Анализ осадок

Под анализом осадки сооружений подразумевают исследование и подробное изучение всех факторов, которые могут оказать влияние на величину и характер осадки. Для проектирования фундаментов особенно важно знать: характер распределения осадок в плане, конечную величину осадки и скорость ее нарастания и затухания.

Сами осадки могут вызываться совместным воздействием консолидации грунта в вертикальном направлении, а также его отлавливанием в горизонтальном направлении и вверх под влиянием бокового давления и касательных напряжений. Составляющая осадки от смещения грунта в стороны и по вертикали имеет практическое значение главным образом применительно к таким грунтам с малым сопротивлением сдвигу, как весьма пластичные глины, которые могут легко отдавливаться подобно вязкой жидкости. Осадка, связанная с этим явлением в таких грунтах, может быть ослаблена забивкой шпунта по периметру фундамента.

При всех других грунтах обычно преобладает роль осадки, вызываемой их консолидацией в вертикальном направлении. Поэтому анализ вопроса об осадке сооружений, как правило, ограничивается изучением только последней ее составляющей.

Конечную величину осадки для некоторой точки основания определяют следующим образом. Как показано в примере 9.2, прежде всего устанавливают расчетом приращение вертикального давления на нескольких уровнях сжимаемых грунтов, слагающих толщу основания, от приложенной к поверхности толщи нагрузки на фундамент. Соответствующие величины модуля объемного сжатия mv определяются, как показано в примере 6.2, на основе данных лабораторных компрессионных испытаний образцов с ненарушенной структурой. После этого определяют расчетом осадку за счет уплотнения каждого слоя и затем, как указано в примере 13.2, для получения общей конечной величины осадки поверхности частные осадки суммируют. Слой грунта, уплотнение которого вызывает осадку, равную 75% общей осадки поверхности, называется очагом осадки.

Следует помнить, что образцы грунта при их отборе из толщи подвергаются различного рода нарушениям и что, как это отмечено в п. 13.8, правильность прогнозов величины осадки сооружения в значительной степени зависит от проведения систематических натурных наблюдений за существующими сооружениями в данном районе. Большинство проведенных до настоящего времени наблюдений показывает, что фактические осадки, как правило, несколько меньше по сравнению с предсказываемыми на основании данных лабораторных компрессионных испытаний, несмотря на тот факт, что при этом учитывается только одна из двух теоретически возможных составляющих осадки

Исключением из этого правила являются некоторые сооружения, расположенные вблизи берегов рек или озер, где отдавливание из-под фундаментов пластичной глины в стороны и вверх по направлению к ним облегчается.

Вместе с тем исследования, проведенные в Египте, показали, что осадки, определенные расчетом обычным путем по первичной компрессионной кривой нагрузки, были по крайней мере в 2 раза больше фактических. Это объясняется расширением грунта в образцах на начальном этапе при их отборе из толщи и в последующем пучениемв компрессионном приборе некоторых разновидностей глин при подаче в прибор воды. Чтобы исключить влияние этих явлений, образцы таких грунтов должны предварительно уплотняться под нагрузкой, отвечающей предварительному обжатию их в природных условиях. Величина этой нагрузки должна сначала определяться на отдельном образце, взятом из того же слоя. После этого нагрузка уменьшается до величины, соответствующей весу масс породы, перекрывающих горизонт, с которого был взят образец. Затем нагрузка снова увеличивается. Полученная таким образом вторая ветвь нагружения (рис. 13.21) используется для определения величин m'v. Как было установлено, полученные значения коэффициентов объемного сжатия m'v очень хорошо согласуются с величинами, определенными из данных натурных наблюдений. Аналогичные результаты с использованием той же методики были получены Чеботаревым и Шуйлером для плотных ленточных глин из Олбани, шт. Нью-Йорк, что показано на рис. 13.22. Этот график позволяет выявить влияние разного рода других факторов, которые должны учитываться при сопоставлении результатов полевых наблюдений за осадками сооружений и определенных с помощью величин от по данным лабораторных компрессионных испытаний. Приведенные на этом графике величины m'v, полученные из лабораторных испытаний, относятся к диапазону нагрузок, отвечающих увеличению на 1 т/фут2 нагрузки от веса породы в толще, перекрывающей горизонт, с которого был взят образец грунта.

Ханна была предпринята попытка предотвратить набухание египетских глин, подобных тем, которые рассматриваются на рис. 13.21, несколько иным способом. В этом случае использовался грунтонос, состоящий из отдельных колец, которые непосредственно загружались в компрессионные приборы поплавкового типа. Предполагалось, что относительно толстые стенки таких кольцевых грунтоносов и вытекающее отсюда высокое значение их коэффициента площади не причиняют ущерба образцам этих глин, мало чувствительных к возможному нарушению их естественного состояния. Подобная методика может быть усовершенствована в применении к более чувствительным в этом смысле глинам путем распиливания трубок тонкостенных грунтоносов «Шелбай» на отдельные кольца с удалением при помощи специального приспособления поверхностных слоев глины, нарушенных при перепиливании трубок. Компрессионные испытания проводятся при этом без извлечения образцов из колец.

Сжимаемость водонасыщенных глинистых грунтов может изменяться в значительных пределах. Так, наблюдения за сооружениями показывают, что консолидированным в естественных условиях пластичным глинам и пылеватым грунтам могут отвечать значения т'v от 0,01 до 0,06 фут2/т, в то время как более твердые переуплотненные глины (которые приобретают эти свойства, например после обсыхания) будут иметь значения m'v в пределах 0,003—0,01 фут2/т.

Скорость нарастания осадки сооружений, возведенных на глинистых грунтах, может быть найдена, как уже указывалось ранее, после определения отвечающих им коэффициентов фильтрации и выявления граничных условий дренирования толщи. Рис. 13.23 свидетельствует о возможном влиянии величин коэффициента фильтрации и мощности обжимаемого слоя на время, которое требуется для того, чтобы осадка достигла 90% полной осадки сооружения. Как видно, этот график относится к наиболее простым граничным условиям и принятой величине модуля объемного изменения m'v=0,01 фут2/т. Более высокая величина m'v свидетельствовала бы о необходимости удаления из пор грунта большого количества избыточной воды, что привело бы к несколько более длительной осадке. Метод прогноза осадок при граничных условиях, допускающих только частичное дренирование грунта, т. е. для толщи грунтов, сложенных последовательно сменяющимися пластами пород с различной водопроницаемостью, разработан Гамильтоном Греем.