Деформации сооружений в результате искусственного замачивания грунта в основании

Деформации сооружений в результате искусственного замачивания грунта в основании

Недооценка возможности набухания грунтов при их замачивании явилась причиной повреждения ряда сооружений, возведенных на набухающих грунтах без осуществления специальных мероприятий, т. е. возведенных как на обычных грунтах. Рассмотрим деформации сооружений в зависимости от причин увеличения влажности в основании.

Здание насосной построено на хвалынских глинах. Инженерно-геологические условия участка следующие: под растительным слоем залегают четвертичные отложения слоем толщиной 1,5 — 2,0 м, представленные суглинками, ниже расположен слой хвалынской глины толщиной 4 м.

Насосная представляет собой одноэтажное здание размером в плане 10×36 м. По конструктивному решению это здание каркасного типа: по наружным колоннам, опирающимся на отдельно стоящие фундаменты, уложены балки покрытия и железобетонные плиты. Наружные стены опираются на железобетонный ленточный фундамент. Давление по подошве составляет около 0,2 МПа. В верхней части стены под карнизом расположен непрерывный железобетонный пояс.

В результате систематических утечек воды из технических водопроводов произошли набухание грунта и, как следствие, подъем сооружения. При этом подъем наблюдался сразу после начала эксплуатации насосной. Наибольшая скорость подъема, равная 20,6 мм/мес, отмечалась в первый год эксплуатации. В этот же год произошел основной подъем, составивший около 80 — 90 % общего подъема. К концу следующего года подъем практически стабилизировался.

Первые трещины появились в верхней части стены при неравномерности подъема, равной 0,0005. Существенно они начали развиваться при перегибе 0,001 и достигли более 20 мм. Ввиду возрастания деформации в верхней части стены был сделан ме-таллический бандаж из швеллера № 16. К этому времени наблюдалось уменьшение деформаций конструкций, что объясняется стабилизацией процесса набухания грунта.

Бурением было установлено, что влажность хвалынских глин увеличилась на 11 % и оказалась близкой к влажности набухания. Многолетние наблюдения за этим зданием показали, что после завершения процесса набухания подъемы его не наблюдались. Грунты основания достигли влажности, соответствующей его гидрофильной способности, поэтому ожидать изменения влажности, в данном случае ее уменьшения, не приходится по двум причинам. Во-первых, в процессе эксплуатации продолжаются утечки воды, вследствие чего поддерживается постоянная влажность. Во-вторых, даже при отсутствии утечек воды влажность ниже подошвы фундамента не уменьшится, так как нижняя граница зоны сезонных изменений влажности расположена выше подошвы фундаментов.

В этих же грунтовых условиях проводились наблюдения за двумя другими сооружениями — пропановой насосной и компрессорной, в которых наблюдались систематические утечки воды из технологических трубопроводов. По конструктивному решению эти здания аналогичны насосной, рассмотренной ранее.

Данные показывают, что практически через 2 года наступает стабилизация процесса набухания грунта и деформации конструкций прекращаются. Набухание грунта не только приводит к деформациям несущих конструкций, но и осложняет эксплуатацию технологического оборудования. Так, в результате крена фундамента компрессоры неоднократно выходили из строя. К моменту стабилизации набухания максимальный крен фундаментов достиг 0,003.

Разрушение конструкций происходит не только в промышленных зданиях, где по технологии производится переработка большого объема воды, но и в жилых и гражданских зданиях, где расход воды относительно невелик. При этом стены зданий имеют большие трещины с величиной раскрытия до 100 мм. Характер трещин во всех деформированных зданиях идентичен: наибольшая величина раскрытия отмечается в верхней части, наименьшая — в нижней, что характерно для деформаций перегиба стены. Эти деформации появляются спустя 2-8 лет после окончания строительства и протекают медленно но времени.

Здесь в результате небрежной эксплуатации систематически скапливалась вода у приямка, расположенного рядом со зданием. Это привело к увеличению хвалынской глины и поднятию фундаментов. Из-за незначительной прочности верхней части здания, обусловленной наличием больших оконных проемов, произошло разрушение верхней части стены.

Многие промышленные сооружения, возводимые на хвалынских глинах, имеют значительные повреждения. В качестве примера можно привести деформации конструкций плиточного цеха Волгоградского керамического завода. Этот цех размером в плане 57×282 м имеет наружные кирпичные несущие стены с пилястрами и ленточными фундаментами.

Внутренние металлические колонны опираются на отдельно стоящие фундаменты. Покрытие выполнено из металлических ферм, по которым в продольном направлении уложены прогоны. Между ними располагаются асбестоцементные плиты с утеплителем. Спустя примерно 6 лет после начала эксплуатации, в стенах здания появились трещины и наблюдалось сползание металлических ферм и плит покрытия.

Деформации прогрессировали во времени, что привело к обрушению участка наружной стены и нескольких плит покрытия. Во многих пилястрах появились косые трещины, вследствие чего потребовалось устройство в некоторых местах специальных конструкций, поддерживающих металлические фермы. Наружная стена во многих местах была разобрана и вновь возведена. С целью предотвращения сползания и обрушения покрытия был разработан проект, предусматривающий усиление всех пилястр металлическими обоймами, устройство дополнительных связей между фермами и т. д.

Бурение скважин вокруг здания показало, что влажность грунта возросла по сравнению с начальной на 5 — 6 %, но не достигла влажности набухания. Следовательно, процесс набухания грунта не стабилизировался и поэтому можно ожидать деформаций конструкций в дальнейшем.

Деформации в сооружениях наблюдаются и в случае применения свайных фундаментов. Л. Коллинс приводит данные наблюдений за движениями 12-этажных зданий, построенных в Южно-Африканской Республике. Фундаменты здания выполнены в виде набивных свай длиной 3 — 9 м с уширенной пятой. Основанием служат глинистые грунты, способные к набуханию.

Средняя нагрузка на сваи составляет 50 и 100 кН. Несущие кирпичные стены домов опираются на железобетонные фундаментные балки, уложенные на оголовки свай. В двух домах стены армированы, фундаментные балки отсутствуют. При проектировании не были учтены свойства набухания грунта, и поэтому ствол свай практически не армировался. В результате выпора свай, вызванного набуханием грунта, произошел разрыв бетона их стволов и здания начали подниматься, при этом подъем был неравномерным. Максимальный замеренный подъем здания на сваях длиной 3 м при нагрузке 50 кН составил 85 мм.