3. Просадочность лессовых и лессовидных пород. Типы просадочности. Лабораторные и полевые методы ее изучения.

Просадочностью грунта называется его способность уплотняться при замачивании водой в условиях компрессии при сохранении действующей нагрузки. Нагрузка возрастает за счет веса воды, которая проникает в образец или толщу.

В общем случае просадочность может проявляться при замачивании грунта и отсутствии внеш давления; однако чаще всего она опр-ся при замачивании грунтов, находящихся под нагрузкой,при этом компрессионная кривая имеет вид ломаной линии.

По компрессионной кривой рассчитываются параметры, характеризующие просадочность грунта: коэффициент макропористостии коэффициентотносительной просадочности.

Коэффициент макропористости характеризует диапазон уменьшения пористости грунта за счет его просадки: чем он больше, тем более просадочный грунт. Кроме этих показателей просадочные грунты характеризуются начальным давлением просадки и начальной влажностью просадки.

Начальным просадочным давлением (по СП 11-105-97) называется минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунтов при их замачивании. Чем оно ниже, тем более просадочным является данный грунт. Начальной просадочной влажностью, согласно СП 11-105-97, называется минимальная влажность, при которой проявляются просадочные свойства у данного грунта. Чем ниже ее величина, тем большей просадочностью обладает грунт.

Механизм просадки грунтов обусловливается разрушением и ослаблением структурных связей в грунте (за счет увлажнения) и его последующим доуплотнением под действием собственного веса и (или) внешней нагрузки. Просадочностью обладают лишь недоуплотненные (имеющие высокую пористость), маловлажные грунты с неводостойкими структурными связями (переходные контакты между частицами). Этим условиям в наибольшей мере отвечают лёссовые грунты, которые, как правило, всегда обладают той или иной просадочностью. Однако кроме них она наблюдается и в других типах дисперсных грунтов — почвах, выветрелых глинах, засоленных песках, вулканических пеплах, искусственных грунтах. Таким образом, среди факторов, влияющих на просадочность лёссовых грунтов, на первом месте стоит их пористость (плотность). Большое влияние на просадочность оказывает влажность. Вода, поступая в поры грунта при его замачивании, выполняет роль смазки, облегчающей переориентацию частиц при их доуплотнении, а также ослабляет прочность структурных связей (переводя часть переходных контактов в коагуляционные, частично растворяя цементационные контакты и т.д.). Поскольку лёссовые грунты в основном формируются в аридных климатических условиях, то недостаток влаги в них способствует сохранению их недоуплотненности, а следовательно, и просадочности. С увеличением естественной влажности лёссовых грунтов их просадочность снижается, так как при этом грунт уже частично доуплотняется.

Традиционно выделяют два типа просадочности.

Для первого типа характерны просадки под действием некоторой нагрузки.

При втором типе просадки происходят под собственным весом (более 5 см). Тип просадочности и нагрузки, при которых начинаются деформации определяются в процессе лабораторных работ. Важно выяснить не только относительную просадочность, но и начальное давление и начальную влажность просадки. Это минимальные значения данных показателей свойств, при котором начинается процесс.

Методы определения просадочности грунтов

Согласно СП 11-105-97 (Часть III) просадочность грунтов можно определить с помощью полевых и лабораторных испытаний.

При лабораторных исследованиях просадочных грунтов, помимо природной влажности, плотности, гранулометрического состава, границ текучести и раскатывания, деформируемости и прочности следует выполнять определение специфических свойств, которые описаны в ГОСТе 23161-2012.

ГОСТ 23161-2012 устанавливает метод лабораторного определения характеристик просадочности при замачивании грунта водой: относительной просадочностиеsl , начального просадочного давления Рsl и начальной просадочной влажности wsl .

Характеристики просадочности следует определять по относительному сжатию, полученному по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах без возможности бокового расширения образцов грунта. Испытания проводят на образцах грунта ненарушенной структуры с природной влажностью и с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями.

Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует проводить по следующим схемам:

- "одной кривой" - для определения относительной просадочностиеsl при одном заданном значении давления;

- "двух кривых" - для определения относительной просадочностиеsl при различных давлениях, начального просадочного давления Рsl .

При испытаниях по схеме "одной кривой" нагрузку штампа на образец грунта с природной влажностью следует прикладывать ступенями до заданного давления Р3. Значение Р3 следует принимать равным значению суммарного давления Рe от собственного веса грунта в водонасыщенном состоянии и от проектируемого фундамента или только от массы грунта на глубине отбора образца. После условной стабилизации осадки образца грунта на последней ступени давления, соответствующей Р3, образец грунта необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки.

Испытания по схеме "двух кривых" надлежит проводить на двух образцах грунта, отобранных из одного монолита. Один образец следует испытывать в соответствии со схемой “одной кривой”, второй образец необходимо до его нагрузки замочить до полного водонасыщения. Затем следует провести нагрузку штампа на образец ступенями до заданного давления Р3, продолжая замачивание.

Допускается также для определения относительной просадочностиеsl при различных значениях давления на грунт и начального просадочного давления Рsl .

В этом случае испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах проводить ускоренным методом по "комбинированной схеме". Это сочетание методов одной и двух кривых упрощенным, основанным на испытании одного образца грунта и загружении его вначале при природной влажности до давления 0,1 МПа, но менее природного от собственного веса грунта, замачивании грунта при этом давлении и последующем догружении до заданного давления при непрерывном замачиваний. Метод позволяет определить те же характеристики грунта, что и метод двух кривых.

Из комплекса полевых методов исследований грунтов в СП 11-105-97 (Часть III) рекомендуется использовать испытания грунтов штампами, статическое зондирование, пенетрационный каротаж, замачивание грунтов в опытных котлованах и испытания свай.

Испытания грунтов штампами следует проводить в соответствии с ГОСТ 20276-85. По схеме «одной кривой» (в одном шурфе) - для определения модуля деформации Е просадочных грунтов природной влажности и относительной деформации просадочностиеsl при заданном давлении Рз. Посхеме «двух кривых» (в двух шурфах) - для определения модуля деформации Е просадочных грунтов природной влажности и в водонасыщенном состоянии Еsat (после замачивания), начального просадочного давления Рsi и относительной деформации еslпросадочности при различных давлениях. (ГОСТ.20276-85)

Статическое зондирование и (или) пенетрационный каротаж грунтов рекомендуется применять для расчленения толщи просадочных грунтов на отдельные слои, различающиеся прочностью и плотностью, и для оценки пространственной изменчивости свойств просадочных грунтов. По данным статического зондирования с определением сопротивления грунта погружению конусу зонда при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии может быть установлено предварительное значение относительной просадочности грунтов. (ГОСТ.20276-85) Статическое зондирование с поверхности дна шурфа выполняется ручным пенетрометром и основано на замере сопротивления зондированию динамометром сжатия.