книги из ГПНТБ / Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению

тия в пределах зоны влияния известковых свай при вза­ имодействии извести с глинистыми частицами скелета слабого грунта. Если, однако, экспериментами будет ус­ тановлено, что при применении известковых свай сохра­ нится явление начального градиента напора, в также величина структурной прочности сжатия уплотняемых грунтов, то вместо дифференциального уравнения (ІѴ.11.4) следует использовать уравнение (ІѴ.3.10) и принять граничные условия для вертикальных песча­ ных дрен.

12. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ ДЛЯ СЛУЧАЯ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН И ДРЕНИРУЮЩИХ ПРОРЕЗЕЙ

Допустимая деформация основания определяется ве­

из условия совместной работы сооружения и его основа­

При применении вертикальных дрен и дренажных прорезей необходимо, чтобы основная часть ожидаемой величины осадки произошла в период возведения соору­ жений, т. е. до устройства железобетонного днища шлю­ за, бетонного покрытия дорог, аэродромов и т. п. Осад­ ки, которые произойдут после окончания строительства, должны быть меньше допускаемых для данного типа сооружений.

Методика проектирования основания из сильносжи­ маемых водонасыщенных глинистых грунтов для случая применения вертикальных дрен и дренирующих проре­ зей заключается в следующем:

1.Определяется величина ожидаемой деформации основания s от нагрузки сооружения.

2.Определяется величина предельной деформации

основания фундамента, которая обусловлена предель­ ной величиной деформации конструкции сооружения sn p .

3. Определяется степень консолидации, которую грунты основания должны иметь к моменту возведения сооружения

253

мых водонасыщенных глинистых грунтов по формулам, приведенным в настоящей главе, определяется расстоя­ ние между вертикальными дренами (дренажными про­ резями) и их диаметр (ширина прорези).

В связи с тем что отжимаемая в процессе консолида­ ции из грунта вода выносит определенное количество глинистых частиц, которые со временем частично заили­ вают дрену, до постановки исследований рекомендуется величину расчетного диаметра дрены или ширину проре­ зи увеличивать на 10—15%.

13. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ОСНОВАНИЯ ДЛЯ СЛУЧАЯ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕСЧАНЫХ ДРЕН И ДРЕНАЖНЫХ ПРОРЕЗЕЙ

Как было показано выше, применение вертикальных песчаных дрен, дренажных прорезей, а также песчаных подушек совместно с вертикальными песчаными дрена­ ми значительно сокращает сроки консолидации сильно­ сжимаемых водонасыщенных грунтов.

По мере уменьшения в процессе консолидации поро­ вого давления или влажности прочность (сопротивление сдвигу) сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов увеличивается. Исключение составляют грунты с прочными структурными связями и случаи, когда при-

254

ложеппая нормальная нагрузка меньше структурной прочности сжатия грунтов.

Расчет прочности основания по аналогии с определе­ нием прочности водонасыщенных грунтов можно произ­ вести двумя способами.

Первый, приближенный способ, основан на теории порового давления и широко распространен за рубежом [51]. По этому способу прочность грунта в любой точке основания сооружения в данный момент времени t опре­

из условия передвижения поровой воды только в гори­ зонтальном направлении в вертикальные песчаные дре­ ны. Затем определяют поровое давление иг в этой же точке основания и в тот же момент времени t для случая передвижения поровой воды вертикально в песчаную по­ душку.

дем суммарное поровое давление в данной точке осно­ вания в момент времени t (в случае передвижения поро­

лить сопротивление грунта сдвигу в данной точке в мо­ мент времени t.

Для расчета устойчивости сильносжимаемых водона­ сыщенных грунтов при незавершенной консолидации

255

Глава V

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСОЛИДАЦИИ СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПРИ ИСКУССТВЕННЫХ ОСНОВАНИЯХ

1. ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

Задачи экспериментальных исследований состоят в том, чтобы выяснить фактическую работу грунтов ос­ нования данного сооружения при различных методах искусственного уплотнения и упрочнения грунтов осно­ вания вертикальными песчаными дренами, песчаными сваями, дренирующими прорезями, известковыми свая­ ми и т. п.

Кроме того, исследования позволили проверить спра­ ведливость предложенных нами методов и формул рас­ чета искусственных оснований и пределы их примени­ мости.

Полевые опыты позволяют исследовать грунты ис­ кусственных оснований различных типов при помощи больших штампов, близких по размеру реально сущест­ вующим (и проектируемым) фундаментам. При поле­ вых натурных опытах можно выявить процессы заили­ вания дрен и песчаных свай в различных грунтовых ус­ ловиях, оценить длительность работы песчаных свай, песчаных дрен и прорезей и определить эффективность их работы. Однако следует отметить, что точность изме­ рений в полевых опытах обычно значительно ниже, чем в лабораторных. Кроме того, в лабораторных опытах, которые проводятся при постоянной температуре, можно добиться большей повторности экспериментов, уточнить распределение порового давления во времени, найти распределение порового давления на различных рассто­ яниях от песчаной дрены, известковой сваи, песчаной подушки и т. п. В лабораторных условиях можно полу­ чить более обширную информацию о фактическом на­

глинистых грунтах при устройстве песчаных и известко­ вых свай.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД

Проверка формул, предложенных для расчета верти­ кальных песчаных дрен, песчаных и известковых свай, проводилась экспериментально на двух специально соз­ данных для этой цели стендах (установках). Каждый экспериментальный стенд состоял из большого компрес­ сионного прибора, гидравлической системы для созда­ ния порового давления в грунтовом массиве, приемных

Рис. V.l. Экспериментальный лабораторный стенд

датчики давления), аппаратуры измерения порового давления и индикаторов деформаций.

Большой компрессионный прибор стенда (рис. V.1) представляет собой металлический цилиндр 1 внутрен­ ним диаметром 500 мм со стенками толщиной 14 мм. Для предотвращения коррозии и уменьшения трения по

к боковым стенкам цилиндра и усилено восьмью ребра­ ми жесткости 3. В днище толщиной 20 мм имеется отвер­ стие 4 диаметром 30 мм с резьбой, закрываемое болтом 5, который можно вывернуть, не передвигая прибора. От­ верстие 4 с внутренней стороны покрыто двойной медной сеткой. К верхней части цилиндра по всему периметру

258

приварен фланец .6 шириной 8 см, к которому на болтах прикрепляется верхняя крышка 7 диаметром 660 и тол­ щиной 14 мм. На крышке имеются два металлических газовых крана 8 для создания давления в приборе, два индикатора 9 для определения вертикальных деформа­ ций грунта и образцовый манометр 10. Верхняя крышка прижимается к фланцу цилиндра через прокладку 11 из вакуумной резины толщиной 5 мм и полихлорви­ ниловой пленки толщиной 0,1 мм.

К конструкциям системы измерения порового давле­ ния в различных точках прибора были предъявлены следующие требования:

1)точность измерения до 0,01 ат;

2)приемные зонды и трубки должны обеспечивать минимальное отставание изменения показаний приборов от изменения порового давления в месте его опреде­ ления;

3)объем воды в приемных зондах и соединительных трубках должен быть минимальным, причем последние должны обладать гарантированной жесткостью в преде­ лах изменения порового давления;

4)минимальный расход воды в системах измерения порового давления;

5)возможность перемещения приемных зондов поро­ вого давления на различное расстояние от центра при­ бора.

были пропущены медные трубки приемных зондов поро­ вого давления. Гайки имели резиновые прокладки 13, позволяющие передвигать приемные зонды в горизон­ тальном направлении на любое расстояние от центра прибора и дрены 15, не нарушая герметичности послед­ него.

Приемный зонд порового давления представляет со­ бой латунный цилиндр 14 внешним диаметром 10, внутренним 7 и длиной 15 мм. Внутренняя полость ла­ тунного цилиндра была заполнена фильтром из кварце­ вого песка (размер частиц 0,25—0,05 мм), склеенного водостойким клеем. Фильтр легко пропускает воду.

Резьба в днище цилиндра позволяла герметично сое­ динять приемный зонд с медной трубкой 16. Такая кон-

струкция приемных зондов обеспечивала их незасоряе-

Медные трубки внутренним диаметром 3 мм со стен­ ками толщиной 2 мм за пределами большого компрес­ сионного прибора соединялись с вакуумными резиновы­ ми шлангами 17 (внутренний диаметр 4 и толщина сте­ нок 5 мм). Резиновые шланги от всех десяти приемных зондов порового давления были выведены на прибор­ ную панель 18 и через систему пластмассовых и стек­ лянных кранов соединены с распределительным устрой­ ством 19, к которому был присоединен прибор для изме­

полняющей капиллярную трубку, в измерительную сис­ тему прибора), станины прибора с гнездами для за­ крепления U-образной трубки, образцового манометра 23 и прибора противодавления 24, состоящего из метал­ лического конуса с крышкой 25, мембраны из вакуум­ ной резины 26 и регулирующих винтов 27. Прибор тща­ тельно заполнялся дистиллированной водой, а в U-об- разную капиллярную трубку помещали капельку ртути, положение которой фиксировалось на капилляре.

Вся система — приемные зонды, медные трубки, ре­ зиновые шланги и распределительное устройство — бы­ ла заполнена дистиллированной водой. Перед началом

После открытия крана на резиновом шланге, идущем от данного зонда, в воде распределительного устройства возникало такое же давление, как и в грунте. Через во­ ду в распределительном устройстве давление передава-

260

лось на ртуть в U-образной капиллярной трубке и она начинала смещаться в одно колено. Нажимом регулиру­ ющих винтов 27 на резиновую мембрану в приборе уда­ валось создать противодавление, которое удерживало ртуть на фиксированном месте. Таким образом, в воде, заполняющей прибор, возникало давление, равное поровому давлению в исследуемой точке грунта. Давление воды в приборе измерялось образцовым маномет­ ром 23.

Давление на грунт в большом компрессионном при­ боре создавалось водой, заполняющей его верхнюю часть, и передавалось через полихлорвиниловую пленку, свободно лежащую на грунте (воздух из-под пленки удаляли до начала испытаний). Для создания давления в воде были использованы бачки компенсатора 29, при­ меняемые при испытаниях грунтов на трехосное сжатие.

На полихлорвиниловой пленке помещался круглый металлический штамп, который обеспечивал равно­ мерность осадки грунта в приборе.

До начала испытаний установку тарировали на водонасыщенном крупнозернистом песке. Для этого весь компрессионный прибор загружали песком, затем все системы установки тщательно заполняли водой и при помощи бачков компенсатора устанавливали давления: 0,1; 0,5; 1 и 1,5 кгс/см2. На каждой ступени приложенной нагрузки определяли поровое давление в каждом прием­ ном зонде. Следует отметить, что при тарировке все зон­ ды показали давление, равное приложенному (закрытая система). После того как поровое давление достигало 1,5 кгс/см2, открывали отверстие 4 в нижнем днище большого компрессионного прибора и устанавливали емкость для выжимаемой из грунта воды. Одновремен­ но по двум приемным зондам (один у поверхности грун­ та, другой у днища прибора) следили за изменением порового давления. Как показали наблюдения, поровое давление в верхнем и нижнем зондах было почти одина­ ковым в определенные интервалы времени. Во всех приемных зондах оно уменьшалось до нуля за 4,2 мин. После падения порового давления до нуля вода пере­ ставала выжиматься из грунта, хотя приложенное дав­ ление оставалось равным 1,5 кгс/см2. Это свидетельст­ вует о том, что все давление воспринимается скелетом песчаного грунта (эффективные напряжения).

261

3. СОСТАВ ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

Экспериментальное определение изменения порового

под образцом грунта, на скорость консолидации, а так­

тельное уплотнение грунтов на процесс фильтрационной консолидации.

В лабораторных исследованиях были испытаны под­ московная красная глина (с нарушенной структурой), илы оз. Сиваш и лёсс Душанбе. Физико-механические характеристики свойств грунтов приведены в табл. V . l .

Глинистый грунт предварительно высушивали до влажности 5,4—19,5% и размалывали на шаровой мельнице. Затем измельченный грунт просеивали через сито с отверстиями 0,25 мм. Просеянный глинистый грунт затворяли на дистиллированной воде с температу­ рой около 40° С в баке емкостью 0,5 м3. Повышенная температура грунтовой массы в период получения гли-

262