Введение к работе
Актуальность темы. Основания многих сооружений представлены глинистыми грунтами. Эти грунты являются распространенным материалом и для возведения самих сооружений.
Строительные объекты часто становятся непригодными к нормальной эксплуатации по причине недостаточной плотности и прочности грунта основания.
Разработка котлованов и подготовка оснований нередко осуществляются при отрицательной температуре воздуха. При этом в обнаженном слое грунта начинается резкая смена температурного и влажностного режимов. Процессы попеременного промерзания-оттаивания протекают в пределах сезонно-талого слоя, средняя мощность которого составляет на территории РФ от 1,0 до 2,5 м. Мощность слоя, в котором реализуются годовые изменения плотности-влажности и прочности грунта (влажностно-активная зона) составляет в ненарушенных или уплотненных суглинках - 1,5 м, в глинах - 2,0 м. При уменьшении плотности грунта на 25 % по сравнению с проектным значением глубина распространения влажностно-активной зоны увеличивается почти в 2 раза.
Снижение прочностных характеристик грунта под воздействием процессов попеременного увлажнения-высыхания и промерзания-оттаивания может привести к выпору его из-под подошвы' сооружения, что может вызвать частичное или полное разрушение сооружения.
При возведении насыпных оснований и сооружений, кроме негативного влияния зимнего производства работ, допускаются следующие ошибки:
использование переувлажненного грунта;
отсыпка без уплотнения;
неравномерное уплотнение грунта, в частности, недоуплотнение в зонах, примыкающих к углам котлованов.
Ошибки такого рода могут привести к еще большему снижению характеристик прочности грунта в условиях переменного температурно-влажностного режима. К примеру, в районе г. Перми были разрушены водо несущие коммуникации в результате разупрочнения вмещающих
глинистых грунтов. Случаи потери устойчивости зданий на насыпных основаниях известны в таких крупных городах, как Волгоград, Омск и т.д.
В связи с выше изложенным необходимо развитие исследований по изучению влияния процессов уплотнения, увлажнения-высыхания, промерзания-оттаивания и др. на изменения физических и прочностных свойств глинистых грунтов различного начального состояния и разработка рекомендаций по учету этих изменений при анализе устойчивости системы основание-сооружение.
Цели и задачи диссертации. Целью работы является
установление новых закономерностей влияния температурно-
влажностного режима на физические и прочностные свойства глинистых грунтов различного начального состояния и использование полученных данных при проектировании оснований. Для ее достижения были решены следующие задачи:
- установление роли относительной упругости водяного пара в
изменении физических и прочностных свойств глинистых грунтов
различной начальной плотности-влажности при попеременном
увлажнении-высыхании;
- выявление значения уплотнения глинистых грунтов для
изменения их прочности при тиксотропном упрочнении, попеременном
увлажнении-высыхании и промерзании-оттаивании; учет этих изменений
при анализе устойчивости системы основание-сооружение;
- разработка ускоренной методики исследований тиксотропного
упрочнения глинистых грунтов;
- разработка рекомендаций по повышению прочности
неуплотненных связных грунтов оснований для условий переменного
температурного и влажностного режимов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- установлены новые* корреляционные зависимости между
характеристиками самопроизвольного упрочнения и водно-физическими
свойствами связных грунтов;
- выявлена роль различных технологических и климатических
факторов, с учетом тиксотропного явления, в изменении показателей
физических и прочностных свойств глинистых грунтов;
- исследована неоднородность физических и прочностных свойств
глинистых грунтов насыпного основания при различных условиях его
возведения и эксплуатации и разработаны рекомендации для устранения
указанной неоднородности.
Практическое значение работы. Полученные данные могут использоваться при проектировании и строительстве насыпных оснований, а также сооружений из связных грунтов, когда необходим учет изменений показателей их прочностных свойств под воздействием периодического увлажнения и промерзания.
Практическая реализация работы. Результаты диссертационной работы использовались при оценке несущей способности основания жилого здания в г. Царское Село и устойчивости откосов дамб золоотвалов Омских ТЭЦ-2 и ТЭЦ-5, золоотвала № 1 Алма-Атинской ТЭЦ-2, а также при создании проекта искусственных оснований на золоотвале № 2 Алма-Атинской ТЭЦ-2.
Основные научные результаты:
- установлено, что между показателем затухания тиксотропного
упрочнения и числом пластичности неуплотненного водонасыщенного
глинистого грунта имеет место обратно пропорциональная зависимость;
выявлена смягчающая роль тиксотропнії при разупрочнении глинистых грунтов в первом цикле промерзания-оттаивания, а также достигаемый за счет нее дополнительный упрочняющий эффект в процессе высыхания бентонита;
доказано, что с ростом величины относительной упругости водяного пара в воздухе плотность и показатели прочностных свойств связного грунта уменьшаются;
- определено, что при использовании добавок аминокомплексных
соединений неоднородность глинистого грунта по прочности в насыпном
основании практически устраняется.
Достоверность результатов работы обеспечивалась:
использованием комплекса стандартных и специальных лабораторных приборов для определения характеристик прочности грунтов (ВСВ-25, стабилометр, пенетрометр, прибор нулевого среза);
применением методов теории вероятности и математической статистики при обработке данных экспериментальных исследований;
- удовлетворительной сходимостью результатов определения характеристик грунтов, подвергавшихся воздействию процессов попеременного увлажнения-высыхания и промерзания-оттаивания в лабораторных и натурных условиях, а также с некоторыми известными данными других авторов.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались на XVIII конференции молодых научных работников во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева (г. Ленинград, 1987) и на совещаниях ведущих специалистов ВНИИГ (1992-1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей в периодических научных изданиях, одна статья сдана на депонирование.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (170 наименований) и 3 приложений, содержит 100 страниц основного текста, 25 рисунков и 40 таблиц.
Личный вклад автора состоит в следующем:
- получена новая зависимость между показателем затухания
тиксотропного упрочнения и числом пластичности грунта;
впервые выявлена роль тиксотропии и величины относительной упругости водяного пара в изменении показателей прочностных свойств насыпных связных грунтов;
предложено новое применение аминокомплексным соединениям (синтезированы и рекомендованы Масленниковой И.С.): для устранения неоднородности глинистого грунта по прочности в насыпном основании.
Автор считает своим долгом выразить благодарность сотрудникам Нижегородской архитектурно-строительной академии, представившим данные по температурам фазовых переходов глинистых грунтов оснований первичных дамб золоотвалов Омских ТЭЦ-2 и ТЭЦ-5, сотруднику ВНИИ Галургии М.Д. Толкачеву, оказавшему помощь при определении минерального состава грунтов, научному руководителю В.Г. Пантелееву, научному консультанту Д. Д. Сапегину, а также Ю.Л. Сироте, М.П. Лысенко, И.С. Масленниковой, А.Н. Ермолаевой, Н.Ф. Кривоноговой, В.Н. Жиленкову, И.В. Мкртчян, И.В. Корытовой, А.И. Глебову, Р.А. Ширяеву, Г.А. Чугаевой за советы и замечания.