Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Инженерно-геологическая характери стика лессовых грунтов северного Кавказа 11
1.1. Геолого-геоморфологическое районирование Северного Кавказа 11
1.2. Распространение, условия залегания, строение и происхождение просадочных лессовых грунтов региона 14
1.3. Структурно-вещественные особенности лессовых грунтов региона 20
1.3.1. Химико-минералогический состав лессовых грунтов 20
1.3.2. Гранулометрический состав 22
1.3.3. Водостойкие агрегаты как структурные элементы лессовых грунтов , 24
1.3.4. Структурные связи 27
1.4. Физические и физико-механические свойства лессовых грунтов региона 29
1.4.1. Физические свойства лессовых грунтов региона 29
1.4.2. Физико-механические свойства лессовых грунтов региона 31
1.5. Просадочность лессовых грунтов 32
ГЛАВА 2. Опыт применения динамического и статического зондирования для оценки свойств лессовых грунтов
2.1. История применения методов зондирования для оценки свойств дисперсных грунтов 37
2.2. Анализ строительных нормативов по применению зондирования для оценки свойств лессовых грунтов
2.3. Анализ зондировочных установок 45
ГЛАВА 3. Применение динамического и статического зондирования на объектах северного кавказа 48
3.1. Исследование лессовых грунтов методами зондирования в Северо-Кавказском филиале ПНИИИС Госстроя СССР
3.2. Применение зондирования на объектах Ставропольского края 66
3.3. Зондирование лессовых грунтов в Ростовской области 126
3.4. Зондирование лессовых грунтов в Краснодарском крае 154
ГЛАВА 4. Оценка состава, состояния и свойств лессовых грунтов северного кавказа методами зондирования
4.1. Взаимосвязь динамического и статического зондирования 166
4.2. Взаимосвязь бокового трения и лобового сопротивления при статическом зондировании лессовых грунтов 168
4.3. Определение вида лессового грунта по данным статического зондирования
4.4. Определение пористости лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования
4.5. Определение консистенции (показателя текучести) лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования
4.6. Определение прочностных характеристик лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования '
4.7. Определение просадочности лессовых грунтов с использованием данных зондирования
ГЛАВА 5. Рекомендации по применению методов зондирования для оценки свойств лессовых грунтов 177
Основные выводы 180
Литература
- Структурно-вещественные особенности лессовых грунтов региона
- Анализ строительных нормативов по применению зондирования для оценки свойств лессовых грунтов
- Зондирование лессовых грунтов в Ростовской области
- Взаимосвязь бокового трения и лобового сопротивления при статическом зондировании лессовых грунтов
Введение к работе
Повышение эффективности и качества строительства в значительной степени зависит от правильной оценки свойств грунтовых оснований и выбора фундаментов зданий и сооружений. Особые трудности возникают при проектировании фундаментов на специфических, структурно-неустойчивых грунтах, к которым относятся и лессовые просадочные грунты. Надежное возведение зданий на этих грунтах относится к одной из наиболее важных и сложных проблем современного строительства.
На территории Северного Кавказа лессовые грунты распространены практически повсеместно. В равнинной части они занимают около 85 % площади, а в предгорных районах также являются основным типом грунтовых оснований, т.к. распространены на поверхностях плоских террас рек, наиболее удобных для строительства.
В Северо-Кавказском регионе на лессовых грунтах ведется массовое строительство зданий и сооружений различного назначения. В 1975-85 гг. в г. Буденновске был построен крупнейший в мире Прикумский завод пластмасс по производству полиэтилена (ныне ООО "Ставролен" ЗАО "ЛУКОЙЛ-Нефтехим"). Все его взрывоопасные и высокоответственные объекты были возведены на просадочных грунтах большой мощности с использованием различных методов подготовки оснований и фундаментов.
В это же время с большими осложнениями были построены высокоответственные объекты ПО «Атоммаш» в г. Волгодонске. На просадочных грунтах большой мощности построены и продолжают строиться водохозяйственные объекты Предкавказья, в том числе самой крупной в России оросительной системы Большого Ставропольского канала.
За последние 40-50 лет среди полевых методов оценки свойств грунтов достойное место заняли методы зондирования.
Опыт показывает, что только комплексное исследование лессовых грунтов с помощью полевых и лабораторных методов позволяет оценить их физико-механические и просадочные свойства и дать их прогноз при хозяйственном освоении территорий. Среди полевых методов оценки свойств лессовых грунтов наиболее эффективными могут быть методы зондирования, если удастся найти надежные зависимости между показателями зондирования и физико-механическими характеристиками этих специфических образований.
Среди полевых методов испытания слабых грунтов в естественных условиях лидирующее место занимают статическое и динамическое зондирование. Их основными достоинствами являются:
- возможность непрерывной оценки состава и свойств лессовых грунтов в условиях естественного залегания. При этом можно исключить точечное опробование геологического разреза с отбором проб-монолитов, которое часто происходит с неконтролируемым нарушением структуры естественного грунта. Кроме нарушений при отборе грунта, изменение его состояния может произойти в процессе транспортировки и хранения.
В проектно-изыскательских организациях Юга России накоплен большой материал статического и, в меньшем объеме, динамического зондирования лессовых грунтов, но без соответствующей научной обработки он остается малоинформативным для изыскателей и проектировщиков.
Работа является актуальной в связи с тем, что на сегодняшний день не существует нормативных таблиц и эмпирических уравнений, позволяющих определить свойства лессовых грунтов методами зондирования.
Действующий Свод Правил не разрешает методами зондирования определять расчетные характеристики специфических лессовых грунтов по нормативным таблицам. В то же время ГОСТ 19912-2001 рекомендует «количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводить на основе статистически обоснованных зависимостей между показателями
сопротивления грунта внедрению зонда и результатами определения характеристик другими стандартными методами».
Цель диссертационной работы - дать количественную оценку физических, физико-механических и просадочных характеристик лессовых грунтов с использованием методов динамического и статического зондирования.
Эта цель определила необходимость решения следующих основных задач:
Изучение и обобщение имеющегося опыта зондирования лессовых грунтов Северо-Кавказского региона.
Анализ нормативно-строительной базы и зондировочных установок для оценки строительных свойств лессовых грунтов.
Выявление зависимости между показателем динамического зондирования (N, уд/дм) и лобовым сопротивлением зонду (qc, МПа) при статическом зондировании.
Выявление зависимости между лобовым сопротивлением зонду (qc, МПа) и трением по боковой поверхности зонда (fs, кПа).
Выяснение взаимосвязи между показателями зондирования и характеристиками состава, состояния и свойств лессовых грунтов: показателем текучести (IL, д.е.), удельным сцеплением (С, кПа), пористостью (п,%) и просадочно-СТЬЮ (Є5|, д.е.).
Разработать рекомендации по применению методов зондирования для оценки состава, состояния и свойств лессовых грунтов, включая их просадоч-ность (на примере Северного Кавказа).
Методика исследований и достоверность результатов. Исследование просадочных грунтов методами зондирования было проведено автором практически на всей территории Северо-Кавказского региона. Для этого автор проанализировал проектно-изыскательские материалы, исполнительную документацию и состояние более 80-ти объектов, построенных на лессовых грунтах с использованием данных динамического и статического зон-
7 дирования на территории Ставропольского и Краснодарского краев, Ростовской области и Чеченской республики.
Строение лессовых разрезов и инженерно-геологические характеристики грунтов региона были изучены по фондовым и опубликованным данным, включая материалы по опорным разрезам, исследованным головными организациями Госстроя, Минвуза и АН СССР. Комплексное изучение структурно-вещественных особенностей и свойств лессовых грунтов было выполнено как стандартными методами, так и по нестандартным методикам Северо-Кавказского филиала ПНИИИС Госстроя РФ.
Анализ нормативной базы был выполнен в историческом аспекте, с использованием доступной литературы по зарубежному опыту зондирования грунтов в европейских странах и США.
Достоверность полученных результатов подтверждается статистической обработкой и научным анализом большого объема характеристик состава, свойств и данных зондирования естественных и техногенно измененных лессовых грунтов, в том числе уплотненных глубинными взрывами. Результаты исследований подтверждены научно-исследовательскими, проектно-изыскательскими и строительными организациями Юга России.
Научную новизну представляют следующие элементы работы:
Впервые изучен и обобщен опыт применения статического и динамического зондирования лессовых просадочных грунтов на объектах Северного Кавказа.
Выявлена зависимость между показателем динамического зондирования (N, уд/дм) и лобовым сопротивлением зонду (qc, МПа) при статическом зондировании.
Выявлена зависимость между лобовым сопротивлением зонду (qc, МПа) и трением по боковой поверхности зонда (fs, кПа) при статическом зондировании, которая позволяет определить вид лессового грунта.
На большом статистическом материале получены достоверные зависимости между показателями зондирования и характеристиками лессовых грунтов Северного Кавказа: показателем текучести (IL, д.е.); удельным сцеплением (С, кПа); пористостью (п, %) и просадочностью (є8і, д.е.), которые могут быть полезными для применения в других регионах России и за рубежом.
Впервые составлены региональные "Рекомендации по применению методов зондирования для оценки просадочных лессовых грунтов Северного Кавказа". Рекомендации могут служить территориальным строительным нормативом, после их утверждения субъектами Федерации ЮФО.
Автором работы выдвигаются следующие защищаемые положения:
Между динамическим и статическим зондированием лессовых грунтов имеется тесная корреляционная связь, что позволяет рекомендовать в качестве основного метода статическое зондирование, отличающееся простотой и технологичностью.
Между сопротивлением конусу и боковым трением зонда имеется тесная зависимость, что позволяет отказаться от второго типа зондов по ГОСТ 19912-2001 и упростить конструкцию зондировочных установок.
Отношение бокового трения к сопротивлению конуса зонда позволяет разделить лессовые грунты на: 1) лесс и легкие лессовидные суглинки; 2) тяжелые лессовидные суглинки и лессовидные глины.
Установлены зависимости между показателями зондирования и характеристиками лессовых грунтов: показателем текучести (II, д.е.); удельным сцеплением (С, кПа); пористостью (п,%) и просадочностью (є8і, д.е.).
Практическая значимость работы.
Полученные зависимости между характеристиками состава, состояния и свойств грунтов, с одной стороны, и данными зондирования, с другой стороны, позволяют использовать их в практике изысканий при проектировании зданий и
9 сооружений на просадочных грунтах региона, а также после проверки в других регионах России.
Рекомендации по применению методов зондирования для оценки свойств лессовых грунтов (на примере Северного Кавказа) после соответствующего их обсуждения могут быть утверждены в качестве региональных ТСН (Территориальных строительных норм) субъектов федерации Юга России. Апробация и внедрение результатов работы. Результаты исследований докладывались автором на конференциях: Третья межрегиональная научная конференция «Студенческая наука - экономике России», Ставрополь, СевКавГТУ, 2002; Пятая межрегиональная научная конференция «Студенческая наука - экономике России», Ставрополь, СевКавГТУ, 2005; Девятая региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Ставрополь, СевКавГТУ, 2005; Международная научно-практическая конференция «Строительство - 2006», Ростов-на-Дону, РГСУ, 2006; XXXV научно-техническая конференция по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ, Ставрополь, СевКавГТУ, 2005; XXXV научно-техническая конференция по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ, Ставрополь, 2005; Научно-практическая конференция молодых специалистов («Инженерные изыскания в строительстве»), М., Министерство регионального развития РФ, 2006; Всероссийская научная студенческая конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России». Ставрополь, 2006; X региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», Ставрополь, 2006.
Основные положения диссертационной работы также доложены и обсуждены на заседании кафедры "Городского строительства и экспертизы недвижимости" СевКавГТУ.
Результаты исследований и рекомендации по зондированию лессовых грунтов были использованы при изысканиях и проектировании ряда объектов Северного Кавказа.
Публикации.
Результаты проведенных исследований автора отражены в 16-ти публикациях.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 200 страницах машинописного текста, содержит 107 рисунков, 13 таблиц и списка литературы из 167 наименования.
Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, чл.-кор. РАЕН Б.Ф.Галаю за постоянное внимание и помощь при выполнении работы.
Автор признателен сотрудникам кафедры «Городское строительство и экспертиза недвижимости» СевКавГТУ, Северо-Кавказскому инженерно-геологическому Центру (бывш. Северо-Кавказскому филиалу ПНИИИС Госстроя СССР), ОАО «СтавропольТИСИЗ» за помощь в период подготовки диссертации.
Структурно-вещественные особенности лессовых грунтов региона
Изучение научно-технической литературы показывает, что основными факторами, определяющими эффективное применение методов зондирования, являются состав, состояние и структурные особенности лессовых грунтов
Химический состав. Валовый состав дает общее представление о минеральном составе. В табл. 1.3 приведены средние данные химического состава лессов для трех рай онов Ставропольского края. Повышенное количество кремнезема в лессах г.г. Буденновска и Благодарного объясняется значительным содержанием пылева-той фракции, в которой преобладают кварц и полевые шпаты. В лессовидных суглинках г. Георгиевска за счет высокого содержания глинистой фракции наблюдается снижение кремнезема.
Водорастворимые соли разделяются на три основных группы: легкорастворимые галоиды и сульфаты (NaCl, Na2S04 и MgSC ), среднерастворимый гипс CaS04 2H20 и труднорастворимый карбонат кальция СаСОз.
Легкорастворимые соли в изученных грунтах содержатся в количестве от 0,05 до 2,0 %. Повышенная засоленность характерна для северных районов, прилегающих к Манычу, и для восточных районов (Буденновск, Степное, Геор-гиевск, Новопавловск и др.). В составе легкорастворимых солей доминирует Na2SC 4, a NaCl и MgS04 в сумме обычно не превышают содержание Na2S04. Другие легкорастворимые соли составляют незначительную часть породы.
Гипс концентрируется ниже карбонатно-иллювиального горизонта современной и ископаемых почв, что объясняется его более высокой растворимостью и миграционной способностью по сравнению с карбонатами кальция и магния.
Состав поглощенного комплекса находится в зависимости от состава и соотношения легкорастворимых солей. В более засоленных лессовых грунтах преобладает натрий, в нижней части разрезов и в менее засоленных лессах уверенно доминируют кальций и магний.
Глинистые минералы в лессах Северного Кавказа Монтмориллонит во глинистой фракции ( 0,002 мм) изменяется в широких пределах - от 2-7 до 70-80 %. Его мало в типичных просадочных лессах Буденновска и Степного, а также в гумусированных горизонтах современной и ископаемых почв. В непросадочных суглинках г. Георгиевска, станиц Те-мижбекской и Кременчуг-Константиновской монтмориллонит составляет 40-80 % от массы глинистой фракции.
Гидрослюда содержится в количестве от 12 до 60%. Ее максимальное количество наблюдается в лессах Степного и Буденновска и в гумусированных горизонтах современной и ископаемых почв. Мало гидрослюды в тяжелых лессовидных суглинках и глинах.
Каолинит выступает антиподом по отношению к монтмориллониту, а иногда и к гидрослюде. Его содержание изменяется от 8 до 43 %. Максимальное количество наблюдается в лессах Буденновска и Степного и в гумусированных почвенных горизонтах. Мало каолинита в тяжелых лессовидных суглинках.
Кроме этих основных минералов в глинистой фракции встречены хлорит галлуазит, кальцит, кварц, окислы железа и органическое вещество. Породообразующие (кластогенные) минералы.
Кроме глинистых минералов, породообразующими минералами в лессовых грунтах региона являются кварц, полевые шпаты и карбонаты.
Кварц преобладает в крупных фракциях (крупнее 0,1 мм). Окатанность зерен кварца уменьшается с уменьшением их размера. Лучше окатаны зерна этого минерала в крупнодисперсных лессах (Степное, Буденновск, Ипатово), чем в лессовидных суглинках (Темижбекская, Георгиевск). Полевые шпаты содержатся в количестве 15-19 %. Карбонаты в среднем составляют 10 % и практически не изменяется на территории региона.
Благоприятным фактором для изучения возможностей методов зондирования является достаточно широкий диапазон изменения литологического состава лессовых грунтов. По гранулометрическому составу они изменяются в ре 23 гиональном плане от лессовидных песков и лессов до тяжелых лессовидных суглинков и глин.
Гранулометрический состав является прямым классификационным показателем дисперсности и важнейшей структурной характеристикой лессовых грунтов [34, 97]. По мнению акад. Е.М. Сергеева [135, с. 27], "то обстоятельство, что гранулометрический состав показывает предельную диспергацию пород, делает его удобным классификационным показателем, микроагрегатный состав отражает степень агрегированное пород при данных условиях".
Главной особенностью гранулометрического состава лессовых пород Северного Кавказа является резкое преобладание двух фракций - т.н. "лессовой" (0,1 - 0,01 мм) и глинистой (менее 0,005 мм). Размер 0,005 мм глинистой фракции установлен в классификации СЭВ и официальных строительных нормативах, а также принят в работах И.М. Горьковой [34], Л.Г. Балаева [4], Н.И. Кригера [91], В.П. Ананьева [3]. Иногда размер глинистой фракции считают равным 0,002 мм или 0,001 мм. Для лессовых грунтов Северного Кавказа между фракциями 0,002 мм и 0,005 мм установлена тесная линейная корреляция (г =+0,97) с уравнением связи: С 0,002 мм = 0.79 С 0,005 мм График этой зависимости представлен на рис. 1.4. Кроме того, обнаруживается весьма тесная (г=-0,93) и обратнолинейная зависимость между "лессовой" и глинистой ( 0,005 мм) фракциями (рис. 1.5). Она выражается уравнением [21]: Со, i-o,oi= 90 - 1,03-С о,оо5 Суммарное содержание остальных фракций в подавляющем большинстве случаев не превышает 10 -15 %.
На основе рекомендаций С.С. Морозова [119], Л.Г. Балаева [4], И.М. Горьковой [34], Н.И. Кригера [91] и других исследователей, Б.Ф. Галаем [21] была составлена гранулометрическая классификация лессовых грунтов Северного Кавказа, приведенная в табл. 1.4.
Анализ строительных нормативов по применению зондирования для оценки свойств лессовых грунтов
До 1972 г. в нашей стране было много ведомственных нормативно-методических документов, регламентирующих проведение зондирования, обработку и использование полученных данных. Обобщение многолетнего опыта различных организаций и специальные научные исследования позволили ПНИИИС Госстроя СССР совместно с Фундаментпроектом и Гидропроектом разработать первый федеральный норматив СН 448-72 «Указания по зондированию грунтов для строительства» [136], который был утвержден Госстроем СССР и введен в действие с 1 июля 1973 г.
«Указания по зондированию» позволили унифицировать методику проведения и интерпретацию результатов зондирования, создали благоприятные условия для широкого внедрения зондировочных методов в практику инженерно-геологических изысканий, обеспечили повышение качества инженерных изысканий, проектирование фундаментов зданий и сооружений. Основные положения СН 448-72 сохранились в действующем ГОСТ 19912-2001 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием».
ГОСТ 19912-2001, п. 4.3 рекомендует методы зондирования «применять в комплексе другими видами инженерно-геологических работ или отдельно для: - выделения инженерно-геологических элементов (толщины слоев и линз, границ распространения грунтов различных видов и разновидностей); - оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунтов; - определения глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов; - количественной оценки характеристик физико-механических свойств грунтов (плотности, модуля деформации, угла внутреннего трения и сцепления грунтов и др.); - определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве , - оценки возможности забивки свай и определения глубины их погружения; - определения данных для расчета свайных фундаментов; - выбор мест расположения опытных площадок и глубины проведения полевых испытаний, а также мест отбора образцов для лабораторных исследований; - контроля качества геотехнических работ».
Указанные возможности зондирования были сформулированы исследователями еще в начале 70-х гг. Гохфельд Б.Л., Жорник Г.В. [47, с. 152]; М.И. Ха-занов, А.Я.Рубинштейн и Э.Р.Черняк, Лебедев В.И. [148]. С тех пор предпринимались многочисленные попытки установить функциональные связи показателей зондирования с характеристиками грунта. В результате было установлено, что эмпирические зависимости достаточно четко проявляются и оказываются полезными для приближенной оценки некоторых инженерно-геологических свойств песчаных и глинистых грунтов.
В 1974 г. М.И. Хазанов, А.Я.Рубинштейн, Э.Р.Черняк [148, с. 13-14] выявили возможность определения консистенции и числа пластичности по результатам динамического зондирования. Взаимосвязь между числом пластичности 1р , динамическим сопротивлением R и влажностью W для лессовых пород Курской и Белгородской областей выражается формулой: IP = 0,765W-0,0632R+1,5.
Эти исследователи установили, что между показателем зондирования N и влажностью W лессовых пород наблюдается определенная зависимость. Например, для лессовых пород Ставропольского края она выражается уравнением N = 12,6 -0,43W, для лессовых пород Яванской долины - N = 12,0 -0,33W. Особое значение имели попытки определения модуля деформации грунтов по данным динамического зондирования, так как при этом сокращался объем весьма трудоемких штамповых испытаний, выполнение которых регламентируется требованиями СНиП и ГОСТ.
М.И. Хазанов, А.Я.Рубинштейн и Э.Р.Черняк [148, с. 35] обратили внимание, что «для песчаных грунтов использование результатов динамического зондирования с целью определения модуля деформации уже вошло в практику инженерно-геологических изысканий. Формулы, устанавливающие корреляционные зависимости между показателями зондирования и модулем деформации песков различного генезиса и состава, приводятся во многих литературных источниках и нормативных документах. Иначе обстоит дело с установлением подобных зависимостей применительно к глинистым грунтам. Для них получено очень небольшое количество зависимостей, причем, как правило, с низкими значениями коэффициента корреляции. Это связано, по-видимому, с различными условиями деформирования под нагрузкой, протекающего очень быстро для песчаных пород и длительно - для пород глинистого состава.
На основании анализа установленных зависимостей между модулем деформации грунтов и сопротивлением зондированию можно сделать вывод, что с увеличением сопротивления зондированию модуль деформации увеличивается. В одних формулах отмечается прямопропорциональная зависимость, в других криволинейная. В количественном же отношении все эти формулы сопоставить очень трудно, так как все они выведены при различных условиях проведения, как самого зондирования, так и испытания штампами».
Зондирование лессовых грунтов в Ростовской области
Статическое зондирование было выполнено установкой С-832М в 5-ти точках. Результаты зондирования с геологической колонкой представлены на рис. 3.63. Анализ этих графиков показывает, что в пределах верхней, наиболее просадочной толщи (до глубины 4 м) сопротивление конусу составляет 2-9 МПа, а боковое трение 50-200 кПа. Ниже лобовое сопротивление и боковое трение в общем снижаются и, соответственно, составляют 1,7-5,6 МПа и 50-350 КПа.
Характер распределения точек между показателями статического зондирования представлен на рис. 3.64. Коэффициент корреляции между лобовым и боковым сопротивлениями зонду по всем точкам разреза составил г = 0,5.
Низкий коэффициент корреляции объясняется неоднородностью литоло-гического разреза. На рис. 3.64 видно, что точки тяготеют к двум прямым. Если разделить совокупность точек на две части, по виду грунта, мы получим повышение коэффициента корреляции до г = 0,9. По данным РостовдонТИСИЗа, этот слой уходит на глубину более 38,0 м, а грунтовые воды находятся на глубине 35 м.
Характерной особенностью лессовых пород данного региона является малое содержание в них пылеватой (0,05 - 0,005 мм) фракции, которая часто не достигает 50%. Если строго следовать ГОСТу, то эти грунты нельзя считать лессовыми.
Данные грунты относятся к легким, средним и тяжелым лессовидным суглинкам. Легкие суглинки преобладают в верхней валдайской части разреза, а средние - в его среднечетвертичной части. Ископаемые почвы выделяются более глинистым составом. Плотность сухого грунта изменяется от 1,43 до 1,62 г/см . Более плотными являются ископаемые почвы и самая нижняя часть разреза.
Граница текучести изменяется в соответствии с содержанием глинистой фракции. Породы относятся к малоагрегированным, т.к. содержание водостойких макроагрегатов в них не превышает 20%. Карбонатность пород изменяется от 4 до 18,7%, минимальные значения характерны для гумусных горизонтов ископаемых почв, а максимальные - для их иллювиальных горизонтов. Средняя карбонатность лессовых горизонтов составляет 7 - 9%, содержание гумуса в наиболее молодой внутривалдайской почве достигает 0,6%, а в лессовых горизонтах обычно составляет 0,1 - 0,2%.
В этих грунтах примерно в равных количествах содержатся все три основных глинистых минерала - гидрослюда, каолинит, и монтмориллонит. Сле дует отметить высокое (40 - 50%) содержание монтмориллонита в иллювии ископаемых почв и уменьшение его до 23% в гумусных горизонтах.
Яркой особенностью разреза является распределение водорастворимых солей, которые очень убедительно могут характеризовать непромывной тип водного режима на данном участке. Основной запас солей сосредоточен под современной почвой. Ниже каждой ископаемой почвы происходит поэтапное снижение концентрации водорастворимых солей. В отличие от современной почвы, ископаемые почвы засолены.
Особое внимание в этом разрезе привлекает необычное распределение просадочности по глубине. В ископаемых почвах, как и следовало ожидать, просадочность отсутствует. Просадочными являются только лессовые горизонты. Неожиданным является тот факт, что верхние валдайские лессовые горизонты оказались слабопросадочными, а среднеплейстоценовые (московский и днепровский) сохранили значительную (до 5%) просадочность. В связи с этим следует отметить, что именно на эти просадочные грунты весьма опасно опирать буронабивные сваи, которые являются основным видом фундаментов в промышленном строительстве г. Волгодонска.
Статическое зондирование грунтов на объектах ПО «Атоммаш». Зондирование было выполнено по заданию Ростовского инженерно-строительного института Ставропольским трестом «Оргтехстрой» установкой С-832М на глубину 20,6 м в 6-ти точках; 3 из них (№ 1, 2, 3) расположены у корпуса № 4 северо-западной стороны, а остальные № 4, 5, 6) - у корпуса с северо-восточной стороны.
Графики зондирования приведены на рис. 3.65. и рис. 3.66. Из них видно, что сопротивление конусу зонда в пределах просадочной толщи (до глубины 15-18 м) изменяется в сравнительно узких пределах 2-4 МПа. Ниже сопротивление зонду в точках № 1-3 не увеличивается, а в точках № 4-6 увеличивается до 6-Ю МПа, т.е. в 3-4 раза. Причина таких колебаний прочности грунта объясня ется как литологическои неоднородностью разреза, так и замачиванием проса-дочной толщи, которое привело к деформациям зданий Атоммаша.
Также на рис. 3.246 и 3.24в можно отметить разделение графиков на две части. Низкое сопротивление конусу зонда первых трех точек расположенных у 4-го корпуса объясняется замоченным состоянием лессовых грунтов.
На рис, 3.67. показана зависимость между лобовым и боковым сопротивлением конусу зонда. Коэффициент корреляции составил г = 0,73.
Взаимосвязь бокового трения и лобового сопротивления при статическом зондировании лессовых грунтов
Площадка расположена в зоне реконструкции центральной части города, рядом с гостиницей «Интурист» («Плаза»). Проектируется 14-этажное здание с заглублением плитно-свайного фундамента на глубине 8 м от поверхности земли. В связи со сложными грунтовыми условиями и высокой ответственностью здания, геологический разрез был разведан до глубины 36 м с большим объемом полевых и лабораторных исследований. Изыскатели выделили следующие слои. 1. Насыпной грунт - суглинок со строительным мусором, мощность м. 2. Суглинок желто-бурый, просадочный, мощностью м. 3. Суглинок желто-бурый, непросадочный, полутвердый. За. Суглинок желто-бурый, непросадочный, мягкопластичный. 4. Суглинок желто-бурый, непросадочный, полутвердый, с погребенной почвой. 5. Суглинок желто-бурый, непросадочный, мягкопластичный, с погребенной почвой. 6. Суглинок коричневато-бурый, тяжелый, непросадочный, водонасыщенный. 7. Суглинок красно-бурый, тяжелый, твердый, водонасыщенный. Грунтовые воды вскрыты на глубине 3,0-4,8 м. Просадочные суглинки распространены до глубины 2,4-4,5 м и будут удалены при заглублении фундаментов здания. Анализ результатов зондирования (рис. 3.80 и 3.81) показал следующее.
Верхние два слоя суглинков (ИГЭ-2 и 3) имеют низкое лобовое сопротивление (0,91-1,25 МПа). Ниже сопротивление пород возрастает (1,86-3,52 МПа). В связи с низкой несущей способностью верхней части разреза возникла необходимость уплотнения просадочных и водонасыщенных лессовидных суглинков.
На рис. 3.82 показана зависимость между показателями статического зондирования лессовых грунтов. Коэффициент корреляции равен г = 0,79. Малый разброс точек и высокий коэффициент корреляции объясняется однородностью инженерно-геологического разреза.
На площадке были выполнены опытные буронабивные грунтовые сваи из местного сухого суглинка. Зондирование тела свай в замоченном состоянии на глубину 15 м установкой ПИКА-15Т (рис. 3.83 и 3.84) показало достаточно высокое сопротивление зонду (2-4 МПа), т.е. сопротивление уплотненного грунта возросло в 2-4 раза. Особое значение имеет факт высокой прочности грунтов ниже 8 м, где сопротивление зонду стабильно составляет 3,5-4,0 МПа. Коэффициент корреляции между показателями зондирования в теле грунтовой сваи составил г = 0,74 (рис. 3.85). Высокий коэффициент корреляции обусловлен тем, что грунтовая свая выполнена из однородного местного суглинка грунта, тем самым мы снова находим подтверждение тому, что отношение показателей статического зондирования зависит от вида лессового грунта.
Территория ПНБ «Тихорецкая» относится к промышленному району города, характеризуется плотной застройкой зданиями и сооружениями промышленного и промышленно-бытового назначения, густой сетью коммуникаций. Предприятие является производственным объектом повышенной опасности со специальным режимом работы.
В 2005-06 гг. по заданию ОАО ВНИИСТ (г. Москва) краснодарский институт ЗАО «НИПИ «ИнжГео» выполнил изыскания в связи со строительством нового РВС (резервуар стальной вертикальный) емкостью 50000 м . При испытании резервуара произошла неравномерная осадка, для исправления которой при участии автора данной работы был разработан проект приведения резервуара в нормативное положение.
Ценность исследований на данной площадке определяется не только высокой ответственностью и особым режимом объекта, но и тем, что НИПИ «ИнжГео» выполнил большой комплекс полевых исследований, включающий статическое зондирование и испытание штампами.
Геологический разрез на площадке до глубины 50 м представлен четвертичными отложениями: ИГЭ-1. Насыпной грунт: глина темно-серая, полутвердая и тугопластич-ная, загрязненная нефтепродуктами, со строительным мусором до 10-20 % и галькой до 20-25 %. ИГЭ-3. Суглинок серо-желтый, тугопластичный. ИГЭ-4а. Глина темно-бурая и красно-бурая, твердая и полутвердая. ИГЭ-5. Суглинок желто-бурый, мягкопластичный. ИГЭ-6. Суглинок желто-бурый, полутвердый. ИГЭ-7. Глина желто-бурая, твердая. ИГЭ-8. Суглинок желто-серый, твердый. Грунтовые воды залегают на глубине 3,0-3,3 м.
В таблице 3.4 представлены физические и физико-механические свойства грунтов по выделенным ИГЭ, а на рис. 3.87 показано изменение показателей зондирования и физико-механических свойств грунтов по глубине разреза. Исследование грунтов на этом объекте было выполнено в связи с аварийными деформациями здания школы и укреплением просадочных грунтов буро-набивными грунтовыми сваями по методу Б.Ф.Галая. Геологический разрез площадки следующий: 1. Насыпной грунт - суглинок со строительным мусором, до глубины 0,5 м. 2. Растительный слой - суглинок гумусированный до глубины 1,5 м. 3. Суглинок светло-коричневый, макропористый, с включениями карбонатов, до глубины 7,5 м. В подошве слоя находится ископаемая почва мощностью 1,5 м. 4. Суглинок коричневый, с прослоями супеси, плотный, в интервале глубин 7,5-12,0 м. Водоносный горизонт находится на глубине 11 м. Просадочные свойства суглинков обнаружены до глубины Юм. Просадка от собственного веса грунта менее 5 см (I тип просадочности). Относительная просадочность суглинка слоя № 3 при Р=0,3 МПа достигает 5 %.
Несмотря на неравномерное замачивание просадочных грунтов, статическое зондирование в 6-ти точках (рис. 3.88) четко зафиксировало выделенные бурением слои. В просадочном слое сопротивление зонду равно 2-4 МПа, а ниже составляет 4-6 МПа. Повышение сопротивления зонду происходит на контакте с ископаемой почвой.
