Засоленные грунты

Министерство по Высшему Образованию РФ.

Самарский Государственный Архитектурно-Строительный Университет.

Кафедра: инженерной геологии, оснований и фундаментов.

Реферат

на тему:  «Засоленные грунты»

Выполнил:

студент 4 курса

ФПГС  гр. П – 75

Жуковский А.И.

Проверил:

Казанков А.П.

Самара 2011

1. Фундаменты на засоленных грунтах

Проблема строительства на засоленных грунтах стала особенно актуальной в последние годы в связи с тем, что в результате интенсивной мелиорации засушливых районов большие площади ранее маловлажных засоленных грунтов оказались обводненными. Маловлажные и сухие грунты при увлажнении резко изменяют свои прочностные, деформационные и фильтрационные свойства вслед­ствие выноса солей. Развиваются также процессы вторичного засо­ления, повышается засоленность поверхностных слоев грунта. Сложность строительства на засоленных грунтах обусловлена и тем, что деформации зданий и сооружений происходят как в про­цессе их возведения, так и эксплуатации, часто проявляются в виде резкой просадки.

Снижение модуля деформации при увеличении влаж­ности или выщелачивании солей достигает 4... 10 раз и более. Анало­гичные закономерности проявляются в изменении прочности засо­ленных грунтов. При проведении сдвиговых испытаний грунтов естественной влажности и после удаления солей отмеча­ется снижение сцепления и значительное уменьшение угла внутрен­него трения.

Ухудшение механических свойств засоленных грунтов при их увлажнении и выщелачивании приводит к снижению несущей способ­ности и росту деформативности оснований.

Известно много случаев аварий и деформаций сооружений, по­строенных на засоленных грунтах, которые происходили либо в ре­зультате потери устойчивости фундаментов при обводнении основа­ний, либо в результате коррозионного разрушения материала фун­даментов и подвальных частей сооружений. Большое количество кирпичных 4- и 5-этажных жилых зданий было разобрано в Сызра­ни, где сильнозасоленные грунты залегают на глубине 10... 12 м. После строительства канала Иртыш - Караганда в поселках Мир­ный и Казахстан, которые находились в нескольких километрах от трассы канала, более 50 зданий деформировалось, а некоторые из них пришлось разобрать.

Согласно требованиям, территории, сложенные засоленными грунтами, отнесены к категории сложных, и инженерные изыскания под строительство на этих территориях выполняются по специаль­ным программам. При этом должны быть установлены условия залегания грунтов, качественный и количественный состав солей, дан прогноз фильтрационных процессов. При исследовании механи­ческих свойств дополнительно определяют относительное суффозионное сжатие и начальное давление суффозион-

ного сжатия .

Относительное суффозионное сжатие часто находят по резуль­татам компрессионно-фильтрационных испытаний при давлениях значения которых увязываются с напряженным состоянием ос­нований:

;

где h' — высота образца после полного водонасыщения при давле­нии, равном сумме природного и дополнительного, т. е. ; — высота образца после выщелачивания солей при

давлении ; — высота образца природной влажности при давле­нии, равном природному

За начальное давление суффозионного сжатия принимается

давление, при котором .

Осадка естественных оснований определяется как для обычных незаселенных грунтов с использованием деформационных харак­теристик грунтов естественной влажности.

При возможности замачивания основания определяются суффозионные деформации (осадки, разности осадок, крены и т. п.). При этом вводится понятие зоны суффозионной осадки , ограничиваемой глубиной, где суммарные вертикальные напряже­ния от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионного сжатия, т. е. .

В пределах этой зоны производится разбивка основания на элемен­тарные слои, как и в методе послойного суммирования, и суффозионная осадка определяется по формуле

где — относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при

давлении , и — толщина г-го слоя; n — количество

элементарных слоев.

Расчетное сопротивление R основания, сложенного засоленными грунтами, при возможности длительного замачивания и выщелачи­вания солей вычисляется по формуле с использованием про­чностных характеристик, полученных для водонасыщенных грунтов после выщелачивания солей.

При расчетных деформациях оснований, превышающих предель­ные, или недостаточной несущей способности основания предусмат­риваются специальные мероприятия.

Естественные основания на засоленных грунтах. При использова­нии засоленных грунтов в качестве естественных оснований необ­ходимо принять меры по предотвращению замачивания основания, размыва грунтов поверхностными водами, нарушения грунтов дна котлована строительными механизмами и транспортными средст­вами. Планирование территории делается таким образом, чтобы исключалось попадание поверхностных вод в котлован и впоследст­вии под фундаменты. Особое внимание следует уделять предотв­ращению утечек воды из сетей водопровода, канализации и т. п. Указанные водозащитные мероприятия оказываются обычно до­статочными при строительстве на маловлажных засоленных гли­нистых грунтах твердой и полутвердой консистенции, в которых в основном содержатся среднерастворимые соли, а содержание легкорастворимых не превышает 0,3%.

Устройство искусственных оснований. Выбор методов устройства искусственных оснований на засоленных грунтах зависит от степени их водонасыщения. В водонасыщенных засоленных грунтах, залега­ющих на глубине до 7 м, применяются песчаные подушки, вер­тикальные дрены, песчаные сваи.

В маловлажных засоленных грунтах используются следующие методы. При степени влажности грунтов менее 0,7 устраивают грунтовые подушки с минимальной толщиной 0,8 м. Материал подушки тщательно уплотняется и служит одновременно экраном, предотвращающим попадание воды под фундамент. В качестве материала подушек используют местные пылевато-глинистые незасоленные грунты, имеющие обычно после уплотнения следующие характеристики: E=20...25 МПа; =20...31°; с=0,02...0,05 МПа.

Для глубинного уплотнения устраивают грунтовые сваи, рас­полагаемые, как правило, на расстоянии 1,8...3,2 м. Уплотнение грунтовыми сваями производится в пределах всей толщи засоленных грунтов с предварительным их замачиванием.

При значительной толще засоленных маловлажных грунтов воз­можно их уплотнение предварительным замачиванием из котлована или через скважины. Поскольку засоленные грунты начинают уп­лотняться под действием собственного веса с определенной глуби­ны, верхний слой обычно доуплотняют тяжелыми трамбовками, грунтовыми сваями или устраивают грунтовые подушки.

Прорезку засоленных грунтов столбчатыми фундаментами целе­сообразно производить при толщине слоя не более 4...5 м. Заглубле­ние фундаментов в нижележащие грунты должно составлять не менее 0,2...0,3 м.

При толщине слоя более 4...5 м рекомендуется устройство фун­даментов из забивных или набивных свай. Заглубление свай в несу­щий слой должно составлять от 50 см (скальные и полускальные грунты, плотные пески) до 3 м (пески, глины и т. п.) Так как среднерастворимые соли часто залегают в виде больших друз, прослоек, при погружении свай целесообразно применять тяжелые молоты либо использовать при погружении лидирующие скважины.

При устройстве фундаментов под тяжелые сооружения или в особо сложных условиях используют опускные колодцы.

В необходимых случаях возможно применение конструктивных мероприятий, направленных на увеличение жесткости сооружений или снижение их чувствительности к неравномерным деформациям.

Предупреждение солевой коррозии материалов фундаментов и ограждающих конструкций является обязательной мерой при строительстве на засоленных грунтах. В большинстве случаев эф­фективным и простым способом защиты подземных частей соору­жений от солевой коррозии являются защитные покрытия на основе черных органических вяжущих и искусственных смол, полимерные пленочные, а также рулонные гидроизоляционные материалы.

При строительстве зданий и сооружений на маловлажных засо­ленных грунтах разрабатывается специальный проект организации работ нулевого цикла, предусматривающий комплекс водозащит­ных мероприятий для исключения обводнения котлована и грунтов основания. Водозащитные мероприятия также должны осуществ­ляться и в процессе эксплуатации зданий и сооружений.

2. Принципы расчета деформаций оснований

Засоленные грунты характеризуются изменением физико-механических свойств (пластичности, гранулометрического состава, пористости, плотности) в процессе выщелачивания солей. Эти грунты при длительной фильтрации способны давать суффозионную осадку или просадку. Одной из основных характеристик этого вида грунтов является относительное суффозионной сжатие , определяемое обычно полевыми испытаниями и лабораторными методами. При полевых испытаниях статической нагрузкой:

где - суффозионная осадка при давлении ; - зона суффозионной осадки.

При лабораторных испытаниях:

где - высота образца природной влажности при ; - высота того же образца после замачивания при ; -высота того же образца после длительной фильтрации при давлении .

Для предварительных расчетов суффозионной осадки допускается принимать значение относительного суффозионного сжатия глинистых загипсованных грунтов по формуле

.

где - коэффициент зависящий от вида грунта, определяемый по табл. 1; - начальное содержание гипса в грунте; -начальная плотность сухого грунта, г/см3; - плотность гипса, г/см3; - степень выщелачивания; n - коэффициент, принимаемый для суглинков n = 1, для супесей n = 1/3.

При отсутствии возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей деформации основания определяются как для незасоленных грунтов при полном водонасыщении, расчетное сопротивление определяется с использованием прочностных характеристик для засоленных грунтов в водонасыщенном состоянии.

Табл.1 Значения коэффициента

При возможности длительного замачивания R определяют с использованием прочностных характеристик, полученных для грунтов в водонасыщенном состоянии после выщелачивания. При расчете R коэффициент условий работы для загипсованных суглинков с начальным содержанием гипса - принимается , для суглинков с и для загипсованных супесей .

Расчет суффозионной осадки основания, сложенного грунтами с легкорастворимыми солями и загипсованными песками следует выполнять в пределах зоны суффозионной осадки, условно ограниченной глубиной сжимаемой толщи или линейно- деформируемого слоя конечной толщи. В случае длительного обводнения таких грунтов принимается, что в пределах сжимаемой толщи грунты подвергаются полному расслоению, т.е. = 1

3. Расчет суффозионной осадки

При расчете суффозионной осадки необходимо принять схему фильтрационного потока в основании фундамента. При расчете по схеме определяют распределение гипса в расчетный момент времени в пределах сжимаемой зоны. По этим значениям строят ступенчатую функцию (z) = const, а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.

Зона суффозионной осадки в основании ограничивается глубиной где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса равны начальному давлению суффозионного сжатия . Слой, в котором содержание гипса будет равно начальному, является нижней границей выщелачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса не проводят.

Количество оставшегося гипса в i-ом слое в момент времени t:

Где - начальное содержание гипса в i-ом слое; - координата средины i-го слоя, м; - приведенное время; - приведенная координата для средины i-го слоя; - приведенная масса

Где t - время эксплуатации сооружения (расчетное), сут; - коэффициент растворения, сут;

- плотность сухого грунта, т/м3; - скорость фильтрации м/сут; - недостаток насыщения; - концентрация насыщения фильтрующей воды гипсом, т/м3; -концентрация гипса в воде на участке входа ее в загипсованный грунт, т/м3; k - число слоев выше i-го слоя.

Недостаток насыщения

где - коэффициент фильтрации, м/сут.

Недостаток насыщения песков =0,18...0,28. Супесей =0,05...0.015. Суглинков =0,01...0,1.

Степень выщелачивания

Деформации основания при фильтрации по схеме рассчитывают с учетом развития во времени выщелачиваемой зоны в горизонтальном направлении (при наличии водоупора), для этого устанавливают состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени. Начальное содержание гипса в грунте принимают постоянным (d0 = const) и

равным среднему значению загипсованной толщи.

Разбивку основания на вертикальные слои шириной по 0,5 м проводят в пределах от z = 0 до, где - расстояние от входного участка фильтрационного потока до фундамента; b - ширина фундамента. Входным участком фильтрационного потока считается плоскость, примыкающая к источнику замачивания.