Свойства набухающих грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Свойства набухающих грунтов

Введение

грунт усадка набухание сооружение

Процессы набухания и усадки характерны для набухающих грунтов. К набухающим грунтам относятся глинистые отложения, характерной особенностью которых является повышенная плотность и высокое содержание (65--85%) глинистых частиц размером менее 0,005 мм

Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие группы встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах).

Характерной особенностью набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании.

1. Свойства набухающих грунтов

Набухающие глинистые грунты характеризуются следующими параметрами:

· давлением набухания Psщ;

· влажностью набухания щsщ;

· относительным набуханием при заданном давлении еsщ;

· относительной усадкой при высыхании еsh.

Эти характеристики определяются в лабораторных условиях согласно ГОСТ 24143-80.

Давлением набухания Psщ грунта называют то минимальное давление, при котором грунт не набухает.

Давление набухания развивается в глинистом грунте как реакция внешней нагрузке, передаваемой на грунт от сооружения или выщелачивающей толщи грунта. Это давление может достичь 0,8 МПа и возникает в основании гидротехнических сооружений после пуска в них воды, что приводит к деформациям этих сооружений, вследствие неравномерного поднятия фундамента на разных участках.

За влажность набухания щsщ принимается влажность, полученная после завершения набухания образца, обжатого без возможности бокового расширения заданным давлением Р. С увеличением плотности грунта влажность набухания уменьшается.

Набухаемость грунтов оценивают коэффициентом относительного набухания еsщ, который находят испытанием грунта в одометре, и нагружают давлением, которое ожидается на данной глубине с учетом давления от возводимого сооружения. Затем в одометр подают воду. В результате чего происходит набухание образца грунта, т.е. поршень одометра будет перемещаться вверх. По данным испытания можно построить кривую (рис. 1).

Рис. 1. Зависимости деформаций набухающего грунта (а) и относительного набухания (б) от нормального давления

При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима относительное набухание находят по формуле:

где k -- коэффициент, определяемый опытным путем, а при отсутствии экспериментальных данных принимается равным 2;

щeg -- конечная (установившаяся) влажность грунта;

щ0 -- начальная влажность грунта;

е0 -- начальное значение коэффициента пористости грунта.

Значения относительного набухания зависят от плотности и начальной влажности грунта. С увеличением начальной влажности образца грунта набухание снижается тем быстрее, чем больше що.

Снижение прочностных характеристик при набухании происходит у всех набухающих грунтов. После набухания грунта модуль деформации уменьшается в несколько раз, что наглядно видно из табл. 1. Также видно, что модуль деформации набухающих глин, определенный в лабораторных условиях, значительно ниже, чем определенный при полевых испытаниях.

Таблица 1. Значения модуля деформации набухающих глин до и после замачивания (по Е.А. Сорочану, 1989)

Так, для глины природной влажности модуль деформации по полевым данным больше, чем по лабораторным, в 2,3--2,7 раза, а для увлажненной -- в 3,0--3,3 раза.

2. Процессы набухания и усадки

Набухающими называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой увеличиваются в объеме

Следует иметь в виду, что способность набухать имеют некоторые виды шлаков, а также не набухающие в обычных условиях пылевато-глинистые грунты, если они замачиваются отходами химических производств, в частности растворами серной кислоты. В набухающих грунтах возможен и обратный процесс -- усадка или уменьшение объема при снижении влажности.

Поступающая в набухающие грунты влага адсорбируется поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. При первоначальном относительно близком расположении частиц под действием гидратных оболочек они раздвигаются, вызывая увеличение объема грунта. Часть воды проникает внутрь кристаллов глинистых минералов, также приводя к увеличению объема грунта. При уменьшении влажности набухающих грунтов возникает их осадка, приводящая к объемным деформациям. Таким образом, набухающие грунты отличаются набуханием (увеличением объема) при увлажнении и усадкой (уменьшением объема) при высыхании.

3. Причины возникновения набухания и усадки

Набухание и усадка грунтов на строительной площадке возможны в результате следующих явлений:

· подъема уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнения поверхностными или производственными водами);

· накопления влаги в ограниченной по глубине зоне под сооружением в результате нарушения природных условий испарения, возможного при застройке и асфальтировании городской территории (экранирование поверхности);

· за счет изменения водно-теплового режима в верхней части зоны аэрации, происходящих в результате влияния сезонных климатических факторов;

· за счет высыхания от воздействия тепловых источников (котельных, доменных печей, атомных, тепловых электростанций и др.).

4. Последствия процессов набухания или усадки

Неравномерности поднятия или опускания фундаментов, возможные в результате набухания или усадки, суммируются с ожидаемыми неравномерностями осадок от действия внешних нагрузок. Если суммарные неравномерности превысят предельно допустимые, устанавливаемые нормами, необходимо предусматривать мероприятия по предотвращению возможного замачивания, аналогичные рассмотренным при наличии в основании лёссовых грунтов.

В некоторых случаях прибегают к предварительному замачиванию в пределах толщи набухающих грунтов, однако выполнение данного мероприятия осложняется медленным протеканием этого процесса. Для его ускорения иногда применяют вертикальные дрены.

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.

Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более раномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая отекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.

Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта ненабухающим.

Использование свайных фундаментов с полной прорезкой слоев набухающих грунтов предотвращают вредное воздействие набухания, но не исключает его влияния на полы и конструкции, устраиваемые непосредственно на поверхности грунта. Набухание довольно часто приводит к поднятию полов первого этажа, поэтому для исключения этого явления полы рекомендуется устраивать по перекрытиям. Применение свайных фундаментов с частичной прорезкой толщи набухающих грунтов приводит к существенному уменьшению поднятия фундаментов в случае, если нижележащий слой набухающего грунта имеет небольшую мощность и загружен значительной нагрузкой от прорезаемой толщи.

При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Если эти силы окажутся больше нагрузки, приходящейся на сваи, то фундамент может подняться, вызвав деформацию сооружения (фундамент из буронабивных свай с уширенной пятой в условиях набухающих и испытывающих усадку грунтов: 1 -- водонепроницаемая отмостка; 2 -- ростверк; 3 -- песок; 4 -- набухающий или испытывающий усадку грунт; 5 -- свая с уширением; 6 -- ненабухающий грунт).

Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением. Заделка нижнего уширенного конца свай в ненабухающий грунт уменьшает вредное воздействие трения по боковой поверхности. Горизонтальное воздействие усадки и набухания устраняют с помощью обратной засыпки пазух песком и укладки в зоне подошвы ростверка продольной арматуры, воспринимающей горизонтальные поперечные разрывающие усилия.

5. Способы снижения и исключения неблагоприятных воздействий от набухания или усадки

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.

Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более равномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая стекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.

Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта не набухающим.

6. Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на набухающих грунтах

Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.

Набухание грунтов происходит при разработке грунтов в котлованах и укладке грунтов в насыпи - так как основная масса грунта, принадлежит к покровным отложениям, четвертичного возраста, венчающим все геологические разрезы.

Перекрытые ими дочетвертичные глинистые породы набухают сильнее в силу более высокой плотности, меньшей влажности, разгрузки при вскрытии котлованами, выемками, когда и происходит разрушение структурных связей при воздействии осадков и смены температурного режима.

Наиболее интенсивно процессы набухания-усадки протекают в зонах переменного температурно-влажностного режима -- в откосах и насыпях.

В естественном состоянии глины, вмещающие, перекрывающие и подстилающие пласты водоносных песков, не размягчаются подземными водами, а как бы консервируются; подземные воды не влияют на склонность коренных глин к набуханию.

Однако при разработке котлованов происходит снятие слоя грунта, уменьшение давления, и доступ к коренным отложениям влаги, и возможности изменения температурного режима.

Набухание проявляется при нарушении природного сложения глинистых грунтов -- усадке при подсыхании и набуханию при увлажнении способны все глины и суглинки, но эта способность проявляется только при определенных условиях.

Сильнее всего склонны к усадке и набуханию морские и озерные глины палеогена, неогена и четвертичной системы, особенно мелководных фаций, и элювий-делювий этих пород.

Более сильно подвержены усадке и набуханию высокодисперсные глины средней и высокой степени литификации, обладающие обратимыми коагуляционными и стабилизационными структурными связями.

Как правило, содержание в них частиц мельче 0,005 мм превышает 50%, число пластичности составляет 0,28, границы раскатывания и текучести соответственно превышают 0,27 и 0,55. В составе этих глин присутствуют минералы групп гидрослюд, монтмориллонита и бейделлита;

Способность к набуханию связана с гидрофильным характером глинистых минералов, слагающих связные грунты, и большой удельной поверхностью последних.

Набухание -- это результат гидратации грунта которое обусловлено в основном образованием в грунте рыхлосвязанной воды. Оболочки связанной воды, формирующиеся вокруг коллоидных и глинистых частиц, уменьшают силы сцепления между ними, раздвигают их и этим вызывают увеличение объема грунта.

Набухание характеризуется влажностью (количеством воды, впитанной образцом испытуемого грунта при полном набухании), давлением, которое развивается в набухшем образце, и величиной набухания (отношением объема или высоты набухшего образца к первоначальному его объему или высоте до набухания.).

Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать.

При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка».

Набухающие грунты характеризуются давлением набухания рsw, влажностью набухания wsw, относительным набуханием еsw при заданном давлении уsw и относительной усадкой при высыхании еsh, характеристики набухающих грунтов - конечная (установившаяся, равновесная) влажность грунта weq, так и начальные значения влажности wo и коэффициента пористости eo.

Грунт набухающий -- грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) -- e_sw >= 0,04.

Относительная деформация набухания без нагрузки -- e_sw, д.е. -- отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143.

По относительной деформации набухания без нагрузки e_sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице.

Заключение

Для набухающих грунтов, при проектировании на них, зданий и сооружений, необходимо учитывать распространение и условия залегания, их мощность, минеральный и литологический состав, строение (наличие карманов, линз и прослоек пылеватого и песчаного материала); структурно-текстурные особенности, условия залегания покрывающих и подстилающих грунтов; величину раскрытия, глубину и направление распространения усадочных трещин, мощность зоны трещиноватости; относительное набухание (свободное и под нагрузками); влажность грунта после набухания; давление набухания; линейную и объемную усадку грунта; влажность на пределе усадки; горизонтальные давления, возникающие при набухании и усадке грунтов; оценку изменения свойств набухающих грунтов при строительстве и эксплуатации объектов.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяется в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались.

При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с указаниями пп. 2.67-2.71:

· водозащитные мероприятия;

· предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов;

· применение компенсирующих песчаных подушек;

· полная или частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим;

· полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта.

Список литературы

1.СНиП 2.02.01-83*

2.ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

3. А.А. Петраков. «Механика грунтов», 2004г

4. В.Т. Трофимов «Грунтоведение», 2005г

5. Б.И. Долматов «Механика грунтов», 2000г.

6. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. «Механика грунтов, основания и фундаменты», 2007г

7. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. «Механика грунтов. Основания и фундаменты», 2004г

Размещено на Allbest.ru