Просадні грунти: типи та характеристики. Метод визначення щільності ґрунту

При проектуванні фундаментів будівель і споруд необхідно враховувати безліч чинників. Особливу увагу слід приділяти складу і структури ґрунту. Деякі її види здатні при підвищенні вологості в напруженому під власною масою або від зовнішнього навантаження просідати. Звідси і назва таких грунтів – "просадні ". Розглянемо їх особливості.

Види

До даної категорії відносять :

Лесові грунти (суспеси і леси).

Глини і суглинки.

Окремі види покривних суспесей і суглинків.

Насипні виробничі відходи. До них, зокрема, відносять золу, колосникові пил.

Пилувато-глинисті грунти з високою структурною міцністю.

Специфіка

На початковому етапі організації будівництва необхідно провести дослідження ґрунтового складу дільниці для виявлення ймовірних деформацій. Їх виникнення обумовлюється особливостями процесу формування ґрунту. Шари знаходяться в недостатньо ущільненому стані. В лесовому грунті такий стан може зберігатися протягом усього часу його існування.


Підвищення навантаження і вологості викликає, як правило, додаткове ущільнення в нижніх шарах. Однак оскільки деформація буде залежати від сили зовнішнього впливу, недостатня ущільненість товщі щодо зовнішнього тиску, що перевищує напруги від власної її маси, збережеться. Можливість закріплення слабких ґрунтів визначається при лабораторних випробуваннях по співвідношенню зниження міцності при зволоженні до показника чинного тиску.

Властивості

Крім недоуплотненности, для просадних грунтів характерні низька природна вологість, пилуватий склад, висока структурна міцність. Насичення ґрунту водою в південних районах, як правило, складає 004-012. У районах Сибіру, середньої смуги показник знаходиться в межах 012-020. Ступінь вологості в першому випадку – 01-03 у другому – 03-06.

Структурна міцність

Вона обумовлюється переважно цементационным зчепленням. Чим більше вологи надходить в землю, тим нижче міцність. Результати досліджень показали, що тонкі водяні плівки мають розклинюється впливом на пласти. Вони виступають в якості мастила, полегшують ковзання частинок просадного грунту. Плівки забезпечують більш щільне укладання шарів під зовнішнім впливом. Зчеплення насиченого вологою просадного грунту визначається впливом сили молекулярного тяжіння. Ця величина залежить від ступеня щільності і складу землі.

Характеристика процесу

Просадка є складним фізико-хімічним процесом. Проявляється вона у вигляді ущільнення ґрунту внаслідок переміщення і більш щільною (компактної) укладання частинок та агрегатів. За рахунок цього знижується загальна пористість шарів до стану, відповідного рівня діючого тиску. Підвищення щільності призводить до деякого зміни окремих характеристик. Згодом під впливом тиску ущільнення продовжується, відповідно, продовжує підвищуватися і міцність.

Умови

Для виникнення осідання необхідні:

Навантаження від фундаменту або власної маси, яка при зволоженні буде долати сили зчеплення частинок.

Достатній рівень вологості. Він сприяє зниженню міцності.

Ці фактори повинні діяти спільно.
Вологість визначає тривалість деформації просадних грунтів . Як правило, вона відбувається протягом відносно короткого часу. Це обумовлено знаходженням землі переважно в маловологі стані. Деформація у водонасиченому стані триває довше, оскільки відбувається фільтрація води крізь товщу грунту.

Методи визначення щільності ґрунту

Відносну просадочность визначають за зразками непорушеної структури. Для цього використовується компресійний прилад - тестер для грунту . При дослідженні застосовуються наступні методи:

Однієї кривої з аналізом одного зразка і його замочуванням на кінцевій ступені діючої навантаження. За допомогою цього методу можна визначити стисливість ґрунту при заданій або природної вологості, а також відносну схильність до деформації при певному тиску.

Двох кривих з випробуванням зразків з 2 рівною мірою щільності. Один досліджується при природній вологості, другий – в насиченому стані. Даний метод дозволяє визначити стисливість при повному і природному зволоженні, відносну схильність до деформації при зміні навантаження від нульової до кінцевої.

Комбінований. Цей метод є модифікованим поєднанням двох попередніх. Випробування проводиться на одному зразку. Його спочатку досліджують у природному стані до показника тиску 01 Мпа. Використання комбінованого методу дозволяє проаналізувати ті ж властивості, що і метод 2 кривих.

Важливі моменти

В ході випробувань В плотномерах для грунту при використанні будь-якого з вищевказаних варіантів необхідно врахувати, що результати досліджень відрізняються значною варіативністю. У зв'язку з цим деякі показники навіть при випробуванні одного зразка можуть відрізнятися в 15-3 а в ряді випадків і до 5 раз. Такі суттєві коливання пов'язані з невеликим розміром проб, неоднорідністю матеріалу з-за карбонатних та інших включень або наявністю великих пор. Значення для результатів мають і неминучі помилки при дослідженні.

Фактори впливу

В ході численних досліджень встановлено, що показник схильності до просідання ґрунту залежить переважно від:

Тиску.

Мірою щільності ґрунту при природному зволоженні.

Складу просадного грунту .

Підвищення рівня вологості.

Залежність від навантаження відображається на кривій, за якою при підвищенні показника величина відносної схильності до змін спочатку теж досягає свого максимального значення. При подальшому посиленні тиску вона починає наближатися до нульової позначки. Як правило, для лесових супісків, лесів, суглинків тиск становить 02-05 Мпа, а для лесовидних глин – 04-06 Мпа. Залежність викликана тим, що в процесі навантаження просадного грунту при природному насиченні на певному рівні починається руйнування структури. При цьому відзначається різке стиснення без зміни водонасичення. Деформація по ходу посилення тиску буде продовжуватися, поки шар не досягне гранично щільного свого стану.

Залежність від складу грунту

Вона виражається в тому, що при підвищенні числа пластичності показник відносної схильності до деформації знижується. Простіше кажучи, великий ступінь мінливості структури характерна для суспесей, менша – для глини. Природно, для виконання цього правила інші умови повинні бути рівними.

Початковий тиск

При проектуванні фундаментів будівель і споруд здійснюється розрахунок навантаження конструкцій на грунт. При цьому визначається початковий (мінімальний) тиск, при якому починається деформація при повному насиченні водою. Воно порушує природну структурну міцність грунту. Це призводить до того, що процес нормального ущільнення порушується. Ці зміни, у свою чергу, супроводжуються перебудовою структури і інтенсивним ущільненням. Враховуючи вищевикладене, представляється, що на етапі проектування при організації будівництва величину початкового тиску слід приймати близькою до нуля. Однак на практиці це не так. Зазначений параметр слід використовувати такий, при якому товща вважається за загальними правилами непросадочной.

Призначення показника

Початковий тиск використовується при розробці проектів фундаментів на просадочних грунтах для визначення:

Розрахункової навантаження, при якому змін не буде.

Розміру зони, в межах якої відбуватиметься ущільнення від маси фундаменту.

Необхідної глибини деформації ґрунту або товщини грунтової подушки, повністю виключають деформації.

Глибини, від якої починаються зміни від маси грунту.

Початкова вологість

Нею називають показник, при якому грунти в напруженому стані починають просідати. За нормальне значення при визначенні початкової вологості приймається відносна величина, що становить 001. Метод визначення параметра базується на лабораторних компресійних випробуваннях. Для дослідження необхідно 4-6 зразків. Використовується метод двох кривих. Один зразок випробовують при природній вологості із завантаженням до максимального тиску окремими ступенями. При ньому грунт замочується до стабілізації осідання. Другий зразок спочатку насичують водою, а потім при безперервному замочуванні завантажують до граничного тиску тими ж ступенями. Зволоження інших зразків здійснюється до показників, які поділяють межа вологості від початкового до повного водонасичення на щодо рівні проміжки. Потім їх досліджують в компресійних приладах. Підвищення досягається за рахунок заливки в зразки розрахункового обсягу води з подальшим витримуванням протягом 1-3 діб до стабілізації рівня насичення.

Деформаційні характеристики

В якості них виступають коефіцієнти стисливості та її мінливості, модуль деформації, відносне стиснення. Модуль деформації використовують для розрахунку імовірних показників осад фундаменту і їх нерівномірності. Як правило, його визначають в польових умовах. Для цього зразки ґрунту відчувають статичними навантаженнями. На значення модуля деформації впливають вологість, рівень щільності, структурна зв'язність і міцність грунту. При підвищенні маси ґрунту цей показник підвищується, при великому насиченні водою знижується.

Коефіцієнт мінливості стисливості

Він визначається як відношення здатності до стиснення при сталій або природної вологості і характеристик грунту в водонасиченому стані. Зіставлення коефіцієнтів, отриманих при польових і лабораторних дослідженнях, показує, що відмінність між ними несуттєве. Воно знаходиться в межах 065-2 рази. Отже, для застосування на практиці досить визначити показники в лабораторних умовах. Коефіцієнт мінливості залежить переважно від тиску, вологості, рівня її підвищення. При підвищенні тиску показник збільшується, при збільшенні природної вологості – знижується. При повному насиченні водою коефіцієнт наближається до 1.

Міцнісні характеристики

Ними є кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення. Вони залежать від структурної міцності, рівня насиченості водою і (меншою мірою) від щільності. При підвищенні вологості зчеплення зменшується в 2-10 разів, а кут – у 105-12. При збільшенні структурної міцності зчеплення посилюється.

Типи просадних грунтів

Всього їх існує 2:

Просадка відбувається переважно в межах деформівного зони підстави під дією навантаження фундаменту або іншого зовнішнього чинника. При цьому деформація від своєї ваги майже відсутній або становить не більше 5 див.

Можлива просадка грунту від своєї маси. Вона відбувається переважно в нижньому шарі товщі і перевищує 5 див. Під дією зовнішнього навантаження може виникнути просадка і у верхній частині в межах деформівного зони.

Тип осідання використовується при оцінці умов будівництва, розробці противопросадочных заходів, проектуванні підстав, фундаменту й самого будинку.

Додаткова інформація

Просадка може виникнути на будь-якому етапі будівництва або експлуатації споруди. Проявитися вона може після підвищення початкової просадочной вологості. При аварійному замочуванні грунт просідає в межах деформівного зони достатньо швидко – в межах 1-5 см/добу. Після припинення надходження вологи через кілька діб просадка стабілізується. Якщо первинне замочування мало місце в межах частині зони деформації, при кожному наступному водонасиченні буде відбуватися просадка до повного зволоження всієї зони. Відповідно, вона буде збільшуватися при підвищенні навантаження на грунт. При інтенсивному і тривалому замочуванні осідання ґрунту залежить від просування вниз шару зволоження і формування водонасыщенной зони. У такому разі осідання почнеться, як тільки фронт зволоження досягне глибини, на якій грунт просідає від власної ваги.