ГлавнаяСтатьи

Проектирование фундаментов глубокого заложения

Характеристика строительных свойств грунтов

Фундаменты глубокого заложения могут опираться как на скальные породы, так и на нескальные сжимаемые грунты.

При проектировании фундаментов опор мостов необходимо глубоко анализировать структуру напластования грунтов и их свойства. Назначение оптимальных размеров свай, глубины их погружения, а также выбор сваебойного агрегата и другие вопросы могут быть решены только при правильной оценке свойств грунтов.

Слабое изучение геологии места строительства фундаментов иногда приводило к катастрофическим последствиям, хотя давления на основание назначались небольшие. Примером может служить большая осадка устоев одного моста, которые были построены на деревянных ростверках в 1886 г. Грунт основания под устоями состоял из иловатых глин с примесью торфа, подстилаемых мелким водонасыщенным песком. Давление по подошве фундамента составляло всего 1 кг/см2. Осадка устоев через год составила 4,2 м, а к концу 1913-г. — 5,6 м.

Недооценка деформативности иловатых глин привела к большой осадке опор моста с трехшарнирным железобетонным арочным пролетным строением пролетом 65 м, построенным в 1929 г. Правый устой этого моста опирался на 410 деревянных свай длиной 8 м, причем нагрузка на сваю не превышала 15 т. Грунт под основанием устоя состоял из мощной толщи илисто-песчаного аллювия, насыщенного водой, с линзообразными прослойками иловатой глины. К 1933 г. передняя часть устоя дала осадку 60 см, а задняя— 130 см. Таких примеров много.

Правильная оценка свойств грунтов требует высокой квалификации инженера. Сложность такой оценки заключается не только в многообразии встречающихся грунтов, но также и в колебаниях их свойств в широких пределах.

ском и глиной. Скальные породы практически несжимаемы. Отдельные виды скальных пород менее прочны и обладают большей сжимаемостью (мергели, окремненные глины, песчаники с глиной и т.д.), причем некоторые из них неводостойки (гипс, гипсоносные конгломераты, каменная соль и др.). В гип-соносных, мергелистых, известняковых, доломитовых и других породах часто встречаются карстовые образования, которые образуются в результате растворения и выщелачивания породы подземными водами, циркулирующими по трещинам, т. е. гидрохимическими процессами. Скальные породы обычно являются хорошим основанием.

Следует избегать оснований из растворимых грунтов. При этом надо иметь в виду, что растворимые грунты особенно сильно вымываются, если они залегают под водонепроницаемыми грунтами. Иногда пустоты в скальных грунтах образуются и в результате размыва песка и глины подземными водами. Скальные грунты иногда оползают под нагрузкой, если они опираются наклонным пластом на глины, которые при смачивании водой образуют скользящую поверхность. Все эти явления должны вызывать внимание геологов и проектировщиков.

Нескальные грунты образуются в результате физического и химического выветривания скальных пород и различаются между собой составом минеральных частиц.

По крупности минеральные частицы подразделяют на следующие группы:
1. Галька (окатанные частицы) и щебень (угловатые частицы) размером более 20 мм.
2. Гравий (окатанные частицы) и дресва (угловатые частицы) размером 20—2 мм.
3. Песчаные частицы —2—0,05 мм.
4. Пылеватые частицы — 0,05—0,005 мм.
5. Глинистые частицы — мельче 0,005 мм.

Первые четыре группы образовались в результате физического выветривания скальных пород. Их минералогический состав не отличается от минералогического состава скальных пород, из которых они образовались.

Глинистые частицы образовались в результате химического воздействия; их минералогический состав отличается от состава скальных пород, из которых они образовались.

По содержанию минеральных частиц нескальные грунты делятся на крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Крупнообломочные грунты подразделяют на Щебенистые (при преобладании окатанных частиц — галечниковые) и дресвяные (при преобладании окатанных частиц — гравийные).

Щебенистый грунт содержит более 50% по весу частиц крупнее 10 мм, а дресвяный — более 50% крупнее 2 мм.

Песчаные грунты -не обладают свойством пластичности и содержат менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм. Песчаные грунты подразделяют на:

гравелистые — вес частиц крупнее 2 мм составляет более 25%; крупные—вес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%’. средней крупности — вес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%; мелкие —вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%; пылеватые — вес частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75%.

Крупнообломочные и песчаные грунты хорошо пропускают воду, поглощают количество воды, не превышающее объема пор; механические свойства их при насыщении водой мало изменяются. Заметное снижение прочности происходят только в мелких и пылеватых песках, в которых также затруднен водоотлив. Крупнообломочные и песчаные грунты малосжи-маемы и непучинисты. Уплотнение этих грунтов под нагрузкой, т. е. стабилизация деформации оснований, происходит за короткое время.

Песчаные грунты, кроме водонасыщенных пылеватых песков, являются очень надежными основаниями. Песчаные прослойки, встречаемые между пластами глинистых’ грунтов, как правило, пылеваты и водонасыщенны. Поэтому они не могут служить надежным основанием.

Водонасыщенные мелкие и пылеватые пески плохо сопротивляются вибрационным нагрузкам, иногда наступает их внезапное разжижение.

Глинистые грунты могут иметь твердую, пластичную и текучую консистенции. В текучем состоянии они находятся, когда насыщены значительным количеством свободной воды, а в пластичном — при небольшом количестве свободной воды. Степень влажности глинистых грунтов характеризует их коней-

Глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции могут служить надежным основанием. Мягкопла-стичные глины очень деформативны и дают большие осадки во времени; поэтому использовать эти грунты как основания под ответственные сооружения избегают. Глинистые грунты с коэффициентом консистенции В>0,6 основаниями служить не могут.

Глинистые грунты маловодопроницаемы, а глина вообще водонепроницаема. Однако они способны набухать, т. е. поглощать в себя воды больше, чем объем пор, увеличиваясь в объеме в 2,5—3,5 раза. Физические и механические свойства глинистых грунтов во многом зависят от количества воды в порах. Глинистые грунты называют набухающими, если где ет — коэффициент пористости грунта, соответствующий влажности на границе текучести.

Глинистые грунты сжимаемы, а стабилизация деформации под основанием протекает в течение длительного времени. При воздействии ударной нагрузки на эти грунты разрушаются структурные связи, освобождается иммобилизованная вода (изолированная вода в замкнутых порах грунтов) и часть физически связанной воды переходит в свободную. При интенсивном динамическом воздействии, например при вибрации, глинистые грунты разжижаются. При прекращении воздействия структурные связи очень медленно восстанавливаются, и происходит их тиксотропное упрочнение.

Большинство глинистых частиц имеет отрицательные электрические заряды, которые порождают явление электроосмоса. Сущность его состоит в том, что если через глинистый грунт пропустить постоянный электрический ток, то в зоне анода начнется осушение частиц грунта, а в зоне катода — увеличение их влажности. Если сделать ранее забитую сваю анодом, а забиваемую сваю катодом, то можно облегчить погружение, . так как на поверхности забиваемой сваи появляется водяная пленка, уменьшающая силы трения. При проведении опытных работ с использованием электроосмоса время на погружение сваи сокращалось на 40%.

Одной из особенностей глинистых грунтов является их способность к реакциям взаимного обмена катионами, находящимися в окружающей воде. Состав обменных оснований и их количество определяют физико-механические и физико-химиче-ские свойства грунтов. Например, глинистые грунты, содержащие в себе обменный натрий, при определенных условиях не фильтруют воду. Изменяя состав обменных оснований, можно регулировать свойства глинистых грунтов.

Глинистые грунты, особенно глина, обладают большими силами сцепления. Глина, например, может держаться в вертикальной стенке высотой до 6 м, но вследствие впитывания влаги из атмосферы стенка со временем разрушается. При высыхании глина твердеет, становится пористой, в ней появляются трещины, сжимаемость уменьшается, а сопротивление сдвигу увеличивается. Поэтому испытания нужно производить над образцами с ненарушенной структурой.

Суглинки отличаются от глины не только составом минераль-пых частиц, но также внешними признаками. При растирании глины между пальцами не ощущаются песчинки. Многие глины имеют запах, а суглинки не имеют запаха. На поверхности сырой глины, если по ней провести ногтем, остается блестящий след. Глина хотя и медленно впитывает воду, но может поглощать большое количество ее. Суглинок впитывает воду быстрее, но немного. При достаточной влажности глина становится пластичной, и ее применяют как формовочный материал, а суглинки не годятся для этой цели.

Из глинистых .грунтов в особую группу необходимо выделить ленточные глины, которые образовались в период таяния ледников и относятся к озерно-ледниковым отложениям. Характерной особенностью этих глин является то, что в них переслаиваются тонкие глинистые слои с песчаными. Ленточные глины обычно находятся в пластичном состоянии, но часто при разведочном бурении их относят к глинам с текучей консистенцией. Это объясняется тем, что прослойки находятся в коллоидном состоянии и обладают тиксотропией. Песчаные прослойки делают ленточные глины водопроницаемыми, поэтому они очень пучинисты.

Ленточные глины могут быть использованы как естественное основание при соблюдении необходимых мер предосторожности. Но в качестве основания для свайных фундаментов и фундаментов глубокого заложения, для возведения которых необходимы силовые воздействия (удары или вибрация), они непригодны. Ленточные глины встречаются на северо-западе, и севере европейской части СССР и северо-западе Сибири.

Илистые грунты представляют собой глинистые грунты раннего возраста. Они пористы и имеют слабые структурные связи, при быстром нагружении переходят в жидкое состояние. Илистые грунты имеют коэффициент пористости более 1,0—1,5. Илистые грунты не могут служить основанием опор мостов, и всегда приходится их проходить.

Так же малонадежными как основание являются плывуны, которые легко разжижаются при воздействии на них вибрации. Плывуны медленно отдают воду и плохо осушаются. Свойством «плывунов» обладают пылеватые супеси и глинистые грунты, обладающие повышенной тиксотропией, т. е. способностью разжижаться при воздействии на них внешней нагрузки и принимать первоначальное состояние при ее снятии.

Все глинистые грунты в той или иной степени обладают тиксотропией. В грунтах пластичной консистенции тиксотропия выявляется при интенсивной вибрации.

Лёссовидные грунты имеют высокую пористость. Размер крупных пор в этих грунтах превышает размер частиц скелета. Благодаря этому лёссовидные грунты получили название макропористых. Связи между частицами этих грунтов осуществляются за счет структурного сцепления. От намокания при одновременной загрузке эти связи нарушаются (в результате растворения связующих, часто углекислой извести, сернокислых или хлорных солей), что приводит к просадке основания. Иногда при увлажнении больших массивов просадка основания доходит до нескольких метров. Поэтому лёссовидные грунты получили название просадочных.

Чтобы устранить просадочность этих грунтов, применяют поверхностное уплотнение, глубинное уплотнение грунтовыми сваями, упрочнение термическим способом или силикатизацией.

Заторфованные грунты и торфы применять как основания, а так же как подстилающий слой недопустимо.



Читать далее:
Выбор вида свай и оболочек
Конструкция винтовых сваи
Бурение скважин станками роторного бурения
Бурение скважин станками ударно-канатного бурения
Способы бурения скважин
Виды буровых свай
Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках
Устройство уширенного основания оболочек
Бетонирование полости оболочек
Направляющие устройства и извлечение грунта из внутренней полости оболочек



Ваш отзыв


 



Главная