Деформація ґрунту основи фундаментів при замочуванні
Закономірності набухання ґрунту під впливом зовнішнього навантаження вивчали у напруженій зоні, що створюється досвідченими фундаментами. Наприклад, у сарматських глинах у двох котлованах розміром 9×9 м влаштовували по одному фундаменту розміром 2×2 із заглибленням на 0,5 м. У фундаментах розташовували глибинні марки для визначення переміщень ґрунту на глибину 5,6—6,5 м, а також поверхневі марки для вимірювання переміщень дна котловану навколо фундаменту.
Відносне набухання елювію при замочуванні водою і 1% розчином сірчаної кислоти при навантаженні 0,028 МПа становить 4,2 і 10%. Таким чином, при замочуванні ґрунту розчинами сірчаної кислоти збільшується як швидкість, так і набухання. Так, при замочуванні 10% розчином сірчаної кислоти масиву глин на глибину 5 м підйом поверхні склав 238 мм, а при замочуванні їх водою на глибину 7м - всього лише 92 мм. Відносне набухання при замочуванні кислотою було в 1,5-5,5 рази більше, ніж при замочуванні водою. Звідси випливає, що при будівництві на глинистих ґрунтах споруд, де розміщується виробництво, що споживає сірчану кислоту або інші рідини, при дослідженні необхідно проводити замочування глинистих ґрунтів цими рідинами. 2 0,1 МПа.
Замочували через поверхневий шар щебеню та свердловини глибиною 7 м. У котловані № 9 розміром 8×15 було влаштовано три фундаменти розміром 1×1 м, тиск по підошві яких становив 0,1; 0,2 та 0,3 МПа. Пошарові деформації шарів на основі цих фундаментів на глибинах 0,25; 0,5; 0,75 та 1 заміряли за допомогою марок, що встановлюються в одній свердловині, розташованій під центром фундаменту.
Характер шарових деформацій шарів ґрунту, що перебувають у напруженому стані від зовнішнього навантаження, аналогічний за характером шарів під дієювласної ваги. Так, найбільше піднесення поверхні дна котловану спостерігається в місці розташування фундаменту. Зі збільшенням глибини підйому шарів ґрунту зменшується. У цьому випадку при діючому підставі і напрузі від фундаменту відбувається набухання грунту. Збільшуючи зовнішнє навантаження, можна запобігти набуханню ґрунту в основі. Для запобігання розущільненню ґрунту зовнішнє навантаження має бути більшим за тиск набухання.
Враховуючи, що тиск набухання залежить від стану ґрунту, наприклад для ґрунтів підвищеної вологості, деформації набухання можна запобігти, створюючи на фундамент менші навантаження, ніж для ґрунтів нижчої вологості. Тому була спроба шляхом збільшення вологості сарматських глин знизити тиск набухання і простежити закономірності деформацій основи при різному навантаженні. З цією метою в котловані № 10 була штучно збільшена вологість ґрунту з 38 до 43% на глибину 3 м. На зволоженому частково набряклому ґрунті влаштовували фундаменти розміром 1×1 м, тиск по підошві яких становив 0,05; 0,1; 0,2 та 0,3 МПа. Після стабілізації опади від навантаження ґрунт замочували через поверхневий шар щебеню та дренажні свердловини на глибину 8 м.
У другому випадку відбувається безперервне піднесення всіх шарів фундаменту. Характер руху шарів ґрунту під фундаментом з р = 0,3 МПа інший. У початковий період спостерігається практично однаковий підйом фундаменту та всіх шарів.
Надалі підйом шарів випереджає переміщення фундаменту, причому різниця в підйомі збільшується в часі. В цьому випадку характер деформацій шарів ґрунту по глибині виявляється різним. Так, у верхньому шарі, розташованому нижче підошви фундаменту до глибини 0,25 м, спостерігається зменшення товщини шару, тобто відбуваєтьсястиснення ґрунту. Товщина цього шару внаслідок замочування зменшилась на 15 мм. На противагу цьому шару в нижніх шарах (Н 0,25 м) відбувається розущільнення ґрунту, викликане його набуханням. Величина деформації набухання ґрунту в шарі, розташованому на глибині 0,25-1,5 м склала 8 мм, а основний підйом фундаменту відбувся в результаті підйому шарів, розташованих на 1,5 м нижче підошви фундаменту.
Отже, збільшення тиску по підошві від 0,05 до 0,3 МПа привело до зниження підйому фундаменту, але не усунув його повністю, незважаючи на те, що діючий по підоїті тиск перевищив тиск набухання ґрунту даного стану. Відносне набухання закономірно зменшується зі зростанням тиску і в шарах (на глибині 1,5 м), розташованих під фундаментом, при р = 0,3 МПа становить лише близько 1%, у той час як при р = 0,05 МПа воно в середньому дорівнює 4,2%.
При замочуванні в котловані № 9 ґрунту природної вологості (w = 38 %) деформації шарів під штампами в межах тисків по підошві до 0,3 МПа аналогічні деформаціям під розглянутим вище фундаментом з р = 0,05 МПа, влаштованим у котловані № 10, т е. в межах всієї напруженої зони спостерігається набухання грунту. При цьому відносне набухання ґрунту в шарах, розташованих у напруженій зоні, більше цього набухання в розглянутому вище випадку. Так, відносне набухання шару, розташованого на глибині 0-1 м при тиску по підошві фундаменту 0,1 МПа дорівнює: у котловані № 10 - 0,9%; у котловані № 9 - 3,5%; в основі під штампами з р = 0,3 МПа - 0,4 і 0,8% відповідно для котлованів № 9 і 10.
Залежність підйому фундаменту від площі, що замочується
Експерименти показали, що підйом фундаменту залежить від розмірів площі, що замочується; тиску по підошвіфундаменту, при цьому підйом зменшується із збільшенням її площі; виду та стану ґрунту; площі підошви фундаменту.
Навантаження від фундаменту змінює характер деформацій ґрунту, що замочується. У міру віддалення від фундаменту підйом поверхні ґрунту збільшується до максимального значення, що відповідає середньому підйому дна котловану. Відстань від грані фундаменту (розміром 2×2 м) до точки з максимальним підйомом поверхні становить 1,5а (де а напівширина фундаменту) — при тиску по підошві 0,1 МПа і 2,5а — при 0,21 МПа.
Проведені дослідження показали, що час, необхідний стабілізації підйому фундаменту, менше часу стабілізації підйому поверхні дна котловану. Наприклад, підйом фундаментів, влаштованих на сарматських глинах (кот-лован № 10), припинився практично через 5 міс, а в котловані № 9 - через 1,5 міс, тобто проявляється та ж закономірність, що і при дії власної ваги : час набухання ґрунту зменшується при зростанні напруги, що діє в масиві.
Дослідження із замочуванням масиву та з одночасним виміром пошарових деформацій ґрунту, що знаходиться в напруженому стані від дії зовнішнього навантаження та власної ваги, дозволили встановити залежність відносного набухання від тиску або глибини розташування шару. Залежність esw = f(p) при дії власної ваги ґрунту побудована за результатами замочування ґрунту в котлованах, що мають однакову площу, а при дії зовнішнього тиску за результатами визначення набухання шарів, що залягають під фундаментами.
Характер залежності esw = f(p) при дії зовнішнього навантаження аналогічний її характеру при випробуванні ґрунту компресійних приладах. Однак абсолютні значення esw при відповідних значеннях тиску в останньому випадкувиявляються великими, що визначається різними умовами роботи ґрунту. Встановлено, що в межах тисків до 0,3 МПа спостерігається лінійна залежність між відношенням = sw f/esw,l і діючим тиском (тут eSW)f - відносне набухання грунту в шарах, розташованих в напруженій зоні від фундаменту; esw, l - відносне набухання, отримане в компресійних приладах).
Отже, умови роботи ґрунту під час набухання під дією власної ваги у разі значних тисків (або на великих глибинах від поверхні) залишаються такими ж, як і у всіх розглянутих вище випадках. У той же час стрибкоподібне зменшення 6gW, що спостерігається при тиску 0,09 МПа або шарів, розташованих нижче 5 м від поверхні, може бути викликано дією додаткового тиску. Цей тиск еквівалентний такому зовнішньому тиску, при якому відбувається зменшення відносного набухання (на продовженні залежності esw = f (р) від дії власної ваги, рівне різниці esw між цими величинами при зміні глибини від 5 до 6 м. Цей додатковий тиск обумовлений впливом невологої частини масиву на шари, що деформуються внаслідок набухання ґрунту.