Особенности работы армированного массива

На основе учета взаимодействия просадочных грунтов с. уплотненными,  закрепленными  массивами и сваями  НИИОСП предложен и успешно разрабатывается новый метод устранения просадок грунтов от их собственного веса путем армирования лессовых толщ элементами повышенной прочности. Сущность его состоит в том, что для повышения прочностей и несущей способности просадочного грунта до величин, превышающих суммарную величину давлений от собственного   веса  грунта, сил нагружающего трения и нагрузки   фундаментов,   в толщу грунта вводят вертикальные элементы повышенной прочности, которые работают совместно с окружающим грунтом (рис. 26).

Для более полного использования несущей способности материалов армирование наиболее целесообразно осуществлять элементами с уменьшающейся от центра к краям прочностью. Это можно достичь устройством шлаковых, шлаконабивных, бетонных свай в пробитых скважинах, закрепленных столбов силикатизацией и обжигом. Для устранения просадок грунтов в пределах деформированной зоны от нагрузки фундаментов, а также создания распределительной подушки, обеспечивающей передачу нагрузки от фундаментов на армированный массив и включение в совместную работу всех входящих в него элементов (сваи, уплотненного и неуплотненного грунта естественного сложения), в основании фундаментов устраивают уплотненный или закрепленный слой.

Рис. 26. Схема армирования толщи просадочных грунтов элементами повышенной просадочности: а — план расположения армирующих элементов; б — поперечный разрез армированной толщи; изменения прочности элементов, входящих в армированную толщу на глубине (в) к в плане (г); 1 — армирующий элемент (шлаконабивная свая); 2— уплотненная зона вокруг сваи; 3 — грунт естественного сложения; 4 — непросадочный подстилающий грунт; 5 —грунтовая подушка.

Работу армированных массивов исследовали в Запорожье на Хортицком жилмассиве на опытных участках, сложенных лессами и лессовидными суглинками, которые на глубину 18—22 м обладают просадочными свойствами с расчетной просадкой от собственного веса грунта до 96 см.

Грунты армировали шлаконабивными сваями на 0,95 величины просадочной толщи по технологии глубинного уплотнения пробивкой скважин станком ударно-канатного бурения БС-1М с пробивным наконечником диаметром 425 мм. Пробивные скважины диаметром 0,45—0,55 м заполняли отдельными порциями шлаком, который после увлажнения уплотнялся тем же снарядом. Скважины располагали в шахматном порядке с расстояниями в осях 3 м. В результате этого был создан армированный массив из шлаконабивных свай с прочностью материала на одноосное сжатие 2—4 МПа и уплотненных вокруг них зон диаметром 1,5—1,8 м и просадочного грунта естественного сложения.

Испытания армированных массивов размером в плане 12X13 и 12X16,5 м включали одно- и двустороннее замачивание грунтов из прилегающих котлованов шириной 10—12 м и длиной 18 м с замером просадок грунтов и армирующих элементов по поверхностным и глубинным маркам, вертикальных напряжений в грунте естественного сложения, уплотненном и в шлаконабивных сваях месдозами, а в бетонных сваях — динамометрами, установленными на глубинах от 7 до 14 м.

Результаты выполненных исследований показали, что благодаря разгружающему влиянию армированных массивов центр просадок грунтов от собственного веса в котлованах смещается в стороны от армированных массивов и максимальная неравномерность просадок происходит в пределах полосы шириной 2— 3 м, непосредственно примыкающей к армированным массивам (рис. 27). Просадки грунтов в пределах армированных массивов происходят начиная с глубины 12—14 м, в то время как в грунтах естественного сложения — с глубины около 6 м, причем значительная часть в пределах 30—48% от ее величины за счет сжатия подстилающих армированный массив практически непросадочных суглинков.

Рис. 27. Кривая просадки грунта в котлованах 1 и 2 и в армированном массиве 3; 4 — скважины; 5 — срыв грунта вдоль линии отрезки.


Рис. 28. Графики изменений вертикальных напряжений: а — во времени на глубине 14м; 1 — в грунте естественного сложения; 2 — в уплотненном грунте; 3 — в свае; б — по глубине сваи, расположенной в центре армированного массива.

Наблюдения за работой месдоз и динамометров показали, что как и в уплотняющих массивах, так и в сваях они достаточно надежно работают лишь на первом этапе замачивания и развития просадки грунтов, а в дальнейшем, по-видимому, вследствие попадания в них влаги, обрыва проводов, даже при наличии компенсаторов, выходят из строя. Поэтому с достаточной надежностью удалось проследить за изменением напряженного состояния в армированных массивах только при просадках грунтов до 15—20 см.

По данным наблюдений на одном из характерных горизонтов (рис. 28, а) начальные напряжения вследствие запрессовки месдоз при их установке в уплотненном грунте на глубине 14 м составляли около 0,42 МПа, в грунте естественной структуры — 0,35 МПа, а в свае динамометр показывал напряжения порядка 0,22—0,25 МПа. С момента появления просадки грунтов в котловане обычно вначале происходило повышение вертикальных напряжений в уплотненном грунте и соответственно снижение их в грунте естественной структуры и в свае. Через 25 дней после замачивания вертикальные напряжения в уплотненном грунте увеличились с 0,42 до 0,56 МПа, т. е. на 0,14 МПа, в грунте естественной структуры снизились с 0,35 до 0,25 МПа, а в свае возросли до 1,42 МПа, т. е. на 1,2 МПа после чего показания динамометра стали нестабильными и он вышел из строя. В дальнейшем напряжения в уплотненном грунте после повышения до 0,68 МПа снизились до 0,54—0,56 МПа и при этих значениях практически стабилизировались. В грунте естественной структуры, наоборот, происходило снижение напряжений до 0,2 МПа, затем повышение до 0,3—0,28 МПа и при этих значениях они оставались в течение длительного времени.

Приведенные на рис. 28, б данные об изменении вертикальных, напряжений по глубине сваи, расположенной в центре армированного массива, на которую в меньшей степени должна была оказать влияние просадка грунта в котловане, свидетельствуют о закономерном повышении напряжений с глубиной. Некоторое снижение вертикальных напряжений, которое наблюдалось с самого начала, видимо, явилось результатом погрешностей, допущенных при установке динамометра, а также тем, что на этой глубине большая часть вертикальных напряжений воспринимается уплотненным грунтом, имеющим большую степень плотности и прочности.

Анализ результатов замеров напряжений в армированном массиве показал, что практически по всем тензометрическим сваям и скважинам суммарные величины разгружающих напряжений в грунте естественной структуры были близки или на 20— 40% меньше суммарных величин нагружающих напряжений в свае и уплотненной вокруг нее зоне. Это указывает на полное взаимодействие входящих в армированный массив элементов свай уплотненного грунта и грунта естественной структуры.