Деформация грунта основания фундаментов при замачивании

Деформация грунта основания фундаментов при замачивании

Закономерности набухания грунта под воздействием внешней нагрузки изучали в напряженной зоне, создаваемой опытными фундаментами. Например, в сарматских глинах в двух котлованах размером 9×9 м устраивали по одному фундаменту размером 2×2 с заглублением на 0,5 м. В фундаментах располагали глубинные марки для определения перемещений грунта на глубину 5,6— 6,5 м, а также поверхностные марки для замера перемещений дна котлована вокруг фундамента.

Относительное набухание элювия при замачивании водой и 1 %-ным раствором серной кислоты при нагрузке 0,028 МПа составляет 4,2 и 10%. Таким образом, при замачивании грунта растворами серной кислоты увеличивается как скорость, так и набухание. Так, при замачивании 10 %-ным раствором серной кислоты массива глин на глубину 5 м подъем поверхности составил 238 мм, а при замачивании их водой на глубину 7м — всего лишь 92 мм. Относительное набухание при замачивании кислотой было в 1,5—5,5 раза больше, чем при замачивании водой. Отсюда следует, что при строительстве на глинистых грунтах сооружений, где размещается производство, потребляющее серную кислоту или другие жидкости, при исследовании необходимо производить замачивание глинистых грунтов этими жидкостями. 2
0,1 МПа.

Замачивали через поверхностный слой щебня и скважины глубиной 7 м. В котловане № 9 размером 8×15 было устроено три фундамента размером 1×1 м, давление по подошве которых составляло 0,1; 0,2 и 0,3 МПа. Послойные деформации слоев в основании этих фундаментов на глубинах 0,25; 0,5; 0,75 и 1 замеряли с помощью марок, устанавливаемых в одной скважине, расположенной под центром фундамента.

Аналогичная методика испытаний применялась при испытании аральских, майкопских, хвалыиских и других глин. Так, в хвалынских глинах в котловане размером 20×20 м были устроены фундаменты размером 0,7×0,7 м, давление по подошве которых составляло 0,015; 0,025; 0,05; 0,2 и 0,3 МПа. Грунт замачивали через скважины глубиной 3 м.

Характер послойных деформаций слоев грунта, находящихся в напряженном состоянии от внешней нагрузки, аналогичен по характеру слоев под действием собственною веса. Так, наибольший подъем поверхности дна котлована наблюдается в месте расположения фундамента. С увеличением глубины подъема слоев грунта уменьшается. В рассматриваемом случае при действующем в основании и напряжении от фундамента происходит набухание грунта. Увеличивая внешнюю нагрузку, можно предотвратить набухание грунта в основании. Для предотвращения разуплотнения грунта внешняя нагрузка должна быть больше давления набухания.

Учитывая, что давление набухания зависит от состояния грунта, например для грунтов повышенной влажности, деформации набухания можно предотвратить, создавая на фундамент меньшие нагрузки, чем для грунтов более низкой влажности. Поэтому была предпринята попытка путем увеличения влажности сарматских глин снизить давление набухания и проследить закономерности деформаций основания при различной нагрузке. С этой целью в котловане № 10 была искусственно увеличена влажность грунта с 38 до 43 % на глубину 3 м. На увлажненном частично набухшем грунте устраивали фундаменты размером 1×1 м, давление по подошве которых составляло 0,05; 0,1; 0,2 и 0,3 МПа. После стабилизации осадки от нагрузки грунт замачивали через поверхностный слой щебня и дренажные скважины на глубину 8 м.

Во втором случае происходит непрерывный подъем всех слоев фундамента. Характер движения слоев грунта под фундаментом с р = 0,3 МПа иной. В начальный период наблюдается практически одинаковый подъем фундамента и всех слоев.

В дальнейшем подъем слоев опережает перемещение фундамента, при этом разница в подъеме увеличивается во времени. В этом случае характер деформаций слоев грунта по глубине оказывается различным. Так, в верхнем слое, расположенном ниже подошвы фундамента до глубины 0,25 м наблюдается уменьшение толщины слоя, т. е. происходит сжатие грунта. Толщина этого слоя в результате замачивания уменьшилась на 15 мм. В противоположность этому слою в нижних слоях (Н > 0,25 м) происходит разуплотнение грунта, вызванное его набуханием. Величина деформации набухания грунта в слое, расположенном на глубине 0,25—1,5 м составила 8 мм, а основной подъем фундамента про-изошел в результате подъема слоев, расположенных на 1,5 м ниже подошвы фундамента.

Следовательно, увеличение давления по подошве от 0,05 до 0,3 МПа привело к снижению подъема фундамента, но не устранило его полностью, несмотря на то, что действующее по подоите давление превысило давление набухания грунта данного состояния. Относительное набухание закономерно уменьшается с возрастанием давления и в слоях (на глубине 1,5 м), расположенных под фундаментом, при р = 0,3 МПа составляет всего около 1 %, в то время как при р = 0,05 МПа оно в среднем равно 4,2 %.

При замачивании в котловане № 9 грунта природной влажности (w = 38 %) деформации слоев под штампами в пределах давлений по подошве до 0,3 МПа аналогичны деформациям под рассмотренным выше фундаментом с р = 0,05 МПа, устроенным в котловане № 10, т. е. в пределах всей напряженной зоны наблю-дается набухание грунта. При этом относительное набухание грунта в слоях, расположенных в напряженной зоне, больше это-го набухания в рассмотренном выше случае. Так, относительное набухание слоя, расположенного на глубине 0-1 м при давлении по подошве фундамента 0,1 МПа равно: в котловане № 10 — 0,9 %; в котловане № 9 — 3,5 %; в основании под штампами с р = 0,3 МПа — 0,4 и 0,8 % соответственно для котлованов № 9 и 10.

Зависимость подъема фундамента от замачиваемой площади

Эксперименты показали, что подъем фундамента зависит от размеров замачиваемой площади; давления по подошве фундамента, при этом подъем уменьшается с увеличением ее площади; вида и состояния грунта; площади подошвы фундамента.

Нагрузка от фундамента изменяет характер деформаций замачиваемого грунта. По мере удаления от фундамента подъем поверхности грунта увеличивается до максимального значения, соответствующего среднему подъему дна котлована. Расстояние от грани фундамента (размером 2×2 м) до точки с максимальным подъемом поверхности составляет 1,5а (где а — полуширина фундамента) — при давлении по подошве 0,1 МПа и 2,5а — при 0,21 МПа.

Проведенные исследования показали, что время, необходимое для стабилизации подъема фундамента, меньше времени стабилизации подъема поверхности дна котлована. Например, подъем фундаментов, устроенных на сарматских глинах (кот-лован № 10), прекратился практически через 5 мес, а в котловане № 9 — через 1,5 мес, т. е. проявляется та же закономерность, что и при действии собственного веса: время набухания грунта уменьшается при возрастании действующего в массиве напряжения.

Исследования с замачиванием массива и с одновременным замером послойных деформаций грунта, находящегося в напряженном состоянии от действия внешней нагрузки и собственного веса, позволили установить зависимость относительного набухания от давления или глубины расположения слоя. Зависимость esw = f(p) при действии собственного веса грунта построена по результатам замачивания грунта в котлованах, имеющих одинаковую площадь, а при действии внешнего давления — по результатам определения набухания слоев, залегающих под фундаментами.

Характер зависимости esw = f(p) при действии внешней нагрузки аналогичен ее характеру при испытании грунта в компрессионных приборах. Однако абсолютные значения esw при соответствующих значениях давлений в последнем случае оказываются большими, что определяется различными условиями работы грунта. Установлено, что в пределах давлений до 0,3 МПа наблюдается линейная зависимость между отношением с = е sw f/esw,l и действующим давлением (здесь eSW)f — относительное набухание грунта в слоях, расположенных в напряженной зоне от фундамента; esw, l — относительное набухание, полученное в компрессионных приборах).

Значения коэффициентов с0 и к составляют для глин: сарматских — 0,9 и 0,036; хвалынских — 0,87 и 0,037; аральских — 0,91 и 0,032; майкопских — 0,89 и 0,034. Характер напряженного состояния массива под действием собственного веса грунта при набухании практически такой же, как и при действии внешней нагрузки, т. е. в слоях, расположенных под фундаментами. Поэтому значения относительного набухания, полученные при действии собственного веса, совпадают с их значениями, вычисленными при воздействии внешней нагрузки. При давлении 0,09 МПа происходит скачкообразное уменьшение значения относительного набухания под действием собственного веса (характер этой зависимости не изменяется при больших давлениях).

Следовательно, условия работы грунта при набухании под действием собственного веса в случае значительных давлений (или на больших глубинах от поверхности) остаются такими же, как и во всех рассмотренных выше случаях. В то же время скачкообразное уменьшение 6gW, наблюдаемое при давлении 0,09 МПа или для слоев, расположенных ниже 5 м от поверхности, может быть вызвано действием дополнительного давления. Это давление эквивалентно такому внешнему давлению, при котором происходит уменьшение относительного набухания (на продолжении зависимости esw = f (р) от действия собственного веса, равное разности esw между этими величинами при изменении глубины от 5 до 6 м. Это дополнительное давление обусловлено влиянием неувлажняемой части массива на слои, деформируемые в результате набухания грунта.