автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз просадки лессовых грунтов от собственного веса при замачивании через скважины

ГОССТРОЯ СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО оКАМПЖ

' всвхкая&а НАУОДО-гйквдвАтатьгай.^што-жшж^ьаай

К КОНСТРЛгТОРС^О-ТЕХЬШОПЯЕСКЙ ИЙЕБЯТТ ОСКОЕАНГ. И ПОДЗЕдШ СОЭРЛеЖЙ имени Н.М.Герсеванова . ■

На празах рукописи Ш 524.131.23

Патракоэ Александр Николаев!«

прогноз просади лзссою: грунтов от собственного веса при ЗОДЯИВШШ через СКВАЖГЖ

05.23.02 - Основания и -тукдаменты

А-втор.еферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1990

/

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Всесоюзном научно-исследовательском,проектно-изыскатеяьском и

конструкторско-технологичесном институте оснований и подземных • *

сооружений имени Н.М.Герсеванова Госстроя СССР.

Научный руководитель - доктор технических наук»главный

научный сотрудник Григорян Анавда Александровна. Официальные оппоненты- доктор технических наук,профессор

Сыородинов Михаил Ильич; доктор геолого-минералогичесних наук, профессор

Зиангиров Рэы Сабирович. Ведущая организация - институт Гидроспецпроект Всесоюзного

объединения "Гидроспецстрой"Минэнерго СССР.

Защита состоится" 1990 г. в ¿О час.

на заседании специализированного совете. К 033.05.01 в ордена Трудового Красного Знамени ВШИ оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова.

Адрес:109389,Москва,2-я Институтская ул.,д.б,(проезд до ст. метро "Рязанский проспект",далее автобусами 46,143,29, ^^троллейбусом 63 до остановки "Институт бетона") .

С диссертацией мояно ознакомиться в совете института.

Автореферат разослан " /СУа-(Я)А 1990 г.

Учёшй секретарь специализирю-БЕШого совета,к.т.н.

В.П.Петрухин

- 3 -

общая ха?а;{ТЕ?хгд-:а рабош • '

Актуальность. Экономичным и эффективным методом •устранения просадочнкх свойств грунтов в условиях П типа по про-садочности является предварительное закачивание грунтовой толщи. Однако этот метод имеет "ряд существенных недостатков, сдерживающих его широкое применение.К ним,прежде всего,следует отнести: большую продолжительность замачивания;переувлакнекие поверхностного слоя грунта,следствием чего является невозможность быстрого выполнения последующих работ на площадке;часто неполную реализацию просадки.

В IS68 г.А.А.Григорян,для совершенствования метода,было предложено проводить предварительное замачивание толщи лёссового про-садочного грунта через скваяиш под дополнительны! к атмосферному давлением вода,названное автором"гидр<зуплоткенив".По настоящее время,тем не менее,ряд ватакх вопросов,касающихся уплотнения про-садочной толщи грунта методом "гидроуплотнения",недостаточно изучен.

Диссертационная работа выполнена в 1987-1990 годах в лаборатории "Оснований и Фундаментов на лросадочных грунтах11ЕНИИОСП по госзаказу 05-0081-8?.согласно которому ставилась задача-разрабо-тать технические решения и технологический регламент на метода подготовки оснований на просадочных грунтах большой толщины,уплот-' няекых ускоренным замачиванием в сочетании с трамбованием ( строка плана 81 в);и по хозяйственному договору между ШИКОСП и трестом "Кашинстрой"Ставропольского ТСО Минюгстроя СССР-"Разработать и внедрить комбинированные методы уплотнения просадочных грунтов-гидроуплотнение,механическое уплотнение трамбовками повшешого веса на объектах треста "КавшшстроЙ".

Целью настоящей работы является совершенствование рас- -чёта просадки и технологии метода •"гидроуплотнения" на основе проведения лабораторных и полевых исследо:.1 :ий.

Научная новизна выполненной работы состоят в следующем:

. - установлено влияние дополнительного к атмосферному давления водк,подаваемой в глубокие скважины для замачивания лёссовой толщи грунта,на развитие и конечную величину просадки;

- получены данные об изменении порового давления в просадоч-ньк п непросадочных слоях грунтовой толщи при закачивании и после прекращения замачивания;

- установлено влияние направления замачивания при различных градиентах напора води на развитие к коночное значение просадки образцов лессовидного суглинка в условиях компрессионного сжатия;

- разработаны расчётные предложения по определению просадки оснований, сложеннюс лессовши гратами,при их замачивании через скважины.

Практическое значение диссертационной работы состоит б разработке расчётных предложений по определении просадок основавши,сложенных лёссовыми грунтами,при их замачивании через сквахины в условиях природного напряжённого состояния, а тайке в отработке технологии•ликвидации просадочшсти методом "гидроупло тненкя".

Реализация работ н.Результаты диссертационной работ использованы при ликвидации просадочкости грунтов оснований резерзуаров насосной станции Ш подъёма Малкинского группового водопровода в Ставропольском крае методом'"гидроуплотнения" в сочетании с двухслоГиаз.! уплотнением поверхностного слоя грунта тя-траыбот:а:.?и.З настоящее время экономический эффект от вне-дрзння результатов работы составил £5 тис.рублей.

Апробация р а 'б о т ы.Основные положения работы били до.чо.~аш на заседаниях:секции "Оснований и фундаиентов" 222ЭСЛ с 1503,10=5 гг.),лаборатории ¡Л1 БШШСП (1230,1600 ггЛ, научно-теян.тееспг-: советов треста "Кавмкнстрой и ПИ "Ростовский

Водоканалпроект'Ч 1233,1939 гг.) , Всесоюзной нонперонцни "Современные проблемы свайного мундамэнтостроения в СССР"( Пермь, < 1983 г.)и Всесоюзной научно-практической конференции "лессовые просадочше грунти как основания здании и соорунений'ЧЕарнаул,

1590 г.).

П у б л и к а ц и и; По материалам диссертации опубликовано 3 работы,получено авторское свидетельство СССР на изобретение.

Структура и объём диссертационной работы.Диссертация состоит из введения,5 глав,выводов,списка литературы из 141 наиме--юванил и приложения.Работа содержит 122 страницы машинописного гекста,87 рисунков,II таблиц.

содейуаш-е рабом

Во введении обоснована актуальность теки диссертационной работы сформулированы её цель,научная новизна и практическое значение.

В первой главе приводятся краткий обзор и анализ известию: в литературе исследований уплотнения прооадочных толщ грунта при замачивании через скважиш в условиях природного напряжённого состояния.

Уплотнение просадочньд грунтов замачиванием толци под действием собственного веса изучалось Ю.М.Абелевым,М.Ю.Абелевым,В.Г. Галицкик^А.А.Григорян.Б.Ф.Галаем.Н.Я.Денисовш^.К.Ивановил.А.А. Кириловым, НЛ!.Кригером,В.К.Крутовш,Г.1.;.Ло].иэе,А.А.?.'уста'Т|аеЕьг.:, Н.А.Осташевым,И.Г.Рабиновичем,Г.Ы1.Смородиновкм и другими.

Исследования!.™ А.А.Григорян,Ю.К.Иванова,З.И.Крутова установлено,что просадка лессоз^Л то/щи грунта при замачивании с поветзх-

»

кости земли и через скважины развивается различным образом.

А.А.Григорян и Ю.К.Ивановым проводилось замачивание лессовой толци грунта через скважины под дополнительная давлением воды и 5ез него.В этих исследованиях замачивание толщи грунта проводилось через скважины,длина которых не превшала половины глубины проса-

- б -

' дочной толщи грунта,и приводило к увеличению просадки.

Действующей главой СНиП 2.02.01-83,регламентирующей определение просадки от собственного веса грунта,не учитывается увеличение просадки при замачивании основания через скважины в том числе под дополнительным давлением воде.

Проведенными ранее исследованиями достаточно подробно изучено изменение влажности в лёссовой толце грунта,как при замачивании с поверхности,так и через скважины.Изменение влажности в лёссовой толще грунта при наливе воды в скважину изучалось A.A. Аккцовш,Л.А.Гелис,А.М.Гельфанбейном,А.А.Нучеруком,Э.Н.Романенко и другими. Изменение ке порового давления в слоях грунте, лёссовой просадочкой толики при замачивании и после прекращения замачивания ранее не изучалось.

. Определение характеристик просадочности образцов лёссового грунта проводится в компрессионном прибора в соответствии с действующим ГОСТ по схемам "одной и двух кривых".При этом предусмотрено замачиЕание образцов грунта в направлении "снизу-вверх" при постоянном градиенте напора равном 1-1,1.Б основу стандарта,касающегося условий замачивания,лоложены исследования Ю.М.Абелева, А.И.Озерецковского,Р.А.Токаря и других.

Условия,в которых находятся слои грунта просадочной толцл при замачивании через скважины в поле,отличаются от условий замачивания при стандартном испытании.Поэтому представляет интерес изучение влияний градиенга напора и направления замачивания на просадку образцов лёссового грунта в условиях компрессионного прибора.Зти вопросы изучены не достаточно.

На основе проведённого анализа литературных источников быта определены следущие задачи исследований:

' I.установить закономерности уплотнения лёссовой просадочной тог.^!,замачиваемо;: через глубокие скват.хны под дополнительном давлением году и без него,а гакке изменение порового давления в

слоях грунта при замачивании и после его прекращения;

2.провести исследование и дать предложения по совераенст-■вованию технологии метода "гидроуплотнения"грунта;

3. исследовать влияние направления закачивания и градиентов напора воды на развитие и конечное значение просадки в лабораторных условиях;

. 4.дать математическое описание процесса деформирования образцов лессовидного суглинка во времени в компрессионном приборе при их замачивании в разных направлениях и под разними градиентами напора воды;

5.на основе результатов проведённых экспериментов разработать расчётные предложения по определению конечной просадки грунтовой толци,замачиваемой через схвашш в том числе под дополнительным давлением воды.

Во второй главе приведены результаты исследования уплотнения слоев грунта и изменения в них поровых давлений при замачивании и после прекращения замачивания просадочной толкли грунта через глубокие скважины.

Исследования проводились в г.Георгиевске Ставропольского края.Для решения поставленных задач в грунтовых условиях И типа по просадочности были устроены две опытные площадки в непосредственной близости друг от друга.

Просздочная толща основания площадок на глубину 26 м сложена лессовидным суглинком,который на глубинах 10 и 16 м имеет прослои непросадочного суглинка тод^ной 2,8 и 1,4 м соответственно. Расчётная просадка равна 26 см. ,

Площадки били оборудованы одинаково.Они имели дреналснне, контрольно-наблюдательные(пьезометрические) скзагины и сквазины с датчиками порового давления,а также глубинные и поверхностные, марки. На каждой площадке,по центру,было пробурено 7 дренаякнх скважин 0 250 на глубину 22 м по треугольной сетке, с последую-

цим их заполнением цебнем.Расстояние между осями скважин,по результатам ранее проведённых исследований,принято 3 м.Глубинные марки были устроены вокруг центральной дренирующей скважины на расстоянии 1,5 м.Оки были установлены на глубинах 8,II, 14,17, 20,23,26 и 29 метров.На расстоянии I м от цектрачьной дренажной скват.ищ на обеих опытных площадках были разбурены скважины,в которых установлены датчики для измерения порового давления.

В эксперименте использовались датчики ПДО(преобразователь даачения струнный)с насадками к ним.Насадка,имеющая цилиндрическую полость,навинчивачась на датчик.При этом цилиндрическая полость с одной стороны была перекрыта пористым камнем,а с противоположной стороны-чувствительной мембраной датчика.Для предохранения мембраны датчика от коррозии полость насадки и пористый камень заполнялись малинным маслом.Поэтому давление поровой воды на мембрану датчика передавалось маслом.Для измерения периода колебании струн датчиков использовался периодоыер цифровой портативный С ЩП-1).

' Было проведено сопоставление тарировочнкх кривых паспортов датчиков с кривыми,полученными при проверочной тарировке.Проверка была осуществлена по стандартной методике при двух температурах среды,окрукавщей датчики.3 первом случае принималась температура грунтовой тслци,а во втором-температура тарировки по паспорту. Температура среды при тарировке по паспорту в среднем была на Ю°С выяе температуры грунтовой толщи.

Сопоставление показало,что кривые подобны.Однако,при температуре грунтовой толщи,тарировочная кривая,построенная в осях "давление-период колебания",смещена по оси "давление" вверх на постоянную величину относительно тарирэвочной кривой по паспорту датчика.

Значения порового давления определялись по тарировочкым криза.? дагчкков, соответствующих температуре грунтовой толщи.

Для точной установки по глубине грунтовой толщи датчики крепились к специальному каркасу.Скважина,после опускания в неё кар-» каса с датчиками, тампонировалась местным грунтом.Скважина у дат. чика засыпалась песком,который затем водонасыщался. Датчики были установлены в просадочных слоях грунта,в одном из непросадочнкх слоев грунта в пределах просадочной толщи,а также а слое грунта, подстилающем просадочную толщу.

Для замачивания просадочной толщи водопроводная вода подавалась в дренатаыё сквзлсины.На площадке £1 уровень воды в скваки-нах поддерживался на уровне поверхности земли,а на площаДке ¡¡32 выше поверхности земли в среднем на 5 м,т.е.под дополнительным давлением 0,5 ати.Для подцержашш дополнительного давления верхние части дренашшх скважин оборудовались специальными тампонами. Замачивание проводилось в светлое время суток-пять дней в неделю.

Замачивание площадок показало,что подача воды под дополнительны).! давлением,за счёт повышения расхода,позволила более чем в 1,5 раза сократить продолжительность замачивания.

Расход воды при замачивании площадок был практически постоянным .Уменьшение его наблюдалось на обеих площадках после подачи в толщу грунта примерно 1100-1150 м^воды,что соответствует степени влажности замоченной области грунта,равной 0,7-0,75.

Установлено,что осадки поверхностных марок на первой площадке развиваются менее интенсивно и к стабилизации получают меньпую величину,чем поверхностные марки на второй площадке. Осадка поверхности на первой площадке составила 23,а на второй 32 см. .

>

В начальный период замачивания наблюдался подъём поверхности земли на обеих площадках,который сохранялся на протяжении 3-7 суток.При этом на второй площадке подъём был значительно большим и сохранялся более длительное время,чем на первой площадке.

Нивелированием поверхностных и глубинных марок на обеих площадках в период развития просадки установлено,что при поступлении вода в скважины наблодается подаём поверхности и слоев грунта.Осадки марок развиваются,в основном,между поступлениями вода и наиболее интенсивно после окончания замачивания.

На второй площадке слои грунта,залегающие у нижних частей дренажных скважин и подстилащив юс забои,к окончанию наблюдений получили большие значения относительной просадочности,чем на первой площадке.(Рис.I.)Осадку получили также и слои кепросадочного суглинка,залегающие в пределах вросадочной толщи и её подстилающие.

оо/ р ог ооз £$/>

тг

I»-

по данным инкенешо-геологических изысканий

на опытной площадке " I на опытной площадке К? 2

Рис.I.Изменение относительной просадочности слоев грунта под действием собственного веса при замачивании оснований опытных площадок и по результатам инженерно-геологических изысканий.

Скорость осадки поверхности земли на, площадке в начальный период развития просадки более чем в 4 раза превышала скорость осадки на первой площадке.При уменьшении расхода воды наблюдалось интенсивное уменьшение скоростей осадок поверхности земли на обеих площадках.После прекращения закачивания тлело место значительное увеличение скоростей осадок поверхности зем-

ли площадок.

При замачивании площадок и после его прекращения выявлено ' ■различие в изменении порозого давления в просадочкых и непроса-•дочних слоях грунта.На р;:с.2. ,на призере опытной площадки И, показаны графики изменения порового давления в слоях грунтовой толщи при замачивании и после прекращения замачивания.

. ПолеЕке эксперименты показали,что,при замачивании через сквакины,поровое давление в слоях просадочного грунта возрастает в процессе поступления вода в скважин до максимального значения,которое практически постоянно в течение замачивания и пропорционально значению давления воде в скважине на уровне рассматриваемого слоя.При этом уплотнения слоёз грунта не происходит.

В перерывах между поступлениями воды в скважины норовое давление в этих слоях грунта уменьшается до нуля.При этом происходит интенсивное уплотнение слоёв грунта.К окончании замачивала, перед очередным поступлением воды,поровое давление.уде отлично от нуля.Тем самым к окончания замачивания в слота просадочного грунта начинается накопление вода,а уплотнение этих слоёв грунта происходит с меньшей скоростью.

После окончания замачивания в слоях просадочного грунта развивается поровое давление менее атмосферного,то есть образуется вакуум,который оказывает влияние на уплотнение слоёв грунта.

В просадочных слоях грунта,находящихся.-на уровне нижних час-гей скважин и непосредственно подстилающих юс забои,наблюдалось уменьшение максимального значения порового давления з процессе замачивания.Это уменьшение связано с существенным уплотнением этих слоёв грунта. .

В слое непросадочного грунта,залегающего в пределах проса-дочной толщи,поровое даачение при замачивании изменяется также, -как и в слоях просадочного грунта,но с начала замачивания в слое происходит интенсивное накопление воды. После прекращения зама-

i 0.000

опитной площадки "31 при замачивании и после прекращения замачивания.

чивания поровое давление в этом слое грунта медленно уменьшается. Можно предположить,что на кровле слоя образовалась техногенная ' 4 .верховодка,

Поровое давление з слое непросадотаого грунта,подстилающего , просадочнун толпу,монотонно зэзра;'., • ,:о в процессе замачивания и практически не реагировало на переркзн.После прекращен;« закачивания рост порового давления в этом слое некоторое время продолжался .после чего наблюдалось монотонкое его уменьшение.

Анализ изменения градиентов напора в слоях грунта показал, что при первичном замачивании лёссоЕой толщи грунта движение воду в вертикальном направлении практически отсутствует,так как сопровождается градиентами напора не превша-ощкми 1,а в большинстве случаев значительно меньними 1.3ода в этом случае движется в основном в горизонтальном направлении с градиентами напора большими I.

В слоях грунта низке забоя скважин вода при замачивании двинется вертикально-вниз,причём в начале закачивания с градиентами напора большими 1,а з конце-ыенъиими 1.В перерывах и после прекращения замачивания, вода движется,в основном,вертикально-вниз.

В третьей главе приводятся результаты исследования влияния параметров процесса замачивания на просадку образцов лессовидного суглинка в компрессионно-фильтрационном приборе .Монолиты грунта были отобраны из шурфа в районе опытных площадок.

Испытания проводились в компрессионно-фильтрационном приборе типа КФ-1 по двум схемам.По первой схеме образцы грунта замачивались в направлении "сшзу-вверх" при начальных градиентах напора равных 0;1 и Ю;а по второй- •?сверху-вниз"и градиентах напора равных I и Ю-В опытах происходило первичное замачивание образцов грунта,то есть имела место инфильтрация.

Перед опытами была проведена оценка влияния начальной плотности образцов грунта на результаты исследования.Дня повышения точности результатов исследования опыты проводились с образцами

•грунта наруиенной структуры,подготовленными по специальной методике.

^К образцу грунта в приборе прикладывалось давление равное 0,05 Ша.После условной стабилизации осадки образец замачивался. В течении замачивания отсчёты по индикатору часового типа снимались через определённые промежутки времени с качала просадки до её стабилизации.

Установлено,что средние значения конечных величин относительной просадочности с увеличением градиента напора с I до 10 при замачивании"сьерху-вниз"увеличивашся до №. При замачивании "снизу-вверх"увзличения среднего значения относительной просадочности практически не'наблкдается.Замачивание образцов грунта "снизу-вверх"является менее устойчивым процессом,сопровождающимся болъпим разбросом результатов.Так коэффициент вариации при замачивании образцов "снизу-вверх" больше в 1,5-4 раза.чем при замачивании з противоположном направлении.

Доверительный интервал,характеризующий область вокруг среднего значения,в пределах которого с заданной вероятность» находится истинное среднее значение.,при градиенте напора равном единице и замачивании в направлении "сверху-вниз",полностью входит в доверительный интервал при замачивании "снизу-вверх".Поэтому сделан вывод о том,что при градиенте капора равном единице направление замачивания образцов лессовидного суглинка не влияет на конечную величину относительной просадочности.

Изменение во. времени процесса просадки образцов лессовидного суглинка,замачиваемых в условиях компрессионного сжатия,определяется значением градиента напора и направлением замачивания. Наиболее интенсивно проездка развивается при градиенте напора равном 10 и замачивании в налравлении"сверху-вниз".

Изменение просадочных деформаций во времени для опытов на приборе К показано на рис.3.На этом рисунке заштрихованы облас-

¡0 Т иос

Усло1нае обозначение Значение градиенто йопора обды Направление ЗОмачи&ОниЯ

¿ •0 снизу-Нерх

¿4 снизу-Мерх

¿>/ сверху-¡низ

шшш ¿-/О снизу - Мук

ИМИ 0' /О

ШШШШВШЩ

О! I

Рис.3.

Изменение во времени относительных просадочных деформаций образцов грунта в приборе !Р2 для всех серий опытов.

ти, в которых варьируют величкш относительных просадочных де.фор-' -наций в ка>:;до:; серки опытов.

При увеличения градиента налора время,необходимое для стабилизации просадки,уменьшается,Во всех опытах при замачиЕанки образцов з направлении "сверху-шиз"просадка образцов стабилизируется быстрее.

Анализ результатов проведённых экспериментов показал,что кривая относительной просадочносги образцов грунта во времени, разделённая на три интервала , в первом и третьем интервалах описывается с достаточной точностью простейшими нелинейные ми уравнениями связи.При замачивании образцов "сверху-вниз"и градиентах напора равных.I к 10,а также "снизу-вверх" и градиенте напора равной 0 относительная просадочная деформация в интервале времени 0-15 и 30-360 минут,в которых реализуется большая часть просадки,описывается уравнением связи вида

А/ - . (I >

где относительная просадочная деформация образца грунта; • t - время,отсчитываемое от момента начала деформации образца грунта в приборе,час; £ - тангенс угла наклона прямой относительной просадоч-

ности, по с троенной в осях^- и оси ; а. - величина отсекаемая прямой относительной просадоч-

ности на оси при-^ = 0.

<Г 2г

Кривые относительных деформаций во времени построенные в

координатах-^- и~»выпрямляются в интервалах времени от 0 до 15 ^ с ,

минут (первый интервал) .По истечении указанного времени прямолинейность нарушается,но через 30 минут с начала развития деформации ( третий интервал) кривая вновь локится на прямую,но уже наклонённую под другими углами к координатным осяы-/-и

ъ с

При замачивании образцов грунта "снизу-вверх" кривая измене-

ния относительной просадочности в первом интервале аппроксимируется уравнением связи вида

¿^¿•¿^ (2)

где сС и^ - коэффициенты, определяющие наклон прямой относительной просадочности,построенной в осяхэтим осям соответственно.

В третьем интервале кривые зависимостей изменения относительных просадочных деформаций во времени при замачивании образцов "снизу-ВЕерх" вырождается в уравнение сеязи вида I.

Установлено,что просадочная деформация при градиенте напора равном нулю идёт практически с нулевым ускорением или равномерно. Увеличение градиента напора приводит к значительному ускорений просадочной деформации в первом интервале .Ускорение деформации в этом интервате при неизменном градиенте напора и замачивании в направлении "сверху-вниз" больше,чем в противоположном направлении замачивания.В третьем интервале ускорение просадки ассимптотически приближается к нулю.

В четвертой главе изложен метод расчёта просадки лёссовой толщи грунта при её замачивании через скват.ины под давлением воды в условиях природного напряжённого состояния.Анализ результатов проведённых исследований позволил выявить (факторы,оказывающие влияние на уплотнение грунта при замачивании в эти условиях. Уплотнение слоёв грунта меэду скваяиначи вызывается действием нормального сжимающего напряжения от гидростатического давления вода на стенки скважин и собственного веса замоченного грунта. Уплотнение слоёв грунта нике забоя скважины вызывается действием нормального снимающего напряжения от гидродинамического даатення воды и собственного веса замоченного грунта.

При первичном замачивании грунта,используя известное репе-

нив задачи обжатия грунта в стенках скважины,с некоторым приближением получено выражение для нормальных сжимающих напряжений от гидростатического давления воды.Задача упруго-пластическая.осе-симметричная.

Среднее значение нормальных сжимающих напряжений в I слое грунта мекду сквакинами от действия гидростатического давления воды на их стенки определяется выражением

Ó.

4l)M¿

где

г ¿¡л К

Г О; J 1-0 и f-a¿ -

п • = • * / t-du: f¿

1 + iin f¿ 2i¿n

( 3) (4 )

(5 )

Hl - C¿ ■ coi f¿ * f¿-Poi, i¿n*í (5)

C¿ - сцепление L слоя грунта,МПа;

f¿ - угол внутреннего тренкя ¿ слоя грунта;

f¿- коэффициент бокового давления ¿ слоя грунта;

- радиус пластической зоны в ь слое грунта,ы; ¡} - коэффициент Пуассона ¿ слоя грунта; Pa¿- среднее давление вода на стенку сквалины в

центре рассматриваемого слоя грунта,МПа; í~0 - радиус скважины в м; / - расстояние междо скважинами в осях,м. Из известного решения задачи о нагнетании жидкости в цил-линдрическую полость,находящуюся в упругом пространстве,получено выражение дня нормального сжимающего напряжения от действия гидродинамического давления води в слое грунта,подстилающем забой скваяины.

Ь Г-о Г-о

где I - безразмерный коэффициент;

р - давление воды на забой скважины в лШа;

Л" - расстояние по вертикали от забоя скважины вниз до рассматриваемого С слоя грунта в м;

У0 - расстояние по вертикали от забоя скважины вниз до

границы увлажнения на момент окончания замачивания,м.

(о)

где П^- пористость Ь слоя грунта.

Общая осадка поверхности лёссовой толщи грунта при её замачивании через скватлны складывается из просадки толщи под действием собственного веса замоченного грунта и просадки под действием дополнительных давлений.

Общая осадка поверхности лёссовой просадочной толщи грунта при её замачивании через скважины,расположенными на площади с размерами большими или равными Н^,определяется по формуле

4? - - ¿<)+($9 -ЪУ9 < 9 >

гДе фиктивная осадка поверхности толщи грунта естественной влавдости под действием собственного веса.м;

$2 - токе замоченного грунта,м;

осадка поверхности толщи грунта под действием собственного веса замоченного грунта и дополнительного давления,»;

в - коэффициент,понижающий просадку под действием дополнительного давления.

Коэффициент^учитывает осреднённость дополнительного нормального сжимающего напряжения в слоях грунта мечсду скважинами, а так.-:е переменность во времени этого напряжения и нормального сяимащего напряжения от гидродинамического давления воды в слое грунта,под-'стил&'зщем забой сквачины.

- 20 -

Коэффициент В изменяется от 0,7 до 0,8 при увеличении значения дополнительнбго давления воды от 0 до 0,5 атм.

С10)

• У--'

^ £ и5ес}ь

где (5, т нормальное сжимающее напряжение от собственного О*

веса за*гаченного грунта с учетом взвешивающего действия воды на глубине Н^'от поверхности земли, Жа;

- суммарное нормальное сжимающее напряжение на глубине Н/от поверхности земли,N11 а;

с/).

е + (13)

модуль деформации слоя грунта при его влажности до замачивания (г*0,МПа; - модуль деформации £ слоя грунта, соответствующий коночному значению влажности при окончании зама-чивания(^^),Ша;

Н- толщинам слоя грунта,м.

Модуль деформации слоя грунта определяется по результатам стандартных компрессионных испытаний с учётом его занижения в этих условиях.

Для решения задачи необходимо определить размеры замоченной области в грунтовой толще.О'.А.Зейналовой и Н.А.Осташевым опытным путём установлено,что расстояние от. источника увлажнения до фронта смачивания в слое лёссового грунта определяется выражением

У* <*>£ (14)

где у- расстояние от истопника узлачиения до фронта смачивания в слое грунта,;.;; т

—я"

оС - коэффициент пропорциональности,м-час * ; t - время, час.

По нашим экспериментальным данным коэффициент сС для рассиат-риваемого ь слоя грунта,при замачивании лёссовой толщи через скважины, определён зависимостью

и; = сс {15,

-у

где оС- коэффициент пропорциональности в м-час ,при безнапорном замачивании слоя грунта; $ ~ коэЛфгцкент",определяемый дополнительным напором вода.при закачивании,час * ;

- напор воды ( к ) в сквоккне на уровне рассматриваемого слоя.Для слоев грунта,залегающих нке забоя скважин напор принимается равны:.! напору на забое скваг.нн.

X

где ^ - расход воды в подаваемый з куст скважин к определяемый опытным путём; /7 средневзвешенное по глубже лёссовой тощи значение пористости;

- количество скважин в кусте.

При ранении поставленной задачи размеры замоченной области определяются на момент времени, соответствующий окончании замачивания.

Коэффициент в определён в результате сопоставления просадки, полученной в экспериментах и расчётного значения,определённого методом конечных элементов (Правомерность использования ьтого метода и решения плоской задачи обоснована ранее проведзшшми кс-

следованиями,например, A.A. Васкльковского,В.К.Когая.У,С.!.?ухамедова.-Полуплоскость была -разбита на конечные элементы (КЗ) двух типов с размерами 1,5*1,5 ( I тип) и 1,5-3,0( П тип) .Центральная часть полуплоскости была разбита на КЭ I типа.Принято,что на обоих этапах расчёта не возникает площадок текучести и нарушения сплошности. . -

Для решения задачи был ипользован вычислительный комплекс "JH'PA",пакет прикладных программ А1ШЕК.Использован плоский конечный элемент оболочки типа КЭ 41.Задача решена на ЭБ.5 EC-I045 в 2 этала.На каждом этапе определялись перемещения узлов КЭ.На первом этапе каждому КЭ задавались модуль деформации,коэффициент Пуассона, . характеризующие грунт в естественном состоянии,и определялось поле перемещений невесомого грунта от нагрузки,приложенной в центре- тяжести кавдого КЭ и равный его весу.На втором этапе КЗ в области загаченного грунта менялись модуль деформации,коэффициент Пуассона, собственный вес элементов и определялось поле перемещений весомого грунта с учётом взаимодействия замоченной и незамеченной областей.

Разность в перемещениях узлов КЭ ограничивающих полуплоскость и определённых на этапах расчёта,есть искомое расчётное значение осадки поверхности опытных, площадок при юс замачивании с поверхности,но сразыераыи замоченной области,имеющей место при замачивании через скважины.

Использование метода КЭ позволило дать также прогноз величины осадки поверхности площадок в случае их замачивания через скважины, расположенных на площади с размерами равными или большими Н^/.При этом расчётная осадка для первой площадки составила.36,5 см, а для второЙ-42,6 см.

Сопоставление значений просадок,полученных при замачивании лёссовых толщ грунта через скважины в различных регионах страны,с просадками,прогнозируемыми изложенным методом расчёта,показало приемлемую их сходимость.

В пятой главе приведены результаты опытных работ по отработке теглолегии метода "гидроуплотнента".Для успешного использования

метода требуется устранить возможность поступления воды на поверхность земли в процессе замачивания..Для этого разработана конструкция стационарного тампона,устраиваемого з верхней части сква-нины путём заливки его полости мехду предварительно установленной трубой и стенкой сквагапш цементно-песчаннм раствором литой кок -скстенции.С целью устранения поступления еоды через грунт прзд-;;о:-.ено использовать уплотнений, например трамбованием, логерхност-ный слой грунта.Определены необходимые длина тампона и толщина уплотнённого поверхностного слоя грунта в зависимости от значения дополнительного давления поди и продолжительности замачивания

ГруНТОВОЙ ТОЛЩИ.

На конкретном примере из проектной практики дани рекомендации по проектировании "гидроулло.тнения" просадочкого основания.

3 заключении главы приводится экономическое сравнение ликвидации просадочности основания насосной станции Г! подъёма ^афинского группового водопровода в Ставропольском крае методе:.; "гцд-роуцлотнения"с методом "гидровзрыва",который был первоначально заложен в проект.Результаты сравнения показали,что метод "гидро-уллотнения"более экономичен.

В настоящее время метод "гидроугоютненкя"использован при подготовке оснований двух резервуаров воды на площадке строительства насосной станции 1П подъёма Малкинского группового водопровода, что позволило получить экономический э'Тфект в сумме 55,0 тыс.рублей.

В II В О Д Ы

I. Выполненные экспериментальные исследования позволили выявить преимущества залечивания толщи грунта через скважины и ка основе разработать прогноз просадки лёссовых грунтов под д&йсткгсм собственного веса и давления воды.

2.Замачивание лёссовой толщи грунта через скважин под дополнительны.; к атмосферному давлением воды порядка 0,5 атн.,по сравнений с закачиванием без дополнительного давления,позволяет:

- 24 -

до 1,5 раз сократить продолжительность замачивания; до 4 раз повысить скорость просадки в начальный период её развития;

-в I,3 раза ускорить достижение стабилизации просадки; - получить увеличение просадки поверхности до 20Й.

• 3.Установлено,что просадка слоев грунта происходит в перерывах мевду поступлениями вода в скважины и после окончания замачивания.В процессе поступления вода имеет место,в основном,подъём слоёв грунта увлажнённой толщи и поверхности земли.

4.Непосредственными измерениями установлено влияние порового давления на развитие просадки слоёв грунта при замачивании и после его прекращения .При поступлении воды в скважины поровое давление за короткий промежуток времени возрастает до максимального значения и практически стабилизируется.При этом оно препятствует развитию просадки. В перерывах между поступлениями воды поровое давление уменьшается и создаются условия для реализации просадки. После прекращения замачивания в слоях грунта развивается поровое давление по величине менее атмосферного,которое способствует раз- . витию просадки.

5.Установлено,что первичное замачивание слоёв просадочного грунта через скважины происходит в горизонтальном направлении при градиенте напора более 1,а ниже забоя сквакиш в вертикальном направлении при градиенте напора более I в начальный период замачивания и менее I в конце замачивания.При перерывах в поступлении воды в сквакины и окончании замачивания движение воды в толще грунта происходит в основном вертикально-вниз с градиентами напора не более 1,а в большинстве случаев менее I.

6.Увеличение начального градиента напора вода при первичном замачивании образцов лессовидного суглинка в условиях компрессионного скатия приводит к увеличению скорости просадки в начальной стадии ее развития независимо от направления замачивания.Относительная просадочность грунта с увеличением градиента напора до •

10 увеличивается при замачивании в этих условиях только в направлении "сверху-вниз".

7.Разработаны расчётные предложения по прогнозу просадки лессовой толщи грунта,замачиваемой через скважины под давлением воды,в условиях природного напряжённого состояния.

8.На основе проведённых опытных работ отработана технология метода "гидроуплотнения".Основное внимание при этом было уделено разработке конструкций тампонов и мероприятий по предотвращению прорывов воды на поверхность земли.Даны практические рекомендации по применению метода в строительстве.Использование метода "гидро-уплотнение"при подготовке оснований сооружений насосной станции

L:] подъёма .Малкинского группового водопровода, взамен метода "гнд-ровзрыва",который был первоначачьно залокен в проект,позволило получить экономический эффект в сумме 95 тыс.рублей.

Основные положения диссертации изложены з следующих работав:

¡.Влияние гидрогеологических условий на развитие деформационных явлений в толще лессового грунта//дел.во BEÜH5C,"2027-58.-1935.-9 С.(в соавторстве с А.А.Григорян) ;

2.Выравнивание основания дымовой трубы односторонним замачиванием через глубокие скважины//Усиление оснований и фундаментов при реконструкции/Труды ин-та ЕНИКОСП.-М.,1963.вып.90.- с 44 - 52 (в соавторстве с А.А.Григорян) ;

3.Вчияние напора воды на уплотнение лёссовой просадочкой толщи при замачивании через скважныХ/Повышение эффективности сельского строительства/Сб.тр.ПСХИ.-Пермь,1939.-с.51-69;

4.А.С.1ГЙ7265 СССР,'.КГ3 Е 02 Д 27/3-1,Способ возведения фундамента на просацочны>{ грунтах ( СССР)//Открытия.:!зоСретеккя-I9v0.- 'Л-!.- с.55(в соавторстве с A.A.Григорян) .