УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТА

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для определения просадок грунтов от собственного веса.
Известны устройства, а именно - опытные котлованы для замачивания просадочных грунтов с целью определения фактической ожидаемой просадки грунтов [1, 2] от собственного веса грунта при проведении инженерно-геологических изысканий. Величина фактической ожидаемой просадки необходима для проектированияи расчета зданий и сооружений на просадочных грунтах.
Обычно опытное замачивание производят непрерывно в течение нескольких месяцев в прямоугольных котлованах значительных размеров со сторонами не менее величины просадочной толщи (20-40 м). Большие размеры котлована вызваны необходимостью получения максимальной ожидаемой просадки грунта от собственного веса на исследуемой площадке. Максимальная просадка от замачивания развивается в центральной части опытного котлована, где наблюдается одноосное напряженное состояние грунта и его одномерное сжатие под действием напряжений. Касательные напряжения от сил трения между увлажненным проседающим и не увлажненным грунтом, находящимся за пределами котлована минимальны или отсутствуют в центральной части большого котлована, т.е. здесь наблюдается одноосное напряженное состояние. О максимально возможной величине просадки судят по измеренной просадке в центральной части котлована, где просадочный грунт претерпевает одномерное сжатие. Просадку измеряют с помощью глубинных и поверхностных марок, установленных в котлован перед его замачиванием. Данный способ определения просадки весьма дорогостоящий, трудоемкий и длительный. Для его проведения требуется 3500-10000 м3 воды, 3-5 месяцев непрерывного замачивания, 0,5-2 га свободных от застройки площадей, работа квалифицированного инженерного персонала в течение всего времени замачивания.
Известно также устройство (3) для определения просадочных свойств грунта, включающее котлован уменьшенных размеров для ускоренного опытного замачивания просадочного грунта и проявления максимально возможной просадки. Ускорение сроков проведения опытного замачивания (продолжительность составляет 1-2 недели) и сокращение объема требуемой воды (объем воды составляет всего 100-250 м3) достигаются уменьшением диаметра опытного котлована до величины, равной 0,1-0,4 величины просадочной толщи. Уменьшение сроков замачивания котлована происходит за счет уменьшения объема необходимого для появления просадки массива увлажненного грунта и сокращения пути фильтрации воды в грунт внутри котлована. Для того, чтобы в центральной части котлована уменьшенных размеров напряженное состояние приближалось к одномерному и было подобно напряженному состоянию грунта в центре большого котлована, в котловане уменьшенных размеров по периметру пробурены часто расположенные скважины, ослабляющие контакт с окружающими грунтами (эффект перфорации).
Сумма диаметров часто расположенных скважин составляет 0,4-0,5 периметра котлована, что уменьшает площадь контакта увлажняемого массива грунта и окружающего грунта и касательные силы трения между замоченным, склонным к просадке грунтом и грунтами, окружающими котлован. В результате замачивания уменьшенного котлована, просадочный грунт, находящийся внутри котлована (в виде обуренного часто расположенными скважинами столбика-целика грунта), стремится просесть и по линии бурения скважин по ослабленному сечению между скважинами происходит сдвиг проседающего грунта в котловане относительно окружающего массива. Известное устройство для определения просадочных свойств грунта имеет недостатки. При сдвиге касательные напряжения в самом столбике-целике грунта уменьшаются. Однако из-за наличия промежутков грунта между скважинами, касательные силы трения не уменьшаются до минимально возможных значений и в результате внутри столбика-целика не развивается вертикальное максимальное напряжение, что приводит к уменьшению и искажению просадки, т.е. напряженное состояние в целике-грунта не соответствует одномерному.
Недостатками данной конструкции являются:
- периметр котлована не полностью отделен от окружающего массива грунта, что искажает одноосное напряженное состояние и величину просадки внутри котлована;
- происходит увлажнение массива грунта, окружающего котлован, что увеличивает сроки замачивания, количество воды для замачивания и искажает просадку грунта в котловане;
- отсутствуют необходимые устройства для измерения просадок грунта по глубине массива увлажненного просадочного грунта;
- процесс замачивания просадочного грунта происходит медленно через дренирующие скважины.
Технической задачей полезной подели является устранение вышеперечисленных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения просадочных свойств грунта включающем котлован уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта с выделенным по его периметру целиком-столбом грунта, выполненным посредством пробуренных и часто расположенных скважин, согласно полезной модели, по периметру котлована, до глубины нижней границы просадочного грунта, выполнены прорези в виде щелей с помощью бурения буросекущих скважин, причем, в прорези встроены противофильтрационная и антифрикционная завеса путем заполнения щелей гидроизолирующим антифрикционным материалом, исключающим замачивание окружающих грунтов и облегчающим скольжение целика-столба грунта по окружающему котлован грунту, а внутри котлована установлены глубинные и поверхностные марки для определения просадки грунта по глубине и на поверхности, кроме того, в средней части дна уменьшенного котлована выполнены дренирующие скважины, кроме этого, устройство дополнительно снабжено по крайней мере одним манжетным инъектором, выполненным в виде перфорированной трубы с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами, и установленным в скважину пробуренную в центральной части котлована, причем, манжетный инъектор снабжен разжимным пакером. В устройстве для определения просадочных свойств грунта прорези могут быть выполнены на глубину нижней границы просадочного грунта путем забивки специального ножа или с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи.
Техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема устройство для определения просадочных свойств грунта, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - схема манжетного инъектора.
sl
Устройство для определения просадочных свойств грунта включает котлован 1 уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта. По периметру котлована 1 выполнены прорези в виде сплошных щелей 2 на глубину нижней границы (Н) просадочного грунта посредством бурения часто расположенных буросекущих пересекающихся в плане скважин 3. Таким образом, заранее сформирована поверхность скольжения обуренного буросекущими скважинами 3 целика-столба грунта 4 по поверхности массива окружающего грунта. Щели 2 могут быть выполнены с помощью погружения специального ножа путем его забивки, а также с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи (jet-технология). Для исключения увлажнения окружающих грунтов в щелях 2 котлована 1 (перед его замачиванием) выполнена противофильтрационная и антифрикционная завеса. Щель 2 заполняют гидроизолирующим антифрикционным материалом - например, бентонитовым раствором, исключающим замачивание окружающих грунтов и создающим антифрикционную смазку по боковой поверхности отрезанного целика-столба грунта 4. Внутри котлована 1 встроены поверхностные 5 и глубинные 6 марки, по которым определяют просадку грунта по глубине и на поверхности котлована уменьшенных размеров. Замачивание котлована может производиться через дренирующие скважины 7, устроенные в его средней части, если продолжительность испытания допускается до 2-3 недель. Это время необходимо для промачивания обуренного целика грунта через дренажные скважины. Если же требуется проведение опыта в кратчайшие сроки: 2-3 дня, то для ускорения процесса увлажнения обуренного целика грунта его замачивание водой производится принудительно по глубине через предварительно установленный в котловане глубинный манжетный инъектор 8 с расчетным количеством воды. Манжетный инъектор 8 представляет собой перфорированную трубу с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами (на чертеже не показаны) и установленный в скважину, пробуренную в центральной части котлована. В манжетный инъектор 8 помещен разжимной пакер 9. Для замачивания грунта через отверстия разжимного пакера 9 подают воду под избыточным давлением. При подаче воды манжеты манжетного инъектора 8 разжимаются и в просадочный грунт обуренного целика столба грунта 4 поступает вода. Вода подается последовательно в отдельные зоны; размеры зон, последовательность, давление и количество подаваемой воды определяются заданием на проведение опыта. Благодаря избыточному давлению воды сокращается время фильтрации и обуренный целик-столб грунта 4 водонасыщается гораздо быстрей, чем через дренирующие скважины.
Устройство для определения просадочных свойств грунта работает следующим образом.
При поступлении воды в углубление котлована 1 происходит водонасыщение внутреннего целика-столба 4 просадочного грунта по глубине с помощью дренажных скважин. В случае применения глубинного манжетного инъектора 8 водоносыщение грунта производится гораздо быстрее, как описано выше. Отделенный от окружающего грунта часто расположенными буросекущими скважинами 3, заполненными антифрикционным гидроизолирующим материалом - например бентонитовым раствором, водонасыщенный просадочный грунт в виде обуренного целика-столба 4 начинает проседать от собственного веса и происходит его сдвиг по щели 2 относительно неподвижного массива окружающего грунта.
Благодаря тому, что окружающий массив грунта не увлажняется и сохраняет неподвижное состояние, а также наличию смазки по поверхности щели происходит максимальное скольжение и снятие касательных сил трения между проседающим и окружающим неподвижным грунтом. При этом в целике-столбе 4 наблюдается одномерное напряженное состояние, просадка в котловане проявляется в полной мере и равна максимально возможной просадке для данной площадки. Просадка измеряется по поверхностным 5 и глубинным 6 маркам. По результатам опытного замачивания строятся графики развития просадки в котловане по поверхностным маркам, графики развития просадки по глубине - по глубинным маркам, графики скоростей замачивания грунта и проявления просадки по глубине и в плане.
Источники информации:
1. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83), М., Стройиздат, 1986 г.
2. Рекомендации по ускоренному замачиванию опытных котлованов в просадочных грунтах, М., НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 1982 г.
3. Авторское свидетельство СССР №850799, кл. Е02D 3/10, БИ №28, 1981 год.