение модуля деформации значительно уменьшается по сравнению со значениями, полученными при испытаниях лессовых грунтов природной влажности. С увеличением концентрации кислот (до 8%) модуль общей деформации грунтов значительно уменьшается.

Сопоставление результатов исследования сжимаемости лессовых грунтов, насыщенных кислотами, одинаковой концентрации, в компрессионных приборах и в основании опытных штампов площадью 10 ООО см2 показало, что значение модуля деформации при исследовании грунтов штампами, получается меньше, чем по результатам исследований в компрессионных опытах. Это, очевидно, может быть объяснено тем, что при замачивании растворами кислот активная толща под штампом оказалась значительно большей.

6. Исследования изменения фильтрационных свойств лессовых грунтов после предварительного насыщения растворами щелочей и кислот показали, что после насыщения щелочью коэффициент фильтрации лессовых грунтов и в вертикальном и горизонтальном направлении остался практически постоянным. После предварительного насыщения образцов лессовых грунтов растворами кислот различной концентрации было установлено, что коэффициент фильтрации в вертикальном направлении увеличился от 60 до 360%, а в горизонтальном направлении - от 40 до 600%.

7. Лабораторные исследования изменений характеристик прочности лессовых просадочных грунтов при их насыщении щелочными и кислотными растворами показали, что прочностные характеристики резко изменяются в зависимости от состава растворов, которые замачивают лессовые грунты. Так, при насыщении растворами щелочи прочностные характеристики лессовых грунтов уменьшились: угол внутреннего трения на 27%, а сцепление на 60% (для образцов грунтов с коэффициентом пористости 0,74). Такая тенденция наблюдалась во всех опытах, однако, общая закономерность изменения ' прочностных свойств грунтов при замачивании растворами щелочей или

кислотами не установлено. Это изменение зависит от минералогического состава лессовых грунтов, вида и количества солей, содержащихся в грунте, начальной пористости и концентрации растворов, насыщающих лессовый грунт

8. Исследования изменения напряженно- деформированного состояния в основании жестких круглых штампов площадью 10 000 см2, расположенных на лессовых просадочных грунтах, которые в одном случае были насыщены водой, а во втором и третьем случаях растворами щелочей и кислот, показали, что при насыщении существенно изменяется эпюра контактных напряжений под подошвой жесткого штампа.

9. При проектировании водоотводящих сооружений, в том числе и сетей, расположенных на лессовых просадочных грунтах, необходимо учитывать возможность попадания технологических растворов из водоотводящих сетей и сооружений в грунты основания. Поэтому расчет осадок сетей, расчет осадок водоотводящих сооружений должен проводится с учетом насыщения грунтов основания технологическими растворами. В расчетах необходимо определять и величину расчетного сопротивления грунтов основания и значения модуля общей деформации, и расчетные прочностные характеристики грунтов для случая максимального насыщения грунтов технологическими водами (кислотами или щелочами).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Абелев М.Ю., Крутов В.П., Левченко А.П. Проектирование инженерных коммуникаций на просадочных лессовых грунтах// Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении. Сб. Научн.тр. НИИОСП.Т.2.-М.: Стройиздат,1987.

2. Левченко А.П. Устройство сетей водопровода и канализации на просадочных лессовых грунтах.-М.:Изд-во МГПУ, 1995.-66с.

3. Левченко А.П. Численные методы расчета сооружений на лессовых и карстовых грунтах.-М.:Изд-во МПГУ,1996,- 140 с.

4. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка.-М.:Изд-во МГУ, 1996.-680 с.