Определение типа грунтовых условий по просадочности
Одним из наиболее важных вопросов инженерно-геологических изысканий на площадках, сложенных просадочными грунтами, является правильное установление типа грунтовых условий по просадочности, который может быть определен:
а) на основе анализа общего инженерно-геологического строения рассматриваемого участка и местного опыта строительства;
б) по данным лабораторных испытаний грунтов на просадочность;
в) замачиванием опытных котлованов.
При определении типа грунтовых условий по просадочности по пункту а) одновременно анализируют:
географическое расположение и климатические условия исследуемой площадки;
форму рельефа, наличие суффозионно-просадочных явлений и просадочных блюдец, которые обычно свидетельствуют о происшедших просадках грунтов от собственного веса и возможности II типа грунтовых условий на соседних участках;
генезис и литологическое строение исследуемой толщи грунтов с учетом того, что для II типа грунтовых условий наиболее характерно залегание супесей и суглинков с числом пластичности до 0,12—0,14 и в меньшей степени — глин и песков;
состав, степень плотности, влажность грунтов и изменение их по глубине, имея при этом в виду, что повышенное содержание быстрорастворимых солей, низкая влажность и степень плотности свидетельствуют о более высокой просадочности и возможности II типа грунтовых условий по просадочности;
наличие давнего или современного орошения, при котором полностью завершаются просадки грунтов от собственного веса;
результаты исследований просадочных свойств грунтов, опытного и производственного замачивания их на соседних площадках с подобными грунтовыми условиями;
данные по условиям эксплуатации, характеру деформаций существующих зданий и сооружений, просадок грунтов от собственного веса, источника замачивания и т. п.
На основе совместного анализа перечисленных выше материалов выявляется возможность проявления просадки грунтов от собственного веса, предполагаемый тип грунтовых условий по просадочности, объем необходимых лабораторных исследований по уточнению типа грунтовых условий и необходимость проведения замачивания опытных котлованов.
При расчетных просадках грунтов от их собственного веса от 5 до 20—25 см фактические просадки в натуре, особенно при просадочных толщах более 15—20 м, часто отсутствуют или не превышают 5 см. В то же время нередки случаи, когда при этом диапазоне изменения расчетных просадок фактические их величины превышают 5 см, что свидетельствует о наличии II типа грунтовых условий по просадочности.
Наиболее достоверным путем определения типа грунтовых условий по просадочности является замачивание опытных котлованов, которое выполняют, как правило, на вновь осваиваемых площадках массовой застройки при необходимости уточнения:
типа грунтовых условий по результатам лабораторных исследований грунтов в случаях, когда грунтовые условия относятся ко II типу, но достаточно близки к I типу, т. е. при величине расчетной просадки от собственного веса грунта от 5 до 20—25 см;
величины просадки грунтов от их собственного веса;
величины просадочной толщи грунтов;
глубины, с которой происходит просадка грунтов от его собственного веса;
величины начального просадочного давления грунта при просадке его от собственного веса.
Опытное замачивание грунтов производят в котлованах с размерами сторон, равными величине просадочной толщи, но не менее 15 м и глубиной 0,4—1 м, отрываемых за счет снятия растительного и насыпного слоев.
Опытные котлованы располагают, как правило, на незастраиваемой территории в пунктах с наибольшими расчетными просадками грунтов и величиной просадочной толщи.
Замачивают грунт на опытном котловане с поверхности дна котлована или для ускорения замачивания через дренирующие скважины. Для предотвращения возможности заиливания дна котлована при замачивании его дно покрывают дренирующим слоем из песка, мелкого гравия и т. п. толщиной 6—10 см.
Для наблюдений за просадкой грунтов на дне котлована и за его пределами на расстоянии до (1,5—2) H устанавливают поверхностные, а в центре котлована глубинные марки. Поверхностные марки устанавливают по двум — четырем поперечникам через 2—4 м одна от другой, а глубинные марки через 2—3 м по глубине в пределах всей величины просадочной толщи. Кроме этого, замер на поверхности горизонтальных перемещений осуществляется по поверхностным маркам мерной лентой, для чего в створе по 1—2 поперечникам устанавливают за пределами зоны развития просадок опорные знаки.
Замачивают грунты в опытном котловане до полного промачивания всей толщи просадочных грунтов и условной стабилизации просадки, за которую принимается прирост ее не более 1 см за 10 дней.
В процессе замачивания замеряют количество залитой воды в грунт и через 5—7 дней производят нивелировку поверхностных марок относительно системы временных реперов, расположенных за пределами зоны развития просадок.
По результатам замачивания грунта в опытном котловане строят графики: суточного и общего расхода воды по времени; просадки глубинных и наиболее характерных поверхностных марок во времени; изменения просадки и относительной просадочности отдельных слоев грунта по глубине, а также линии равных просадок поверхности грунта в замоченном котловане и за его пределами; поперечных профилей просадки поверхности грунта.
Необходимость замачивания опытных котлованов больших размеров в плане приводит к значительному увеличению объемов работ, потребного количества воды, сроков их выполнения, трудоемкости и стоимости. При чаще всего применяемых размерах котлованов 20X20 м замачивание обычно выполняют в течение 1,5—3 месяцев, при этом расходуется около 3—4 тыс. м3 воды, подача которой часто затруднена из-за отсутствия близко расположенного источника замачивания. Существенно упростить работы и сократить расход воды и времени можно при значительном уменьшении размеров опытных котлованов. Однако при этом необходимо учитывать взаимодействие увлажненного и неувлажненного массивов грунта и, в связи с этим, зависимости просадки грунта от его собственного веса от ширины замачиваемой площади.
Для исключения влияния окружающего неувлажненного массива на просадку грунта ранее применяли обуривание замачиваемых котлованов часто расположенными по периметру глубокими скважинами. В начале 70-х годов этот метод был использован КазГИИЗом при замачивании опытных котлованов размером в плане 2X2 м. Более детальные исследования по влиянию отрезки путем проходки часто расположенных скважин на просадки грунтов, выполненные НИИОСП, позволили разработать метод ускоренного замачивания опытных котлованов небольшой площади.
Сущность метода ускоренного замачивания опытных котлованов небольшой площади состоит в частичном, не менее чем на 60% уменьшении контакта между замачиваемым котлованом и окружающим грунтом путем бурения часто расположенных скважин по периметру котлована.
Площадь опытных котлованов при ускоренном их замачивании в зависимости от величины начального просадочного давления принимается равной 3—10 м2, а глубина 0,3—0,8 м.
Рис. 29. План опытного котлована (а) и профиль просадки поверхности грунта (б): 1 — контурные скважины, засыпанные супесью; 2 — дренажные скважины, засыпанные песком; 3 — куст глубинных марок; 4 — поверхностные марки.
В котлованах для ускоренного замачивания устраивают (рис. 29): контурные скважины, расположенные по периметру котлована и предназначенные для частичной отрезки замачиваемого котлована от окружающего его грунта природной влажности, и дренажные скважины, расположенные в средней части котлована и предназначенные для равномерного увлажнения просадочного грунта под котлованом.
Глубина контурных и дренажных скважин, как правило, равна величине просадочной толщи, их диаметр при площади котлована F≥ 3—4 м2. рекомендуется принимать равным 150 мм, а при большей — 200 мм. Расстояния между контурными скважинами по периметру котлована должны быть в свету не более 0,8 их диаметра, а между дренажными скважинами 0,8—1 м. Контурные и дренажные скважины на всю их глубину засыпают дренирующим материалом, имеющим низкое значение угла внутреннего трения и сцепления (например, мелким хорошо окатанным песком, керамзитом и т. п). При отсутствии хорошо окатанного песка засыпку контурных скважин через одну по периметру производят местным песком, а оставшиеся скважины засыпают местным размельченным супесчаным грунтом или суглинком с числом пластичности I≤ 0,10.
Для наблюдения за просадкой грунтов в пределах котлована равномерно по всей площади устанавливают 4—8 поверхностных марок, а за пределами — по 1—2 поперечникам через 1—2 м на расстоянии до 6—10 м от края котлована. Глубинные марки устанавливают в центре котлована через 3—4 м по глубине и, как правило, струнные, при которых обеспечивается минимальное нарушение структуры грунта внутри котлована.
Обработка результатов ускоренного замачивания опытных котлованов небольшой площади выполняется так же, как и обычных котлованов с размером сторон не менее величины просадочной толщи.