Влияние планировочных насыпей и выемок на просадку грунтов

На просадки грунтов существенное влияние оказывают планировочные насыпи, которые, являясь своего рода маловодопроницаемым экраном, во-первых, вызывают повышение влажности грунтов за счет нарушения естественных условий аэрации и, во-вторых, создают дополнительную нагрузку на грунты. Из-за этого нарушается установившееся природное равновесие между прочностью существующей структуры просадочного грунта и его напряженным состоянием от собственного веса, что, в конечном итоге, даже при отсутствии замачивания может привести к дополнительным осадкам грунта.

Одним из примеров подобного явления может служить опыт возведения путепроводов под дамбой через балку Капустянку в Запорожье. Основание путепровода и прилегающих к нему откосов дамбы сложено лессами и лессовидными суглинками общей толщиной до 20 м, которые на глубину 12—15 м обладают просадочными свойствами. Лессовидные суглинки в основании опор путепроводов были уплотнены тяжелыми трамбовками на глубину 1,5 м.

После возведения фундаментов и опор путепроводов при нагрузке по подошве фундаментов около 0,06 МПа была произведена отсыпка примыкающей к нему дамбы высотой 9,5—10,5 м и шириной по верху около 30 м. Через полгода после окончания отсыпки дамбы были обнаружены весьма существенные осадки опор путепровода (рис. 18), равные по крайним опорам 280 и 600 мм, а по средней опоре — 180 мм и отклонения их верха от вертикали до 90—160 мм при практически полном отсутствии замачивания лессовых грунтов.

Рис. 18. Горизонтальные смещения верха опор (а), эпюра дополнительных нагрузок и профиль осадки опор (б) путепровода в Запорожье.

Выполненные дополнительные инженерно-геологические изыскания и обследования показали повышение влажности лессовых грунтов по всей глубине: под 5-й опорой с 0,11 до 0,2; 1-й опорой с 0,13 до 0,17, а под 3-й опорой до 0,14.

Анализ имевшихся материалов показал, что дополнительные осадки опор и отклонение их от вертикали произошли под совместным влиянием двух факторов: повышения влажности грунтов и дополнительной нагрузки от насыпи. Повышение влажности повысило сжимаемость лессовых грунтов под опорами 3, 1 и 5 соответственно в 1,5; 2,5 и 4 раза. Одновременно с этим произошло существенное увеличение нагрузок от веса насыпи на лессовые грунты основания, что и вызвало дополнительные, осадки опор с характерным профилем их развития.

Значительно влияют планировочные насыпи на просадку грунтов, особенно при подъеме уровня грунтовых вод. Это подтверждается многими случаями повышения просадок как территорий, так и зданий и, в частности, опытом эксплуатации сборочного корпуса на ЗТЗ в Запорожье.

Здание сборочного корпуса размером в плане 97,2X240 м возведено в I960 г. на слоистой толще лессов и лессовых суглинков, которые на глубину до 21 м обладают просадочными свойствами. Грунты в основании фундаментов уплотнены тяжелыми трамбовками на глубину 2 м. Перед началом возведения здания была отсыпана планировочная насыпь толщиной до 3,5 м у оси  (рис. 19). Кроме этого, в средней части здания имеется подвальное помещение глубиной 6,5 м размером в плане 30X60 м. Осадки здания начались в 1963—1964 гг. и проходили со скоростью до 35—80 мм в год и к концу 1968 г. составили по оси 1 235—350 мм, а по 41-й оси 3—50 мм.

Рис. 19. Эпюра дополнительных и разгружающих напряжений (а) и профиль просадки (б) корпуса в Запорожье.

Анализ инженерно-геологических условий и особенностей эксплуатации здания показал, что основной причиной дополнительных осадок фундаментов является подъем уровня грунтовых вод, который с 1952 по 1967 г. в пределах участка расположения здания поднялся на 4,5 м. Наряду с подъемом уровня грунтовых вод происходило повышение влажности нижних слоев грунта, примыкающих к уровню грунтовых вод, у оси 1 с 0,1 до 0,18, а у оси 41 с 0,12 до 0,14—0,17.

Подъем уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повышения влажности привели к просадке нижних слоев лессового грунта от собственного веса как в пределах расположения здания, так и на окружающей его территории. Причем замеренные величины просадок фундаментов и близко расположенных к ним незастроенных участков практически совпадают. Это указывает на то, что просадки происходят за счет сжатия нижних слоев, залегающих ниже сжимаемой толщи от нагрузки фундаментов. Величины просадок грунта тесно увязываются с толщиной планировочной насыпи. Максимальные просадки к концу 1968 г. величиной до 500 мм были замерены за пределами здания, где толщина планировочной насыпи составляла около 4,5 м.

В пределах здания просадки фундаментов также тесно увязываются с толщиной планировочной насыпи и величинами дополнительных давлений от нее (см. рис. 18). Весьма интересным является резкое снижение в 1,8—2 раза просадок фундаментов колонн в подвальном помещении, где нагрузка на нижние слои грунта за счет устройства технологического подполья уменьшилась в среднем на 0,12 МПа.

Таким образом, рассмотренный пример показывает, что планировочные насыпи увеличивают просадку грунта от собственного веса при подъеме уровня грунтовых вод, а выемки грунта — наоборот уменьшают просадку.

При устройстве глубоких выемок под подвалы, приямки на большой площади, каналы, туннели, а также при срезке грунта при его планировке происходит снижение величины просадочной толщи, напряженного состояния в грунте, глубины, с которой, происходит просадка грунта от собственного веса, и, как следствие этого, возможной величины просадки. Величина просадочной толщи и напряженное состояние в грунте обычно снижаются пропорционально повышению глубины выемки или срезки. В связи с тем что начальное просадочное давление с глубиной, как правило, возрастает, а относительная просадочность уменьшается, интенсивность снижения возможной величины просадки и глубины, с которой она происходит, по мере повышения глубины выемки возрастает.

Часто выемки грунтов под каналы, тоннели, подвалы, приямки имеют ограниченные размеры в плане, при которых просадки грунтов от собственного веса зависят от ширины замачиваемой площади. Поэтому в подобных случаях при оценке возможной величины просадки грунтов от собственного веса необходимо одновременно учитывать зависимости ее от ширины замачиваемой площади и глубины выемки. Вполне очевидно, что по мере уменьшения ширины замачиваемой площади глубина выемки, при которой просадки отсутствуют, будет снижаться, что равноценно повышению начального просадочного давления.

Таким образом, рассмотренные некоторые особенности развития просадок грунтов при устройстве планировочных насыпей и выемок грунта оказывают существенное влияние не только на возможные величины просадок, но и на изменение условий строительства. В частности, подсыпки грунтов и планировочные насыпи за счет увеличения просадочной толщи, нагрузки на просадочный грунт могут привести к переводу грунтовых условий из I типа по просадочности во И. При срезке грунтов и устройстве глубоких выемок, наоборот, за счет снижения напряженного состояния, величины просадочной толщи возможен переход грунтовых условий из II в I тип по просадочности.