Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в Российской Федерации проводятся большие работы по устройству сетей и объектов водоснабжения и водоотведения, в связи со строительством и реконструкцией новых хозяйственных и промышленных объектов. Предстоит построить большое количество инженерных сетей водоснабжения и водоотведения, и сооружений на них, в том числе и на лессовых просадочных грунтах.
Анализ эксплуатации сетей водоснабжения и водоотведения , построенных на лёссовых просадочных грунтах, показывает, что деформировалось большое количество водопроводных и водоотводящих коммуникаций. В связи с этим произошло обводнение лессовых грунтов основания близ расположенных к коммуникациям промышленных и гражданских сооружений и возникновение аварийных ситуаций.
Деформации сетей наблюдались на лёссовых грунтах в Западной Сибири, Центрально-Черноземном районе, в Чечне, Ростовской области, в Дагестане и других районах России, а также в Грузии, Средней Азии, Украине, Молдавии. Анализ этих деформаций показал, что наблюдается массовое разрушение стыковых соединений, трубопроводов и сооружений в результате не только ошибок при изыскании и проектировании, но и при проведении строительно-монтажных работ по устройству сетей.
Изучение опыта эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения также показало, что происходят утечки при транспортировке жидкости в сетях водоснабжения и водоотведения. Обычно утечки незначительны, однако при длительной эксплуатации существенно повышается влажность в лёссовых основаниях, происходит их водонасыщение и возникают максимальные просадки.
Анализ аварий сетей водопровода и водоотведения, которые произошли на просадочных грунтах, показывает, что причиной многих
аварий было то, что увлажнение происходило не только водой, но и различными по составу сточными водами, транспортируемыми сетями водоотведения, в том числе и промышленными сточными водами, которые содержат большое количество и минеральных кислот (до 40%), и щелочные растворы.
Наблюдения за величиной деформаций сетей водопровода и водоотведения на просадочных лессовых грунтах показывают, что расчетные ожидаемые просадки не соответствуют данным наблюдений за фактическими осадками и просадками сетей и сооружений водоотведения.
Это происходит, вероятно, потому, что при расчетах просадочных
деформаций используются характеристики относительной
просадочности, которые определяются в лаборатории при замачивании образцов лессовых грунтов водой. По данным Ю.М.Абелева, В.И.Крутова, Я.Д. Гильмана и др. при замачивании лессовых грунтов растворами кислот или щелочей величина относительной просадочности резко изменяется. Однако этот вопрос недостаточно исследован и имеются противоречивые данные о влиянии растворов различного химического состава на изменение просадочных свойств лессовых грунтов.
Цель и задачи диссертационной работы. В связи с вышеизложенным цель данной работы состоит в том, чтобы на основе проведения лабораторных и полевых исследований установить закономерности изменения просадочных деформаций лессовых грунтов при их замачивании растворами различного химического состава. Это особенно важно при проектировании сооружений водоотведения, а также для проектирования и прокладки сетей водоснабжения и водоотведения при строительстве на лёссовых просадочных грунтах второго типа по просадочности, т.е. на тех грунтах, просадка от собственного веса которых превышает 5 см.
На основе полученных в полевых условиях и в лаборатории закономерностей изменения деформационных характеристик лёссовых просадочных грунтов в зависимости от изменения влажности и состава фильтрующей воды, содержащей кислотные и щелочные примеси, определить различные технологические схемы и различные проектные решения по устройству основания сетей водоснабжения и водоотведения и уточнить технологию прокладки этих сетей для обеспечения эксплутационной надежности.
В связи с авариями технологических трубопроводов на территории химических заводов и возможным обводнением оснований, расположенных вблизи промышленных цехов при проектировании этих сооружений, необходимо рассчитать возникшую просадку или набухание по данным исследований грунтов при замачивании грунтов технологическими растворами.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. На основании проведенных лабораторных исследований
физических, деформационных, прочностных и фильтрационных свойств
лессовых грунтов в природном состоянии при замачивании водой, а
также при замачивании различными химическими растворами, которые
характерны для составов канализационных вод, установить
закономерность изменения характеристик физико-механических свойств
лессового грунта.
2. Лабораторными исследованиями установить закономерности
изменения деформационных свойств лессовых грунтов при их
замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными
водами.
3. На основе лабораторных исследований установить
закономерности изменения прочностных свойств лессовых грунтов при
их замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными
канализационными водами.
-
На основе лабораторных исследований установить изменение деформационных и прочностных свойств лессовых грунтов , уплотненных при устройстве искусственного основания для сетей и сооружений водопровода и канализации при их замачивании нейтральными, кислотными и щелочными сточными водами.
-
На основании проведения натурных и полевых исследований установить закономерности изменения эшоры контактных напряжений в основании фундаментов (жестких штампов) при насыщении лессовых грунтов основания нейтральными, кислотными и щелочными водами.
6. На основе проведения полевых исследований установить
закономерность изменения деформационных характеристик лессовых
грунтов при насыщении водой, кислотными и щелочными растворами.
Методика исследования включает анализ, систематизацию и обобщение результатов выполненных и ранее опубликованных работ, экспериментальные испытания в лабораторных и полевых условиях по традиционным и специально разработанным методам, анализ результатов испытаний, сопоставительный анализ лабораторных и полевых испытаний, теоретических и экспериментальных данных исследований.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
1. Разработана методика лабораторных компрессионных испытаний деформируемости уплотненных лессовых грунтов при увлажнении технологическими растворами с разными значениями ионно-водородного показателя. Разработана методика испытания с использованием новых приборов, которая обеспечивает получение достоверных экспериментальных данных по определению относительной просадочности и набухания грунта в широком диапазоне нагрузок, обработку результатов с выдачей расчетных и классификационных параметров.
2. Разработаны оборудование и методика для проведения
натурных испытаний сжимаемости лессовых грунтов жесткими
штампами; на грунтах естественного сложения и предварительно
уплотненных для природной влажности и после увлажнения
технологическими растворами с различными значениями ионно-
водородного показателя рН.
-
Экспериментально получены результаты полевых штамповых испытаний с измерением контактных напряжений и других параметров необходимых для сравнения с линейными (наиболее широко используемыми в практике проектирования) моделями грунтовых оснований. Определена зависимость изменения местных и общих деформаций и распределения эпюр контактных напряжений по подошве жестких штампов при водонасыщении оснований технологическими растворами с различным значением рН;
-
Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных полученных в лабораторных и натурных исследованиях и выполнено сопоставление с параметрами, определенными аналитически по теоретическим упругим моделям грунтовых оснований.
Практическое значение работы заключается в том, что на основании комплексных исследований взаимодействия сточных вод с лессовыми просадочными грунтами получены результаты позволяющие существенно уточнить практику проектирования сетей и сооружений водопровода и водоотведения на пьшевато-глинистых грунтах естественного сложения и в уплотненном состоянии, при их возможном обводнении канализационными стоками.
Результаты выполненных исследований могут служить основой для подготовки методических документов по проектированию оснований под трубопроводы и сооружения водоотведения при условии залегания в основании лессовых просадочных грунтов.
Внедрение результатов осуществлено при проектировании первой и второй очереди Таш-Кумырского завода полупроводниковых
6 материалов, отдельных объектов строительства нового микрорайона «поселок Восточный» г.Ош. Методические разработки вошли в проекты берегоукрепительных работ от нагонных вод Каспийского моря и проекты рекультивации зараженных земель и захоронения химических отходов акционерного общества «Силан» в г. Данкове Липецкой обл.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и получили одобрение на международном советско-французском семинаре по строительству на лессовых грунтах (1987г.), на Всероссийской Конференции по основаниям и фундаментам в г.Уфа, на советско-финском семинаре по слабым грунтам (1989г.), на многочисленных семинарах по фундаментостроению в ЦМИПКС (1986,1987,1988 гг.)
Публикации Материалы диссертации изложены в 4 печатных работах и 5 научно-исследовательских отчетах.
Объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений общим объемом 205 страниц, из которых 168 страниц текста, 45 рисунков на 36 страницах, 12 таблиц на 13 страницах , перечень литературы из 178 наименований на 18 стр.и приложения на 18 страницах.
На защиту выносится: - комплексная методика лабораторных компрессионных испытаний уплотненных лессовых грунтов при замачивании их технологическими растворами с различными значениями ионно-водородного показателя рН;
результаты лабораторных исследований изменения деформационных и прочностных свойств лессовых просадочных грунтов при их увлажнении нейтральными, кислотными и щелочными сточными водами;
- результаты фильтрационных исследований лессовых грунтов естественного сложения и в уплотненном состоянии в зависимости от ионно-водородного показателя рН фильтрата;
методика лабораторного компрессионного испытания грунтов для оценки относительной просадочности и набухания грунтов;
методика натурных экспериментальных исследований изменения деформируемости и контактных напряжений в основании жестких штампов на просадочных грунтах при замачивании их различными технологическими растворами;
-'результаты экспериментальных исследований деформируемости лессовых просадочных грунтов при замачивании их технологическими растворами на экспериментальных площадках г.Ош и г. Таш-Кумыр;
- результаты натурных исследований изменения контактных
напряжений в основании жестких штампов на просадочных лессовых
грунтах при замачивании их различными технологическими растворами
на экспериментальной площадке г.Ош.