1400

§ 3. Определение допустимого времени начала строительства при предпостроечном оттаивании грунтов

Если полная стабилизированная осадка, найденная как средняя величина по выражениям (XI.1) или (XI.2), будет больше предель­ ной при заданной глубине предпостроечного оттаивания h0, т. е.

срслн $(ЛЛ) > snр,

то можно не ожидать времени полного уплотнения оттаявших грун­ тов под действием их собственного веса, а определить допустимое по условию уплотнения оттаявших грунтов время строительства исходя из того положения, чтобы добавочная осадка, которая мо­ жет иметь место после оттаивания грунтов на глубину h0, т. е.

5Доб = 5(ЛЛ)—st будет меньше или равна предельной:

Так как степень уплотнения (консолидации) грунтов, как из­ вестно [формула (VI.46)], определяется соотношением:

то, подставляя st— sBi — snp, получим следующее выражение для степени консолидации грунта:

где s L1 ' — конечная осадка уплотнения оттаявшего грунта под дей­ ствием его собственного веса, вычисляемая по формуле (XI.1) или (XI.2).

ляемый по величине начального коэффициента фильтрации грунта &о, среднего начального коэффициента пористости грунта еш, вели­ чине максимального изменения коэффициента пористости Д ет ах и по параметру нелинейности компрессии аК, причем ув объемный вес воды.

Решая выражение для N относительно времени t0, получим

4h 2

Применение искусственных источников тепла для предпостроеч­ ного оттаивания вечномерзлых грунтов находит более широкое применение на практике, так как позволяет несколько индустриа­ лизировать оттаивание вечномерзлых грунтов.

К методам оттаивания вечномерзлых грунтов, использующих искусственные источники тепла, можно отнести:

1)гидрооттайку вечномерзлых грунтов холодной и горячей

водой;

2)оттаивание паром (открытым или закрытым способом);

3)электропрогрев вечномерзлых грунтов на необходимую глу­ бину переменным током;

4)термохимические способы оттаивания вечномерзлых грунтов. По данным Дальстроя *, наиболее эффективным способом гид-

рооттайки при предпостроечном оттаивании крупноокелетных грун­ тов является фильтрационно-игловой — оттаивание посредством иглофильтров, в которые под напором нагнетается вода. При этом наблюдается интенсивный вынос водой тонкодисперсного матери­ ала, что вызывает самоуплотнение оттаявших крупноскелетных грунтов, заканчивающееся практически через две-три недели. Обычно гидроиглы располагаются на расстоянии 3,5—4 м друг от друга; погружение на глубину до 7 м в крупноскелетный грунт производится при помощи буровых станков. При наличии дренажа или рельефа местности, обеспечивающего свободный сток талой воды (т. е. если нет условий промерзания в замкнутом объеме), крупноскелетные грунты после гидрооттайки легко осушаются и практически не выпучиваются. Как показали экономические иссле­ дования, строительство сооружений на крупноскелетных грунтах в условиях горного рельефа местности и особенно при высокотемпе­ ратурных вечномерзлых грунтах по методу предпостроечного от­ таивания грунтов значительно выгоднее других методов строитель­ ства на вечномерзлых грунтах в рассматриваемых условиях.

Оттаивание паром вечномерзлых грунтов на расчетную глубину при строительстве сооружений по методу предпостроечного оттаи­ вания производится двумя способами: открытым, когда пар в конце трубы (паровой иглы) выпускается в открытый грунт, и закрытым, когда пар циркулирует по замкнутой прокладке паропроводов. На практике, в большинстве случаев применяется открытый способ оттаивания вечномерзлых грунтов паром, хотя при этом способе будет увеличиваться влажность оттаявших грунтов вследствие кон­ денсации паров воды.

Паровые иглы погружаются обычно в дисперсные мерзлые грун­ ты под действием собственного веса или незначительным их по­ буждением ударным способом. Глубина оттаивания вечномерзлых грунтов с помощью паровых игл редко превосходит 10 м, тог­ да как предпостроечная напорно-фильтрационная гидрооттайка (игловая) вечномерзлых грунтов применялась до глубины 25 м

* См. сноску *** на стр. 395.

Следует различать методы уплотнения и упрочнения грунтов в процессе их предпостроечнош оттаивания и методы последующего доуплотнения и упрочнения оттаявших грунтов.

Рассмотрим уплотнение оттаивающих грунтов под действием их собственного веса и уплотнение при совместном действии собствен­ ного веса грунтов и так называемой огрузки, т. е. добавочной на­ грузки на поверхность оттаивающей толщи грунтов. Величины уплотнения от собственного веса и добавочной внешней нагрузки могут быть рассчитаны методами механики мерзлых грунтов, если будут известны компрессионные кривые оттаивающих грунтов только при давлениях, равных собственному весу грунтов на глу­ бине взятия проб грунта, и компрессионные кривые для оттаявшего грунта, уплотненного действием собственного веса вышележащей толщи грунтов и добавочным ©нешним равномерно распределен­ ным давлением.

К этому же виду методов уплотнения и упрочнения грунтов в процесе их предпостроечного оттаивания следует также отнести уже довольно широко применяющийся и достаточно детально раз­ работанный метод электроосмотического обезвоживания и упроч­ нения оттаивающих грунтов *. В процессе электроосмоса в водо­ насыщенных коллоидных глинистых и пылеватых грунтах возникает напорное движение поровой воды к катоду и увеличивается эффек­ тивное давление на скелет грунта у анода, что, с одной стороны, способствует обезвоживанию грунта, а с другой — уплотнению его скелета. Данный метод применим три наличии дисперсных глинис­ тых грунтов, для которых другие методы или вообще не примени­ мы или требуют длительного времени для достижения желаемых результатов уплотнения.

Электроосмотичеекое уплотнение оттаивающих глинистых грун­ тов производится посредством постоянного тока, причем в боль­ шинстве случаев используются те же трубчатые электроды, что и при электропрогреве. На рис. 173 дана схема расположения элект­ родов при электроосмотическом уплотнении оттаивающих грун­ тов **, согласно которой электроды внешнего контура являются катодами (отрицательно заряженными), куда собирается осмоти­ чески подтягиваемая поровая вода, внутренние же электроды слу­ жат анодами (с положительным зарядом), причем уплотняемый массив имеет несколько контуров электродов. Все электроды при

3.Е. П. К у д р я в ц е в . Расчет электроуплотнения глинистых грунтов. На­ учные доклады высшей школы. «Энергетика», 1959, N° 2.

4.Г Н. Ж и н к и н. Электрохимическое закрепление грунтов в строитель­

стве. Стройиздат, 1966.

** См. сноску ** на стр. 405.

Мерз_лый_ грунт

Рис. 173. Схема электроосмотического уплотнения грунтов при предпостроечном оттаивании:

Рис. 174. Поверхность вечномерзлых грунтов под опытным домом в Воркуте:

уплотнении сильнольдистых оттаивающих грунтов одновременно служат вертикальными дренами, а катоды, кроме того, конструи­ руются в виде водопонизительных иглофильтров.

Кроме того, опытами в Воркуте (Г Д. Потрашкова) получе­ но, что для равномерного закрепления грунтов электрооомосом не­ обходима химическая добавка (насыщенного раствора извести с 7%-ным содержанием хлористого кальция).

Электрооомотическое закрепление ведется при максимальном вакууме; и в процессе уплотнения замерами контролируется осадка грунтов, уровень грунтовых вод и температуры уплотняемого оттаи­ вающего грунта.

По Б. А. Ржаницыну и др. (см. сноску * на стр.405) электроосмотический метод характеризуется следующими примерными показа­ телями: продолжительность работ— 1—2 месяца; мощность элект­

Метод электроосмотического уплотнения оттаивающих грунтов с успехом был применен НИИоснований на опытных объектах жилых домов в г. Воркуте, где предпостроечное протаивание вечномерзлых грунтов производилось только под частью А жилого корпуса (рис. 174) *, отделенного от остального здания осадочным швом при очень неравномерном по глубине начальном залегании вечномерз­ лых грунтов. При этом после оттаивания массива вечномерзлого грунта на требуемую по расчету глубину и электроосмотического уплотнения осадки здания выровнялись, причем электроосмос и водопонижение дали дополнительную осадку уплотнения около 10— 15% от полной. Жилые дома, возведенные на улучшенном предпостроечном оттаиванием основании, дали общую осадку не более 30 мм и находятся в хорошем состоянии.

После предпостроечного оттаивания грунтов и их уплотнения в процессе оттаивания под действием их собственного веса или воз­ действия электроосмоса необходимо проверить расчетом прочность и деформируемость оттаявших грунтов.

Эти расчеты производятся по известным правилам и формулам общей механики грунтов по величине расчетных характеристик: прочностных (углу внутреннего трения ф и сцеплению с кГ/см2) и деформативных (величине коэффициента относительной сжимае­ мости а0 см2/кГ >или модулю общей деформации Е0 кГ/см2), установ­ ленных в результате опытов с образцами оттаявших грунтов есте­ ственной ненарушенной структуры.

Если расчеты покажут, что несущая способность грунтов не­ достаточна для восприятия нагрузки от возводимого сооружения, а прогноз изменения осадок определит, что они превзойдут предель­

* Предпостроечное оттаивание основания фундаментов. Сб. «Теория и прак­ тика мерзлотоведения в строительстве». Изд-во «Наука», 1965.