Свойства набухающих грунтов

Оглавление 

1 Введение. 2

2 Свойства набухающих грунтов. 2

3 Процессы набухания и усадки. 4

4 Причины возникновения. 5

5 Последствия процессов набухания или усадки. 5

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

7 Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на набухающих грунтах. 6

8 Список литературы 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение.

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. Такие грунты встречаются в Поволжье, на Северном Кавказе, в Казахстане, Крыму. Районы значительного распространения набухающих грунтов имеются в Индии, Ираке» Канаде, США и других странах.

2. Свойства  набухающих грунтов.

Набухающие  глинистые грунты характеризуются следующими параметрами:

• давлением набухания P_sω;
• влажностью набухания ω_sω;
• относительным набуханием при заданном давлении ε_sω;
• относительной усадкой при высыхании ε_sh.

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

Давлением набухания P_sω 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  ω_sω 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 ε_sω, 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;  
ω_eg — конечная (установившаяся) влажность грунта; 
ω₀ — начальная влажность грунта; 
ε₀ — 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 ω_о.

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.

3. Процессы  набухания и усадки.

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.

4. Причины возникновения.

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.).

5. Последствия процессов набухания или усадки.

Увеличение  влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных  в них фундаментов  и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных  фундаментов. Усадка грунта после высыхания  вызывает осадку сооружений. В ряде случаев  представляет опасность  также и горизонтальное давление набухания  на подземные элементы конструкций.

6. 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.

7. 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.

Необходимо  учитывать, что способностью набухать при увеличении влажности обладают некоторые виды шлаков (например, шлаки электроплавильных  производств), а также  обычные пылевато-     глинистые грунты (ненабухающие при увеличении влажности), если     они замачиваются химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты).

Набухающие  грунты характеризуются  давлением набухания p_sw , влажностью набухания w_sw , относительным набуханием при заданном давлении e_sw  и относительной усадкой  при высыхания e_sh .

Указанные характеристики определяются в соответствии с  требованиями обязательного  приложения 2.

При проектировании оснований, сложенных набухающими  грунтами, следует  учитывать возможность:

набухания этих грунтов за счет подъема уровня подземных  вод или инфильтрации – увлажнения грунтов  производственными  или поверхностными водами;

набухания за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных  условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);

набухания и усадки грунта в  верхней части  зоны аэрации –  за счет изменения  водно-теплового  режима (сезонных климатических   факторов);

усадки  за счет высыхания  от воздействия тепловых источников.

Примечание. При проектировании заглубленных частей сооружений должны учитываться  горизонтальные давления, возникающие при  набухании и усадке грунтов.

Основания, сложенные набухающими  грунтами, должны рассчитываться в соответствии с  требованиями разд.2.

Деформации  основания в результате набухания или  усадки грунта должны определяться путем  суммирования деформаций отдельных   слоев основания согласно указаниям обязательного приложения 2.

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.

Предельные  значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается  принимать в соответствии с указаниями рекомендуемого приложения 4 с учетом требований п. 2.55.