Деформации сооружений, возведенных на шлаковых отвалах

geodezicheskij-monitoring-na-deformatsiiОтвалы шлаков металлургического производства используют для устройства оснований различных сооружений. Такие основания отличаются большой сжимаемостью и построенные на них сооружения имеют значительные осадки. В последнее время установлено, что основания из шлаков не только уплотняются, но и набухают. Так, на одном из заводов в США пол, в основании которого залегает слой шлака толщиной 1 м, поднялся на 80 мм.

Подобное явление происходило на одном из отечественных металлургических заводов, построенном в 1953 г. Трехпролетное здание было возведено на основании из шлаков электроплавильного производства общей толщиной 6 — 8 м. В отвале были многочисленные пустоты, а также куски размером до 1 м. После 17 лет эксплуатации здания смесь шлаков превратилась в разнозернистый (древесный, местами щебенистый) плотный состав серого цвета с включением до 30 % доломита.

Плотность массы в рыхлом и плотном сложении была равна соответственно 1,48 и 1,75 г/см3, а слежавшийся ишак имел следующий химический состав, %: Si02 — 15,6; Ре203 — 3,6; А1203 — 5,1; СаО — 2,7; MgO — 29,5; прочие компоненты — 19,2.

Деформации конструкций, начавшиеся после строительства здания, достигли через 5 лет значительной величины несущие металлоконструкции искривились, полы поднялись. В шлакоблочных стенах было обнаружено много трещин шириной 2 — 35 мм. Разность в отметках полов на отдельных участках достигала 20 см. Кроме того, были обнаружены большие деформации тормозных ферм, подкрановых балок и разрушения креплений подкрановых балок к колоннам.

Деформации основания, вызвавшие разрушения конструкций, рассматривались вначале как осадочные, но геодезические наблюдения, проведенные в течение 4 лет, показали, что происходит неравномерное поднятие основания как в пространстве, так и во времени. Подъем отдельных колонн достиг от 60 до 412 мм.
Для изучения причин этих деформаций шлаки были испытаны опытными штампами и проведены лабораторные исследования слежавшихся и исходных шлаков. Был изучен также процесс набухания ишаков при замачивании их технологической эмульсией. Набухание исходных шлаков, измельченных в порошок (размер частиц составил 0,5 мм), определенное в приборе Васильева. Время стабилизации процесса набухания образцов в приборе Васильева — около 3 сут.

Набухание отдельных шлаков изменяется в больших, пределах и зависит от температуры, при которой происходит замачивание шлака. Испытания слежавшихся шлаков (с размером фракции 0,5 мм) показали, что, несмотря на большой возраст (40 лет, в том числе 22 года до постройки здания), они не утратили свойства набухания. Их относительное набухание, определенное в приборе Васильева, при t = 20°С составляет 5 — 10 %, а при t = = 80°С — 12-17%. Установлено, что при замачивании шлаков технологической эмульсией величина их набухания уменьшается.

В восточной части здания и около северной стены его были заложены опытные фундаменты размером 1×1 м. В течение первых 3 мес ненагруженные фундаменты поднялись без дополнительного замачивания на 8 — 12 мм, фундаменты с нагрузкой, равной 0,05 МПа, — на 4 — 6 мм и с нагрузкой, равной 0,1 МПа, — на 2 мм.