НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
Е.А. С-орочам
д-р техч. наук, проф.
Строительство
сооружений
на набухающих
грунтах
Москва
Стройиздат
1989

55К ЗбДн
Г' ДД
УДК 5744 51,29:634,01,4143
мд «о инженерному оборудо-
■•S. Тер-М»рт15росян (МИ СИ
847 (01) - 89
ББК 38,58
ISBN 5-274-00253-6
© Стройиздат, 1974
© Сгоойкздат, Ш9,« изменениями

гтгАй.А I ЗАКОНОМЕРНОСТИНАБУХАНМЯ
и УСАДКИ глинистых ГРУНТОВ
I,	ЗАВИСИМОСТЬ НА БУХАНИЯ й ВЛАЖНОСТИ НАБУХАНИЙ
от СОСТАВА И СОСТОЯНИЯ ГРУНТА
Одной из характерных свойств глинистых грунтов является
их многофазность. Особенности каждой «разы в отдельности, ее
физико-химические и механические свойства определяют ^свой¬
ства грунтов в целом, в том числе набухание (увеличение объема
грунта при увлажнении) и усадку (уменьшение ооъема i рунта
ири снижении влажности) - Твердая фаза формируется как в про¬
цессе образования глинистого грунта, так и в последующие пе¬
риоды его историко-геологического существования. Она явля¬
ется основной составляющей глинистого грунта, определяя в
целом его свойства. Глинистые группы представляют собой
смесь отдельных элементарных частиц, имеющих различные
размеры/ форму и характер поверхности.. Под элементарными,
частицами подразумеваются первичные и вторичные частицы в
виде отдельных минералов или их осколков, монокристаллы,
аморфные соединения. Частицы глинистых i рунтов представле¬
ны различными минералами! полевыми шпатами, слюдами,
монтмориллонитом, иллитом, каолинитом, галлуазитом и х. д.
Кристаллохимическое строение, химический состав и другие
особенности минералов обусловливают такие специфические
свойства глинистых.грунтов, как пептизация, адсорбция и т, н.
Соотношение минералов или преобладание той иди иной их
группы оказывает решающее влияние на физико-химические
свойства глин. Наиоолее важными свойствами минералов, оп¬
ределяющими, в частности, характер я степень взаимодействия
грунта с водой, являются строения их кристаллической решетки
и мх способность к ионному обмену. Структурные решетки гли¬
нистых минералов включают два элемента глинозем и кремне¬
зем. В зависимости от сочетания отдельных слоев образуются
минералы двух типов: первый, решетка которого состоит из од-
ного слоя крсмнвзвмзц второй, решетка которого состоит из
одного слоя глинозема и двух кремнезема. Первый тип характе¬
рен для глинистого минерала каолинита, особенностью которого
является прочное соединение пакетов (элементарных частиц)
минерала между собой, поэтому обменные катионы и полярные
молекулы не могут проникнуть во внутренние плоскости крис¬
талла.
В противоположность каолиниту монтмориллонит имеет
решетку) состоящую из двух внешних слоев кремнезема и одно¬
го глинозема. Связь между пакетами монтмориллонита оказы¬
вается недостаточно прочной. Полярные молекулы воды могут
4
проникать между пакетами, образуя водные прослойки, кото¬
рые оказываются тем толще, чем слабее межпакетная связь. По¬
этому для этого минерала характерно внутрикристашшческое
набухание, которое может привести к полному разрыву шкетов,
Кроме того, имеются минералы с промежуточными формами ре¬
шетки, например иялит, у которого проникание и накопление
молекул воды между пакетами будет незначительным.
Отметим некоторые особенности минералов, влияющие на
взаимодействие их с водой, а следовательно, и на процесс набу¬
хания: а) на внешней поверхности пакета минерала расположе¬
ны некомпенсированные свободные электрические заряды, воз¬
никающие в результате замещения одних атомов решетки дру¬
гими: б) в зависимости от типа минерала пакеты могут иметь
различные катионы — обменные, трудно или частично обменные,
а также необменные, обладающие положительной или отрица¬
тельной степенью гидратируемости; в) кристаллическая решет¬
ка может иметь различную степень прочности связей пакетов:
прочную, слабопрочную, промежуточную; г) в поверхностном
слое кристаллической решетки могут располагаться структур¬
ные группы ОН, способные соединяться с молекулами воды
посредством водородной связи.
Глинистая фракция играет основную роль при взаимодей¬
ствии грунта с водой. Сочетание отдельных частиц и агрегатов
приводит к образованию структурных систем. Под структурной
системой твердой части подразумевается порядок расположения
в рыхлой ^породе простых частиц и агрегатов без учета влияния
воздушной и жидкой частей, формирующихся в седиментацион-
ных, диагенетических и постдиагенетических процессах. Исследо¬
вания показали существенное влияние структуры на механи¬
ческие, в частности на прочностные, свойства грунта.
При увеличении температуры свойства воды могут не толь¬
ко^ изменяться, но и проявляться в новом качестве при взаимо¬
действии с растворенными в ней веществами или при соприкос¬
новении с нерастворимыми телами, т. е. с твердой фазой. Эти
особенности являются результатом физико-химических свойств
самой воды. Так, молекулы воды обладают большим межда-
польным электростатическим эффектом, достигающим до
80 % ван-дер-ваальсовых сил. ' С другой стороны, отсутствие
электростатической нейтральности приводит к тому, что моле¬
кулы (диполи) воды могут притягиваться к ионам, имеющим
собственный некомпенсированный электрический заряд, обра¬
зуя гидратные оболочки. Силой, обусловливающей гидратацию,
является притяжение полярных молекул воды под действием
электростатических сю, что в свою очередь приводит к взаим¬
ной поляризации и появлению индукционных и диссационных
эффектов. Свойства воды предопределяют осмотические явле¬
ния, происходящие в грунтах. Особенностями молекул воды,
5

обусяовлшзающимй связывание их в грушах, являются. способ¬
ность образовывать водородную связь; отсутствие эдвкгричес-
кой нейтральности, приводящее к гидратации ионов; наличие
осмотических явлений.
Газообразная фаза может занижать ло 50% объема всего
грунта. количество ее лишаи от вьдз грунта, >мстдап;>етоя до
’■лере возрастания гядакетости. Иоеяздовання газообразной ком¬
поненты грунта выявили влияние свободами газов вл объемные
изменения груша, а следовательно, к на изменение его свойств,
Общее содержание газов зависит от минералогического состава,
влажности и дисперсности грунтов, а также гида обменных ка¬
тионов. Вследствие значительной полярности молекулы водяно¬
го пара и воды будут сильнее а рит я даваться поверхностью грун¬
та, вытесняя адсорбированные молекулы других .газов,
При взаимодействии глинистого грунта с водой (идя иной
жидкостью) происходит набухание грунта, г. е, увеличение его
объема, которое можно объяснить следующим образом. Благо¬
даря особенности строения глинистого минерала на его свобод¬
ной поверхности сосредоточены некомпенсированные заряды,
обусловливающие притяжение молекул воды. Адсорбция нронс-
ходах сод действием межмолекулярных сил (электростатичес¬
ких, дисперсионных к индукционных) на поверхности твердой
части грунта и жидкости, что приводит к уменьшению свобод¬
ной поверхности энергии.
Под действием рассмотренных сил на поверхности частины
образуется гид ратный слой. Молекулы веды связываются не
только с ионами кристаллической решетки, но и с обменными
катионами, расположенными на внешней поверхности частиц.
Первые слои .молекул воды оказываются ориентированными
к поверхности частицы и создают собственное ед-шозое коде,
которое, складываясь с молекулярными поверхностными
сдоями, притягивает молекулы воды к гидратированному слою.
Процесс многослойной сорбции продолжается до тех пор, дока
указанные совместные силы будут уравновешиваться силами
диссоциации молекул воды.
Образовавшиеся пщратные слои стремятся раздвинуть час¬
тицы грунта. Раздвижка частиц обусловливается появлением
"расклинивающего эффекта” тонких пленок в местах контак¬
та грунтовых частиц. Таким образом, набухание грунта связа¬
но с образованием гщрагаой оболочки вокруг его частиц.
Раздвижка частиц, а следовательно,и набухание грунта есть
результат взаимодействия двух фаз — твердой ш жидкой. Раз¬
движка частиц происходит под действием расклинивающего
давления, возникающего при образовании жидкого слоя на по¬
верхности частиц. Этот пздратиый слой образуется не только
под действием собственных ионов глинистого минерала, но н
обменных катионов, расположенных в поверхностном слое.
6
Набухание, вызванное образованием слоев воды вокруг частиц
или агрегатов, называется ’’.межчастичным набуханием”.
Другим явлением, вызывающим набухание грунта, являет¬
ся увеличение расстояния между пакетами минерала. Оно проис¬
ходят вследствие связывания молекул воды в межлакетном
пространстве минералов и называется ”виутрикристаяяичес-
ким набуханием”. Так, до данным Гофмана и Бильке, исполь¬
зовавших рентгенографические методы, при соприкосновении,
минералов с водой расстояние между пакетами последовательно
увеличивается, возрастая с влажностью:
Влажность, %	10	13,9	19,5	24,2	29,5	36,3	41,8	59 0
Расстояние меж¬
ду пакетами. А	11,2	12,1	13,4	14,6	15,1	15,6	15,7	17,8
При замачивании грунтов в норовом растворе возможно
проявление осмотических явлений, заключающееся в притяже¬
нии молекул воды растворенными веществами. Увеличение объ¬
ема воды в_ норовом пространстве происходит с одновременной
раздвижкой частиц и в этом случае наблюдается возрастание объ¬
ема, т. е. набухание грунта.
Располагаясь на поверхности частиц, обменные кантоны
участвуют в процессах, происходящих на границе раздела двух
фаз, и обусловливают притяжение молекул воды. Вид обменно¬
го катиона определяет прочность ’"сшивания” решетки минерала
s элементарных частиц между собой. Замещение ионом натрия
других обменных катионов приводят к ослаблению связи между
этими частицами, т. е. к нептизацш грунта. Благодаря этому во¬
да легко адсорбируется всей поверхностью частиц, раздвигая их
одну от другой, т, е, вызывая набухание. Так, В.В. Охотен от¬
мечает, что разница при набухании грунтов, насыщенных натри¬
ем и кальцием, объясняется неодинаковой структурой исследу¬
емого грунта. В первом случае отдельные частицы разделены
между сооой, а во втором - представлены в виде*довольно
прочных агрегатов,
Другой причиной, обусловливающей различное набухание
грунгов l, неодинаковым обменным комплексом, является спо¬
собность ионов переходить в диссоциированное состояние. Отор¬
вавшиеся одновалентные катионы освобождают поверхность час¬
тицы, вследствие чего возникают дополнительные адсорбцион¬
ные центры, связывающие молекулы воды; кроме того, осво¬
бодившиеся катионы способны притягивать модехмды волы
образуя вокруг себя гидратаую ободочку.	” ’
В процессе набухания в грунте появляется своеобразная
система, состоящая из водных пленок и манжетов, что приводит
к образованию менисков. Наличие менисков обусловливает
капиллярные явления, которые влияют на развитие процесса на¬
бухания. Наличие капиллярной воды в замкнутых порах привс-
7

дит к появлению дополнительных сил, в основном уменьшаю¬
щих накопление влаги.
Таким образом, набухание грунта происходит при его взаи¬
модействии с водой (или иной жидкостью) и обусловлено пер¬
вичными и вторичными явлениями.
К первичным явлениям относятся: а) процессы проникнове¬
ния и связывания воды в межпакетном пространстве кристалли¬
ческой решетки минерала. Возможность возникновения этих яв¬
лений полностью определяется кристаллохимическим строением
решетки и характерна для определенных типов глинистых мине¬
ралов; б) процессы связывания воды, протекающие на границе
раздела твердой и жидкой фазы. Это поверхностные явления,
возникающие на внешней поверхности всех глинистых минера¬
лов при их взаимодействия с водой; в) процессы, возникающие
в норовом растворе грунта. Это осмотические явления, наблю¬
дающиеся при высокой концентрации перового раствора, когда
возможно образование значительного градиента концентрации
при замачиваний водой.
Ко вторичным явлениям, сопутствующим первичным, отно¬
сятся: а) явления гидратации обменных катионов, диссоцииро¬
ванных при образовании адсорбционного слоя на поверхности
частицы; б) капиллярные явления, являющиеся следствием
молекулярных поверхностных явлений на граничной поверхнос¬
ти твердой и жидкой фаз.
Притяжение молекул воды к поверхности или свободным
адсорбционным центрам приводит к возникновению внутренне¬
го расклинивающего давления, обусловливающего раздвижку
частиц грунта. Накопление воды грунтом не предопределяет
возможность возникновения процесса набухания: необходимо
проявление давления, способного увеличить расстояние между
фазовыми плоскостями и преодолеть возможное сопротивление
этому перемещению. Следовательно, набухание — процесс увели¬
чения объема грунта, происходящий при взаимодействии грунта
с жидкостью и обусловленный увеличением влажности и возник¬
новением давления в пленках воды, расположенных в местах
контакта частиц и агрегатов (или внутри пакетов).
Состав и состояние грунта оказывают различное влияние на
величину и характер протекания процесса набухания, т. е. на за¬
кономерности набухания грунта. При изучении закономерностей
набухания должно быть исключено влияние на получаемые ре¬
зультаты методики испытаний, а также типов применяемых при¬
боров. Исследования показали, что значения относительного на¬
бухания е sw, полученные в приборе-Васильева, в 1,5—1,8 раза
больше, чем в компрессионном приборе, и в 2-2,3 раза больше,
чем в приборе трехосного сжатия М-2. Высота образца также
влияет на значение esw. Так, опыты на образцах нарушенной
структуры сарматских глин показали, что при увеличении вы-
8
j'
СОДЕРЖАНИЕ, %, ЧАСТИЦ РАЗМЕРОМ SS05 ММ
Рис. 1,1. Зависимость набухания esw от количества час¬
тиц размером менее 0,005 мм для шин
I — хвалив ские; 2 — сарматские; 3 — киммерийские
соты в 2,5 раза значение набухания esw снижается примерно з
1,5-1,? раза. Опыты, проведенные на образцах нарушенной
структуры в приборах Васильева при замачивании их снизу ши
сверху, не показали разницы в величинах относительного набу¬
хания. При изучении закономерностей набухания использовались
результаты, полученные в идентичных условиях.
Влияние количества частиц размером менее 0,005 мм изуча¬
лось на пастах из сарматских и киммерийских глин с начальной
влажностью 0,32 и плотностью 1,32 г/см3 при передаваемом дав¬
лении на грунт р = 0,05 МПа. Кроме того, проводились опыты на
образцах хваяынской глины природного сложения (рис, 1.1).
Опыты показали следующее: а) с увеличением количества гли¬
нистых. частиц возрастают набухание и скорость набухания;
б) зависимость набухания от количества частиц размером менее
0,005 мм определяется видом грунта.
Обменный комплекс (количество и состав обменных кати¬
оне®) обусловливает проявление первичных и вторичных явле¬
ний яри взаимодействии грунта с водой и оказывает определен¬
ное влияние на величину и интенсивность набухания:
Вид катиона..........	Na	Mg	Са	К	Ре	Н
Набухание, % 	29	26	23	21	18	15
Разница в набухании Na-глины и Са-глины объясняется осо¬
бенностями гидратации этих катионов как составной части по¬
верхностного слоя кристаллической решетки минералов. Во-пер¬
вых, в зависимости от вида обменного катиона меняется проч--
ность связи пакетов решетки, которая уменьшается при однова-
9

I а 6 я и ц а Ы. Нябухзяие тлям в зависимости
от емкости поглощения
Вид глины	| Набухание, %, при емкости поглощения,
|	мг-экв на 100 г сухого грунта
ро |	12	!	18 Г 22 I 28 I 30
Майкопские	-	-	~	-	7,0	3,5
Сарматские	-	-	.	5	5.5
Киммерийские	3,5	4,0
лентных катионах. Во-вторых, возможность диссоциации катио¬
нов находится в тесной зависимости от валентности катионов.
Набухание грунта а присутствии иона кадия и водорода меньше,
чем при двухвалентных анионах, так как ионы К к Н являются
негидратярующимися я, находясь в местах изоморфного заме¬
щения ионов, не притягивают молекулы воды. Кроме того, про¬
никая в межпакетное пространство, иок калия упрочняет его
решетку, снижая возможность поступления воды между паке¬
тами минерала.
Величина емкости поглощения влияет на набухание грунта
(табл. 1.1); увеличение емкости поглощения приводит к возрас¬
танию количества связываемой воды (при больших замещениях
количество некомпенсированных валентностей возрастает).
На набухание грунта .влияет концентрация солей в даровом
растворе. Градиент, возигасахнций в результате разности кон¬
центрации солей в перовом растворе и в замачивающей жидкос¬
ти, приводят к осмотическому накоплению воды в межчастич-
ном пространстве. Оценка степени влияния этого явления на ве¬
личину набухания проведена на пастах сарматских глин, отмы¬
тых дистиллированной водой до полного выноса растворимых
солей и замачиваемых растворами, имеющими различную кон¬
центрацию (табл. 1.2), Кроме того, готовились образцы на рас¬
творах NaCI с концентрацией 1,5; 10; 20 и 30 r/л, которые зама¬
чивались дистиллированной водой.. Начальная влажность образ¬
цов — 32%, плотность - 1,32 г/см'Н Образцы испытывались под
давлением 0,1 МПа.
Анализируя эти результаты, можно отметить влияние осмо¬
тических явлений яг набухание грунта. Увеличение концентра¬
ции соли в норовом растворе до 30 г/д приводит к возрастании?
величины набухания. lips замачивании более концентрирован¬
ным раствором величина набухания несколько уменьшается,
тах как движение молекул воды в этом случае будет противо¬
положным.
Зависимость набухания глин от плотности для образцов на¬
рушенной и ненарушенной структуры показана на рис. 1.2. 06-
10
Т a S л и « а 1.2, Набухание грунта в зависимости от концентрации
перового или замачивающего раствора
Коянектряпик
Г
!
Сп но cm ельно е
! Коицелграция j
СДнеснтетл.ио?
Mali, г/л, з лс-
j
набухание при
| замачивающего (
набухание о тмы-
р о д о г •/ р аст :*:< о о
зд.мФаиаании
! РФстпада, г: д ;
тил образце? щл-
1
j
вайвой водой,
I 1
-СМ.ВДж/ЗдРшР •
творамя *ЫЛ.
-j..
'/V
Д— - - . 		L
0
4,8
0
5,7
1
4.9
1
5,6
S
5.1
5
5.4
10
5,4
10
5,1
20
5,7
20
5,0
30
6,2
30
4,9
разцы нарушенной структуры испытывались в приборе Василь¬
ева, а ненарушенной - в компрессионном приборе. Начальная
влажность образцов при различной плотности была постоянной.
Так, испытываемые образны сарматской глины нарушенной
структуры имели влажность 0,35, а ненарушенной структуры
около 0,30. Соответственно образцы хвалынекой глины имели
влажность 0,08 и 0,27, Как видно из рисунка, зависимость меж¬
ду этими величинами носит линейный характер для образцов
различной структуры и вида замачивающей жидкости. При уве¬
личении плотности грунта величина набухания повышается в
результате возрастания количества твердых частиц, а следова¬
тельно, и общей поверхности твердой фазы. Установлена "на¬
чальная плотность набухания”, при которой набухание грунта не
происходит. Эта величина для сарматских глин нарушенной'
структуры равна 0,95 r/см5, а для ненарушенной - 1,05 г/см5;
для хвальшских глин эти величины соответственно равны 0,85
к 1,0 г/см3. Нижний предел плотности, характеризующий начало
проявления набухания, не является постоянной величиной, а за¬
висит от структуры (нарушенная или естественная), вида зама¬
чивающей жидкости (в частности, от диэлектрической постоян¬
ной) , начальной влажности, количества глинистых частиц.
Величина набухания обратно пропорциональна начальной
влажности грунта (рис. 13). С увеличением начальной влаж¬
ности w образца набухание снижается тем быстрее, чем больше
влажность. Так, для хвалынекой глины увеличение влажности
с 0,05 до ОД приводит к снижению относительного набухания
всего лишь на 0,03. Однако при большой начальной влажности
это уменьшение становится более существенным. Например, при
влажности w = 0,15 набухание равно 13 %, а при w = 0,40 образ¬
цы при замачиваниж не набухают. Следовательно, начальная
влажность является одним из основных факторов, определяю¬
щих величину набухания глин. При этом существует предел
и

Рис. 1.2. Зависимость набухания глин от их плотности рд
1 - для хвалынской нарушенной структуры; 2 - то же,
при замачивании ацетоном; 3 - пт хвалынской природ¬
ного сложения; 4 - для сарматской нарушенной струк¬
туры; 5 - то же, ненарушенной структуры
влажности - "влажность набухания”, при которой набухание
отсутствует.
Таким образом, начальное состояние грунта в значительной
мере влияет на общую величину набухания. Оценивая совмест¬
ное влияние этих факторов, установили, что плотность влияет
на величину набухания практически независимо от начальной
влажности. Однако наблюдается тенденция к большему измене¬
нию величины набухания с увеличением плотности. С другой
стороны, при большой плотности грунта начальная влажность
образца в большей мере влияет на набухание, чем при незначи¬
тельной его плотности. Следовательно, можно подобрать такое
состояние грунта, при котором величина набухания будет нахо¬
диться в заданных пределах (рис. 1.4) или вообще отсутство¬
вать, причем такое состояние может быть достигнуто путем из¬
менения обоих факторов.
Плотность и влажность влияют на характер деформации на¬
бухания во времени. В качестве примера на рис. 1.5 показано
набухание грунта нарушенной структуры (табл. 1.3).
Опыты показали, что, если на конечную величину набухания
влияет начальное состояние грунта (влажность и пдотносп), то на
характер изменения набухания во времени оказывает влияние
степень заполнения пор водой 5Г, Так, для образцов, имеющих
Sr = 0,17 4 0,57, процесс набухания протекает быстро, в то вре¬
мя как при Sj- = 0,88 этот процесс существенно замедляется.
Экспериментами установлена зависимость интенсивности набу¬
хания I = esw, t/esw (отношение величины набухания через t
часов после замачивания к общей величине набухания) от степе-
12
Os*,/
.Ряс, !.3,- Зависимость набухания
глин от их влажности
1 - для асуаиской; 2 - пла ста¬
линской ненарушенной структу¬
ры; 3 - то же, насушенной струк¬
туры
Рис. 1,4, Зависимость набуха¬
ния грунта от его плотности
и влажности
Ряс. 1.5. Набухание грунта во времени
7, 12, 60 я 62 - номера опытов
13

'I а б д и ij, a i.i- Характеристики оС’рзааов до и после замачивания
М<; } ч, >~/
)Рц, г
7 	j		)
/смо : j c3w | wSWl 971
эпыта !
Рп, Г/см* } S. ]
'УиXV ~ ■ VV, '/О
олытоа*
!
ДО <
	I	i
после опыта
•' НА
j * ?
ru? ОдО
1.07
0.97
45,6
12 5,4
1,45
6,26 0.23 49,4
Ш
1,00
4LC
60 5.0
1,12
0,57 0.08 53,0
1.04
0.92
28,0
62 2.9
1,45
0.88 0,09 38,2
1,32
0,95
9,3
ни влажности грунта 8г.?ак, набухание образца, имеющего 5Г =
— 0,2, после 24 ч замачивания составило 90 % общего набухания,
а образца, имеющего Sr — 0,8, — всего 60%, Спустя 3 сух после
начала замачивания у образцов, имеющих Sr < 0,6, наступила
стабилизация набухания, в то время как образцы с большей сте¬
пенью влажности не достигли, ее.
Небольшая скорость набухания и длительность этого про¬
цесса в образцах с большем степенью влажности вызвана тем, что
при значительной толщине шд ратной пленки вокруг частицы
меньше результирующая сила притяжения молекул воды. При
малой влажности грунта, т. е. при неполном заполнении пор во¬
дой, частицы грунта обволакиваются пленками небольшой тол¬
щины и,к роме того.имеются свободные поры, через которые мо-‘
жет передвигаться свободная вода. В этом случае улучшаются ус¬
ловия обводнения частиц грунта. Следовательно, процесс притя¬
жения воды в данном объеме грунта произойдет быстрее, что
приводит к увеличению скорости набухания. Указанное выше
будет справедливо в пределах определенной плотности, так как
по мере зе возрастания увеличивается число контактов, и, сле¬
довательно, возможны некоторые отклонения от полученной
зависимости.
Интенсивность набухания определяется также структурой
грунта. В образцах ненарушенной структуры, когда имеются
водостойкие связи, этот процесс будет протекать значительно
медленнее, чем в образцах с нарушенной структурой. Так, об¬
разцы природной хвальшской глины набухают значительно мед¬
леннее, чем образцы нарушенной структуры. Например, через
сутки при степени влажности образцов, равной 8Г = 0,7 (влаж¬
ность 0,21), набухание образцов ненарушенной структуры со¬
ставило 45 % .всего объема, в то время как набухание анлогич-
ных образцов нарушенной структуры составило 70 %.
Четкой зависимости набухания грунта от влажности на гра¬
нице текучести wp, и раскатывания wp не имеется. Однако для
всех изученных набухающих грунтов наблюдается тенденция к
возрастанию величины набухания с увеличением этих показа¬
телей (табл. 1.4),
14
Таблица 1.4. (лиосстельное набухание глия с различными
■Vp И 'А'Ч
Глипа	\	|	’.V,	;	c.,v
0 50	0 06
и’со	ОД7
Сарматская 0,25	--	ЩОЗ
0,40	-	0.06
0,40	0,02
0,75	■	0,06
Примечание. Значение esv, опредечетись нрк у - 0,05 МПа,
Установлено, что с увеличением плотности грунта уменьша¬
ется влажность набухания. Это обусловлено тем, что с увеличе¬
нием плотности возрастает число контактов между частицами, а.
в местах контакта частиц толщина пленки будет меньше, чем на
свободной поверхности частицы. Наибольшее количество свя¬
занной воды будет в том случае, когда частица грунта не будет
соприкасаться с другими. Тогда толщина пленки будет; постоян¬
ной вокруг всей частицы. В местах образования контактов тол¬
щина пленки будет меньше, а значит сократится общий объем
связанной воды. По мере увеличения числа контактов уменьша¬
ется свободная поверхность частиц я снижается количество свя¬
занной воды. Следовательно, при увеличении плотности, коли¬
чество связанной воды будет уменьшаться, т. е. чем илотпсе
грунт, тем .меньше влажность набухания. С увеличением началь¬
ной влажности образца влажность набухания уменьшается.
Зависимость влажности набухания .глин от давления
(рис. 1.6) по своему характеру близка к зависимости %iV ~
-- f (р), т. а, с увеличением давления влажность набухания умень¬
шается. Наибольшее снижение влажности наблюдается в диапа¬
зоне давления 0—0,1 МПа. В последующем влажность набухания
сокращается медленнее, а при давлении 0,3 МПа и более практи¬
чески остается постоянной. Сопоставление зависимостей esw —
~ f (р) и wsw = f (р) показывает, что наибольшее набухание
обусловлено воздействием периферийных слабосвязанных слоев
воды.
Медленное изменение влажности набухания объясняется
тем, что по мере роста нагрузки толщина водных пленок умень¬
шается только в местах контактов между частицами:, в то время
как на свободной поверхности частиц, т. е, на поверхностях, об¬
разующих перовое пространство, толщина пленки остается по¬
стоянной и не зависит от нагрузки, приложенной к образцам. Во-
15

Рис. 1.6. Зависимость влажности набухания от давления для глин
/ - майкопских; 2 - кваяынекях
Т аблица 1.5. Соотношение характерных влажностей глин
Глины
в
А
| в
ш-г
В
в приборе Ва¬
сильева
в компрессион¬
ных приборах
полевые
ОПЫТЫ
Хвальшские
1,48
0,71
1.34
0,65
1,37
0,61
Сарматские
1.3
0.75
1,10
0.67
1,1
0.63
Киммерийские
1,5
0,88
1Д 2
0,76
1.1
0,64
Майкопские
1.25
0,76
1,10
' 0,66
1.07
0.66
Аральские
1.58
0,7
1,45
0,65
1.3
0,58
Четвертичные
1,57
0,67
1,47
0.62
1,28
0,58
Примечание. А =
В = wsw/wL.
да, находящаяся в перовом пространстве, составляет основную
долю в общем водном балансе.
Следует отметить, что увеличение влажности наблюдается в
случае, когда набухания не происходит, т. е. при е sw = 0 влаж¬
ность грунта после замачивания будет выше, чем природного.
Следовательно, влажность набухания — это величина, характе¬
ризующая количество воды, которая притягивается грунтом и
удерживается в нем внутренними силами, т. е. характеризую¬
щая количество связанной воды в набухающем грунте. Соотно¬
шения между влажностью набухания, полученной в различных
приборах в: в нолевых условиях, и влажностью на границе раска¬
тывания и текучести для различных глин приведены в табл. 1.5.	1
.й
ТИЛ
лее
2.	ЗАВИСИМОСТЬ ДАЬУлшИШ (
СТРУКТУРНАЯ СВЯЗ«ОСП» ГНУДТ а
Исследования, проведенные да птиц
что при различной внешней нагрузке щл:
два вида деформаций — набухание дли гващшк:
от величины этих деформаций все юз шиш к;
классифицировать как набухающие, й^чуг-дсд
яросадочные и обычные. К набухающим юуд:
сить глинистые грунты, относительное пьбуха.
нагрузки более 0,04.
Для получения количественной завнсныос
давления проведены испытания кг компу; ,.чиш
в приборах трехосного сжатия М-2. Нем
от нагрузки грунт замачивает к измеряю- а-.
проводили под давлением 0,03-0.7 МПа. а »зс-
чивали без внешней нагрузки. По полученк мы з
ены зависимости относительного кзб/:,т<ы-.
(рис. 1.7).
Из рис. 1.7 видно, что указанные завнекмо
линейный характер: с возрастанием дешшчкш ;
шается. Наиболее резко набухание уметшие
нет давления от 0 до 0,05 МИз. При уюы набух
и сарматских глин уменьшается на б %. я майк-
Если принять за 100% изменение нгбуядкйя з
зок 0-0,7 МПа для хвалыкских глия к 0-0.45
ских, то увеличение давления or 0 до 0,1 МПа к
шению набухания соответственно на 70 к *0 •>.'
основная доля набухания происходит в ргзулю
слабосвязанной водой периферийных опосй глас
обволакивающей частицы грунта. Незяичк сол/.нг
ние в пределах ОД МПа превышает расклюю;
гидратных оболочек что»: толщины. Па мере га
него давления набухание уменьшается в люю
степени и при давлениях, яревышаюшз.-х 0.■ С
ная зависимость практически кос пт яднейкн;
этих же разновидностей глин увеличена л-,-'
0,4 МПа приводит к уменьшению над) лзиет
Набухание сарматских глии првктачьекд ;
давлении, равном 0,4 МПз, а ьййкогккщ •- и-ж
в этом случае внешнее давление лодйостью. v
внутренними силами. Это давление прюшаща.
;vub
ффГФ
;Г-\‘г5
-1
• гг >.‘*‘
Д.Э 7V
•Ж к-.

6 Sis'
Рис. 1,7. Зависимости набухания глин природного сложения от давления
1 - идя майкопских; 2 — для сарматских; 3 - для Хвалынск их
Та б л и ц а 1.6. Относительное набухание грунта
Глины
Относительное набухание,
при давлении. МПа
0
фоГ
ОД
j 0,2
j 0,3 ]
0,4
Киммерийские (Керчь)
10
3,1
1,2
0,5
Аральские (Ермак)
12
4,1
2
1,3
0,9
0.4
Четвертичные
6
2,3
1Л
0,3
Мэотические (Керчь)
Ч
3,5
2
1,3
0,5
бухания грунта данного состояния, При этом давлении толщина
гидратной пленки при замачивании не увеличивается.
В табл. 1.6 приведены средние значения относительного на¬
бухания при различных внешних давлениях для некоторых ге¬
нетических типов набухающих глин. Относительное набухание
определяли в компрессионных приборах на образцах ненару¬
шенной структуры.
Внешнее давление влияет не только на общую деформацию
набухания, но и на характер протекания этого процесса. При от¬
сутствии нагрузки набухание протекает с большей скоростью и
стабилизация во времени наступает позже, чем при ее наличии.
В приборах М-2 были проведены испытания хвадынеких
глин природного сложения. Образцы закладывали таким обра¬
зом, чтобы слоистость была ориентирована горизонтально. В од¬
ной серии опытов прикладывали только вертикальную нагруз¬
ку различной величины, а горизонтальное давление отсутствова¬
5.8
о)
Рис, 1.8, Изменение относительного набухания и влажности (г) грунта
во времени
а, б. я в ~ набухание соответственно вертикальное, горизонтальное и объ¬
емное; 1-5 - при вертикальном давлении соответственно 0; 0,05; ОД:
0,15 и 0,2 МПа; б - то же, 0,05 МПа при вертикально ориентированной
сложности
ло (%у = 0). На рис. 1.8 приведены кривые изменения набуха¬
ния во времени. Кривые показывают, что при вертикальном дав¬
лении существенно уменьшаются вертикальные деформации, в
то время как горизонтальные деформации уменьшаются значи¬
тельно меньше. При вертикальном ориентировании слоистости
горизонтальные деформации значительно превышают вертикаль¬
ные. При этом объемное набухание оказывается таким же, как и
в образцах с горизонтальным ориентированием слоев.
Испытание образцов в условиях сложного напряженного
состояния показало, что основные деформации набухания прояв¬
ляются в вертикальном направлении, а горизонтальным дефор¬
мациями практически можно пренебречь. При этом вертикаль¬
ные деформации остаются такими же, как и при отсутствии го¬
ризонтального давления (рис. 1.9).
Рассмотрим условия равновесия сил при испытания грунта
под нагрузкой в случае, когда esw = 0. Яри замачивании водой
в местах контакта частиц возникает расклинивающее давление
тонких пленок воды рг. Этому давлению оказывают противо¬
действие две системы сил - внешняя и внутренняя. К внешним
силам относится давление, передаваемое на грунт, например дав¬
ление от фундамента р или от собственного веса грунта pg. К
19

t, г'/'-’
fte. 1.9, Изменение относительного набухания и влажности (г) грунта
во времени в условиях сложного напряженного состояния
%ZJLt ~г Набухаше «^ответственно вертикальное, горизонтальное и
V® W	£ № ; .«ЛЛЛ
&№£¥!№; ■**■* -0J5 мп""-•* й1«4 -
внутренним силам относятся силы сопротивлений внутренних
связей грунта - структурная связность грунта при набухания
Pic и капиллярные силы рр. Внешние силы могут быть перемен¬
ными, а внутренние для данного вида и состояния грунта яосто-
20
Т а б л и и а 1.7. Характеристики исследуемых пшн
Глина
I
Плотность, г/см3
! Вяаж-
Кеэффи- j Степень
мине- ! грунта
~ | кость
циент
1 влаЖ'
!сухого
j W
НОРИС-
1 ноет
■ряды
ной
частя
р
1 грунта
; Pd
1
1
!
1

Т0С7И
1 Sr
i
Хвалынска»:
нарушенной
2,76
1,35-
1,28-
0,05-
1.0-
0.12-
структуры
2,74
1.65
1,40
0,20
1,15
0.51
естествен-
1,8-
1,33-
0,32-
0,89-
0.89-
ной струк-
1,9
1,45
0,35
1,06
0,99
туры
Покровная
2,70
1,52-
1,38-
0.10-
0,74-
0,3-
нарушенной
1,79
1,55
0,15
0,96
0,4
структуры
янны. Таким образом, в случае равновесия грунта при его за-
мачиванш, т. е. при е sw = 0, можно записать
P+Pg + Pic + Pp-Pr =0-	(1.1)
В случае небольших толщин рассматриваемого образца
грунта можно принять pg = 0, а при замачивании рр = 0, тогда
Р° = Р + Pg = Рг Pic = Psw •	(L2)
Таким образом, давление набухания есть разность между
расклинивающим давлением гид ратных пленок воды и струк¬
турной связностью грунта при набухании.
Известно, что предварительное разуплотнение груша вслед¬
ствие свободного набухания приводит к снижению давления на¬
бухания. Эта особенность влияет на закономерность работы раз¬
личных заглубленных конструкций. Так, .при перемещении под¬
порной стенки будет уменьшаться горизонтальное давление, выз¬
ванное. набуханием, что улучшает условия работы стенки. Анало¬
гичная закономерность наблюдается для горизонтально натру-'
женных свай.
Данные экспериментальных исследований влияния степени
разуплотнения на снижение давления набухания для двух разно¬
видностей глин приведены в табл. 1.7.
Для определения давления набухания грунта с различным
начальным разуплотнением образцы ненарушенной структуры
помещали в компрессионные приборы и замачивали водой. При
этом арретир устанавливали таким образом, чтобы штамп при¬
бора мог подняться на определенную высоту, равную 0,02—0,08
первоначальной высоты образца, т. е. производилось регулиро-
21

ванне величины свободного набухания esw, После двухне¬
дельного замачивания грунта на штамп передавалась нагрузка
ступенями по 0,025 МПа. За давление набухания принималась
нагрузка, при которой начинались деформации сжатия. Таким
образом были получены значения набухания грунта и соответс-
вующие им значения давления набухания, определенные ука¬
занным способом (рис, 1.10). С уменьшением предварительного
разуплотнения образца возрастает давление набухания. Установ¬
лено. что давление набухания, подученное путем испытания раз¬
уплотненных образцов, равно внешнему давлению, яри кото¬
ром значение набухания равно степени разуплотнения.
Давление набухания грунта, находящегося как в естествен¬
ном, так и в разуплотненном состоянии, определяется его началь¬
ной плотностью и влажностью. При увеличении начальной влаж¬
ности грунта одной плотности давление набухания снижается при
одинаковой величине предварительного набухания. Увеличение
начальной плотности грунта постоянной влажности приводах к
увеличению давления набухания.
На рис. 1.11, я показана зависимость давления набухания от
степени предварительного разуплотнения Хвалынском глины на¬
рушенной структуры, имеющей начальную влажность w = 0,10.
Наиболее значительное снижение давления набухания происхо¬
дит при небольшом предварительном разуплотнении. Так, для
образца, имеющего плотность р& = 1,38 г/см3, при разуплотне¬
нии на. 3 % давление набухания снизилось с 75 до 46 кПа, т. е.
на 40 %.
Получены линейные зависимости давления набухания грунта
от начальной плотности того же грунта яри различной степени
его предварительного разуплотнения. Линейный характер связи
между давлением набухания и начальной плотностью грунта
сохраняется и в разуплотненном состоянии. Однако наклон пря¬
мых к оси абсцисс уменьшается с увеличением предварительно¬
го разуплотнения р.
На рис. 1.12 приведена зависимость отношения давления на¬
бухания яри различном ц к давлению, развиваемому грунтом
при полном отсутствии деформации набухания, от отношения
предварительного разуплотнения грунта к его свободному на¬
буханию. На характер рассматриваемой зависимости влияет
структура грунта, при этом начальное состояние грунта нарушен¬
ной структуры в исследованном диапазоне плотности — влажнос¬
ти влияет незначительно. На рис. 1.12 кривая 1 представляет ре¬
зультаты опытов с хвадынской глиной нарушенной структуры,
имеющей различные начальные плотности н влажность, указан¬
ные в табл. 1,7. Экспериментальные точки расположены доедай
точно тесно возле одной кривой, независимо от соответствую¬
щих им значений начальной плотности — влажности, 'Тог же ха-
22
ЗРис, 1.10. Зависимость давления
набухания хвальюекой глины
влажностью ОД и плотностью
1,38 г/см9 предварительного раз¬
уплотнения
1; 2, 3, 4 к 5 - яри разуплотне¬
нии, равном соответственно 0,01;
0,025) 0,03!; 0,041 и 0,061
Рис. 1.12. Зависимость отношения
PsWPsv от отяошеякя p/esw
1 - доя хвадынской глины; 2 - для
покровной глины
l-Ak/h, %
Рис. 1.11. Зависимость давле¬
ния набухания от стекши
предварительного разуплот¬
нения (в) и от начальной
плотности грунта Щ
1 ~~ для хваяьшекой глины
нарушенной структуры плот¬
ностью соответственно 1,38;
1,33 и 1,28 г/см3
Psw/Psw
23

'Г .г я ,? н и а 1,В, 'Значения коэффициентов А.
для >:я!р1делс«ия давленая набухания
Г»: да
; Л
: в
Хал.;: ь;дака;
? uapyA(CAKoi;
U>8
? X
1 Л>К(: ЛюЛЛЛ
птрушсгД-ьХ
i ,013
4.44
Хн а пмн'-к-'о
crpv глгурк ;
• 1 а
\ *4 л
- ц СТА С ГВ i:T i»i О У.
у/О!3:
1,39
i,0i4
1,001
1,25
4,24
9.8
Б и С
С
0,08
0,01 3
0,39
0,014
0,001
24
Ps'w
(As
-Вх
■ C)ps-w
(1
Я0С1oL™, провезенные с целью
набухания введения в грунт дооавок юн,.юн, „.юн
25

Aid
Рис, 3.13. Зависимость приращения
важности ,йж Хвалынском ттпы
шотностыо 1,28 г/см3 от его пред-
аарительного разуплотнения р
э и 4 " 4>и начальной впаж-
rfOvM равной соответственно 0,05;
-j? 1 р {). х и i)4 I.	?
нош прИб°ра„ Крошку пенопласта добавляли в гртаГвГв^!fj
ДЬвлешеВна!ухшш об^доГс до^м^Т Т °ДОметра'
S |&г?*5“ sssasasrs
м - геаультаты опытов представлены в табл 1 Q
Из изложенного выше можно сделать следующие выводы
яри предварительном разуплотнении грунта вследствие егс
набухания снижается давление набухания*	Д ВЙе еГ0
=та»^=гк==:в:
аагява=5~Д'та;
cnocSJ" iS„, SbSS„ 5|™Г““юго 8рши
Между вмешем набух,,,,» „ сквоюьж т5ушшш су.
26
Т а б л и а а 1,9, Давление набухания природного грунта
и грунта е добавками
.Грунт | Процент
Давление
1 Psw, т j
Сниже¬
j добавки от
набухания
1 	\
ние
1 объема коль-
psw кПа
j Psw |
?SVK %
; ца прибора
			i

ПрИрОДНЫЙ Cpd"
66,0
i
0
= 1,32 г/см3, w = ОД5
С добавкой пеноплас¬
та с р, г/см3:
0,017 /2
50,0
0.758
24,4
42,0
0,636
36.4
0,0666 h
37.5
0.568
43.2
[4
25.0
0,379
62,1
С добавкой поролона 21,5
6,0
0.09 '
91.0
в виде прокладки
слоем 5,3 мм
ществует линейная зависимость, что установлено на^ основе ис¬
пытаний десяти видов глинистых грунтов (рис. 1,14, а) .Пока¬
зано, чю коэффициент этой зависимости К ~ Psw/esw SCTb ли¬
нейная функция влажности на границе текучести \¥р(рнс, 1,14,6),
Используя полученные зависимости, можно по значению свобод¬
ного набухания и влажности на границе текучести вычислить
давление набухания по формуле
Psw ~ 0wLesw
(1.4)
ще 0 - коэффициент, равный 0,6 кИа,
Давление набухания зависит не только от вида и состава
грунта, но и от его состояния, т, е, влажности и плотности
(1,15), С увеличением начальной влажности грунта давление
набухания снижается. При этом плотность грунта практически
не влияет на характер этой зависимости. Так, при влажности
w = 0,05 давление р = 50 к Па (при рсI — 1,28 г/см ), а при w—
= 0,19 psw = 25 кПа, т. е. снижается в 2 раза. В противополож¬
ность этой зависимости при возрастании плотности грунта дав¬
ление набухания возрастает. Так, при плотности j)L\ = 1,28^/шг
psw — 25 кПа(при w = 0,2), а при Pci “ - >38 r/cwf psw = 60 к.иа,
т. е. возрастает в 2,4 раза.
Рассмотрим влияние нарушения структуры грунта на набу¬
хание, Установлено, что грунты одного и того же вида, имеющие
одинаковый вещественный состав, дисперсность, начальную
влажность и плотность, имеют различное значение набухания в
зависимости от их структуры. Например, образцы нарушенной
структуры хвадынекой глины при плотности 1,3 г/см* набухают
27

5 rj ж *	so m ,,
riVf 3а8ИСИМОСГЬ Давлеи« ®6ух*шя OX влажности (*) н 11Я№
и'7 ***	4‘ * *
раздыРН° В "’5 РЭЗа б°ЛЬЯ,е% чем ненарушенные природные об-
различных глин mpymenmi^4tf^y0mm?ro на6-¥хання для
ношения между этими величичм^?К!ННОИ структУРы и от-
ные подтверждают	Дан-
Величину c-pvKTvoHn* , F/ 'Р Вязеи в грунтах,
риментальным путе^ш ошов^с^Г**0 ОПРеделеть экспе-
OBw «пользования следующих пред-
28
Т а блица 1.10, Набухание грунта нарушенной
и ненарушенной структуры
Глины
I Свободное набухание, %
j esw,b
! нарушенные | кенару шел-
г €sw
[ fsw,6
j ные е$w
1
Хвакынские
22
12
1,83
Сарматские
18
10
1,8
Аральские
21,5
11,5
1.86
посылок. При нарушении структуры практически разрушаются
внутренние необратимые связи в грунте, препятствующие его на¬
буханию. Поэтому образцы грунта ненарушенной структуры бу¬
дут набухать меньше, чем образцы нарушенной структуры. Это
уменьшение набухания эквивалентно действию внешнего давле¬
ния, которое равно структурной связности грунта. Используя
зависимость esw = f (р), полученную при испытании природных
образцов, и значение свободного набухания нарушенного грунта,
можно определить pic. С этой целью продолжим кривую 2
(рис. 1.16) до пересечения с линией АВ, проходящей через точ¬
ку В, ордината которой равна свободному набуханию образца
нарушенной структуры. Затем проведя через точку А ординату,
получаем на продолжении осе абсцисс отрезок, который харак¬
теризует pjc. Таким образом, величина pic эквивалентна такому
внешнему давлению, которое следует приложить к образцу на¬
рушенной структуры, чтобы деформация этого образца при за¬
мечании равнялась свободному набуханию образца ненарушен¬
ной структуры (по диаграмме esw - р). В табл. 1.11 приведены
значения р;с и р is (структурная прочность) и их отношения для
различных видов набухающих глин.
Значение структурной связности и структурной прочности,
определенные по компрессионной кривой, зависят от состояния
грунта. Наибольшее значение структурной связности отмечается
для образцов природной структуры. Образцы нарушенной
структуры — пласты — после набухания практически не облада¬
ют структурной связностью, т. е. отсутствуют внутренние силы,
препятствующие набуханию грунта. Следовательно, по мере уве¬
личения объема образца при набухании уменьшается структур¬
ная связность грунта. Это уменьшение обусловлено нарушением
кристаллизационных связей и снижением молекулярного притя¬
жения.
На основе экспериментальных зависимостей получена фор¬
мула для определения расклинивающего давления ртр при на¬
бухании для замоченных и. набухших до величины esw образ¬
цов. При выводе формулы приняты следующие условия: при р =
== Psw esw = 0, а при esw = eswjnax Р = 0- При определении
29

г}
Глины
Таблица
*■11. Значения структурной
и «РУкЧфвой щтшЛ-я
связности
i?B;IeHf£e’МПа 	ТХХь
Хвалынские
Сарматские
Аральские
Киммерийские
Юрские
Pis
0,07-0,09
0,05-0,0?
0,075 -ОД
0,05-0,06
0,04-0,05
0,120
0,085
0,13
0,075
ОД 3
0,71
0,7
0,67
0,73
0,35
структурной
уменьшается
Тогда
связности
Pic» а при е
принято, что при возрастании
sw - “величина Pic стремится к'
esw
нулю.
Pr = Pice sw+ psw |i _ egwe «sw(l-esW)J _	^
o6^te?HSSf:	%*. max - максимальное
‘ f“* '-ТРУКТурНОЙ СВЯЗНОСТИ' и
Jiyei .за?т1мЙГаЙИеМ И 0&ЬемН0Й влажностью образца сущест-
*bW tW$W ~ ** (1 + W); esw =(wsw - ^ (i + w) ;	(1 6)
-
°?°Ве Ф°Р^Ь1Й.5)
влажности w (при w(L, т> w -.	у*' Для °®Рл3Чов различной
й vv - -VSW ■*-	) ,
30
Рис. 1.17. Модель процесса набухания
грунта
Процесс набухания грунта при действии на него постоянной
внешней нагрузки е учетом приведенных положений может
быть отражен моделью, показанной на рис, 1.17. Схематически
модель представляет собой цилиндр 1 с поршнем 2, на который
передается давление от внешней нагрузки р и собственного ве¬
са грунта рд». Снизу к поршню прикрешены растянутые пружи¬
ны 3; соединенные с ним с помощью хрупких шарниров, имею¬
щих различную прочность. Эти пружины характеризуют внутрен¬
ние силы, препятствующие набуханию, — структурную связность
яри набухании. В нижней части пружины соединены с другим
поршнем 4. Цилиндр 1 соединен со вторым цилиндром J, имею¬
щим подвижный поршень 6, Между дном этого цилиндра и
поршнем содержится газ, для которого зависимость между р и
/ЗУ описывается у равнением (1.5 L согласно которому увеличение
объема приводит к уменьшению давления.
Набухание грунта обусловлено действием расклинивающего
давления, что отвечает на схеме появлению в газе давления, рав¬
ного рг. Это давление через воду передается на поршень 2, Ес¬
ли это давление будет больше давления рь = р + рэ, а также со¬
противления пружины 3, т. е.
Pf>Pb + Pic »	(1*7)
то поршень 2 будет перемещаться вверх, х. е. начнется процесс
набухания. В результате этого объема, занимаемый газом, будет
увеличиваться, что приведет к уменьшению давления газа в со¬
ответствии с условием (1.5). Одновременно с подъемом поршня
будут последовательно разрушаться шарниры пружин 3, т, е.
уменьшаться давление рщ, Этот процесс - подъем поршня, па¬
дение давления газа и уменьшение р*с будет продолжаться до
тех пор, пока не наступит равновесие, отвечающее условию
Рг ~ Рь + Pic ■	(1-8)
Набухание группа обусловлено увеличением толщины вод¬
кой пленки, и поэтому степень неравновесия набухающего грун¬
та как системы можно рассматривать с позиций неравновеснос-
31

змиче
екни, метод. Из-
Т *	“ “<	#»"	1 “а
м Vj v '	> т <j ■~т’>
грмический процесс» следу»
[схемы обеспечивается .при
зед слить,
шик, Из
т смете-
него под
а данном
^ых про*
ение для пленки
(L9)
IS - изменение энтро-
зрхностное натяжение
;кмичеекий потенциал
набухшего грунта
hi, а ненарушенной
ческие потенциалы
ма от &VSW до Д¥
= hs — h2, а хими-
(1Д0)
Pie('"Vsw - Д¥) ,	<1-11)
AVSW - AV)/m .	(Ы2)
г ' г jh то г щот-шл^дического
■зку, что
, с’ • , . г .от---. - | 4 ilpa этом в
кой фазе
руктуры
2- -,Ч	Ч ЧАГ >•/ толщина
ше h2 на
ТЯ В Друге
величину ДЬ., т. е. Ah ~ h-> - h3. Тогда соответственно изменение
химического потенциала при равновесном переходе из состояния
2 в состояние 3 равно и2 - Дз -
Используя уравнение изменения энергия и полной энергии,
получаем для изотерического процесса
- - mdu --Vdp т Ida .	(1Л 3j
Принимая условия равновесного перехода системы из со
стояния 2 в состояние 3 с учетом уравнения изменения объема
при набухании, подученного экспериментальным путем для ре¬
ального процесса, имеем
-шl',a2 - Дз) =	+ 1 (а2 •- о3) ,	(1.14)
I - к
здесь а и к - коэффициенты, характеризующие зависимость ДУ ~ f (р) в
зависящие от вида грунта.
Подставляя значение ,и2, получаем
Pic ~
ДУ
а
Г-к*
pi-k + |(02 _
~ о3) г Ш(Д1 - Уз) I •	(1-15)
Таким образом, используя термодинамические соотношения
■а экспериментальные зависимости, можно определить величины,
влияющие на процесс набухания глинистого грунта.
В работе [1] излагается термодинамический подход при
рассмотрении процесса набухания грунтов. В частности, приво¬
дится прием, позволяющий определить термодинамические ве¬
личины, характеризующие процесс набухания грунта.
Как отмечалось выше, при взаимодействии с твердой фазой
. происходит притяжение молекул воды, которая из свободного
состояния переходит в связанное. В результате свободная энер¬
гия изменяется, что в свою очередь приводит к набуханию грун¬
та. В частности, грунтовая система при изотермическом процессе
совершает работу по перемещению воды в норовое пространство
-грунта. Работа ио перемещению малого объема воды может быть
определена из выражения
dAm~<Mm ,	(1,16)
ре Ф - потенциал влаги, представляющий собой частную производную от
внутренней энергии по массе жидкой компоненты.
Иными словами, эха работа является работой, которая затра¬
гивается на перемещение единицы массы воды из свободного
■2-397
33

объема в заданную точку грунтовой системы. Потенцию! влаги
зависит от криетзлпохиммческж свойств твердой фазы грунта,
его состояния и т. ц.
С другой стороны, свободная энергия системы грунт -- вода
уменьшается на величину, соответствующую работе, совершае¬
мой при кабухании грунта. Эта работа определяется по формуле
dAp = PswdV ,	(1.17)
где psw — давление набухания грунта данного состояния; dV - изменение
объема при набухании грунта.
Выше показано, что набуханию грунта препятствуют струк¬
турные связи, которые оценены с использованием термодинами¬
ческого подхода. Указанные связи препятствуют увеличению
объема грунта, поэтому при набухании для их преодоления рас¬
ходуется часть свободной энергии. Последняя расходуется и на
преодоление внешней нагрузки, сил трения в приборах. Если
устранить указанные факторы (структурную связность, силы
трения). то при набухании грунта изменение свободной энергии
определяется по формуле
dF = dAw-dAD.	(1.18)
Для грунта нарушенной структуры, где практически отсутст¬
вуют силы структурной связности, без учета сил трения, возни¬
кающих в приборах, должно выполняться условие
F = Aw — Ар .	(1.1.9)
Для единицы массы твердой части грунта v имеем
dAw/dv = dAp/dv .	(1.20)
При замачивании грунта все поры заполнены водой, поэтому
можно записать
dv = dw/pw ,	(1.2!)
где w- влажность грунта; - плотность воды, г/см3.
Тогда соотношение (1.20) можно представить в виде
PwdAw/dv = dAp/dv .	(1.22)
34
Подставляя в выражение (1.22) значения dAw и dAp [фор¬
мулы (1.16) и (1.17)1, получаем
Ф = psw/pw .	i .icy
.	3. ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ НАБУХАНИИ ГРУНТА
При замачивании набухающего грунта происходят как вер¬
тикальные, так и горизонтальные деформации. При испытании
такого грунта в жестком кольце, когда отсутствуют горизон¬
тальные деформации, возникает горизонтальное давление, дей¬
ствующее на стенки кольца. Следовательно, на ограждающие
конструкщн-1 (фундаменты, подпорные стенки, тоннели и т. д.),
устраиваемые в набухающих грунтах, при их увлажнении будут
действовать дополнительные давления, вызванные набуханием
грунта.
Закономерности развития горизонтального давления при на¬
бухании грунта исследовали в стабклометрах М-2, в специально
изготовленных приборах (ПЙГД) и в цилиндрическом лотке.
Прибор ПЙГД состоит из стакана высотой 270 к диаметром
206 мм, приваренного к плите. На расстоянии 30 мм от штаты в
стакане приварено днище с отверстиями для пропуска боды. В
стенках стакана имеются два выреза размером 100x100 мм, в
которых расположены штампы с кривизной, равной окруж¬
ности стакана. Между штампами и расположенной на шлите
упорной системой установлены динамометры сжатия, замеряю¬
щие горизонтальное давление при набухании. После загрузки
стакана на грунт устанавливается штамп с отверстиями, через
который передается нагрузка на грунт. Увлажнение произво¬
дилось в течение 40-110 сух.
Цилиндрический лоток имеет диаметр 1000 и высоту
1150 мм. В процессе загрузки лотка устанавливались глубинные
марки. Горизонтальные давления измерялись динамометрами
конструкций Гидропроекта и СДКС-3. По высоте лотка было
установлено семь датчиков каждого типа. Замачивание осущест¬
вляли через систему патрубков, расположенных в вертикальной
стенке к днище лотка. Увлажнение производили в течение 3 мес.
После месячного перерыва грунт вновь замачивали в течение
30 сух, В качестве примера на рис. 1.18 приведены кривые, ха¬
рактеризующие развитие горизонтального давления и вертикаль¬
ные деформации хваяынскей глины, замачиваемой в приборе
М-2.
На основе испытаний, проведенных в различных приборах,
35

а)
Рис, 1.18. Изменение во времени относительного набухания (в) и горизон¬
тального давления (б)
i, 2.ш 3 — для образцов ненарушенной структуры; 4, 5 ж б — для образ¬
цов нарушенной структуры
выявлены закономерности развития горизонтального давления
при набухании грунта (рис, 1.19). Рассмотрим эти закономер¬
ности на примере набухания грунта под нагрузкой и без нагруз¬
ки.	В процессе набухания грунта возникают горизонтальные
давления, которые возрастают до максимального значения
Pf .max и Pg.max- Максимальное горизонтальное давление про¬
является при определенном ’’критическом набухании” е|ш'^
и €щ jj. При этом большей внешней нагрузке отвечает мень¬
шее "критическое набухание”. Следует отметить, что в преде-
36
пах небольших вертикальных давлений ’’критическое набуха¬
ние” изменяется в незначительных пределах и составляет для
хвалынских глин природного сложения 4,5 % при отсутствии
нагрузки и 3,7 % при давлении 0,2 МПа, Следовательно, макси¬
мальное гормзоятальное давление зависит от относительного
’’критического набухания”, увеличиваясь с уменьшением послед¬
него, Значение "’критического набухания” зависит от вида глин,
а также от плотности и структуры грунта (нарушенная или нена¬
рушенная) . Критическое набухание соответствует такому состо¬
янию грунта, при котором возрастание горизонтального давле¬
ния вследствие увеличения толщины гидратаых пленок компен¬
сируется снижением прочностных свойств грунта.
Дальнейшее набухание (более величины esw.k) не приводит
к увеличению горизонтального давления. Однако при определен¬
ном значении набухания - "пороге набухания”	-' начина¬
ется падение горизонтального давления до установившегося
значения Pg,c> и дальнейшее набухание грунта не влияет на эту
величину. Значение набухания esw,p зависит от вида и состоя¬
ния грунта.
При набухании грунта под нагрузкой также наблюдается па¬
дение горизонтального давления до установившегося значения
Р|х. При этом экспериментом установлено, что если набухание
грунта оказывается меньше ’’критического набухания”, то па¬
дение горизонтального давления не происходит.
37

Установившееся давление pg.c зависит от конечного значе¬
ния набухания и увеличивается с уменьшением последнего (кри¬
вая 4 на рис. 1,1.9). При отсутствии набухания в результате при¬
ложения внешней нагрузки или при згарретирозаниых образцах
горизонтальное давление для изотропных грунтов численно рав¬
но давлению набухания, т. е. р» = psvv
Горизонтальное давление зависит от плотности и влажности
грунта: с увеличением плотности оно возрастает, а с увеличением
влажности уменьшается. Так, при испытании образцов хвальш-
ской глины нарушенной структуры без внешней нагрузки го¬
ризонтальное давление при плотности сухого грунта aj = 1,3 т/м3
равно 40 кПа, а при рд = 1,87 т/м3 — 220 кПа, При плотности
Pd = 1,3 т/м3 горизонтальное давление для образцов с влаж¬
ностью 8 % составило 170 кПа, а с влажностью 25 % — 120 кПа.
Исследованиями установлено, что начальная скорость набу¬
хания к (время, необходимое для достижения ’’критического
набухания”) существенно влияет на горизонтальное давление: с
уменьшением скорости набухания последнее увеличивается.
Скорость набухания возрастает при увеличении водопроницае¬
мости образца вследствие трещин, наличия прослоек песчаного
материала, нарушения структуры и т. д. Таким образом, гори¬
зонтальное давление зависит от плотности, влажности, верти¬
кальной нагрузки, структуры, и скорости набухания, т. е. от всех
факторов, которые влияют и на набухание.
Для природных образцов при отсутствии нагрузки горизон¬
тально е давление зависит в основном от плотности и влажности,
т. s- Pg ~ Pg (РсЬ w), а также от скорости набухания к, которая в
свою очередь зависит от pd и w,x. е. к = к (pd> w). Рассматривая
в первой зависимости начальную влажность как функцию к и р(1,
1, е. w = w(k, pi), можно представить горизонтальное давление
в виде функции
Pg = Pg [ftb w (k, Pd) j = Pg (ЛЬ к) •	(1 -24)
Экспериментами установлено, что горизонтальное давление
при одинаковых начальных скоростях набухания является лк-.,
пенной функцией от плотности грунта. Эта зависимость может
быть представлена уравнением
Pg = A(k)pd - B(k) ,	^	(1.25)
где А (к) и В (к) - неизвестные функции скорости набухания, которые
были определены методом выбранных точек..
Зависимость коэффициентов А и В от к запишем в виде
дробно-рациональных функций:
А = а0 — а! к/ (1 + ск); В = b0- b t к/ (1 + ск) .	(1.26)
38
Т з б л и ц а 1J .2, Значения горизонтального давленая
Скорость яа- j	'Значения горизонтального давления. кПа
бухания, [—		,
%/сут	I экспериментальные j	расчетные
!
нрк шшгности
образца,
, т/м*
J1,25
—
1,55
1 1,25
j 1,45
ЛИ5..
0,35'

90
92
0,050
.29
70
80
29
66
82
ОД 00
—
51
_
52
ОД 25
20
46
62
20
49
63
0,700
.12
33
47
13
36
48
1,250 '
11
—
_
12
__
3,000
8
-
39
11
43
Табл и ц a S .13, Горизонтальное давление по глубине
Глубина, см
Г оризонтальное
давление, кПа
Pg.max
Подъем
слоя,
мм
г~ ~~ ■
Pgx.
Pg.max
Горизонтальное
давление, кПа
через
30 сут
после
прекра¬
щения
замачи¬
вания
I после
| вюв-
i торно¬
го за-
мачи-
1
ваиия
через
Збсут
20
35
22
75
0,63
0
40
75
30
50
0.40
20
50
79
42
38
0,53
32
60
80
45
30
ОМ
42
70
ns
82
22
0,71
72
90
110
100
7
0,91
87
22
30
45
46
83
№1
Коэффициенты^входящие в формулу* (1.26), имеют следу¬
ющие числовые значения: а0 = 3 см; щ = 68 см -сут/%; Ь.э =
= 305 кИа; bs = 6,4 МПа-сут/%; с = 35 сут/%. Подставив коэф¬
фициенты А и В в формулу (1.25), подучим значение горизон¬
тального давления при набухании.
Проверочные расчеты показали, что разность величин А и
В имеет постоянную величину. С учетом этого после преобразо¬
вания имеем
Pg ~ Еао -aik/(l + ck|(pcj- 1) — 0,15 .	(J.27)
В табл. 1.12 приведены значения горизонтального давления,
замеренные в приборе и определенные расчетом.
39

После прекращения замачивания начинается обратный на¬
буханию процесс усадки грунта, В результате усадки проксхо-
дих падение горизонтального давления тем большее, 'тем боль¬
ше величии усадки, В табл. 1.13 приведет.! значения горизон¬
тальных давлений, подученные в процессе первичного замачи¬
вания в течение 90 сут. также после некоторого перерыва.
Из табл. 1.13 видно следующее: в результате усадки гори¬
зонтальное давление уменьшалось, однако при повторном зама¬
чивании оно возрастало до значений, установившихся при пер¬
вичном замачивании; с увеличением глубины горизонтальное
давление возрастало, что связано с уменьшением относительно¬
го набухания с глубиной. Эти данные показывают, что устано¬
вившееся горизонтальное давление составляет 0,4—0,9 макси¬
мального горизонтального давления.
4. НАБУХАНИЕ ГРУНТА ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ ЕГО
РАЗЛИЧНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ
В практике эксплуатации сооружений наблюдаются случаи
замачивания грунта оснований не только водой, но и другими
жидкостями, в частности растворами различных кислот. В связи
с этим ниже рассматриваются некоторые закономерности набу¬
хания грунтов при замачивании их различных® жидкостями.
Для выявления зависимости набухания от диэлектрической
постоянной (ДП) замачивающей жидкости проведены опыты с
образцами нарушенной структуры, имеющими одинаковую
влажность и плотность. Исследовались две разновидности глии —
хвалынекие и майкопские. При этом каждой жидкостью зама¬
чивалось 5—10 образцов. Зависимость между esw и ДП носит
нелинейный характер. Наименьшее набухание наблюдается з
гексане, ДП которого равна 1,9. С повышением ДП набухание
грунта возрастает быстрее, чем увеличивается ДП, т. е. зависи¬
мость между этими величинами при ДП от 0 до 20-30 имеет
криволинейный характер. При больших значениях эта зависи¬
мость линейная, при этом набухание возрастает не так быстро,
как при малых значениях ДП.
Экспериментами установлена разница в набухании грунтов,
замачиваемых полярными и неполярными жидкостям!, что
обусловлено следующим. Во-первых, при замачивании поляр¬
ными жидкостями происходит внутрикристаляическое набуха¬
ние, так как полярные молекулы могут проникать в межпа¬
кетное пространство минералов. При неполярных жидкостях
внутрикристаллического набухания не происходит. Во-вторых,
имеется различие при взаимодействии этих жидкостей с поверх¬
ностью твердой фазы, а также со свободными ионами норового
раствора. Взаимодействие полярных жидкостей с твердой' фазой
происходит в силовом поле, обусловленном проявлением элек¬
тростатических, дисперсионных и индукционных сил, а также
40
лсляриоегн самих молекул. Для неио.чарных молекул возмож¬
но действие лить дисперсионных сил, по это .му их притяжение
к твердой фазе происходит при действии относительно слабых
сип. Рдсдовавджйо. количество адсорбируемой зшккостк, а
так псе, набухание будут незначительными.
Вгсмп. оссУXхуумох	ссьбпхцлацхл шбухащш, е/шсгк
вепко отличается при эамзчавзяии яеттолярными и полярными
хидкосги.-дй. В нервом случае набухание стабилизировалось в
теленке 20-30 мш, увеличиваясь по мере возрастания ДП При
знызццвдякк водой Эю? процесс длился около 24 ч. Медленное
протекание процесса при замачивании водой наблюдается после
яоотаженйя набухания., составляющего 80—90 % общей величи¬
ны, и объясняется действием незначительных периферийных сил
притяжения.
В техдодошческгсс процессах ряда производств в последние
голы широко применяется серная кислота, что приводит к за¬
кислению грунта основания. С целыс изучения влияния раство¬
ров кислоты на набухание были проведены исследования на об¬
разцах сарматских и Хвалынскях шин, а также на пяти разно¬
видностях элювиальных глинистых грунтов Урала. Характерис¬
тика этих грунтов такова: содержание частиц размером белее
0,Уз мм -• 26,3 %, 0,05—0,00$ мм - 52, 1 % и менее 0,05 мм —
21,6%\ влажность w ~ 0,28, wp ~ 0,34 я ж = 0,46; плотность
о --1,6.3 г/см", ,<% — 2,72 г/см-5 и р$ — 1,42 г/см3; свободное на¬
бухание в приборе Васильева 3,9 %, влажность набухания 0,38.
Лдылснмость величины и времени набухания от концентра¬
ции раствора с приведена на рис, 1.20. Установлено, чго с увели¬
чением концентрации вешг-шка и. время набухания возрастают,
при этом наиболее резкое увеличение происходит при возраста¬
ния кокцектращщ до 3—4 %.
Набухание в данном случае обусловлено не только возрас¬
танием влажности, но и дежообразеваииями, появляющимися
з грунте при взаимодействии его с кислотой, Исследования по¬
каза лн, что элювиальные грунты, ха рак тершу ющиеся содержа¬
нием полуторных окислов А1г 03 и Fe2 03, вступая в реакцию
с кислотой, образуют сернокислые соли, вызывая увеличение
объема грунта. Эхо подтвзржаетсл данными анализа новообра¬
зовании, который установил, ЧТО ОНИ СОСТОЯТ В ОСНОВНОМ из
сульфатов алюминия, железа и сернокислого кальция
>Alz \5Сщ)з — ЗиЛ '-/с. Ье2 (ЗСц/з — 17.See, CaSQ,* - 1,8 %. квне*
танлиззционкая вода - 46,6 %].
Различие кинетики набухания грунта в воде и в кислоте
сбьйоняется тем, что после завершения физико-химических
процессов, обусловливающих адсорбцию молекул воды, ароис-
ходкт е заммодейс г вне щелочно-земельных элементов грунта с.
ионами серкой кислоты. Эпох процесс отлетается от .процесса
набухания грунта яри замачивании водой к характеризуется
41

t, cym
ftic, 1.20, Зависимость величины и времени набухания от концентрации
раствора серной кислоты с	'	’
1 — для элювия; 2 — для хвалынеких глин; 3 — для сарматских гяин
деформацией, в 2—7 раз превышающей деформации набуха¬
ния в воде. Поэтому в отличие от обычного набухания уве¬
личение объема при замачивании агрессивными средами, когда
появляются новообразования, назовем ’’химическим набуха¬
нием”.
Экспериментами выявлены закономерности набухания грун¬
тов при замачивании их растворами кислоты. Установлено, что
набухание ^грунта возрастает с уменьшением начальной влаж¬
ности и действующей нагрузки, а также с устранением структур-
ной связности и увеличивается с возрастанием количества гли¬
нистых частиц и плотности грунта.
Давление наоух&ния при замачивании растворами также
возрастает с увеличением концентрации , Так, при замачивании
водой давление набуханий равно 190 к Па, а при замачивании
* и ^0 %-ным раствором кислоты — соответственно 550 и
1700 кПа,
Относительное набухшие при отсутствии внешней нагрузки
в случае замачивания растворами серной кислоты (при кон¬
центрация с > 1) можно определить но формуле
esw,a ~а(с- 1) +besw ,	(1.28)
5t«lweT, от«“иое набУхаиие грунта без нагрузки при замачивании
твора % а И Ь ~ безразмерные коэффициенты; с - концентрация рас-
42.
Т а б л и н а 1.1,4. Значения набухания яри различном давления
Глина
1
Набухание, %, при
давлении,
кПа
1 7
j 50
[»j
200 1
300 !
400
Сарматская при
замачивания:
NaCl (с-5,83 %)
35
19,7
15,4
9,8
7,0
5.6
СаС1, (с=5,55 %)
41
19,8
15,9
9,9
7,1
4,8
FeC! з (с=5,41. %)
водой
34,5
19,3
14,9
10,2
8.0
4,8
26,2
9,1
3,5
1,8
...
—
Аральская яри
замачивании:
NaCl
42,3
23,4
19,3
13,8
10,2
8,2
CaCL
38,7
20,8
16,8
12.6
9.2
7,7
FeC! -
водой
50
23,6
18,5
12.8
10
7,8
29,1
14
9,2
5.0
2,9
1,2
Для аллювиальных грунтов Урала значения коэффициентов
равны: а =2,15 я Ь — 2,5.
Давление набухания, развиваемое при замачивании грунта
раствором кислоты, определяется но формуле
Psw,a ~ ®s3esw,a .	(1.29)
Проведенные исследования показали, что незначительное
содержание в воде серной кислоты приводит к существенному'
увеличению набухания и давления набухания грунта, в то время
как при замачивании водой эти величины оказываются незначи¬
тельными. Поэтому при проектировании предприятий сернокис¬
лых производств необходимо проводить исследования свойств
набухания всех глинистых грунтов при замачивании их раствора¬
ми серной кислоты. Это в равной степени относится и к произ¬
водствам, в технологических, процессах которых употребляются
щелочные растворы, электролиты к т. д.
Исследование влияния растворов NaCl, СаС12 и FeCl3 прово¬
дилось на образцах нарушенной структуры сарматской (началь¬
ная влажность w = б %, плотность pjj ~ 1,54 г/см3) и аральской
(w = 7 %, pd ~ 1,65 г/см") глины. Грунты замачивались раство¬
рами, имеющими концентрацию 0,00054 - 5,85 % при различных
нагрузках. В табл. 1.14 приведены значения набухания грунтов,
замачиваемых эхами растворами при различной нагрузке *"
Анализ данных таблицы показывает следующее: а) набуха¬
ние грунта, замачиваемого растворами, в 1,2-7 раз больше, чем
замачиваемого водой (в зависимости от вида раствора и переда¬
ваемой нагрузки); б) с увеличением внешнего давления набуха¬
ние грунта уменьшается; в) наибольшая разяща в набухании
грунта (в пределах разновидности глин) наблюдается при зама-
43

'1' а б я и н а 1.15. Значение набухания яри различной
концентрации раствора
Глина
Сарматская при
замачивании:
Nad
СаС13
Аральская при
замачивании:
CaCL
Fed,
Набухания, %, при концентрация N
тт

0,5 i
0,1
! 0.05
L
] 0,605 !
0,001
! 0,0001
35,9
25,9
31,2
39.0
36,6
31,3
32,0
41,0
~~
30,8
32,1
49,1
43,1
37,2
38.7
33,0
30,2
31,3
44,5
38,3
32.5
50,0
32,1
30,5
30,0
31,2
40,2
38,4
чивании растворами и отсутствии нагрузки; с увеличением
внешнего давления эта разница существенно уменьшается. Ука¬
занные закономерности проявляются и при других концентра¬
циях раствора.
Проведенные исследования показали, что с уменьшением
концентрации от Ш до 0,0001 N набухание проходит через ми¬
нимум и максимум, что видно из табл. 1.15.
При увлажнении грунта раствором кислоты в зависимости
от начальной влажности грунта происходит уменьшение концен¬
трации раствора, что приводит к нарушению линейной зависи¬
мости между набуханием и концентрацией раствора.
5. УСАДКА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ
Процесс набухания грунта обратим: при высушивания на¬
бухшего (или природной влах®ости) грунта происходит его
усадка. Величина усадки зависит от многих факторов. Грунты,
содержащие мивергяы с разбухающей решеткой, имеют боль¬
шую величину усадки, чем грунты с минералами, имеющими
решетку с жесткими связями. Не меньшее влияние на усадку
оказывает дисперсность грунта. Объемная усадка зависит от со¬
держания коллоидных частиц: с увеличением последних проис¬
ходит ее резкое возрастание. Так, при содержании частицразме-
ром менее О.ОООз мм, равном 20 %, объемная усадка составляет
40%. а равном 70% - 80%; при этом связь между этими вели¬
чинами носит линейный характер Установлено, что наименьшее
значение усадки у одновалентных катионов, наибольшее - у
трехваяентных. При этом на величину удельной усадки влияет
толщина исследуемого образца.
Для выяснения зависимости объемной усадки от начальной
плотности и влажности были проведены лабораторные опыты по
образцам Хвалынском глины ненарушенной структуры. С этой
целью приготовлялись образцы различной плотности и влажное-
44
тк, которые высушивались при температуре до 105°С в течение
8 ч. Усадка зависит от температуры высушивании образцов. Осо¬
бенно резкое возрастание усадки наблюдается при увеличении
температуры от 30 до 60°С. Дальнейшее повышение температу¬
ры высушивания в меньшей степени влияет на изменение объ¬
емной усадки.
Опыты в приборах ШЗГ на образцах хеалдшекой -дшы на¬
рушенной структуры показали, что линейная усадка возрастает
с увеличением начальной влажности. Величина усадки зависит
от степени заполнения пор водой. Так, для образцов е рд —
= 1,0 г/см3 увеличение степени влажности 5Г от 0,39 до 0,80
привело к возрастанию относительной усадки с 3,5 до 4,5 %, г
зри Sr > 0,95 значение относительной усадки равно 7 %. При воз¬
растании плотности образца наблюдается уменьшение усадки.
Наконец, проводюшеь опыты с естественными образцами,
по следующей методике. Образец нагружался ступенями до за¬
данного давления, после чего замачивался до стабилизации
процесса набухания. Затем грунт вновь высушивался в течение
8 ч, но при температуре 105°С и вновь увлажнялся. Каждый
последующий цикл высушивания приводил к увеличению отно¬
сительного набухания. Это объясняется тем, что начальная влаж¬
ность образца, при которой начиналось замачивание, уменьша¬
лась от цикла к циклу.
Аналогичные результаты были получены Ж.Е. Рогаткдаой,
которая проводила опыты в стабилометрах М-2 на образцах
нарушенной структуры. Результаты испытаний при цикличном
замачивании и высушивании хвальшекой глины с начальной
влажностью 25% к плотностью р$ — 1,56 г/см3 показали, что
переменный режим влажности приводит к увеличению набуха¬
ния от цикла к циклу.
С другой стороны, опыты, проведенные в компрессионных
приборах на образцах нарушенной структуры сарматских шик
при различной нагрузке с попеременным высушиванием до
воздушно-сухого состояния и последующим увлажнением, по¬
казали, что набухание уменьшается от цикла к циклу, при этом
наибольшее уменьшение наблюдается при отсутствии внешней
нагрузки, После четвертого цикла последующее высушивание
практически не влияет на набухание грунта (табл. I. .16).
Аналогичная закономерность наблюдается и при изменении
влажности набухания природных образцов хвалдоских глин.
При циклическом увлажнении и подсушивании до степени влаж¬
ности, равной 0,65, процессы набухания и усадки практически
обратимы. Подсушивание до степени влажности менее 0,65 при¬
водит к снижению влажности набухания, которое наиболее ин¬
тенсивно проявляется в первых двух циклах. После четвертого
цикла влажность набухания практически не изменяется.
Указанное изменение влажности набухания при Sr < 0.65
объясняется влиянием катиона Са, содержание которого состав-
45

Табл и ц а 1.16. Набухание и влажность набухания
при различном числе циклов увлажнение — высыхание
Число циклов ув¬
лажнение -- выем-
какие
;
1
Набухание и влажность набухания, %,
вертикальном давлении, МПа
ирк
: 0
! 0,05
I од-г
	1
0,3
0
19,4
18,5
12,7
12,0
11,0
40,0
35,0
32,0
30,8
30,0
].
14,0
13,0
10,0
9,2
8,7
35,0
32,0
29,1
28,5
28,0
2
11,2
10,4
9,1
8,0
7,4
32,0
30,0
28,1
27,5
27,0
10,0
9,2
8,1
7,0
6,3
3
31,5
28,9
27,5.
27,0
26,0
10,1
8,9
8,1
7,0
6,3
4
31,5
28,9
27,7
26,9
26,1
Примечание. Над чертой приведено значение набухания, под чертой —
влажности набухания.
дает около 80 %. Значение Sr — 0,65 соответствует для хвалын-
ских глин влажности 17,5 %, что несколько превышает макси¬
мальную гигроскопическую влажность. В этом случае толщина
гндратных пленок достаточно велика и эффект ’’склеивания”
частиц этими катионами незначителен. Высушивание грунта до
воздушно-сухого состояния вызывает ’’склеивание” частиц,
т. е. увеличение структурной связности. Поэтому при повтор¬
ном замачивании набухание грунта будет меньше. При этом надо
отметить, что для верхних слоев грунта уменьшение влажности
проявляется значительно меньше вследствие повышенной агре-
гировакности грунта и многократно повторяющихся циклов
замачивание — высушивание.
С другой стороны, опыты, проведенные в приборе ПНГ на
образцах хвалынской глины нарушенной структуры, показали,
что при попеременном высушивании и увлажнении разность
между относительным набуханием и относительной усадкой
остается постоянной. При этом влажность усадки уменьшается,
достигая постоянного значения после четвертого никла. Дли¬
тельность процессов усадки к набухания различна: процесс
усадки примерно в 3-4 раза длиннее процесса набухания. От
цикла к циклу длительность усадки возрастает, а длительность
набухания уменьшается, но до определенного предела, после че¬
го длительность этих процессов не изменяется.
46
ГЛАВА 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА
И ОСНОВАНИЯ ПРИ НАБУХАНИИ ГРУНТА
1. ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ПРИ ИСКУССТВЕННОМ
ЗА М А ДИВАН И И ГРУНТ А
Характер и закономерности набухания грунтов в массива- и
основании сооружений не отличаются от рассмотренных выше.
Так, деформации массива и основания в результате набухания
грунта будут тем больше, чем выше дисперсность грунта, мень¬
ше его влажность, больше плотность и т. д. Однако в этом случае
проявляются особенности, вызванные напряженным состоянием
грунта, в частности изменением по глубине напряжений от дей¬
ствия собственного веса, и внешней нагрузки. Необходимо учи¬
тывать гот факт, что замачивание грунта в основании носит, как
правило, локальный характер, в результате чего в определенной
части массива грунта проявляются деформации от набухания, в
то время как остальной массив остается в равновесии. В этом
случае можно ожидать влияния неувлажнешой части массы
грунта на деформации, протекающие в увлажненном объеме
массива.
Закономерности деформаций массива яри замачивании
грунта изучались на площадках, сложенных глинами различных
генетических типов, что позволило установить общие для всех
набухающих грунтов закономерности деформаций массива и
основания при набухши:-): и усадке грунтов.
Рассмотрим деформации слоев массива набухающего грунта
по глубине яри действии собственного веса в случае его замачи¬
вания с поверхности и через дренажные скважины. Характер
этих деформаций изучали при замачивании грунта в котлованах
глубиной 1,5-2,5 м. В котловане устанавливали глубинные мар¬
ки, предназначенные для регистрации перемещений грунта на
заданной глубине. Марки состояли из реперной трубы диамет¬
ром 25—40 мм и обсадной трубы диаметром 89-108 мм. За вер¬
тикальными перемещениями, поверхности наблюдали с помощью
поверхностных марок, представляющих собой стержни диамет¬
ром 18—24 мм, забиваемые в дно небольшого приямка, который
затем заполнялся бетоном. Вертикальные перемещения поверх¬
ностных и глубинных марок измеряли путем нивелирования их
с помощью высокоточных нивелира и инварной рейки относи¬
тельно двух-трех реперов. При замачивании грунта через скважи¬
ны последние пробуривали диаметром 128--146 мм со дна кот¬
лована на необходимую глубину. Дренажные скважины, а также
дно котлована засыпали щебнем нпи гравием.
На рис. 2,1, а показаны движения слоев хвапынских глин во
времени. Замачивание осуществлялось с поверхности в течение
7 мес. После замачивания начался подъем поверхности дна кот-
47

а)
h3w, мм
Рис. 2.1 Движение слоев хваяывской глины вря замачивании с поверх¬
ности (я) и через 3-метровые скважины (б)
1 — подъем поверхности; 2, 3, 4, 3 и б - подъем слоев на глубине соот¬
ветственно 0,7; 1,25; 1,7; 2,8 и 2,2 м
ловаяа, в то время как марка, расположенная на глубине 0,75 м,
оставалась неподвижной. Это указывает на то, что набухание
происходило в слое толщиной менее 0,75 м. Спустя 1.6 сут после
начала замачивания начался подъем и этой марки, а через
26 сут - марки, расположенной на глубине 1.25 м.
В табл. 2.1 приведены время замачивания, котлованов и со¬
ответствующее ему расстояние от поверхности до фронта набу¬
хания, на уровне которого начинаются деформации, а также
скорость перемещения последнего. Из таблицы видно, что ско¬
рость перемещений фронта набухания в глинах практически
постоянна.
48
Глинн
Табл и
а а 2.1. ГлчДйна зоны зз.мччяяанкй к ск,манат
аегомещекик фронте набуагячя
Время ммччгоа- ; Йплгеямк от 'Скорость оереме-
Ш1Я- МТС	; ПОГО'рХЧССТН ПС : 1ЛГОЯЯ.VЛЧСС
' СТГОЧ'М НЧМСХТ
; пт.:, о	;
Сарматские
Хвалынскяе
1
2,8
д.8
■i
1ф
0,8
5
2.4
0ф
4
3,1
0.7
.с
4
0.9
6
я,8
0,0
i
1,1
1,3.
2
29
0,8
3
2,8
0,9
Ззма’-шваняе с поверхности сарматских глян. толщина кото¬
рых составляет несколько десятков метров, показало, сто пере¬
мещение слоев аналогично приведенному ва пне. 2.1, а. Подъем
поверхности грунта продолжался з течение всего времени зама¬
чивания, длившегося около 24 мес, и составил 17U мм; з1рн этом
стабилизация процесса набухания наступила в сдое тохшзякои.
0—0,5 м через 4,5 мес, толщиной 0,5-1 м ■■■■ через 8 мес. толщи¬
ной в слое .1.-2 м — через ;2 мес после начала замачивания.
Характер движения слоев массива грунта при замачивании
через дренажные скважины показал на рис. 4Л, о. Ь этом случае
происходит польем всех слоев, х. е, набухание грунта но глубине
происходит одновременно во всем массиве. Нккбольшля ско¬
рость набухания во всех слоях наблюдается в первый месяц за¬
мачивания. Скорость подъема поверхности при этом уменьша¬
ется во времени. В табл. 2.2 приведена скорость подъема поверх¬
ности различных гяш в зависимости от метода зашчивзнка.
Из' табл. 2.2 видно, что скорость подъема поверхности в
первые ,2 мес при глубинном замачивании в 1,5 раза больше, чем
яри замачивании с поверхности. Однако в дальнейшем скорости
выравниваются, после чего картина изменяется. Это объясняется
тем. что процесс набухания в первом случае практически начина¬
ет стабилизироваться. в то время как щж. эажаговаимч. с поверх¬
ности происходит увлажнение а набухание лежащая ниже слоев
грунта, вследствие чего наблюдается подъем гтоверхзгостй.
Время, необходимое дд« схайняизаима нодъема коверхноо
тк. как видно из рис, 2.1,8, составляет при глубинном оэмнчй.йж
нш для Хвалынск ах глкн около 6 мес. Эри замашвгокъ е по¬
верхности в течение этого временя подъем для котлована соста¬
вил 0,8 подъема поверхности в первом случае. Следовательно,
процесс набухания га ас сив а хвапынстсях глпк при толщине слоя
около 3 мв случае 'поверхностного замачивания длит си в J л да
49

Таблица 2,2, Скорость подъема поверхности
Глины
Способ замачи- I Время замачи- i Скорость подъема
ваша	j зания, мес j поверхности,
!	! мм/сут
Хвальшские, Поверхностный
сарматские
Четвертичные Глубинный
I
1,9; 2,3
'1
0,5; 0,7
3
0,4; 0,5
4
0,4; 0,4
5
0,3; 0,35
6
0,25; 0,3
7
0,25; 0,25
1
' 0,8 '
2
0,4
3
- 0,3
4
0,2
5
0.15
б
0,1
7
ОД
за больше, чем при замачивании через скважины. Эта разница
возрастает с увеличением толщины слоя замачиваемых глин.
Анализ экспериментальных данных доказывает, что набухание
грунта в массиве происходит в течение разного периода времени.
Грунт в нижних слоях набухает быстрее, чем в верхних, т. е. с
увеличением давления время набухания уменьшается (рис. 2.2).
Отсюда следует, что подъем поверхности во времени определя¬
ется временем набухания грунта в верхних слоях и значит вре¬
мя, необходимое для стабилизации подъема поверхности, не за¬
висит от толщины промачиваемой толщи грунта (табл. 2.3).
Из таблицы видно, что время набухания массива сарматских
глин разной толщины при замачивании через скважины составля¬
ет 5—6 мес. При этом размеры замачиваемой площади не влияют
на время подъема поверхности. Однако время, необходимое для
практической стабилизации деформаций от набухания, зависит
от вида и структуры грунта. Время набухания, мес, составляло
для глин соответственно: сарштских 5—6; киммерийских —
3,5; аральских 9-10; сталинских - 6; антропогена - 17. В ос¬
новании сооружений, где замачивание происходит не столь ин¬
тенсивно, как в рассмотренном случае, процесс набухания может
протекать более длительное время.
Скорость набухания массива зависит от текстурных особен¬
ностей грунтов. Киммерийские глины набухают в массиве быст¬
рее, чем остальные, что объясняется значительным количеством
песчаных частиц, улучшающих их фильтрационную способность.
В результате этого вода быстрее передвигается в грунте и при
этом создаются благоприятные возможности для интенсивного
обводнения глинистых частиц. Кроме того, массив химмерий-
50
Рис. 2,2. Зависимость времени набу¬
хшим сарматских глин от давления
t, мес
ских глия представлен чередующимися прослойками глин, пы¬
леватого и песчанистого материала, который способствует быст¬
рому обводнению глинистых прослоек. Благодаря отмеченным
обстоятельствам уже в первые 2 мес после начала замачивания
деформации набухания в массиве из киммерийских глин состав¬
ляют более 80 % общей деформации. Хвальшские и сарматские
глины набухают значительно быстрее, чем аральские, что также
объясняется различием в текстурных особенностях рассматрива¬
емых грунтов. 3 хвалынеких глинах, особенно в верхней зоне
разреза, имеется значительное количество прослоек песчанисто¬
го материала, способствующего обводнению глин, в то время
как аральские глины по своей текстуре приближаются к сплош¬
ному монолитному массиву.
С увеличением глубины замачивания возрастает подъем по¬
верхности. При этом в пределах глубин 6-7 м наблюдается
практически линейная зависимость между подъемом и глуби¬
ной промачиваемой толщи. При большой глубине замачивания
эта зависимость нарушается. и отмечаются меньшие величины
подъемов.
Экспериментами установлено влияние площади замачива¬
ния на величину подъема (рис. 2.3). Так, с увеличением замачи¬
ваемой площади подъем поверхности возрастает. Однако это
увеличение наблюдается до достижения определенной площади
замачивания, при превышении которой возрастания подъема не
Таблица 2.3. Время набухания сарматских глии в массиве
Номер
Размер
Подъем
котлована
котлована,
поверхнос-
м
хи, мм
ч
6,5x5
170
П
6x5
190
10
6x10
150
4
4x4,5
140
34
бхб
150
Время набухания, мес, при
при толщине замачиваемого слоя, м
i:i:t
10
5
15
5,5
5
51

hsw, мм
240
Тыс, 2.3. Зависимость подъема поверхности от площади замачивания
1 и 2 - для аральских глин при Шубине замачивания 12,5 и 6 м; За5 -
для сарматских глин при глубине замачивания 5 н 3 м; 4 - доя Хвалын¬
ска* глии при h - 4м
происходит. При глубине замачивания 3 м предельная ширина
котлована, яри которой не наблюдается возрастание подъема,
составляет б м, а при глубине замачивания 12,5 м эта ширина
равна 12 м. Отмеченные закономерности проявляются во всех
набухающих грунтах и не зависят от их свойств Они обуслов¬
лены особенностями протекания деформаций при набухании
массива грунта как единого целого с учетом его напряженного
состояния и влияния неувлажненной части грунта,
Выветривание грунта в разработанных котлованах; влияет на
характер я величину набухания массива грунта, что видно на
примере испытаний сарматских глин. Так, подъем дна котлована
№ 1, который был открытым в летний период в течение 60 сут,
составил более 100 мм в течение 5 мес. Котлован № 22, имеющий
такие же размеры, замачивали спустя 9 сут после его разработ¬
ки, а подъем его дна составил всего 65 мм. В котловане № 1 в на¬
чальный период замачивания наблюдалось интенсивное набуха¬
ние грунта, в дальнейшем скорость-набухания уменьшалась, в
то время как в котловане № 22 процесс набухания протекал рав¬
номернее. В этих котлованах после их разработки уменьшилась
влажность грунта, вследствие чего увеличилось набухание, а ин¬
тенсивность процесса объясняется образованием вертикальных
52
в горизонтальных трещин, способствующих быстрому обводне¬
нию грунта массива,
Выветривание хваяынских г лил в течение 14 сут не привело
к существенному увеличению подъема ака котлована и установ¬
ленных в нем опытных штампов. Так, если относительное набу¬
хание слоя без нагрузки и со штампом с язвлением по подошве
0,012 МПа составило 0,042 я 0.032. то в котловане, замоченном
через 14 сут после разработки, зтк величины были равны соот¬
ветственно 0,044 к 0,037. Приведенные данные показывают, что
оставлять длительное время открытым грунт основания коню--
ваяа нельзя, так как это при последующем замачивании приво¬
дит к увеличению деформаций, вызванных набуханием грунта.
Подъем поверхности дна котлована происходят относитель¬
но равномерно в пределах средней части площади замачивания,
а к откосам подъем уменьшается, Снижение подъема наблюдает¬
ся и за пределами замачиваемой площади. По мере удаления от
источника увлажнения подъем уменьшается и на определенном
расстоянии L равен нулю. Расстояние от точки с нулевым подъ¬
емом до бровки замачиваемого котлована зависит от величины
подъема котлована. При замачивании через дренажные скважи¬
ны подъем марок за пределами котлована начинается практи¬
чески одновременно с подъемом поверхности внутри котлована.
При этом расстояние L -увеличивается пропорционально возрас¬
танию подъема. По мере замачивания грунта в котловане интен¬
сивность возрастания расстояния L уменьшается, Подъем вне
котлована происходит на определенном практически постоян¬
ном расстоянии независимо от времени замачивания, Б случае
замачивания с поверхности подъем вне котлована происходит
позже, чем при замачивании через дренажные скважины. Зги
данные показывают, что подъем поверхности наблюдается в
ограниченной зоне от источника замачивания, величина кото¬
рой зависит от свойств грунта и в первую очередь от его тек¬
стурных особенностей. Так, при замачивании хвалынеккх глии,
имеющих прослойки 'песчанистого материала, подъем поверх¬
ности наблюдался на расстоянии до 15 м. т. е. значительно боль¬
ше, чем в сарматских глинах, где таких, прослоек не имеется.
Значения относительного набухания грунта при замачива¬
нии через дренажные скважины и с поверхности приведены в
табл. 2.4.
Значения относительного набухания при замачивании через
скважины больше, чем при замачивании с поверхности, так как
в последнем случае процесс набухания не стабилизировался;
Способ замачивания изменяет динамику процесса, не влияя
практически на общую величину набухания, что подтверждено и
в лабораторных условиях. Влажность набухшего грунта в мас¬
сиве практически одинакова как при глубинном увлажнении,
так и при замачивании с поверхности, и составляет в среднем
53

Таблица 2.-4. Значения относительного набухания
при различных способах замачивания
Способ замачи- j ' Относительное набухание хваяынской глины, %,
ванна	!	при глубине ее расположения, м
10--0,75	f	0,75-1,25	|	1,25—1,8*	1.8-2,8	I	2,8- 3,8
Поверхностный	6,7	4.0	4,3	2,8	4.3
Глубинный	7,6	6,1	5,5	2,9	5,1
для хвалынских глин 37 %, для сарматских - 46, а для араль¬
ских — 43 %,
Исследования деформаций массива при замачивании водой,
электролитом и раствором серной кислоты проведены на ти¬
нах в районе г. Джезказган, з также на элювии в районе г. Сверд¬
ловска при замачивания его водой и серной кислотой, В Джез¬
казгане были разработаны три котлована площадью по 100 мЕ
Грунт в котловане № 2 замачивали водой через скважины глуби¬
ной 7 м, в котловане № 3 заливали электролит (10 % серной кис¬
лоты, 50 медного купороса и 3 % никелевого купороса), з в кож
ловане № 6 — 10%-ный раствор серной кислоты. В котлованах
N® 3 и 6 были пробурены скважины глубиной соответственно
3 я 5 м. На рис. 2,4 показано движение поверхностных марок в
этих котлованах. Несмотря на меньшую толщину’ замачиваемой
толщи в котловане № 3 подъем марок при замачивании кисло¬
той был больше, чем при замачивании водой, и происходил с
большей скоростью (табл. 2.5),
Значения относительного набухания слоев, расположенных
на различных глубинах, приведены в габл. 2.6.
^sw,мм
Рис. 2,4. Подъем поверхности грунта во времени
.1, 2 и 3 - в котлованах - № 6, 3 я 2
54
Т а б л я и а 2,5. Скорость яоДьема поверхности массива
Номер
котлована
2
10
3
14
б
14
Скорость подъема, мм/мес,
по месяцам
zzi
zzz
zz
IZII
6
9
8
7
6
5
14
13
15
14
14
14
13
16
18
25
Таблица 2.6. Относительное набухание грунта
иа различной глубине
Номер
котлована
2
3
6
Относительное набухание, %, слоев грунт® на глубине, м
0-1
zz:
г«т
3-4
ZEJ
6-7
1,6
1,4
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
-8,3
3,8
3,1
0,6
—
—
—
8,6
5,1
4,2
3,4
2,1
1,1
Относительное набухание элювия яри замачивании водой и
1 %-ным раствором серной кислоты ври нагрузке 0,028 МПа
составляет 4,2 и 10%, Такам образом, при замачивании грунта
растворами серной кислоты увеличивается как скорость, тзк в
набухание, Так, при замачивании 10%-ным раствором серной
кислоты массива глин на глубину 5 м подъем поверхности соста¬
вил 238 мм, а при замачивании их водой на глубину 7 м - всего
лишь 92 мм. Относительное набухание при замачивании кисло¬
той было s 1,5-5,5 раза больше, чем при замачивании водой.
Отсюда следует, что при строительстве на глинистых грунтах
сооружений, где размещается производство, потребляющее
серную кислоту или другие жидкости, при исследовании необ¬
ходимо производить замачивание глинистых грунтов этими
жидкостями.
2. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ
Закономерности-набухания грунта под воздействием внеш¬
ней нагрузки изучали в напряженной зоне, создаваемой опытны¬
ми фундаментами. Например, в сарматских глинах в двух котло¬
ванах размером 9x9 м устраивали но одному фундаменту разме¬
ром 2x2 с заглублением на 0,5 и. В фундаментах располагали
глубинные марки для определения перемещений грунта на глу¬
бину 5,6—6,5 м, а также поверхностные марки для замера пере¬
мещений дна котлована вокруг фундамента. Давление по подош¬
ве фундамента Е 1 составляло 0,21 МПа, а фундамента N9 2 -

(>,1 МПа. Замачивали через поверхностный слой щебня и сква¬
жины глубиной '? м. В котловане S® 9 размером 8x15 было
устроено три фундамента размером 1x1 м. давление по подошве
которых составляло 9,1, 0.2 и С,3 МПа, Послойные деформации
слоев ь основании этих фундаментов на глубинах 0,25; 0,5;
0,75 и 1 замеряли с помощью марок, устанавливаемых в одной
скважине, расположенной под центром фундамента.
Аналогичная методика испытаний применялась при испыта¬
нии аральских, майкопских, хзадынскях к других глин. Так, в
хвадынских глинах з катноъяне размером 20x20 м были устрое¬
ны фундаменты размером 0,7x0,7 м, давление по подошве кото¬
рых составляло 0,015; 0,825: 8,05: 0,1; 0,2 и 0,3 МПа, Грулт за¬
мачивали через скважины глубиной 3 м.
На рис, 2.5 показан подъем Фундамента (сарматские глины)
я слоев грунта в его основании во времени. Из рисунка видно,
что характер послойных деформаций слое® грукха, находящихся
в напряженном есстоишш. от звсишей нагрузки, аналогичен да
характеру слоев под действием собственного веса. Так, наи¬
больший .подъем поверхности дна котлована, наблюдается в мес¬
те расположения фундамента. С увеличением глубины подъема
слоев грунта уменьшается. В рассматриваемом случае при дей¬
ствующем в основании г? напряжении от фундамента происходит
набухание грунта. Набухание слоев будет отсутствовать в сдоях,
где дейохвутащис напряжения отвечают неравенству р + ?zg <
<■ Г\
?-• .4 Vv •
Увеличивая дасии-шю нагрузку, мишю предотвратить кабу-
хжтие глунхд в основан?®. Для тшедогр.раяшийя разуплотнения
Рис, 2.6. Польем фундаментов я слоев грунта при дав:штаи р ■- iU Mila
fa) во--- 0,5 Ш1з */>}
i 1 подъем фундамента; 2, 3, 4 <л 5 - «датам слоя их тупике соответст¬
венно 0,25; 0,5 и 1Ф м
rpvHxa внешняя нагрузка должна быть больше давления шита ха¬
мки. Учитывал, что давление н&оухания зависит от мисчоянкд
грунта, например для грунтов повышенной влажности, деформа¬
ции набухания можно предотвратить, создавая на фундамент
меньшие нагрузки, чем для грунтов более низкой влажность.
Поэтому была предпринята попытка путем увеличения’ влаж¬
ности сарматских*глин снизить давление набухания к проследить
закономерности деформаций основания при различной нагрузке-
С этой целью в котловане № 10 была искусственно увеличена
влажность грунта с 38 до 43 % на глубину 3 м. На. увлажненном
частично набухшем грунте устраивали фундаменты размером
1x1 м, давление по подошве которых составляло 0,05; u,i; 0,2 в
0,3 МПа. После стабилизации осадки от нагрузки грунт замачи¬
вали через поверхностный слой щебни и дренажиые скважины на
глубину 8 ы,
Из рис. 2.6 видно, что характер деформации в основании
фундамента с давлением но подошве равным 0,3 МПа, оказывает¬
ся иным, чем под фундаментом с давлением 0,05 МПа. во вто¬
ром случае происходит непрерывный подъем всех слоев фунда¬
мента. Характер движения слоев грунта дав, фундаментом с г* =~
— 0,3 МПа иной. В начальный период наблюдается практически
одинаковый подъем фундамента и всех слоев. В дальнейшем
подъем слоев опережает перемещение фундамента, при этом
разница в подъеме увеличивается во времени. В этом случае ха¬
рактер деформаций слоев грунта но глубине оказывается раз¬
личным. Так. в верхнем слое, расположенном ниже подошвы
фундамента до глубины 0,25 м наблюдается уменьшение толщи¬
ны слоя, т. е. происходит сжатие грунта. Тоядайкатахого слоя в
оезуяьтате замачивания уменьшилась на 15 мм. В противопо¬
ложность этому слою в нижиих слоях (Н > 0,25 м) происходит
разуплотнение грунта, вызванное его набуханием. Беличьих^ де¬
формации набухания .грунта в слое, расположенном на глубине
6,25-1,5 м составила 8 мм, а основной подъем фундамента про-
57

изошел в результате подъема сдоев» расположенных ча 1 5 м ни-
же подошвы фундамента. ■	’
л -а ^?едовательно> увеличение давления но подошве от 0,05 до
0,3 МПа привело к снижению подъема фундамента» но не устранч-
ZZ°JOJmOCni0> несмогРя на то> что действующее по шдоГше
далекие превысило давление набухания грунта данного Спгта,.
шмя. Относительное набухание закономерно уменьшается с
5КН1ГЙГ"" • •*»<m "**» « м!.Фс«“ю
1®*^ i10” ФУВДаменгом, при р = 0,3 МПа составляет всего
около 1 %»В то время как при р = 0,05.МПа оно в среднем равно
mc^fw -ТяТГЛ,8 КОТЛОВане № 9 грунта природной влаж-
ноет (w_ - 38 %) деформации слоев под штампами в пиелмтач
давлении по подошве до 0,3 МПа аналогичны деформация^ S
Гкотло^адММоТе }™меттом фР= 0»05МПа устроенным
е и 10» т. е, в пределах всей напряженной зоны mfim
вй£гйе грунта- ПР* этом
roSvliBZ ni^rm0XmmiX 8 ншРяже™°й зоне» больше это-
тбт1^еатЯ Рп1?™РеШОМ Еыше случае- Так, относительное
шо> хайле стоя» расположенного на глубине 0-2 м при давлении
ш подошве фундамента 0,1 МПа равно: в котловане Г Ш
А^ш7?Л!г~ 3’5%;
|0	’ М№ “ 0)4 и °>& % соответственно для котлованов К® 9 и
Зкстерименты показали» что подъем фундамента зависит от
размеров замачиваемой площади; давления по подошве Лунда
шшГм Ея» ШдаеМ Уменьшается с Увеличением ее rnotSm;
вида и состояния грунта; площади подошвы фундамента
гтттет3	тметт характер деформаций за-
- рунта. По мере удаления от фундамента попьем
pnnTmmm грунт увеличивается до максимального значения
Г“В/ЮЩеГО сре^ему подъему дна котлована, Расстожше
ОХ грани фундамента (размером 2x2 м) до точки
наСоствляя ^ а - нолуцщрщ
при (Ш мш } ~ р давлении по подошве 0,1 МПа и 2,5а-
Проведенные исследования показали» что время необхппи
sr** ф™а“* ~ S-*
ыаишшзации подъема поверхности дна котлована Няти,»п
2SJvtoTa2Sm™y"!>°aMb" “» «рматских глинах (ко?.'
“(УфLi,"Римски «К» 5 мес,» , котшш-
что и nnm llt JnL к проявляется 13 же закономерность»
^еньшает?™^п СТВ0ШОГО веса: время набухания грунта
*№	Р возрастании действующего в массиве напря-
,,а Исследования с замачиванием массива ш с одновременным
«шоТсостогоХ Деф-0рмаадй грунта' находящегося в напря¬
женном состоянии от действия внешней нагрузки а собственного
58
Рис, 2.7. Зависимость относительного набухания грунта от давления
i - при испытании в компрессионном приборе; 2 — при полевых испыта¬
ниях под действием внешней нагрузки; 3 то же, собственней’© веса
веса, позволили установить зависимость относительного набуха¬
ния от давления ила глубины расположения слоя (рис. 2,7). За¬
висимость esw £{р) при действии собственного веса грунта
построена по результатам замачивания грунта в котлованах,
имеющих одинаковую площадь, а при действии внешнего дав¬
ления — по результатам определения набухания слоев» залегаю¬
щих под фундаментами.
Характер зависимости esw = f (р) при действии внешней
нагрузки аналогичен ее характер;/ при испытании грунта в
компрессионных приборах. Однако абсолютные значения esw
при соответствующих значениях давлений в последнем случае
оказываются большими, что определяется различными условия¬
ми работы грунта. Установлено, что -в пределах давлений до
0,3 МПа наблюдается линейная зависимость между отношением
с = eSWjf/eSw,l и действующим давлением (здесь eSw»f -
относительное набухание грунта в слоях, расположенных в на¬
пряженной зоне от фундамента; esw>x — относительное набуха¬
ние, полученное в компрессионных приборах).
Указанная, зависимость имеет вид
%w,f = eswl(c0 -kp) »	(22.)
где с„ - отношение «sw.f/^sw,! при р — 0; к - коэффициент пропорцио¬
нальности, см*/кН.
59

Значения коэффициентов Cq и к составляют для гцш~ сар-
м*кких~0,9 и 0,036; Хвалынска - 0,8? и 0.037: аральских'-
u,9j ж и,032; майкопских - 0,89 ж 0,034,	'	' '
. ^аРактеР напряженного состояния массива под действием
соосхвенкого веса грунта при набухании практически такой же
как и при действии внешней нагрузки. г. е. в слоях, расположен’
аы\ аод фундаментами. Поэтому значения ошосшеяьного набу-
хания( поденные при дейслшв собственного веса, совпадают
с нх значениями, вычисленными при воздействии внешней на¬
грузки, однако, как видно из рис. 2.7, это совпадение отмеча¬
ется яри давлений, до 0,1 МПа. При давлении 0.09 МПа промо
ходит скаткообразное уменьшение значения относительного
набухания под действием собственного веса (характер згой
зависимости не изменяется нри больших давлениях) Следе-
вательяо, условия работы грунта при набухании под действием
собственного веса в случае значительных давлений (или яа
оолыиих глубинах от поверхности) остаются такими же, как и
во всех рассмотренных выше случаях, В то же воемя скачко¬
образное уменьшение egw, наблюдаемое при давлении 0,09 МПа
шш дня сдоев, расположенных ниже 5 м от поверхности, может
быть вызвано действием дополнительного давления ряд Это
давление эквивалентно такому внешнему давлению, при кото¬
ром происходит уменьшение относительного набухания ?яа
продолжении зависимости esw - f(p) ох действия собственно-
™в“а]г; р®ное Р^ности esw (СМ. рис. 2.7) между этими вели-
ГЛу6йны от 5 ДО 6 м. Это дополнительное
давление обусловлено влиянием неувлажняемой части массива
на слои, деформируемые в результате набухания грунта.
3.	ЗОНЫ И ФАЗЫ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ НАБУХАНИИ ГРУНТА
!1ра ужлтент давления но подошве подъем фундамента
Н° Не ИСКЛЮЧается полностью, хотя нри определенном
Д ® в отдельных слоях наблюдаются сжатия, т.е. характер
деформации грунта до глубине массива различен. Поэтому заксъ
номерности подъема фундаментов и поверхности массшаТри
набухании грунта следует рассматривать с учетом характера де-
формацш сдоев по глубине. Только в эв/м случае м1Л о£-
пу1,гТТТе Ш ЮДЪе“ фундамента набухания различных сдоев
грунта, а также внешней нагрузки.
^ На Рис- 2.8 приведены кривые подъемов слоев но глубине
еле стабилизации набухания. При замачивании через 10-метоо-
вые скважины сарматские глины набухали в nJSE умаХ
емои толн»> а ®рез 5-метровые - только до глубины 12мТви '
xmlTr^Z T Следовательно, пря значительных толщах набу-
а	*е ® п-Р®д-елах всего замачиваемого стоя
ав ограниченной по глубине зоне. Часть массива, где происхода
0	40	80	120	180	200
Рис, 2.8. Подъем слоев грунта по глубине
1 и 2 - для сарматских глин при глубине замачивания h ~ 15 к 10 м;
3 - для аральских глин при h = 8 см; 4 - для хвалыяских при Ь = 4 м;
5 - дня киммерийских глин при h = 7 м; 6 - для глины (Джезказган) ,
замачиваемой кислотой, при h ~ 3 м
послойные перемещения - подъемы слоев, вызванные набухани¬
ем грунта при замачивании, называется зоной набухания. Ниж¬
няя граница зоны набухания располагается на глубине Hsw, дав¬
ление от действия собственного веса грунта равно давлению на¬
бухания данного грунта, т. е. где выполняется условие
Psw = У Hsw .	(2-2)
Зная давление набухания, можно определить холодину зоны
набухания Hsw. Однако давление psw для грунта одного и того
же вида различно я зависит от условий его работы. В табл. 2.7
приведены значения Hsw, вычисленные по формуле (2,2) с уче¬
том давлений набухания, определенных по данным испытаний в
компрессионном приборе Psw.l в массиве грунта при действии
внешней нагрузки Psw,f и ПРИ действии собственного веса грун¬
та psw,g (7 1=118 кН/м ),
Из табл. 2.7 видно, что в зависимости от принимаемого зна¬
чения давлений набухания psw (табл. 2.8) изменяется расчетная
61

Т а б я ям 2.7 Величины зоны набухания
Глины
Сарматские
Киммерийские
Майкопские
Аральские
Хвалынские
Четвертичные
Нет
23
16
30
22
39
14
Значения Hsw, м
расчетные !
Hs.y_, Гм
17
12
17
22
•SW.L I MswJij Hsw1
1SW,2 !
"lSW.3
J	j	j	j
12
8
15
13
14
11
11
0,52
0,5
0,5
0,59
0,78
0,7
0,67
0,76
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
при psw
Примечание. Значение Hsw>1 вычислено ши pw., значение н
?sw,fи значение HSWJ - яри Psw„.	*	Рь"*1* ■ла,име h»72
Таблица 2,8. Давления набухания, МПа
Давления
сармат¬
ских
кимме¬
рийских
Значения давлений для глин
майкоп-j аралъ-
ских
PswJ,
0,41
0,30
_L
0,60
Psw,f
0,31
0,22
Pswjj
0,21
0,24
0,27
Psw.f/Pswy
0,78
0,73
...
Pswg/Pswl
0,51
0,47
0,45
ских
0,41
0,31
0,23
0,76
0,55
хва- | аитро-
лын- ] погена
ских (
0,7
0,4
0,58
0,25
0,20
0,8
величине зоны набухания. При использовании данных, получен-
чеасойв°?рЕаССИ°ННЫХ Приборах’ эта зона «ишиаегся отфта-
ментик™ послойных деформаций грунта в основании фунда¬
ментов отличается от наблюдаемого в массиве при цейсгрии
собственного веса. В качестве примера на рис. 2.9 показаны пере-
S4T?5?eB Сарматской гаины в основшш футшептш
Кривые I 5 показывают перемещение для грунта с начальной
ЯГ" “0Ш **.*• 8 хр— С
хлубиме замачивания hw = 7 м.	™
При влажности грунта 38 % в основании происходит nawn-
грунта тем больше, чем меньше передаваемое давление
На I дубине 2 м (подъемы слоев под всеми фундаментами совпа-
62
Рве. 2.9. Перемещение слоев сарматской глины в основании фундаментов
1, 2 ж 3 - для фундаментов размером 1x1 при глубине замачивания
h = 3 м и давления, равном 0,32 и ОД МПа; 4 и 5 - дяя фундаментов
размером 2x2 м при h = 7 м я р, равном 0,2 и 0,1 МПа; 6, 7, 8 и 9 — для
фундаментов размером 1x1 м при h = 7 м и р, равном 0,3; 0,2; ОД и
0,05 МПа
дают, так как давление от фундамента на этой глубине не оказы¬
вает существенного влияния на набухание грунта. При влажнос¬
ти 43 % послойные деформация имеют иной характер. Так, при
р = 0,3 МПа в интервале глубин 0-1,0 м произошло сжатие
грунта, а в нижних слоях — разуплотнение. Яри р = 0,2 МПа в
слое до 1 м были практически зафиксированы относительные
перемещения глубинных марок, а в нижних слоях происходило
набухание грунта. В основании фундаментов при р = 0,05 к
ОД МПа характер послойных деформаций такой же, как т в мас¬
сиве грунта при действии собственного веса. Деформации сжа¬
тия происходят по той причине, дао действующие напряжения
превышают давление набухания грунта данного состояния. От¬
сутствие перемещений указывает на то, что внешнее давление
уравновешивается давлением набухания.
Аналогичный характер послойных деформаций наблюдает¬
ся при исследовании других глин. Так, в киммерийских глинах
63

сЛ 0. тишы деформаций в мдседве герн гзабухаяки грунта
ноц фундаментом при р — Од Шла в верхней части основания,
непосредственно примыкающем к подошве, происходило сжатие
грунта, ниже деформации не наблюдались, и лишь с глубины 2 ы
грунт набухал, В основании фундаментов при р = 0,2 и 0,05 МПа
шкая же картина, как и в случае сарматских глин,
^Проведенные эксперименты позволяют выделить в массиве
грунта, замачиваемого на значительную глубину, следующие ха¬
рактерные ео.«ы фрис. x.jO) деформаций: I — зона уплотнения;
!.t - нейтральная зона и М - зона набухания. На рис, 2.3 0 показа¬
ло Одни «з трех, возможных сочетаний зон в основании фунда-
меьлив. мочегание зон,согласно схеме, показанной на рис, 2.10,а
возможно, когда давление до подошве фундамента превышает
давление набухания грунта (р > psw). Сочетание зон,согласно
схеме, показанной на рис. 2.10, су отвечает условию, яри кото-
ром р -- {>£%/, показанной на рис, 2.10, в, — условию, при кото¬
ром р < psw. Высота зон деформаций зависит не только от внеш¬
него давлении, но и от размеров я формы фундаментов. Пои воз¬
растании давления куатошади фундаментов будут увеличиваться
размеры I и И зоя, В случае действия собственного веса грунта
в массиве может формироваться только зона набухания.
л арак 1 ер ное.сч/йных деформации и выделение зон по птубч-
ке ^должны изучаться при изысканиях и проектирования,' по-
■■.-Кильк/ vsp.m зэмадиванш грунта в пределах ограниченной части
массива, т. е, в пределах 1 и li зоны, .можно сделать необосно¬
ванные выводы об отсутствии подъема фундамента, тогда как
(шк полном замачивании грунта в пределах всей набухающей
толщи оудет происходить подъем Фундаментов.
64
Рис. 2.11. Фазы деформаций груша
I - загрузка; 2 - замачивание; 3 - разгрузка
Рассмотрим явления, протекающие в массиве замачивае¬
мого грунта при изменении напряженного состояния, Как ввд-
I но из ряс. 2.11, а, после загрузки фундамента до р = 0,124 МПа
}	произошла осадка, вызванная уплотнением грунта. После ста¬
билизации осадки осуществили замачивание грунта, что приве¬
ло к подъему фундамента, который прекратился после стаби¬
лизации набухания. Затем фундамент был разгружен, но при
этом замачивание грунта не прекращалось. После разгрузки
качался подъем фундамента, который со временем стабилизи¬
ровался. В дальнейшем фундамент загрузили, чт вновь криве¬
ло к его осадке. Такам образом, при изменении напряженного
состояния: наблюдается различный характер деформаций грун¬
та - уплотнение или разуплотнение его, т. е. в процессе работы
грунт проходит различные фазы деформаций.
В отличие от обычных грунтов в набухающих грунтах можно
выделить следующие фазы деформаций (см. рис. 2.11, 6)- Фа¬
за А соответствует фазе уплотнения обычного грунта. При этом
если 0 < р < pis (кривая Г), то уплотнения не происходит, а при
р > рц происходит осадка (кривые Я и lit). Если после стабили¬
зации осанки осуществить замачивание, то наступает фаза набу¬
хания В при условии, что р < psw. В этом случае расклиниваю¬
щее давление пленок воды преодолевает внешнее давление и
структурную связность грунта и происходит раздвижка частиц,
приводящая к разуплотнению грунта; при этом процесс явля¬
ется затухающим. Однако при данном состоянии грунта можно
{	подобрать такую нагрузку, когда замачивание не приведет к
| дополнительным деформациям грунта. Это соответствует усло-
1 ■ вша р = psw (кривая II). И, наконец, яри р > psw возможна до-
I	полшхельная осадка (кривая Ilf), а дня грунтов отдельных ви-
•	дов наблюдаются деформации, носящие характер просадки (для
делювиальных суглинков в г. Кемерово, имеющих макропо-
3—397
§5

Таблица 2.9. Характер деформаций груии
Грунта
Характер деформаций грунта при давлении, МПа,
равном
0,01-0,06
! 0,06-0,18
0,18-0,30
Супесь
Суглинок
Глина
Набухание
Просадка
Набухание
Просадка
Набухание
ристую структуру и обладающих яросадочяымя свойствами). В
этом случае при давлении под штампом р = 0,2 МПа происходи¬
ла просадка грунта, а яри р = ОД МПа — набухание.
При взаимодействии грунта с водой в зависимости от дейст¬
вующего давления могут происходить два разных процесса: про¬
садка н набухание. Такой характер деформаций проявляется в
суглинках, залегающих в районе Коммунарска, Бердянска, Чер-
номорска(Краснодарский край) и др. При этом с уменьшением
давления происходит только его набухание. Имеющиеся данные
позволяют в первом приближении дать предельные значения
давлений, при которых возможны проявления набухания или
просадки в глинистых грунтах (табл. 2.9).
При замачивании набухающе-просадочных грунтов возмож¬
ные деформации необходимо определять во всем диапазоне дей¬
ствующих оснований давлений.
"Вели после завершения набухания произвести разгрузку
фундаментов, не прекращая при этом замачивания, то насту¬
пает фаза разбухания С (см. ряс. 2.11, о). При этом следует от¬
метить, что деформация набухания без нагрузки будет больше,
чем суммарное набухание под нагрузкой и при последующей
разгрузке.
Дополнительная загрузка фундаментов после завершения
набухания приводит к уплотнению грунта, когда наступает фаза
вторичного уплотнения D (см. рис. 2.11,6). При этом наиболь¬
шие осадки отмечаются в случае максимального разбухания
грунта, а модуль деформации при вторичном уплотнении в
несколько раз меньше модуля деформации при уплотнении
грунта.
' 4. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И ДАВЛЕНИЕ
НА ОГРАЖДАЮЩИЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ НАБУХАНИИ ГРУНТА
Большинство набухающих грунтов имеет микрослоиегую
текстуру, что обусловливает кроме структурных особенностей
анизотропность свойств грунтов. Это приводит к неодинаковому
набуханию по вертикали и горизонтали. Так, в сарматских гли-
66
ках деформации и давление набухания образцов в направлении
слоистости на 20 % больше, чем в перпендикулярнои направле¬
нии. Поэтому горизонтальные перемещения при набухания мо¬
гут быть даже большими, чем вертикальные движения.
Полевые исследования показали, что при замачивания мас-
с/ао;, находящегося в шшряжещюм со сто ян.нм ос внешней на¬
грузки или действия собственного веса, горизонталенью пере¬
мещения грунта, находящегося в увлажненной зоне, не проис¬
ходят. ■ В то же время замачивание грунта, расположенного с
одной стороны ленточных фундаментов длиной 4 м, привело к
подъему этих фундаментов на 95 мм и к перемещению в сторо¬
ну, противоположную ох замачивания, в среднем на 3 мм.
При наличии вертикальных откосов наблюдаются горизон¬
тальные перемещения в массиве. Так, замачивание в течение
80 сух грунта в откосах котлована привело х вертикальному
подъему поверхности и к горизонтальному перемещению верти¬
кального откоса. Наибольшие горизонтальные перемещения ис¬
пытывают марки, установленные на вертикальном откосе. По
мере удаления откоса величина смещений уменьшается: на глу¬
бине 1 м от поверхности горизонтальных перемещений не наблю¬
дается на расстоянии 7,5 м от котлована; на глубине 2,5 я 4 м
горизонтальные перемещения отсутствуют соответственно на
расстоянии 6 и 4 м от края котлована. На рис. 2Л2 приведены
эпюры горизонтальных деформаций по высоте в различных се¬
чениях. С увеличением глубины горизонтальные перемещения
уменьшаются и на определенно?.* расстоянии от поверхности от¬
сутствуют. Эти эпюры показывают, что яо мере удаления от
стенки котлована, глубина, на которой перемещения отсутст¬
вуют, уменьшается. Граница зоны, в которой возможны гори¬
зонтальные перемещения, ограничена кривой МЫ,
В результате набухания вертикальный подаем поверхности
составил 90 мм, с увеличением глубины вертикальные переме¬
щения уменьшаются. Зона возможных перемещений практи¬
чески совпадает с зоной распространения влаги. Поэтому' вер¬
тикальные перемещения происходят в зоне, ограниченной кри¬
вой SK. В данном случае можно выделить две характерные зо¬
ны: зону SON, где происходят вертикальные и горизонтальные
перемещения, и зону, ограниченную кривыми (Ж и ON, где воз¬
можны только вертикальные перемещения. На границе раздела
этих зон могут образовываться площадки микросдвигов, спо¬
собствующих возникновению поверхностей скольжения.
Возможность возникновения горизонтальных деформаций
должна учитываться при проектирован®! ограждающих конст¬
рукций в набухающих грунтах. При отсутствии перемещений
вертикального откоса, например при подпорных стенках, на
последние при замачивании грунта будут действовать дополни¬
тельные силы, вызванные набуханием груша. Эта дополнитель-
67

ШИРИНА ФРОНТА ЗАЯМЧИВАНИЯ
Рис. 2,12. Эпюры перемещений грунта при замачивании
1 - вертикальных перемещений поверхности грунта; 2, 3 - то же, на глу¬
бине 2,5 и 4 м; 4-7 - горизонтальных перемещений грунта; 8 — вектор
перемещения точек О, С, D; 9 - граница зоны, в которой происходят го¬
ризонтальные перемещения грунта; 10 — граница зоны, в которой проис¬
ходят вертикальные перемещения
ные силы зависят: в первую очередь ох вида и состояния грунта
и определяются давлением набухания (см. п.4, гл. I).
Недооценка в практике строительства дополнительных го¬
ризонтальных давлений при набухании грунта приводит к нару¬
шению устойчивости шпунтовых стенок и других ограждающих'
конструкций. Например, на одном из заводов вследствие набу¬
хания груша произошли деформации железобетонных подпор¬
ных стенок склада готовой продукции. Это потребовало прове¬
дения усиления конструкций. Имеются многочисленные слу¬
чаи разрушения каналов, в которых расположены различные
подземные коммуникации.
У глин, склонных к набуханию, возможно появление давле¬
ния, которое воздействует на подпорную стенку. В эхом случае
коэффициент активного давления (отношение бокового дав¬
ления к вертикальному при активном состоянии) может быть
больше едай иды. Это приводит к разрушению дай появлению
крена, т. е. .смещению стенки в результате воздействия набу¬
хания.
С целью определения горизонтально давления, действующе¬
го на сооружения при набухании грунта, проведены длительные
68
Рис. 2.13, Схема разреза опытного колодца
1 - глубинные марки; 2 - грунт, уплотненный бульдозером; 3 - поверх¬
ностные марки; 4 - дренажные скважины; 5 - датчики
полевые испытания на сарматских и хваяынских глинах. Гори¬
зонтальное давление при набухании сарматской глины с нена¬
рушенной и нарушенной структурой изучали на опытной пло¬
щадке в г. Керчи. Для этого был снят растительный слой грун¬
та и разработан котлован размером в плане 2,5x4,5 м, с глуби¬
ной 3,2 и. С двух сторон котлован имел вертикальные откосы,
а с двух других — откос с уклоном 45°. Внутри котлована был
устроен железобетонный колодец высотой 3,3 м, размером
2,5x2,5 м. Одну стену колодца бетонировали враспор с грунтом,
а противоположная стена имела зазор 0,4-0,5 м с вертикальным
откосом грунта для последующей установки датчиков
(рис. 2.13).
Обратную засыпку котлована в места наклонного откоса
производили слоями грунта по 15—20 см, которые уплотняли
бульдозером. Между стеной колодца и вертикальным откосом
грунта засыпали слоями по 4—5 см с уплотнением каждого из
них ручной трамбовкой. Средняя влажность грунта в засыпке
составляла w = 31Д %, а плотность сухого грунта ~ 1,26 т/м3.
Грунт, уплотненный ручной трамбовкой, имел плотность в су¬
хом состоянии рсj = 1,38 т/м3, т. е. его плотность была близка к
плотности сухого грунта естественного сложения, составля¬
ющей i ,47 т/м3.
Горизонтальное давление измеряли датчиками контактного
давления двух типов: грунтовыми динамометрами НИС Гидро¬
проекта и датчиками давления грунта СДКС. Датчики распола¬
гали на двух стенах колодца. Всего было установлено шесть ря¬
дов датчиков — через 0,5 м но высоте. Верхний ряд находился на
расстоянии 0,4 м от дневной поверхности грунта. Два датчика
каждого ряда предназначались для измерения горизонтального
давления при набухании грунта с ненарушенной структурой, два
69

других - для измерения горизонтального давления набухания
гоуята нарушенного сложения.
Для замачивания грунта устраивали специальные приямки, в
которых пробуривали дренажные скважины диаметром 140 мм
и глубиной 4 м.
Послойные пс-ремсцщкця грудга измерял/; с помощью глу¬
бинных и поверхностных марок. Глубинные марки устанавли¬
вала через 0,5 м по вертикали с двух сторон колодца. Одну
грушу марок располагала в грунте естественного сложения,
другую ~ в грунте нарушенного сложения. Для определения об-'
■щей "величины подъема грунта поверхностные марки устанавли¬
вали с каждой стороны колодца вдоль его осей. Расстояние меж¬
ду марками составляло 1 м.
На опытной площадке в г. Волгограде изучали горизонталь¬
ное давление при набухании хвалынекой глины ненарушенной
структуры. Для этого использовал» металлическую подпорную
стенку высотой ЗД 5 и длиной 2,35 м. Стенка была изготовле¬
на таким образом, что в процессе опыта ее можно было переме¬
щать с помощью вантовых домкратов с самотормозящей пере¬
дачей (рис. 2.14). .Два рада домкратов крепили на упорной
системе из стоек с подкосами, забетонированными в монолит¬
ную железобетонную плиту толщиной 60 см.
В котловане длиной 20 м. шириной 12 и глубиной 5.8 м
стенку устанавливали таким образом, лгобы она примыкала к
вертикальному откосу хвалынекой глины. Образовавшийся в
отдельных местах зазор (до 15 см) заполняли глиной к тщатель¬
но уплотняли. Плотность хвалынекой глины в сухом состоянии
равна р,1 - 1,52 х/ма, а средняя влажность w	26%. Увлажне¬
ние осуществляли через дренажные скважины диаметре?» 50 мм
и глубиной 3 м. Для замера перемещений грунта устанавливали
глубинные и поверхностные марки.
Грунт замачивался на обеих шющадках в течение 8 мсс.
При увлажнении грунта вследствие объемного характера дефор¬
мации набухания и невозможности его бокового расширения
развивалось горизонтальное давление от набухания, действую¬
щее на стенки ограждающего сооружения. Значения этого дав¬
ления, определенные в процессе- увлажнения по показаниям
грунтовых динамометров, приведены на рис. 22 5, из которого
видно, что горизонтальное давление возрастает до максимально¬
го значения pg5 max. 6 результате разуплотнения грунта и сниже¬
ния его прочностных свойств в процессе набухания это давле¬
ние уменьшается до установившейся величины pgjC и стабилизи¬
руется. Эта закономерность развития горизонтальных давлений
не зависит от вида набухающего' грунта н его структуры.
На рис. 2.16 видно, что в сарматских глинах горизонтальное
давление от набухания возрастает с увеличением глубины до 1 м,
а затем как максимальное, так и установившееся давление
70
А-А
X
(i .
1
‘1
1
!Ъ
. ■»-
4
~Г
+
-3 5
i
!
° 4-
+
	щ
~Г
-f-

1
Рис. 2.14. Схема опытной установки
1 - поверхностные марки; 2 - дренажные скважины; 3 - глубинные
марки; 4 — датчики; 5 - упорная система; 6 - домкрат
--практическине изменяется. Эксперименты показали,чт горизон¬
тально е давление зависит от структуры грунта (табл. 2.10).
Максимальное горизонтальное давление на ограждающие
конструкции, оказываемое грунтом ненарушенной структуры,
примерно в 1,6 раза больше оказываемого грунтом нарушенной
структуры. Поэтому ограждающие сооружения в набухающих
грунтах не следует располагать в непосредственной близости
к откосам.
В хвалынских глинах постоянное горизонтальное давление
достигается на глубине около 2,5 м. Разница в характере изме¬
нения горизонтального давления по глубине в сарматских и
хвалынских глинах объясняется тем, что относительное набуха¬
ние сарматской глины на глубине от 1 до 3 м было практически
постоянным, в то время как в хвалынских глинах оно умень¬
шалось с глубиной.
Эксперименты показали также, что в верхних слоях грунта
наибольшее горизонтальное давление наблюдается практически
сразу после замачивания. Однако с увеличением глубины время,
71

0fl8.
GpP
Г
'
Г Г ~ Т-
_ ! 1 ;
_ _L_ '
h ~ Op м
Рис® 2,15. Рзззитие горизонтального давления при набухании грунта
I — для хвалынской главы ненарушенной структуры; 2 и 3 - для сармат¬
ской глины ненарушенной и нарушенной структуры
неооходимое для достижения максимального горизонтального
давления, значительно возрастает. Так, на глубине 2,5 м от по¬
верхности максимальное горизонтальное давление было заре¬
гистрировано в Хвалынск их глетах через 40 сут после начала за¬
мачивания, а в сарматских - более чем через 100 сут.
72
рде. 2 16, Эпюры УОрНЭОИТЕЛЬНО-
t-о .заменяя до замаадгоакия'я яри
игбухаяив грунта
I - для хвалыяской глины нен*-
оушемнзй структуры; 2 и 3 - для
сарматской глины ненарушенной и
мтоутениой структуры: 4 - до за-
Т а б л и ц а 2.10, Горизонтальное давление, МПа, при набухании
Глубина
слоя, м
Pg.max j Pg,c | Pg.max | Pg,e
Pgpnax ■
при структуре грунта
Pg,c
| ненарушенной \ нарушенной
Pgpnax
P'g,c
1
0,080
0,063
0,043
0.041
1,63
1,53
2
0,080
0,061
0,061
0,05
0,041
1,5?
3
0,085
0,062
0,053
0,043
1,60
1.45
С глубиной изменяется также отношение установившегося
давления к максимальному. Эксперименты показали, что это
отношение увеличивается в сарматских глинах до глубины 1 м, а
а хзалынских (в пределах всей изученной толщи) - до 2,5 м.
Следует отметить, что в грунтах нарушенной структуры это от¬
ношение больше, чем в грунтах природного сложения. В сред¬
нем Pg,c/Pg,max — 0,85, з то время как в грунтах природного
сложения это отношение равно 0,75.
Измерение послойных перемещений грунта позволило по¬
лучить зависимость горизонтального давления ох относяжзя&но-
го набухания грунта (рис. 2.17). С увеличением относительного
набухания слоя (а следовательно, и его разуплотнения) резко
уменьшается горизонтальное давление на ограждающие сооруже¬
ния, Наибольшее горизонтальное давление наблюдается в случае,
когда горизонтальные и вертикальные деформаций при набуха¬
нии отсутствуют. При этом горизонтальное давление будет равно
давлению набухания, которое способен развивать груш данного
состава и состояния.
Экспериментами были установлены значения давления на¬
бухания: для сарматской глины нарушенной и ненарушенной

fine, 2.17. Зависимое» горизонтального давления ври набухании от отно¬
сительного набухшим грунта
I - для хвалынской шины ненарушенной структуры*, 2 и 3 - для сармат¬
ской глины ненарушенной и нарушенной структуры
структуры psw = 0,17 и 0,3 МПа соответственно, для Хвалын¬
ском глины psw = 0,38 МПа, Таким образом, наибольшее гори¬
зонтальное давление при набухании грунта будет действовать
на жесткие сооружения., перемещения которых исключаются,
При одинаковом относительном набухании горизонтальное
давление различно в зависимости от вида грунта, его плотности,
начальной влажности, структуры а глубины слоя. Существенное
влияние на развитие горизонтального давления оказывает ско¬
рость набухания грунта в вертикальном направлении. При быст¬
ром набухании грунт интенсивно разуплотняется и его проч¬
ностные характеристики снижаются, в результате чего горизон¬
тальное давление не достигает таких значений, как при медлен¬
ном увлажнении.
Сопоставление значений горизонтального давления, полу¬
ченных в полевых условиях и в приборах, оборудованных ди¬
намометрами (ем. гл. 1) Pg,f, показывает, что их отношение т
тем больше, чем меньше начальная скорость набухания к:
к, % сут	• ОД; 0,2; 0,3; 0,4; ОД и 0,6,
го	• .1,5; 1,25; 1,13; 1,08; 1 и 1,03.
Проведенные исследования показывают, что при расчете
подземных сооружений в набухающих грунтах следует учиты¬
вать дополнительное горизонтальное давление от набухания
грунта. Горизонтальное давление по высоте рекомендуется при¬
нимать постоянным, а его расчетное значение определять но
формуле
%,са!= Pg,maxn .	(2.3)
аде п - коэффициент, учитывающий неодновремеяностъ возникновения
максимального давления во глубине (принимается равным 0,8).
74
< изменение объема грунта в массиве под действием
"	ЮШМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
te-иен^ мшомо	правило,
гниения осадков и г- в- <- а •«. - ' - «т^овдено теал, что ко-
наблюдается’ дефицит	копт^-
лячество влаги, яспаряемои <®^^сферных осадков. На¬
до влаги, поступающей в ipy -	* етмс>сд>ериьшй осадкам
иболыпая глубина увлажнения *Р'* '	^Г1гаа практически
наблюдается ноше	В
отсутствует испарение, “Jpf* г Крчи дефицит влаги кабшо-
засушливых районах, например ^ Р зерХцем слое толщиной
дается до глубины 200	. Р ‘	только в период обильно-
2»80-20™	“дави"
го выпадения дож^н й тая. -	зависят от испаре-
sssskkbek-a* ~
vOMПоверхность грунта подаерот^^^ерахурГизданяется
пмгт» кш!УУ™фгУ “оФДбфбме мюяоа. гм о»* 6У«Г
* ю,шм “ СТУФсбктГтешСТго *актж кятт
кого режима массива ±гуктж ~ппг,ужений могут влиять и
грунтов, являющихся основание» -ЬяктооКкак уменьшение
'тЕе дополнительные	и «ь
испарения в	основания. Эти дополнитепь-
мекеиие теплового поля в i ?У	формировав® влаж¬
ные факторы будут BHOt, в - Р) -	которые'образовались
ностаого и термического полш в ру	кокусстВеяных
под действием сстес1ВСИ®	(^фдаружения, его конструктив-
»*«»?— , К» ЯМ»
дях непрерывные продели, “Р^	веСьма неравномерны во
и температуры грунта.	*' грунта, примыкающем к
времени и в пространстве. 1аст *	Давяени» с нижними
поверхности, наблюдается м -	м rTloe важность не оста-
слоями влажность. При этом в Рт g резуЛЬТате в грунте
стоя постоянной, з меняет-я во t - ЙОИ^0ди1 к появлению
нарушается	safoiSS передвижение влаги, т. е- водный
^ в ^не ус1аш75

в том случае, еспк внп'тчхр +.«■.- .Pf8'108??^ /наловится ляиль
практически невозможно*Отсктп°Л^ кег6удут изменяться, что
ционарности влажн<'ч-тнг'г- п» ^ и1едует’ >!Т0 вследствие неста-
ооту сооружений." Так -к?™'??, ^ с,у,и:1< BJf,faer «э рк*
хов приводит к увеличению их	:~Ш ЙШ5ухаювдх ГРУН-
яовреждеяия конструкций сооружений*'	"	яричиКой
?=«пгж	—
Джезказгане. С LoTaS ^ „1^®’ Bo*roW, Ермаке к
ремещения поверхности грунта Гшж*193аСТр0ЙКЙ изучали ис¬
тины 5 м. Одновременной от« f Разложенных до гду-
ремещением слоев грунха“поп вНасотюдади 33 ле¬
мм экранами различных размеров' !ь £№f6етонньь
вые движения поверхности к етоев rwm	КЩ'
рам характер движения верхнего счоя^от ОРзссмот‘
той площадке. В яняяги»—я -У жо ! м) на откры-
ег на увеличение шт^ост^твбу^^^^0^ 4X0 указывз'
тябре происходит сдатя® JхаНйА rP/rtia в нем, в мае-ок-
подъем.^ За пертод^ГГп^0^’8 * ноя6»ер -
на 10% за счет атмогЖвЛ?"- ^Прель важность грунта возросла
ставляет около 86 мм* рп^ ®садко?> количество которых со-
ння снега в гртат'В0ЙН0РИы>. Вследствие тая-
40% годовой нормы). За период 4йПи-2^?° 186 ММ |Ъколо
глубиной 0,25—0,5 м уменьшил?® н Гу1ч ^ йлажность в слое
глубине 2 ы почти не изменилась к tlJ “ '°: Ш время кзк нг
При этом влага в результате сток- ?	Д Нормьд Но
практически se ma-ynma frt, * зшчмтельиого испарение
ЭХОМ случае «aL	8ерХНег0 стоя в
мосферных осадков в грунт" °‘ иа1арения и поступления аг-
мракт^года^	глубине 3 м иной, чем
блюдается незначительное оттш^ршт^м ПерИ°Д На'
хорого приходится на апрель-и™ Л™ ™ КСЕМум ко’
подниматься, а осенью движение ™ „	™ слои начинают
влажности в основном соответствует ”рекРащается- Изменение
До апреля наблюдало® Умт^ЛУ1ТРеМеЩттм споев- Так’
®яие шип,.	*-»»»..-
Диентами влажности и температуры*'	' о6у'Д!£>влено П»-
Максимальный „ЛЯГ
76
f
;
г?)
Рис. 2.18. Кривые движения слоев грунта яа открытой поверхности (в)
я на закрытой площадке (б)
1 - на поверхности; -2, 3, 4, 5 ~ ка глубине соответственно 0,5; 0,75; 2
к 3 м
10 мм, а в Джезказгане — 5 мм. Незначительные перемещения
грунта в этих районах объясняются тем, что накопление влаги в
осенне-зимний период не происходит из-за промерзания верхне¬
го слоя грунта. В летний период влажность грунта также не
увеличивается из-за значительного испарения. Следовательно,
сезонные движения грунта, вызванные набуханием и усадкой,
возможны в районах, где длительные влажные периоды сменя¬
ются продолжительными жаркими периодами, В нервом случае
77

атмосферные осадки вызывают набухание -yw- •• и,. _
происходит усадка грунта.	3 И~	“ 110 ВТСР°!«
' руха «я***™ а
нижн-hv =ы,5„ч	' '. 'У’ч.ь !Д'В -ном характер 2В!гн;сннй
ояошадкеГЙ	°ШрШ°к
SiSS^raEi
гККЗЕг»*^
примерно на гаубине 4 м^т ^11 t э*?том> проходит
ю“1“^	климахическитфжтора^"
меньшее влияние. ’" ~Д экраьом эш факторы оказывают
г*тГ» ?р«Гя“^Г~^“Ж Й£*г~
®« »	4«Г«. р“«‘о «“И"’ PM°”MK-
перемещаются так же как м I, „	-°’8“'1’2 м от его края
Движение экран'не 7mstr В ,	®°^дке, т. е. на. их
ненной зоны достигает 4-4 6 м v*DS ГШощадки дубина увлаж-
КН. влажной^гр” ot экршоГвТ“ *$**" тоа**
лась в слое глубиной 1 те 22 5 поЧЛ^РШ 32 45 мес Увелкчм-
с 27,4 до 33,7 %.	' до 31 %>а » слое-глубиной 3 м -
из	в «"»** «*<—.
ж<» его трты oZaZf^222E Увеяияивается с нозрет,.
ггпжгг^^
=SX5s£~
7S
Таблица 2Д1, Максимальный подъем .«срана
Город
Керчь
Ермак
Джезказган
Волгоград
Значения подъема, мм, яри размере экрана, м
20x20
| 20x10 |
20x5
! 15x15 | 10x10
60
42
3S
...
_
~~
-
70 58
24
20
_
73
-■
-
67
Таблица 2.12. Значения влажности и температуры ко глубине
Функция
Значения функций при расстоянии от поверхности, м
0,5
ш

HI-
II
II]
:з:
iS Г 4 [ 5
W, %
22
22,5
23
24
25
27,5
30 32 39
t, °С
2,5
5
8,5
9
10,5
12
13,1 13,6 14
переноса. Перенос, вещества, в частности влаги, А.В. Лыков сво¬
дит к двум закономерностям: 1) закону влагсшроводности, ко¬
торый объясняет перемещение влаги действием градиента влаж¬
ности; 2) закону термовлагопроводности, объясняющему пере¬
нос влаги действием градиента температуры.
Используя результаты нолевых экспериментов, проведен¬
ных на набухающих грунтах разданных видов, можно на основе
теории тепло-, массопереноса аналитическим путем решить зада¬
чу накопления влага под водонепроницаемым экраном. За на¬
чальные условия поставленной задачи приняты начальные изме¬
нения влажности w и температуры t по глубине массива, т. в.:
w (ж, г) = w (х, 0) = £ (х) ;	(2.4)
t (х, г) - t (х, 0) = у> (х) .	(2.5)
Для площадки, расположенной на сарматских глинах в г .Кер¬
чи, численные значения этих функций приведены в табл. 2.12.
Граничные условия приняты с учетом следующих поло¬
жений:
1)	при наличии водонепроницаемого экрана полностью от¬
сутствует влагообмен между грунтом и внешней средой, т. е. не
происходит испарения влаги из грунта и отсутствует инфильтра¬
ция влаги в грунт
2)	влажность грунта на некотором расстояний от поверх¬
ности не изменяется. Экспериментальные данные показывают,
79

ftsc. 2,Is, Зависимость влажности
грунта под экраном от глубины
(г, Керчь)
Экспериментальные данные: 1 - на¬
чальная влажность; 2 - через
45 мее; расчетные данные: 3, 4 я
5 - влажность соответственно через
52; 24 и 48 мес
что на глубине 5 м практически отсутствуют движения сдоев, и,
следовательно, на этой глубине влажность грунта не меняется;
3)	изменение температуры на поверхности во времени при¬
нято по закону простого гармонического колебания;
4)	температура грунта на определенном расстоянии от по¬
верхности 5 м остается во времени постоянной.
На границе, где возможен влагообмеи между грунтом и
атмосферой, градиент влажности равен:
='в (wr - ws) ,	(2.6)
ще В - коэффициент; wr - равновесная влажность воздуха; wt — по¬
верхностная влажность грунта.	s
Очевидно, что при отсутствии испарения
dw
dx
х=0
= 0 .
(2.7)
Второе граничное условие запишем в виде:
w(x==1 = const ;	(2.8)
11 x=0 = t°sin 2гг —— + t j ; 11 ~ ! x=?i~ const ,	(2.9)
ms r - время; t® - амплитуда колебаний температуры на поверхности;
1 период колебаний температуры; % - расстояние от повеохности, где
не происходит изменения температуры.	*	- '
Яа основе решения этой задачи получены численные значе¬
ния (рис. 2.19) изменения влажности грунта во времени под
центром водонепроницаемого экрана для постоянных значений
80
коэффициентов 1с>, = 0,27 КГ2; к2 — 0,4*10“3 к к3 ~ О.еЛО’"6
(здесь к{ — коэффициент температуропроводности; к2 -• ко¬
эффициент диффузии; к3 = к2 5, где о - термоградиентный ко¬
эффициент) .
Из рис. 2.19 видно, что наиболее интенсивно влажность
увеличивается в верхних слоях массива грунта. Так, через год
шсде устройства экрана влажность на глубине 1 м увеличилась
на 8 %, а еще через год — на 3 %. Следовательно, основное набу¬
хание грунта происходит в верхнем 3-метровом слое в течение
2-2,5 лет. Это подтверждается и данными наблюдений за послой¬
ными перемещениями грунта под экраном.
6. РАСЧЕТ ПОДЪЕМА ГРУНТА ИОД ДЕЙСТВИЕМ
КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Выше рассмотрены экспериментальные данные по переме¬
щению грунта при экранировании поверхности. Очевидно, что
при расположении фундаментов в перемещающейся части грун¬
та будет происходить, подъем сооружений (см. я. 2 гд. 2). В свя¬
зи с этим возникает необходимость осуществлять расчет осно¬
ваний по деформациям.
Строительство сооружений приводит к экранированию по¬
верхности грунта. В этом случае переход от начального неравно¬
весного'поля влажности к равномерному7 происходит вследст¬
вие перемещения влаги от слоев с большим значением полного
потенциала влаги набухающего грунта к сдоям с меньшим зна¬
чением этого потенциала, что обусловливает набухание грунта.
В равновесном состоянии по влажности полный потенциал во
всех точках массива будет иметь постоянное значение.
Полный потенциал влаги набухающих грунтов имеет вид
Ф = ф (w) — г + О ,	(2.10)
ще У(ж) - потенциал влаги; г - гравитационный потенциал; О - потен¬
циал нагружения.
Для определения потенциала О рассмотрим элементарный
объем грунта размером dx, dy, dz н начальный коэффициент е0.
Замочим набухающий грунт водой, вес которой равен dSr, что
приведет к увеличению влажности на dw, а коэффициент порис¬
тости на de. Увеличение влагосодержания от приращения влаж¬
ности имеет вид
dSr = 7ddw(lxdydz/(l + е) ,	(2.11)
где 74 - удельный вес сухого грунта.
81

(2.12)
Представим значение de суммой
de — dex + dsy + dez .
Значение dex, dey, dez связаны с увеличением линейных, раз¬
меров рассматриваемого объема грунта dclx, 5cfy, 5с1х следующи¬
ми зависимостями:
Sdx ~ dexdx/l + е0 : Му = deydy/1 + е0 ;
Sdz = dezdz/l + е0 .
(2,13)
Значения dex к dev запишем в виде
dex = kxdex и dey = kydez ,
(2.14)
ще kx, kv - безразмерные коэффициенты.
С учетом выражений (2.12), (2.13) и
(2.14)- можно за-
писать:
Мх = kxdedx/ (1 + kx + ky) (1 + e0);
(2.15)
Sdy ~ kydedv/(1 + kx + ky) (1 + e0);
(2.16)
Sdz = kzdedz/(1 + kx + ky) (1 + e0).
(2,1?)
Элементарная работа dA, произведенная грунтом при погло¬
щении dSr воды, будет равна произведению напряжения а, дейст¬
вующего на грани объема грунта, на соответствующее пере¬
мещение
dA = %dydz§dx + aydxdz5 dy + azdxdyS dz =
= (az + kx% + kycy) dedxdydz/ (1 + kx + ky) (1 + e0). (2.18)
Разделив dA на dG, получим
fi = (gz + kx£% + kyay) (3e/3w) oj/7d(l + kx + ky) .	(2.19)
Здесь принята частная производная от е по w при постоян¬
ном напряженном состоянии щ (%, %, az), так как у грунта с
Sr < 1 при одном и том же значении w, но при разном щ произ¬
водная может иметь различные значения.
82
При приложении на поверхности грунта равномерного давле¬
ния р при одномерном случае (кх — ку — 0) имеем
z
Д= (р+ j" ydz) (3e/8w)o-;/7 .	(2,20)
0
ще у -- удельный вес грунта.
В равновесном состояний поток влаги в любой точке масси¬
ва равен нулю, тогда
Ф = - const .	(2,21)
В качестве постоянной примем расстояние Z от поверхности
грунта до уровня подземных вод (УПВ). Тогда
Ф(w) - z+ (р+ J ydz) (3e/3w)ffJyd = ~Z .	(2.22)
0
Испытание грунта в компрессионных приборах соответству¬
ет одномерному нагружению. Следовательно, после завершения
процесса набухания условие равновесия можно описать уравне¬
нием (2,22). При этом вследствие небольшой высоты кольца из
этого уравнения можно исключить гравитационный потенциал ж
нагрузку от собственного веса грунта. В свою очередь степень
влажное™ после набухания всегда равна единице и, следова¬
тельно,
7w (de/d'A^q/yd^ 1 ,	(2-23)
где 7W - удельный вес воды.
И, наконец, уровень свободной воды при замачивании грун¬
та в приборе находится на уровне поверхности и значит Z — 0.
С учетом сказанного уравнение (2.22) можно записать в
следующем виде:
Ф (wsw) = -p/7w •	(2-24)
Это уравнение указывает, что окончание процесса набухания
происходит при достижении равновесия между давлением от
внешней нагрузки и расклинивающим давлением. Если внешнее
давление меньше расклинивающего давления, то происходят на¬
бухание и соответственно уменьшение потенциала влаги.
На основе проведенных исследований в приборах получены
зависимости потенциала от влажности для природных образцов
83

и/, %
ftsc, 2.20, Зависимость логарифма потенциала влаги # сарматской (кри¬
вая I) и хвалыиской (кривая 2) глии от влажности
хвалынской и сарматской глины. Яри обработке эксперимен¬
тальных данных (рис. 2.20) приняты зависимости:
степенная
lg (~# "“igA + alg (wsw- w) ;	(2.25)
логарифмическая
lg (;_ф) = lgB + 0 (wsw - w) .	(2.26)
Логарифмическая зависимость достаточно точно описывает
участок при ig (~ф) > 3, но дает завышенные значения влаж¬
ности при меньших значениях lg (~-ф). Так, для хвалынской
глины значению lg (~ф) ~ 0 соответствует влажность набухания
wsw = 0,507, что превышает среднее значение влажности при
свободном набухании.
Степенная зависимость точно описывает участок от 0 до
ig (~Ф) < 2,8, ко оказывается неприемлемой яря больших зна¬
чениях ig (—ф). Так для хвалынской тины при w — Означение
ig (-Ф) =■ 5,33, в то время как по экспериментальным данным
при w = 0 значение ig (~ф) — 7. Поэтом)' при построения зави-.
симостя ф (w) принято, что на участке от Ig (-<р) > 0 до точки
пересечения логарифмической и степенной зависимостей наблю¬
дается степенная, а далее логарифмическая зависимость- Эти зави¬
симости до точки 0 в после имеют вид соответственно: ig (~Ф) ~
= 5,23 + 1 l,5?ig (0,465 - w) и Ig (~ф) = 2,29 + 16.26<0|469 -
- w); дня .хвалынской глады -ig (-Ф) = 6,54+ 3,CHig (0,4 -
- w'} и lg (-# = 1,8 + 16,81 (0,4 -- w) (здесь w в долях еди¬
ницы) ■	,
Непрерывную производную у/ (w) можно получать, если
Ф (w) аппроксимировать зависимостью вида
ф (w) = -A (wsw - w) а1 $ (wsw-w) _	(2.27)
Постоянные А, а я § определяют кз условия, что зависи¬
мость (2.27) проходит через три заданные точки. Построенные
зависимости с постоянными значениями А, а и 0 практически
совпадают с кривыми ф (w) на рис. 2.20, обладают непрерыв¬
ной производной я приходят в точку ig (~ф) = 7 при w — 0.
В выражение полного потенциала влаги (2.22) входит за¬
висимость коэффициента пористости от влажности и давления.
Установлено, что между этими величинами имеется определен¬
ная зависимость. Так, в табл. 2.13 приведены значения коэффи¬
циентов для зависимости е = f(w) прямолинейной, параболи¬
ческой, гиперболической и логарифмической.
По результатам проведенного анализа можно сделать сле¬
дующие выводы:
между коэффициентом пористости и влажностью глинис¬
тых грунтов существует тесная корреляционная связь;
значение углового коэффициента в уравнении прямой всег¬
да меньше у )yw, что характерно дня грунта, находящегося в
трехфазном состояний;
экспериментальные данные лучше описываются уравнением
параболы, г. е. между е и w наблюдается нелинейная зависи¬
мость. Отметим, что участок параболической зависимости ярн
больших значениях w практически не отличается, от прямых.
Для получения зависимости пористости хзалынских и сар-
матскнх глин от влажности и нагрузки опыты проводили в
компрессионных приборах. Использовали образцы, подсушен¬
ные до различной влажности. Ступенями осуществляли нагрузку
до заданного давления и в дальнейшем грунт замачивали водой
до завершения процесса набухания. При свободном набуханий,
х, е, когда нагрузка равна нулю, образцы периодически взвеши¬
вались, сто дало возможность построить зависимость е от w в
диапазоне от ws до wsw. При начальной степени влажности. Sr 2*
> 0,65 влажность набухания для данной ступени нагрузки прак¬
тически не зависит от начальной влажности грунта. По окон«;>
дате процесса набухания степень влажности Sr практически не
отличалась от единицы, т. е. все поры грунта заполнены водой.
Эксперименты при свободном набухании показали, что пол¬
ное заполнение пор наступает в процессе набухания грунта,
когда его влажность меньше влажности набухания.
85

коэффициентов k, а, b и с в зависимости
f
I
I ДО
< «* ^ дз
1 *в*' О “f*
1
О, О ^
\ » » ал
!
! Ч я
о
gS
S +
£ *
§>
со
СО
ТО
<3\
ТО
4
! §
о
т
04
О
ТОО
VO
os
то
ТО-
Ю
\ о
i
т-4
ст
! m
о
со
то-
то-
ТО
; гч
ТО
’«а*
-у,.
ос
-е
а--.
Г*"
ТО
VO
! ТО
i
’*■*
Ч-Ч
то
О
—5
1 г
; то
OS
ОО
о\
ТО
1
ЧУ
‘О
СУч
о
TO-
О
ТО
Г?
\ то
ТО
О
i Ss
! S
! то
5 ТО
! ^
о\
гп
то
ТО1
ТО
(П
ТОО
о
ОО
о
а%
ТО!
о
то
'ТО
%
! О
О
о
о
о'
О
О
В
1
1
1	—
|
I
—}
<
!
!
I
1
1
!
5
)
1 2
со
ТО
со
о
ТО
ТО-
о
«7
О
S
1 U
i о 4-
S **
то-
ТО
40
О
m
I
f о
\ i
о
о
о'
О
О
1
7,291
2,449
1
ТО
то
VO
40
о
1,881
то
то
со
КП
1
чО
ТО
ОЧ
о
то
ТО
о
«о
о
ТОО
3
О
о
О
о
o'
о
го
то
ТОО
то
то
00
ТО*
05
ТО
о
СО
ч£;
то
о
S
ГО
ТО
ТО
то
то
«3*
О
ТОО
0©
о
то
40
ТОО
то
то
то
25
О
К
О w
Q, ^
t 54
X 8
1*5	*2
I 1 ! 1 I I I
s й <л 1 s a s
86
в
Рис. 2.21. Зависимость коэффициента пористости Хвалынске» глины от
влажности и давления
I, 2, 3, 4, 5 и 6 - при давлении, равном соответственно 0; 0,05; ОД; 0,2;
0,3 и 0,4 МПа; 7 - при полном водоиасыщении; 8 - расчетная кривая
Для построения зависимости пористости от влажности при
различном давлении использовали данные компрессионных ис¬
пытаний. Исходной зависимостью служила кривая, построен¬
ная по корреляционному уравнению параболы. Значения на¬
чального коэффициента пористости ее при начальной влажности
грунта w0 не всегда точно укладывались на корреляционную
кривую. При нагружении образца ступень нагрузки Ар значения
Ае отсчитывались не от е0, а от е (w0) на параболической кривой
при w = w0 (рис. 2.21).
Если грунт работает по схеме нагружение—увлажнение, то
набухание грунта происходит при постоянном давлении. В этом
случае из двух независимых переменных (влажность и давле¬
ние) при набухании изменяется только влажность. При этом из¬
менение влажности, например у сарматской глины, с 25 до 30 %
приводит к увеличению коэффициента пористости на Ае =
= 0,092 при р =0и на Де = 0,088 при р = 0,3 МПа. Средние
значения производной дня этого' интервала влажности Де/Дw
равны 1,84 и 1,76 соответственно для р = 0 ш р = 0,3 МПа. Не¬
значительное отличие в значениях производных позволяет ис-
87

ключить давление из числа н°'зярх»г>и»л1 -v >»«,,
вм^™«дй“3йгйаа^",^^»*«-. ■
" (if,'} ' ' (2,28)
*отш	°дяака необ“
вследствие приняв"	If !$ ®®6kE’ котоРая косится
мешений. Влияние давллии* »« Ь ^^аемых значениях дере¬
на равно веское	(2’28> и
рез уменьшение влажности Пои^о-тпп ** °"даг сказьшаться че-
.ф»м« „«у ,S75ZS27<2 ж»
ЙжГ° рюмот>1"‘ *«%
шш данногозвм22я™?атаотВеД““ кр"в“' е <>). у которых
6 ~ (еР“0 + ер=3)/2 ,	(2Л9)
Зависимость (2.29) аппроксимируется Уоавн»ет*гми-
для хвадынской глины:	'	' равнениями.
е = 0,6 ори w < 0,15; е = 8,30w2 - 2,218w при 0Л 5 <	■
< w < 0,32; е = 2,77w при w > 0,32;	(9 щ
для сарматской глины:
е = 0,?25 при w < ОД 5; е = 4,083w* - 0,767w + 0,748
. ПРЙ 0,15 < w < 0,4; е = 2,74 при w > 0,4 .	•	(2J1)
нии	Раснолаг»ь Данными об измене-
хание. аналогичен виду утв™*** П -vy, --*/ажн'лл« ' ш>1ь№
ял-г дв« ™,*деля77
Лабораторные исследования показали что у Ha6w»m»mv
лруя», , .„л,™ функцией р „ w. выпк%^ ’*££!%£
Я8
дипиальная возможность использования зависимости е •= е (w),
что позволяет перейти от интегрального уравнения к дифферен¬
циальному. Используя уравнение (2.22) и заменяя
р + I -yclz - 7ci fx - 2 •- Ip(w] ] /е (w) ,
Q
нолучаем
dw
ciz
1 1 + w ' \
1 -- 	e f w)
—	Lt&lwi	Tr_.
Ф' (w) + [z - Z - -2(w) 1 2'r.l*i
e ( w j
(2.32)
(233)
Уравнение (2.33) численно решается при известном гранич¬
ном условии w}z=g -= w0. Значение w0 определяется из уравне¬
ния
Ф( Wo) +
jaw
w=w0
= ~Z ,
(2,34)
Вследствие экранирования поверхности в массиве грунта
через некоторый промежуток времени устанавливается равно¬
весное распределение влаги в соответствии с начальным поло¬
жением УГ1В и давлением на поверхности. При изменении поло¬
жения УПВ или давления произойдет перераспределение вдаш.
отвечающее новому равновесному состоянию, а слои грунта за
счет этого переместятся. При расчете перемещений, вызванных
изменением равновесных распределений влаги, предполагается,
что время между двумя последовательными положениями УПВ
шш изменением давления на поверхности достаточно велико,
чтобы установилось новое распределение влахи, близкое к: рав¬
новесному.
Расчетная схема, отвечающая рассматриваемым случаям,
приведена на рис. 2.22. При набухании и усадке слои набухающе¬
го грунта перемещаются. Однако приведенная координата дан¬
ного слоя остается постоянной. Это позволяет определить пере¬
мещение слоя при изменении положения УПВ или давления т
поверхности.
Наибольшая действительная толщина слоя набухающего
грунта будет при Z = 0 и р =0 . Обозначим толщину слоя, имею¬
щего приведенную) координату х при нулевых значениях Z и р,
через Не од, а приведенные координаты будем отсчитывать от
поверхности. Тогда при Z = 0 к р = 0НОо.о является фактичес¬
кой толщиной всего рассматриваемого сдоя набухающего грун-
89

Рис. 2,22. Расчетная схема для определения перемещений яри изменения
равновесною состояния Се) и зависимости действительной координаты
г от приведенной х (б)
та, Но0 10 — фактической толщиной слоя, имеющего приведен¬
ную координату х = 10 м. Для фактической толщины слоя при
значениях р и Z, отличных от нуля, введем обозначение Hpg х.
Тогда разность Н0о,х — KqZjc является осадкой слоя с приве¬
денной координаций х при изменении внешнего давления от 0 до
р и положения УГ1В от 0 до Z. Если Z ~ О, а р^О.то эта разность
отвечает осадке, обусловленной увеличением давления на по-
ности от 0 до р,и,наоборот,если p~-0,a Z^O.to получим осад¬
ку, обусловленную понижением положения УПВ от 0 до Z. При
разработке метода расчета используются зависимости ф (w) —
уравнение (2.27) и e(w) - уравнение (2.31).
Дня сарматских глин зависимость е от w и р аппроксими¬
руется уравнениями
е - 01 при w < Wj i е - е, + (w - w,) (Aw7 + Bw + С)
90
„,-2.74-.vnp»w,<w.
Коэффш*™ А. В С ощедеми » условия
W--W-2
с г;
2,74w3:
de j
	- hV-W-i
t№ :
= 2,74
(2-36)
'	„ e й w, зависят от давления и аплраксв-
B свою очередь e^e2 и э
мируется уравнениями:
е, - 0,62 + 0ДЗе"°’24р при wt = 0,204; ^
е2 --= 0,72 + 0Д5еГ°’203р ЯРИ w* = °’2?;
W3=0,25 + 0,19e^°>25p.	!
Расчет перемещений с
« } 7„, 3»	» э“' ”ршез“К
Г -ydz определяются яо фор-
ческая коордаит z и интеграл J А oi,
мулам:
]	(2.38)
- =А- £ (2+ei-i + ei);
П 2 i=5
,,,	,	I	.	(2.39)
/	, _	v (2 + wj_ 1 + wi) >
| Tdz - -- . "
о	2 1=1
те И - влажность в долях единицы.
Полная приведенная «юшина слоя х и ингервал
соотношением	^ ^
х - nh.
(2.3?)
91

Значение влажности w0 отаетечярт^з „
для заданных значений р»7 R Р - С 4 повеР*ности z = О
на каждом шаге методом посдед^тезм^ ° 3arf1Н0Й точностью
ляется значение wi	' до^лТьлььых приближений вычис-
J
wk^wk-i __	" TrZT-^‘ ew(%f	Spj)
P (w^“l)+;gLe-,(wk~i!pi)	(2.4I)
ноети	задается значение влаж-
показан! 4исймо^Г^^Ас^его На Р*с. 2.22. ff
лтшш приведенной кт^^И^Тты аюя ноо,х от ве-
имеет линейный харакхе/ З-о ста» ВЩЩо> зависимость
производной dx/dHoo - та? та ется «м, что значение
Так, прИ w * 0.465,'е = 1 ,?74 и „б- о J^**»*”5* незначительно.
изаодной равны 0.44 н -0,5! *	*е ~ IJ»959 значения про-
_H|Zp: от положения	8 " Н00.х -
В этом случае при р = о. I; (го я до ??ВЛеннях нз поверхнос-
ИЗ начала координат, а отсекают о-’ КРИВЬ® выходят не
1Н00,0 - WpO,o), которые равны о'>апкл^ КУорджат отрезки
ния на поверхности от 0 до рРяри z~^} “ри увеличети дазде-
новятсяМЙеВе°юлСога^ "тК00?джагы х кривые ста-
ГР|Ш с постоянной	? ffDt Гьзя	слой
ТПВ нижняя граница распространит* ИРЙ Ивм®}1еН{® положения'
переменной.	‘ р PaHv,<*H осадки (набухания) будет
Используя кривые на о«л бот»
Ьухтия и осадки как всего массива най^° ттшь вттту на-
отдельньгх его слоев П№ котбттх 7туТтго Грунта’ так и
ботаннои методике перемен™» 'п ^В' Определим по разра-
УНВ (в примере йс«ю^*™**ности ара nonuLim
смотрим случай, когда УН в порИзич^РШЯШ условньа®) • Рае-
поверхности массива до глубинь й I С °™етки 0 ДО 20 м, От
ска набухающих глин,	Расположе« слой сармат-
ставая от 42,5 м на осиотТ г "	^ * спесями. От-
18 м находим, что полная npEt J^l Р®' 2^2’ б> «инчину
Действительную толщину 18 м тят у __лщищ слоя, имеющего
шге поверхности вследствие о» ™ 8 М' 1огда пЧ*меще-
до х0 м будет равно разною™	Р понижении УПВ от. 0
= «м- По кривым на. рис |?3	Д дая х = 0 и s2 для х =
= 56 см.	1 при Р ~~ 0 находам s = 100-44 =
32
5,
Рис. 2.23, Зависимость перемещений слоев сарматской глины от положе¬
ния УВЛ и давления яа поверхности
и рассчитанные по уточненной методике, когда коэффициент
пористости есть функция влажности и давления е (w, р) (сплош¬
ные линии).
Из рис. 2.23 видно, что наибольшая разница в перемещениях
33

наояюдается при х = 0 и р = 0,3 МПа, Если сравнивать перемеще¬
ния яри небольших колебаниях УПВ, то относительная разница в
перемещениях будет незначительной. Так, при повышении УПВ с
20 м до 0 перемещение поверхности (х — 0, р — 0,3 МПа) но
уточненной теории для массива с х = 20 м составит 181—132 =
= 49 см, а по приближенной - 160-11 ё == 44 см.
Изложенные ранее положения не привязаны к исходному
природному профилю влажности. При расчете подъема за счет
эффекта экранирования поверхности необходимо исходить из
профиля влажности, который имеется в массиве грунта к мо¬
менту застройки. Величину набухания данного слоя следует оп¬
ределять путем сравнения толщины слоя после перехода к рав¬
новесному' распределению влаги с толщиной этого же слоя в мо¬
мент застройки. В дальнейшем по характеру связи между поло¬
жением УПВ и полным влагосодержанием в системе будем раз¬
личать два типа систем — "закрытую” и ’’открытую”.
Если положение УПВ после экранирования зависит от йод¬
ного влагосодержания, имеющегося в массиве грунта к моменту
застройки и от дополнительного поступления влаги в период
эксплуатации, то такие системы относятся к ’’закрытым”. В
’’закрытых” системах при отсутствии дополнительных источни¬
ков увлажнения положения УПВ в равновесном состояв®! мож¬
но определить, используя условие постоянства полного влаго¬
содержания в массиве грунта
Н	Но
J в dz~ / в ьйг,	(2.42)
о	о
Верхний предел интегрирования соответствует расстоянию
до коренных пород для слоя ограниченной толщины. Для неог¬
раниченного своя за Н и Н0 принимается расстояние от поверх¬
ности горизонтов, где не происходят колебания УПВ. Индекс
ноль отвечает состоянию грунтового массива в момент застрой¬
ки. Символом д обозначено объемное влагосодержание
.	(2.43)
1 + е
В случае поступления в грунт дополнительного количества
влаги М положение УПВ в равновесном состоянии определяют из
условия
н	Но •
f 0dz= J 0odz + M.	С2-44)
о	о
Задача о нахождении УПВ в "закрытых” системах в равно¬
весном состоянии при условия (2.42) и (2.44) была решена чис-
94
■„еНио на ЭВМ. в этом случае вся тоши* ^’
пр^даогопрофиш? по формулам:
Мл- Г°Мг^- 2 (°0Д - t +в0Л 2 -■
" о	А 1=il
0 ” 3“1
определяют полное
стройки, приведенные к PJJ* решении использовали зави-
ванжя h и граничным Уровнем wi^^etouM юпераояирова-
лось из уравнения (2.34). при xj- ордйнатых определя-
п*™ -»”»“
;Ффосоя.р«.«»м»
сиве грунта к моменту заегрс* -В ^	границы слоя на-
жение УПВ фиксирован „«менту застоойки по данным ин-
бухающего грунта. Пусть к --	*1Ы толшина слоя на-
женеряо-геологшесж	^ ^ Требуется опреде-
бухающего груша Но » поп ' ~ котором разность между
ПЯТЬ такое равновесное состо	сдоя набуХающеге гру®
- Н будет равна разности Z* - Неё
Z-H = Zo - Н« .	(М7)
При Z = Zfr-i »ахояш«ь “ Hk{:Щ,г)
Юъ сринонио *«>“	„о разнос» модуюй
SS* ЬЖДМ ”»«ос»	X но » форму-*
(2.45)
(2.46)
Zk = Zk-l-
(Zk-1	-^--r
“	Hk(Zk-i)
1	■“ ' AZ
(2-48)
95

«”М"МВ“ ДЛ” "F«f»«*em,„ro вышел*,, „,ют_
это2"2*-. э	(, 49)
Аг 5 ,м ,МЩ	ZHI4Z щт
"й s" "“°”г
татаг^““ ■?&.
. 23z‘"z'-'>raH,TOS,	.	f250)
УПВ «■» Ai ..„
упп *й в Равн°весиом состоянии ппн°лЩИНа сяоя набУхающего
Ь1В и расстоянии от поверхно^ Jfvns СИрОВанном 110®®н®
жешю (2.50).	РХЬ0СШ до Упв> вычисленном по выра-
ти грунта на' влашпёр^те ^ер^?°ð	на «оверхнос-
условиях сезонных изменений*воп^НИеНа°ух^щего гРУнтав
зкршированш поверхности. 'Дн~ топлового режима и при
возникают при №
температуры. Комбинируя'и^эспотч^^^ Влаги й колебаниях
следовательности, можно смогли™ в ^Деленной по-
« при сезонных изменениях в0да^ен"оВо?°ЦеССЬ1 "*1*®** вда-
При построении мпмт- -Х теплового режима.
ма данного района на йовепх^Т™ ВОДН{>'тешового режа-
исходные величины:	Задаюгся ^ДУ^е
Же. м£ r№»°^s
влвд“от "
бухания и ycaS^o^S^^^^fbiM процессом на-
Сродного неравновесного штоАнт/6™4 °КИ пугем сравнения
ИДИ находится по резупьтоам £ ВЛаж?ос™ с равновесным
глубинных марок, условленны?н?Д®“ 33 "умещениями
В качестве граничного у-тш ’ оп<:рытых” площадках
принимается постоянное ?ai».fe к-, Ш НИЖНей границе слоя
полняется, во-первых, ко™ стой 8™ОСТЙ- Это Уровне вы-
галщшу больше толщины слоя сезонк? Xd&llml° грунта имеет
торн этом поток влаги на нижней гпяи К колебзннй влажности
■ -вторых, когда слой набухаюигго г*6 СЛ0Я Равен нулю), и,
Ь** -—с.
96
поток влага на нижней границе слоя отрицательный (этот случай
отмечается при дренаже вода из нижнего горизонта).
Задача решается в одномерной постановке, а явление гисте¬
резиса в процессах увлажнение-подсыхание не учитывается.
При расчетах температурного поля в масштабе набухающего
грунта используется уравнение теплопроводности Фурье, кото¬
рое в одномерном случае имеет вид
at
8т
= --- [4(2) --	] .
Ъг гх Ъг
(2.51)
В уравнение (2.51) входит а| - температуропроводность на¬
бухающих грунтов, которая не является постоянной величиной.
При расчетах с постоянным значением а| = coast определяют дня
средней естественной влажности грунта wa- Так, для хвалынской
глины можно принять Wo = 25 % и а| - 23 см21ч; для сармат¬
ской глины wa = 37 % и а| = 27 см21ч,
Уравнение (2,51) при постоянном значении теплопроводное-
at
т примет вид
дт
а|	. Ход температуры на поверхнос-
Эг;
та грунта в каждый момент времени можно представить в виде
суммы двух слагаемых: среднегодовой температуры t0 и откло¬
нения температуры от среднегодового значения р (г)
t(z, T)|z„0 = to +у(т)
(2.52)
ще т - время.
Если ф (г) можно аппроксимировать в виде
п
Ф(г) = 2 A3Si.ii [(12ттг/Т) + а,] ,	(2.53)
1=1
то решение о распределении температуры по глубине в каждый
момент времени примет вид
Z Г1Г
П	5/ 1	~	-j
t (z, г) = to (z) +	£ Aje at T sinCi
1=1	' T
(2.54)
ще T - период, принимаемый равным гаду; Ay а{ - амплитуды гар¬
моник и сдвига фаз.
4 -.-397
97

Функция te (z) соответствует решению стационарного урав¬
нения
d2t0A?z2 ~ 0 .	(2.55)
Если известно значение среднегодовой температуры t0 на по¬
верхности z ~ 0 и значение среднегодовой температурь! Xq\\ ш
глубине z Н, го решение стационарного уравнения (2.55) запи¬
шется в виде
t0 (z) = t0 + (t0H - t0)z/H .	(2.56)
Распределение температуры на различных глубинах и в раз¬
ные периоды времени получено экспериментально на сарматских
глинах. Оказалось, что среднегодовое значение температуры на
разных глубинах остается практически постоянным и равным
13°С, т. е.
to(x) =t0 = 13°С ,	.	(2.57)
а отклонение температуры на поверхности грунта от среднегодо¬
вой хорошо описывается синусоидой
ip (г) =15 sin —г .	-	(2.58)
Начало отсчета временя выбрано таким образ ом, что сдвиг
фаз а ~ 0, Тогда уравнение (2.54), описывающее распределение
температуры но глубине в каждый момент времени, примет вид
-шсг:	^
t (г, т) — 13 + 15е	~ sinf т —
-• 2
(2.59)
Поток влаги j складывается из жидкой влаги и влага, пере¬
носимой в виде водяного пара
J 3w is *
(2.60)
В условиях слабовыраженной нестационарноехи, которые
имеют место при изменении водко-теплового режима в набухаю¬
щем массиве, выражение для потока жидкой влага в направле-
98
кми. перпендикулярном осн г, через единичную нлохцадь за тга
1й!ЦУ .времени записывается в виде уравнения Дарси
3w = -PwK-f~-,	(2'б,)
r?,e	- ПЛОТНОСТЬ *5 оды.
Знак ’’’минус*” показывает 9 что поток жвдкои влаги имеех
направление в сторону уменьшения (алгебраически) полного ш-
йри вычислении коэффициента К в уравнении (в.61) следу¬
ет паздичахь области полного wc < w "3 wSw,0 й неполного w м
< w- насыщения грунта влагой. Влажность wSWjq.соответствует
влажности свободного набухания грунта при р -- 0, a wc влаж¬
ности на границе между областями полного к неполного насыще-
iizi К
В области ионного насыщения для среды,, содержащей поры,
близкие но размеру и форме, коэффициент К может быть выра¬
жен видоизмененной формулой Козени -- Кармана
К К0
/ 1 - пе U
\~T-V)
п0 — В\у,!; 1
(2.62)
гпе К, - коэффициент влагопроводноетк, ноя ж = wswtb ог45едалчемьш
УсгЗиментщмо; п - nw t - пористость грунта за вычетом ооъема, за-
шмаемого прочно связанно! водой; % - пористость набухающего ».*> л»
при р = 0.
В облает» неполного насыщения при изменении водно-тешю-
вого режима градиент напора I ( нашем случае I -
эдтелен «>’ 102 при &w/&z * 10“4 см" *), и поэтому коэффици¬
енте К в этой зоне вычисляется,согласно работе [10J, по формуле;
W
К = I f dw/Ф 2 ,
(2,63)
гае г - численная постоянная; wa - влажность, «>ап,я^пТ^^^у
граничных слоев жидкости, обладающих аномально малой кодаижност-~.
Величина wa зависит от 1 и удовлетворяет условию
y(wa) = loffQ ,	■	(zM)
ma т предельное напряжение сдвига, сохраняющееся при течении
жидкости в виде пластических сопротивлений; а - коэффициент иов-да. -
костного натяжения: на границе вода-воздух.
99

Для вычисления коэффициента К в зоне неполного насыще¬
ния использован следующий прием. Нижний предан интегриро¬
вания в выражении (2.63) принят постоянным, равным влажнос¬
ти максимальной гигроскопичности грунта wg, а интегрирование
заменено вычислением площадей. Данные допущения упрощают
вычисления и не влияют на точность расчета, гак как в зоне но-
полного насыщения wa мало отлетается от wg и производная,
подынтегральной функции мала. Тогда выражение (2.63) при-
мед вид
(2.65)
Определяя постоянную | из условия непрерывности К при
w = wc, окончательно получаем выражения для коэффициента
К в зоне неполного насыщения:
К = Ко
К
1_-По_'
— Пс ‘
1 1 По
■ 1
1
■■ r%,t / wc -
; Wg < w < wc;
i
ф2
К = 0; w < Wg.	'	(2.66)
При наличии в массиве грунта градиента температур возмо¬
жен термоперенос жидкой влаги. В условиях сезонных измене¬
ний водно-теплового режима градиенты температур невелики и
потоком жидкой влаги, обусловленным термоиереносом, пре¬
небрегают по сравнению с ее потоком, вызванным градиентом
влажности.
Выражение для потока влаги, переносимого водяным паром
в направлении перпендикулярном оси z, через единичную пло¬
щадь за единицу времени, можно записать в виде
is ~ ~ Ds —— ,	(2,6?)
Эг
где Ds - коэффициент молекулярной диффузии пара; cs - концентрация
водного пара.
Знак ’’минус” указывает, что диффузия пара' происходит в
сторону уменьшающейся концентрации водяного пара.
Наблюдения показывают, что на глубине, большей 5-10 см,
относительная влажность почвенного воздуха всегда равна 1
(или 100%), В этих условиях концентрация водяного пара cs
равна концентрации насыщенного пара с0, которая зависит
только от температуры грунта t. Зависимость от с0 можно аа-
врок симировать эк спонентой
Сс - 4,845-КП *ехр(0,0651) .	С2-68)
В условиях насыщения при наличии градиента температур
передвижение водяного пара происходит в виде термодиффузии
от слоев грунта с высокой температурой к слоям грунта с более
низкой температурой. Это позволяет рассматривать поток, влага,
переносимый вследствие термодиффузии водяного пара, как
дополнительное слагаемое к потоку жидкой влага.
При относительной влажности воздуха в грунте меньше еди¬
ницы концентрация водяного пара в грунте может быть выраже¬
на через относительную влажность воздуха в грунте у и концен¬
трацию насыщенного пара с0
cs ~ c0v .	(2.69)
Величина v связана с потенциалом влага грунта ф термоди¬
намическим соотношением
■ v = exp(gM^/RT) ,	(2-70)
где g = 981 см/с4; М = 18,02 - молекулярный вес воды; R = ф,314х
хЮ* 8эг-К“!-моль“* - универсальная газовая постоянная; Т - абсолют¬
ная постоянная температура, К.
Диффузия водяного пара складывается из диффузии непо¬
средственно но свободным норам грунта и по трещинам. Для
разделения этих потоков, коэффициент молекулярной диффу¬
зии Ds представим в вице суммы
Dg = Dgn т Dgc ,	(2.711
те Dsn и Djc - коэффициенты молекулярной .диффузии пара соответст¬
венно по порам я по трещинам грунта.
Коэффициент Dsn можно выразить через коэффициент диф¬
фузии пара в воздухе D0 с помощью следующего соотношения:
DSn = а(п — б )	Do,-	(2.72)
Pa ~ Pw
где а и 0,66 - поправка на извилистость пути диффузии пара в грунте;
п —9	- свободная от воды пористость грунта (ввздухоемкоеть); р3-
барометрическое давление; pw — упругость водяных паров. В обычных
условиях величина рд/ (ра — Pw ) для водяного пара близка к единице.

Зависимость i)0 от температуры гложет быть аппроксимиро¬
вана соотношением
1)0 - 0,226 + 0,00155t°€ (см2, с”1) .	(2.73)
Наоухтю'щго грунты имеют з верхней зоне значительную
трещиноватость из-за процессов выветривания и усадки. Поэто¬
му при колебаниях водно-теплово го режима иа изменение влаж¬
ности грунта влияет величина Dsc. Необходимость выделения ее
продиктована тем, что уже на глубине около 0,5 м воздухоем-
косхь набухающего грунта мала и диффузия по трещинам со¬
ставляет основную часть диффузионного потока водяного пара.
Так как площадь поперечного сечения трещин велика но сравне¬
нию с площадью сечения капилляров, а извилистость их меньше,
величину Dsc можно представить в виде произведения коэффи¬
циента трещинной пустотности ас (отношение площади трещин
к площади участка, на котором проводился их замер) на D0
Osc — «cDo .	(2.74)
Величина ас поверхностных слоев сарматских глин ярк под¬
сыхании их до влажности усадки составляет 0Д-0,2. Характер¬
ной особенностью трещин в набухающих грунтах является быст¬
рое затухание их с глубиной. Так, на глубине примерно 4 м
грунт становится практически монолитным. С другой стороны,
с увеличением глубины повышается естественная влажность
грунта. Поэтому на заданном этапе исследований принимается,
что величина ас является линейной и однозначной функцией
влажности набухающего грунта. Раскрытие трещин свяжем с
влажностью трещинообразования wc. Так как при подсыхании
грунта до влажности меньше влажности у сад к я пористость грун¬
та не меняется, то при w < wsh она имеет постоянное значение.
Можно записать следующие зависимости:
ас = 0; wc < w;	|
wc - w	, j
ас ~ «c^h	Wsh^w^Wc; )	(2.75)
°-c = %,stb w X wsh .
Используя выражения для потока жидкой влаги (2.61) и
для потока влага, переносимой водяным паром (2.67), а также
соотношения (2.22) ,.(2.69) — (2,72) и (2.74), получаем выраже¬
ние суммарного потока влага:
(гщ
182
I
1
t
где N
	‘-.-Ггау |ж,уж, )
1 + е [\Pd /	1 dw \ у о Pd / dw*
+ D
/ с0 \ dv
ci -	—* h:~
\ рй , ow
]ат + а(Л- 7 )1 [.
!
!5
I
I
1
I
4
1
)
М = к|
Р\ч
Pel
de
dw
,yD,.i JPsyi!.
/ P(l \dt /dz
X
x [st r a(!l — 8) | ,
яде p’w, Рй — плотность воды и сухого грунта; К - коэффициент- илаго-
проводвоещ, см/ч; D0 и св -- см. в табл. 2.14; у - относительная влаж¬
ность воздуха; ат, а - коэффициенты, равные 0Д5 и 0,бб; 17-8 - сво¬
бодная от воды пористость.
Величина v связана с потенциалом влаги грунта ф термо¬
динамическим соотношением
у = ехр(-||~ у j .	(2-77).
Перейдем к приведенной системе координат, в которой
частицы грунта остаются в покое, и определим их соотношение
~~ = (j + е)”1 .	(2.78)
dz
Тогда уравнение (2.76) в приведенных координатах примет
вид
j = ~/>dfN|^- + Mj.	(2.79)
Таблица 2.14, Зависимость коэффициента диффузия
от концентрации пара
Температура, t°C
Концентрация пара
сг-1(г, см”5- г
Коэффициент
Ц илу
пара Ds, см3.
диффузии
0
4,845
0,226
10
8,39
0,241
20
17,27
0,257
30
30,33
0,273
40
65,30
0,289
50
82,76
0,305
193

При переносе влаги в набухающих грунтах источники пара ш
жидкости обусловлены фазовых® переходами, а вх сумма равна
нулю. Поэтому дифференциальное уравнение переноса влага в
набухающих грунтах на основании закона сохранения массы ве¬
щества запишется следующим образом:
-1т-i.	/ц-~- + м
дт Эх \ дх
Для решения уравнения (2.80) необходимо задать началь¬
ные и граничные условия. Начальным условием служит профиль
влажности, подученный по данным инженерно-геологических
изысканий. Начало отсчета определяется временем, когда были
проведены инженерно-геологические изыскания для данного
района. Толщина слоя, в котором возможны перемещения при
сезонных колебаниях водно-теплового режима на поверхности
грунта, по результатам наблюдений за перемещениям глубин¬
ных марок, установленных на открытых площадках, составляет
4—5 см. В качестве граничного условия на нижней границе рас¬
сматриваемого слоя принимается постоянное значение влаж¬
ности
w! 2=Н ~ WH •	■	(2.81)
Это условие выполняется в массиве набухающего грунта,
имеющего толщину больше толщины слоя сезонных колебаний
влажности. В случае если слой набухающего грунта на неболь¬
шой глубине подстилается водонепроницаемыми грунтами, то
граничное условие имеет вид
ilz=H®4=0.	(2-82)
(2.80)
При q < 0 происходит дренаж воды из нижнего горизонта с
интенсивностью q. Граничные условия на поверхности грунта
при сезонных изменениях режима влажности задаются последо¬
вательно процессам инфильтрации, испарения и перераспреде¬
ления влаги.
При инфильтрации возможны два граничных условия.
Первое выполняется, когда инфильтрационный поток Е мал и
полностью поглощается поверхностным слоем
' = -N (w0)	1 х=0 - М (w0) ,	(2-83)
Pd	Эх !Х J
Второе условие задается при насыщении влагой поверх-
104
постного слоя груша. При этом условие (2.83) заменяется на
следующее:
wjx=0 ” Wsat ’
t„w Wsat - влажность, определяемая из решения уравнения
заГ
Р
РА
w"wtnax
(2.84)
(2,85)
Поя распределении влага под экраном граничное условие на
поверхностном имеет ввд равенства (2.83), в котором Ь 0.
При испарении коток влага с пойерхносш 1рунг« И*ен-
Е = Е0^,	(2Ж>
1 - v
, _ влажность атмосферного воздуха; Ее - интенсивность исиаре-
жя со свободной поверхности воды, определяемая акеперяментаятоо ига
по эмпирическим формулам.
Пои определении температурного поля в качестве гранично¬
го условия задается ход температуры на поверхности
tU=0s=to+*<T> ’	'	(2J7)
ще te - среднее, годовое значение температуры; *(т) - отклонение от
среднегодового значения.
Ра^мотрим результаты определения перемещений сармат¬
ская паи в районе г. Керчи при жраяированин поверхности а
случае сезонных изменений водно-теплового режима и яркими-
фильтраиин. Определения проводились при^ еледуювдх^исход-
ны% данных: ~ 2,74 г/см”; к0 — з,96 10" см,ч, *3h " (д-<
w„9+ = о 4 ч wqw = 0,46. Зависимости коэффициента пористости
е Гяотеншата влаги Ф от влажности w оп^детлисьдкщпери-
мвитально и пре,вставлены в виде равенств (2-3*) и	• v
хшшый профиль влажности по данным тженерно-геояогачес-
ккх изысканий аппроксимируется кусочно-линеинои цгуьыгиен.
w = 0.356х I,3-10“4z;
vf~ 0,345 + 2,4-10“4z;
w = 0,385 + 4.0-10"5z;
w = 0,358+ 1,3-lOr^z;
= 0,477 + 1,4 40” 4 г;
w = 0,396z;
0< z< 100cm;
100 cm <z <200 cm;
200 cm < z < 300 cm;
300 CM <z<400 cm;
400 см < z < 500 cm;
500 cm < z .
(2,88)
105

Рис. 2.24, Зависимость перемещений набухающего грунта во времени для
открытой площадки (а) ш под экраном (б)
Влажность атмосферного воздуха va и ход температуры на
поверхности грунта %, по данным Справочника по климату-
СССР, аппроксимируется зависимостями:
va = 0,77 + 0,11 sin (сот + 3,96) ;	(2.89)
1Й = 13 4* ISsin (сот + 0,82) .	(2.90)
гдесе = 7,16895-1Г4 4й1.' '
Отсчет времена ведется с 1 июня. Последовательность про¬
цессов инфильтрации, испарения и перераспределения влаги при¬
нята для среднего расчетного года в районе г. Керчи.
На рис. 2.24 приведено сравнение подъемов поверхности и
слоев грунта, полученных экспериментально (кривая 1) и тео¬
ретически (кривая 2 и 3) на открытой площадке и под влаго-
106
sk*
0,175+МП5(1„«0,15; j
at - 0,625 (0,43 - W j+ 0.025 ^ 1	— j j
0,15 <w <0,43;	j
4.o.o2(i-. hs:) *).««.	!
(2.91)
Кривая 3 соответствует зависимости a% только
ноети w:
at ~ 0,2; w *== 0,15;	j
at = 0,714 (0,43 - w); 0,15 < w < 0,43 ;	12,92)
at ~ 0; 0,43 <w .
СОав«ения теоретических я экспериментальных кривых
-лецуег «то предложенная модель хорошо опксьшаег дш^ш У
2бу»я яри жранировинии	И чи *>*
"“<*	кривой яодвеш поверх».
_	зкиешмеимио, и кривых, мсеташшх по-
ДЛЯ Кривой 1
1+0 = 3,96-Ю”5см-ч“1; о < г < 250 см;
для кривой 2.
к0 = 3,96-КГ5 (10 - 0,04z) см-ч”1;	0 < z < 250 ш,
для кривой 3
Ь = 3,96-10"5 (30 - 0 J.2z) см-ч"1;	0 < z < 250 см:
для кривой 4
к0 = 3,96-10”$ (50 - 0,2z) см<ч“1:	0 < ъ < 250 см .
107

Рис. 2.25. Подъем во времени при замачивании Хвалынском rises
1, 2, 3 т. 4 - расчетные кривые; 5 — экспериментальная кривая
Из рис. 2.25 видно, что экспериментальным данным лучше
отвечает кривая 4, Таким образом, можно сделать вывод о том,
что на скорость и величину подъема в начале инфильтрации вли¬
яет наличие трещин в верхнем слое массива набухающего
грунта.
7. РАСЧЕТ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ГИБКИХ И УПРУГИХ ФУНДАМЕНТОВ
И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ ДАВЛЕНИЙ
В ПРОЦЕССЕ НАБУХАНИЯ ГРУНТА
Подъем слоев грунта на расстояние z ох поверхности рассчи¬
тывают, интегрируя перемещения от г до В
А	Н (
figw I Adz	| |
г	г I
Подъем фундамента рассчитывают, приравнивая z~b в урав¬
нении (2.93).
Для определения перемещения фундаментов и перераспреде¬
ления давлений используют обычное условие равенства прогибов
фундамента и полных перемещений оснований под его подошвой
ту [ Зе
1 + е0 3w
fdw) dz .
(2.93)
У = s2 -
(2.94)
Для набухающих грунтов полное перемещение sy; имеет вид
82 = 3 ~ -гзш .	(2.95)
108
Ягшялгн’я осадка s направлена вертикально вниз и зависш
Ьппм-шпонкь’* свойств основания я распределения коя-
ot	детчении гор подошвой фундамента. Перемещение asw
ТЖ^е-пт^ухтш грунта в процессе эксплуатации ссору-
возникае*il ® fпо 'завершению строительства значение
жени» = ; й(| ^ в ЭТпМ случае осадку фундамента и распределе-
3^StST5=S^T?SM
(2.96)
е = kw г а •
Для большого числа «нтшх обр««<» «^ю:
*ШЯ1Кпютош Для очнородных и монолитных глин коэф-
£Йеш к приблизительно равен отношению у/Тмь Д** реаль-
НЫХ2Йш дадакй козфф^Йента rnY получены в пропсе
обнаружены, Значение 1ПУ P<tvv4tu.b!B,,.iH j«-	24'
i3)	=	+
dw ! v dw	r
dr
siy
	) =
■ 1 ДГ Ah
ИЗЗД6Н8ЯЙЯ ВЛАЖНОСТИ-
перераспределению контактных давлений.
109

ШШЫ ш, * г, «'Й! “;,“”S"e ,10,;1>'Ш,!Н'"': ^ «0>ффи-
йгг™™;зг”й
Гя™д ««1’f “"I
2	г s -гг
' J'*I0M ЙЗЛ0жеШ0Г« Уравнения (2,93) примет вид:
i-xoJSJ*^	груята Wi в
wo ~ wsh, а при w0 > v/gh - w0"= wf Ь “UCHuCTb кринимается
схву|3шей	S™f°™ W(Z)} шответ'
ем (2.2?) и wfL„I„ °. на> воспользуемся уравнения
»о„ерв,у0 'Жйй,дуг-» <>-■ Ль „2
f(w)	•	>Р-ь~елия (е.22; можно выразить z от
z = J(iw) +Jk/ps)p
(2.99)
™ ,, 8ьшолнкв интегрирование в уравнении ("> окт
.л«уют-е вр*» РИ,М,	у’“
с = _ ^swmvk I	Н
Г+ё0 ~~1 Wsw <н - 2> ~ J w0 (z) dz +
*	г
+ —Ji.  Н*н)п+1-- (-ф7)пп ]•
7s-fcy	pipa H < z
(2,100)
f = ks^ymvk |	H
iTe~_] wsw(H-z) - f wofzjdzo
'J	i -	7
7s — k? ^ln(“Wz> ~ :l-' i ~ Ле [iii(-0p|) - 1) ] j
apii z < Z ,	j
(2.101)
*,, *„ - «—», n z r н
uo
f
.Рис,. 2.26. Зависимость перемещений поверхности от по¬
ложения УПВ и нагрузки на поверхности
I - при отсутствии нагрузки; 2, 3 и У - орк давлении,,
равном соответственно ОД; 0,2 и 0,3 МПа
В качестве примера на рис. 2,26 показана зависимость между
подъемом поверхности и расстоянием до уровня подземных вод
при переходе от начального неравновесного распределения влаж¬
ности w0 (г) к квазиравновесному; в качестве параметра фигу¬
рирует давление на поверхности р. Рассматриваемый слой. Хва¬
лынском глины имеет толщину 300 см; начальное распределение
влажности принято равномерным в равным 0,3. Нижний apes,ел
интегрирования в уравнении (2.93) равен нулю, верхняя
300 см. Расчетные параметры ksw = 0,8; mv 0,58; к ~ 1,975;
ег, ~ 0,85; у -- 18,5 !£/см3 *, 7S = 21,1 Н/ем3. Показанные ка
рис. 2.26 кривые позволяют определить подъем поверхности в
случае экранирования как при неизменном положении уровня
грунтовых бод Z, так и ори его яовьгшетга.
Для двух- и трехмерного случая дополнительно* верти¬
кальное давление о ’z нелинейно зависит от г. Тогда интегриро¬
вание уравнения (2.93) заменяется суммированием по элемен¬
тарным слоям топи «иной
kgwinyk
I + е0
н
т
|w(z0 - Wo (Zi)]ll.
(2.102)
f (2) =
Z
Ш

В выражении (2.102) w(zj) определяют из уравнения
(2.22). где он рассчитывают обычными методами для середины
i-ro элементарного слоя. Распределение w<> (z;) представляет со¬
бой начальное распределение влажности набухающего грунта.
Для определения перемещений упругих фундаментов и перерас¬
пределения контактных давлений в процессе набухания грунта
основания применяют общее условие равенства прогибов фун¬
дамента и полных перемещений основания иод его подошвой.
Дополнительно к .предположениям, использованным при расче¬
те перемещений гибких фундаментов, приняты следующие допу¬
щения: 1) материал фундамента является упругим; 2) между'
подошвой фундамента и основанием действует только верти¬
кальное давление.
Рассмотрим перераспределение контактных давлений при
набуханий грунта в основании ленточного фундамента. .Дня
простоты жесткость фундамента EJ примем постоянной по дли¬
не. Ленточный фундамент шириной Ь и длиной I разделим на в
равных зон, каждая длиной 2а, так что 2an = 1. В пределах
i-той зоны распределение внешнего р; и контактного щ давле¬
ний примем постоянным. Сосредоточенные силы Pi и моменты
М| приложены .между i-той я (i— 1)-й зонами. Деформационны¬
ми характеристиками i-той зоны основания шляются модуль
деформации E0j и коэффициент Пуассона ду
Начальное распределение влажности w0 (zj), верхняя h<
и нижняя Hj границы слоя набухающего грунта предполагают¬
ся известными по результатам инженерно-геологических изыс¬
каний.
В пределах i-той зоны дифференциальное уравнение проги¬
ба ленточного фундамента имеет вид
dx4
BJ
(Pj - щ) .
(2.103)
Выполнив интегрирование в уравнении (2.103), получим
уравнение упругой линии фундамента
у; =	[х - a(2i - l)f + (х - а (21 - 1) ]3 +
+ [х — а(21 - 1)]2+ c3j [х - а(21 - !)] + c4j. . (2.104)
Для определения постоянных интегрирования сщ - с«д ис¬
пользуют условия равенства на границе между i-той и (i—,1)-й
зонами перемещений, углов поворота, сил и моментов:
Ум=Уъ УЬ~.1=У.!.'; Уы-1 =yi + Mj,/EJ;
112
y'j-i = yi - Pi/EJ; (i = i,2,...,n) .
(2 Л 05)
Поймем в качестве неизвестных перемещение ух и угои тю-
ворОТ| у, в точке х _= а. Используя условия (о.^
выражение для прогиба у; в точке х ~ а 	< ; ■
yi«y1+2«v1(i-l)+2aa(j-l)2cl9 + [4а (1
-l)scul/3 + “*2 l2(i”J) + 1|3p3
-а-~ 2 [2(i~j)4ij2Mj + -7~~ 2 Pi(?i+l -Г
2EI j	' ji4fcJ 1=‘2
3=
-чт-р-.	<2>06)
ГЯ?Я?Я Ш
51935; 66351 и 83215.
Постоянные интегрирования Cjи cxs определяю! , *• (
в*«г.тве граничных условий на нравом и левом концах л^нимн-г
го фундамента. Если края фундамента не ограничивают переме¬
щение к поворот, то из условий
уфх=0-Р./Е1; У1У|х=о = М,/ЕГ ■	0107)
получим следующие выражения для щ i и сгг •
Cj! = ?! /EJ + а(рх -qx)/EJ; cts = аР, /EJ -
- М2 /EJ + a2 (pt - qi) EJ .	|-2'1и8)
Выражение для прогиба в точке х ~ а (2-i - 1 } примет вид
у; = у, + 2а*х (I - 1) - 2а2 (1 - 1>2М,/BJ -
... „_а!_ г [го - i) + i'pMj + -4r-l2(i"1)2 +
2EJ j,=2 "	'	fcJ
4(i-4))
a4 (Pi — 4i)
a
i
S [2(i -• j) + 1] 3Pj +
6EJ j=2
yibL у
EJ
j~2
[ (i .1) 2 x
4 (i - 1)?
■—j +
113

(2.109)
* 5ej~4	чм-j > -
Осадка фундамента в точках х - а (21 • I) равна;
1 ... ,Д п
®о! ”■	2 Fjqi
м)i j—1
(2.110)
Значения функций Fj зависят от расстояния между зоной,
где действует контактное давление qj, и точкой, где определяют
осадку фундамента,
В точках х = а (—2i - 1) часть полного перемещения, выз¬
ванного набуханием грунта, определяют из уравнения (2.93), в
'котором известны нижняя by и верхняя Hj границы слоя набуха¬
ющего грунта. Равновесное распределение влажности w(z) оп¬
ределяют из уравнения (2.22), в котором дополнительное верти¬
кальное давление pj рассчитывают по методу угловых точек.
Дня определения п + 2 неизвестных у, уд qt, q2.qji имеем
п условий равенства перемещений ленточного фундамента и
оснований плюс два условия равновесия:
У! — s0j — hswx (I — 1,2,.... я) ;
II	П	|	n+1
2 qi = 2 р| + ------	£ pi;
1=1	i=!	2ab j=i
I {2(1 — 1) + l]qj = S [2(1 — 1) + l'i pi 4-
i= 1	i~l
5 a+ 1	i n+1
+ Б (i - l)pi+ ----- 2 M|.
ab i	/a d
(2.111)
Нелинейная система уравнений (2.111) численно решена с
использованием модифицированного метода Ньютона. В качест-.
ве примера на рис. 2.27 показано перераспределение контактных
давлений в зависимости от глубины искусственного замачива¬
ния набухающего грунта под серединой ленточного фундамента.
Основанием является слой хвальшекой набухающей глины. На¬
чальное распределение влажности равномерно и равно .30 %. Рас¬
четные параметры следующие: 1 = 24 м, н = 12, а — 1 м, Ъ = 0,6 м,
€ I = 5 кН, Pi = ОД МПа,Pi = Ml = 0, Eoi = 2 МПа, щ = 0,35 (i =
~ 1; 2;	12). Замачивание проводили в пределах 6-й и 7-й зон,
так что ширина зоны замачивания равна 4 м.
114
о,МПа
Рдаь 2.27. Перераспределение контактных давлений иод
подошвой ленточного фундамента ней замачивании
1, 2, 3, 4 и 5 - при глубине замаливания, разной соответ¬
ственно 3; 2; 1 и 0 м; 5 - зона замачивания
При решении задач для грунтов со сложным напряженным
состоянием используются результаты экспериментов, выполнен¬
ных в условиях набухания без возможности бокового расшире¬
ния; при этом коэффициенты расширения по оси координат кх,
ку, kz принимаются разным между собой. В этом случае досто¬
верность расчетов снижается, что несущественно для решения
практических задач.
А.А. Мустафаевым и другими при расчете балочных фунда¬
ментов при набухании грунта использована модель местных уп¬
ругих деформаций с переменным коэффициентом жесткости
основания [5{. Принимается, что кривая поверхности после на¬
бухания описывается с помощью степенной функции S = схт
(где с — параметр, равный ординате на расстоянии х = 1 м от
источника замачивания; х — абсцисса кривой; ш — показатель
степени, принимаемый в пределах 2—8). Считается, что неравно¬
мерная деформация при набухании грунта заменена действием
на фундамент эквивалентной внешней нагрузки. Решая общее
уравнение равновесия методом последовательного приближе¬
ния, авторы получили значения изгибающего момента н попе¬
речной силы.
Значительные исследования, связанные с определением
деформаций набухающих грунтов, проведены Н.А. Цытовичем и
З.Г. Тер-Мартиросяном [10]. В этой работе приводятся уравне¬
ния, позволяющие определить деформации набухания неводона¬
сыщенного грунта при увлажнении с учетом движения фронта
его замачивания. Значительный интерес представляют решения
ряда задач на основе температурно-влажностной аналогии. В
данном случае процесс набухания рассматривается по аналогии
115

с процессом температурного расширения деформируемой среды
с использованием указанного приема получено напряженное
состояние неводонасыщенного слоя набухающего грунта пои
осевой симметрии и местном увлажнении.	■ г
ГЛАВА 3, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ
I, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ
i дикие ше набухающие грунты имеют широкое раеяпо-
сгранеАйе. Достаточно, например, указать, что з Индии более
30 /о территории занимают так называемые хлопковые почвы,
способные интенсивно увеличиваться в объеме яри замачивании.
Гакке_ грунты распространены в Египте, Южно-Африканской
Республике. Бирме, США и в других странах, В СССР такие
грунты встречаются в районах Поволжья, Закавказья, Казах¬
стана, Крыма и др.
Набухающие глины отличаются по своим свойствам и, усло¬
виям образования, однако их объединяет одно общее свойство -
наоухать под нагрузкой при замачивании. Были проведены де¬
тальные комплексные исследования свойств следующих глин г
сарматских и киммерийских (Керчь); Хвалынск®? (Волго-
1 рад); аральских (Ермак); майкопских (Крым); четвертич¬
ных отложений среднего Казахстана (Джезказган) /
Сарматские, киммерийские я майкопские глины изучались
в районе города Керчи и Феодосии. Климат этого района близок
к континентальному - с жарким ветреным детом и мадоеяеж-
н°и аимом. Осадков выпадает около 400 мм. Наиболее влаж¬
ным является летний период, однако из-за большой испаряемое-
™ в этот пеРИ°Д наблюдается дефицит влажности в верхнем
сдое грунта. Современный рельеф рассматриваемого района в
основном эрозионного происхождения. Большое влияние на
скорость эрозионного процесса оказывает способность глин к
значительной усадке, сопровождающаяся образованием много¬
численных трещин. В геологическом разрезе преобладают в ос¬
новном глины неогена и четвертичные отложения. Первые иэ
них представлены главным образом майкопскими, сармат¬
скими, мзотичеекями в киммерийскими глинами, которые яв¬
ляются основаниями сооружений в этом районе/	*
Хвалынск®® глины исследовались на площадке, располо¬
женной южнее г. Волгограда. Климатической особенностью
данного района является резко выраженная континентаяьиоеть.
СТадков выпадает в среднем около 300 мм в год. Испаряемость
очень высокая, вследствие чего з верхней части грунтового
116
покрова наблюдается дефицит влажности. Б результате происхо¬
дит подсыхание верхних слоев хвалынских глин, залегающих
близко к поверхности.
В геоморфологическом отношении этот район входит в
Прикаспийскую впадину и представляет собой плоскую рав¬
нину за исключением южной части, где имеются небольшие воз¬
вышения. С севера впадина ограничивается более высокой
частью, называемой Сыртовым Заволжьем. Западная граница
впадины от Камышина и до Волгограда совпадает с правобе¬
режьем Волги. Правобережный берег Волги подходит к склону
Волго-Донского водораздела, а южнее переходит в обособлен¬
ную з геоморфологическом отношении область — Ергени, про¬
тянувшуюся на юг в виде слабовсхолмленной возвышенности.
Стратиграфический разрез рассматриваемого района сле¬
дующий: послехвалынский ярус — новейшие четвертичные от¬
ложения (суглинки, супеси), залегающие в виде покровного
чехла толщиной 0,5—3 м на породах хвалынского яруса; хва-
яынский ярус — отложения из глин с толщиной слоя 3—8 м;
ательские отложения - 2-4-метровый слой суглинка и супеси;
хазарский ярус - пески большой толщины; бакинский ярус —
глинистые породы.
- Подземные воды обнаружены на глубине 18—20 м от по¬
верхности в песках хазарского яруса. Хвалынские отложения,
являющиеся основанием сооружений, представлены глинами
шоколадного цвета, образовавшиеся в период Хвалынске®
трансрегрессии.
Аральские длины изучались на площадке, расположенной в
Ермаке, а четвертичные глины антропогена — в районе Джезказ¬
гана. Первая площадка входит в левобережную часть Павлодар¬
ского Прииртышья. Климат района резко континентальный с
сухим, жарким летом и морозной зимой, длящейся около
2*00 сут. Общее количество годовых осадков составляет 250 мм,
при этом около 70% из них выпадает в летний период. Рассмат¬
риваемый район представляет собой плоскую равнину с немно¬
гочисленными озерами, На большей части территории верхненео¬
геновые отложения емьггы и непосредственно с поверхности за¬
легают отложения аральской свиты, представленные глинами. В
отдельных местах эти глины покрыты элювиально-делювиаль¬
ными отложениями. Климат г. Джезказгана резко континенталь¬
ный. Количество выпадающих осадков незначительно и состав¬
ляет 150 мм в год. Площадка сложена глинами антропогена, в
которых можно выделить пять разновидностей: суглинки, крас¬
новато-бурые и зеленовато-серые глины верхнего и среднего
антропогена.
Особенностью сарматских и киммерийских глин является
слоистая текстура. Микрослои глины переслаиваются прослой¬
ками из пылеватого песка. Глины имеют зеленовато-серый цвет
и содержат большое количество включений (гипс, окислы желе-
t
Ш

нГ*	ч ******* пР°слеживается зона выветривания гошш-
Нзмя Ппм „ff!фОНИЗШИая веР™кальными усадочными трещи-
шл т Пря высыхайни грунт расслаивается на пластинки голщи-
<uli Jl «^‘имгтра до нескольких миллиметров, В естественном
мегаиш, хвюшшжм	„еоиородшГ и„еегся Йльшо^
1 vlBO прослоек (толщиной 2 - 400 мм) тонкопесчаного
яня 1 ? ьи 1 ева то- с у глинисто г о материала, которые приурочены
нийШТак °°Г~30М К В'3рхгош горизонтам хвалынских огложе-"
ыи. таким ооразом, глины имеют плиточное строение толщина
их однородных слоев достигает 20 - 350 мм.
f ?ЯХ; КОТОрЫМИ Разбита толща, имеются включения
карбшя^нТ™® If® ПЯТеН И отдель1ШХ вкраплений, а также
lr! Г Й3'3а наличия множества вертикальных тре¬
ст® “ то.»щ« Iлины состоит из отдельных легко отделяющихся
кусков, в результате массив напоминает разборную скалу В не-
выветренном естественном состоянии глины тугошисотчны и
пм.к,! шоколадный цвет, свободно режутся ножом, при этом но
М0ЖН0 заметить лР«знаки слоистости, Глань) обладают
скрытой слоистоегью: после пребывания на воздухе некоторые
ГЛЬ|6ы Расс!ыпаются на отдельные пластинки толщи-
формы * ММ‘ а Ш0ГДа На кРУшые отдельности неправильной
Всю толщу хвалынских глин можно разбить на две зоны
ILfffT ТОЛЩИН0И ДО °-7 м, состоящую ш глинистой fe-
енки, Зад зона резко отличается от остальной массы глины: ре¬
же встречаются песчаные и супесчаные прослойки, а влажность
глины: неоольшая - 8-12 %; 2) нижнюю зону шоколадных гдш
f f fT° СТр0еНИЯ* Эта зона в свою очередь может быть раз-
оитана две подзоны: верхнюю - среднеобломочную глубиной до
4 - э м и нижнюю - крупнообломочную.
«amfff залегающая на дне котлована, в результате выветри-
аюм покрывается большйм количеством трещин, разбивающих
т4и£гЛ?тЬТ КУгШ-	-Р^ътш трещни может
дошнгать 15 — 20 мм. Глина верхнего слоя со временем теряет
ноРГДГ.И1ЖЮСТЬ‘ пРевРащаясь в сухие Прочные отделы
КОТ°РЫХ М0ГУТ обРазо™ся отстое-
,~АраЛЬСКШ глины зеленовато-серого цвета имеют прослои
материала, напоминающего ископаемую почву. В верхней чаши
массива до глубины 2,5 - 3 м глины выветрены. Зде^они име
*1 комковатую или плитчатую текстуру и разбиты усадочным
лр-щинами ка отдельные блоки. С глубиной тоещиноватость
убывает и грунт приобретает массивную текстуру бес видимых
Silo)™"?™ - ГЯШЫ “	ме,5Г%
детмостДлины засолены карбонатами и птсом, которые ог>
S [о ■„	«К»*** ™«0 тт
118
Т а бдим а 3.1. Состав обменных катионов
Глубина от- Емкость по- ! Состав обменных катионов
бора образ- глощения, |	г	,	т— -
ца, м	|	мг-экв на	| Na j К )	Са	! Mg
i 100 i' грун-	i i	j	j
	-	-1”	i__.L	.J	J „
Сарматские
1.3
9,4
4,1
0,9
2,0
2,4
Киммерийские
2,5
10,1
3,9
...
3.8
2,4
Аральские
3.0'
66,9
3,6
0,6
39,6
23,1
В глинистой фракции сарматских и киммерийских глин
преобладает монтмориллонит (около 70%), каолинит состав¬
ляет 20 %, а остальная часть приходится на долю кварца и других
материалов. Минералогический состав практически не изменяет¬
ся с глубиной, за исключением выветренной зоны, где наблю¬
дается повышенное содержание каолинита. В глинистой фракции
хвалынских глин преобладает иллит и в меньшем количестве
монтмориллонит. Аральские глоты полнминеральны и в глинис¬
той фракции содержат значительное количество монтморилло¬
нита. Майкопские глины содержат в основном монтмориллонит
и в меньшем количестве каолинит и кллмт. Емкость поглощения
я состав обменного комплекса глин (табл. 3,1) в значительной
мере ■ зависят от содержания глинистых чаетвд и состояния вы¬
ветренности. Для сарматских гдш в целом емкость поглощений
выветренных и невыветренкых разновидностей составляет со¬
ответственно 1.1 и 11,9 мг-экв на 100 г сухого грунта: для ким¬
мерийских глин эти значения составляют 8,6 и 21,6 мг-экв. В
глинистой фракции емкость поглощения значительно выше и
для сарматских выветренных разновидностей глот равна 38 мг-
зкв.
Емкость поглощения аральских глин очень высока и нахо¬
дится в пределах 42-67 мг-кв на 100 г сухого грунта.
Для аральских глин характерно преобладание (до 93 %)
двухвалентных катионов. В хвалынских. глинах состав обмен¬
ных катионов находится в пределах: 17 - 27 % На; 50 — 60 % Са
и 4 - 10 % .Mg. Емкость поглощения колеблется в широких пре¬
делах: 12—31 мг-экв на 100 г сухого грунта. Майкопские глины
имеют емкость поглощения от 16 до 33 мг-экв, при этом преоб¬
ладающим катионом является Na.
Химический состав перового раствора гдш г. Керчи изучал¬
ся путем извлечения водных вытяжек, которые приготовлялись
стандартным методом с соотношение 1:10. Для рассмотренных
глин характерно высокое содержание анионов хлора, которые
вместе с катионами указывают на преобладание в солевом рас¬
творе NaCI, В выветренной части количество воднорастворимых
содей выше, чем в невыветренной. 8 целом эти грунты но засо¬
ленности относятся к сульфатнокарбонахно-хлорщщьш. Набу-
Гпины
119

Таблица 3,2, Химическая состав глин, %
Глины :
SSO*
| CaO
! . MgO
; r9o,
:
—
	L

Майкопски»
56- I9j
0У-2.4
1 .„.3 7.
20 -31
ХсЩ iVUil С К si С-
х 7 - к '•
il.oy- i „V
1 3—4, К
zu -32
Кимкерийэтся с
7!-84
1,2--3,5
oi-ilb
f 6-7Й
ханшше глины эитрспогена в районе Джезказгана имеют но
глубине равномерное засоление. Яегкорастворимые соли со¬
ставляют от 1 до 3 %. Высокое содержание гипса наблюдается в
интервале от 0 до 2 м. В аральских глинах содержание солей
составляет 3 — 4%, при этом основная часть приходится на кар¬
бонаты и гипс. Засоленность хвалмиских глин’ не правьшкет
1,3 % абсолютно сухого грунта. Химический состав пшн приве¬
ден в табл. 3.2.
В хвалынских глинах преобладающей является фракция раз¬
мером менее 0,005 мм — 71 %, на долю фракции размером 0,5—
0,005 мм приходится 26, а на долю песчаной - около 3 %. Глины
в районе Джезказгана содержат песчаных частиц до 24,5 %,
фракции размером 0,1 -0,005 мм — в среднем 59,9, а глинис¬
той - 35,7 57. Зеленовато-серые глины имеют песчаных частиц в
среднем 8Д %, пылеватых - 48,4, а глинистых - 45,2 %. Араль¬
ские глины имеют глинистых частил 50. а пылеватая и песчаная
фракция составляют 35 и 15 %. Таким образом, для набухающих
глин характерно высокое содержание глинистых частиц, что
обусловливает' six высокую гидрофильную способность. Влаж¬
ность в значительной степени влияет яа свойства глинистых грун¬
тов. При незначительней влажности глины обладают большой
прочностью, з яри ее увеличении они переходят в текучее со¬
стояние. теряя при этом своя прочностные свойства. Изменение
влажности набухающих глин сопровождается набуханием или
усадкой- В зависимости от дисперсности, состава и влаж¬
ности иода в грунте находится в прочкосвязаявом, рыхлосвя-
ЗЗННОМ Я свободном СОСТОЯНИЙ-
В табл. 3.3 приведены некоторые их характерных влаж¬
ностей рассматриваемых набухающих шин. Естественная влаж¬
ность хвалынских птан может колебаться oi !. 3,7 до 4б %;
сармисквх — от 21 до 6075; серовато-зеленых тлш актрогсоге-
на - от 7,5 до 27 % в; т. д. Аналогичный разброс характерен и для
других значений влажностей.
Из табл. 3.3 в!£цко, что наибольшую природную влажность
имеют гидрофильные глины, в частности майкопские. По мере
уменьшений влажности на транше текучести снижается природ¬
ная влажность грунта. Такая же зависимость наблюдается в гли¬
нах каждого вида. Изучение природной влажности показывает
неравномерноегь распределения влаги sro глубине, что позволя¬
ет выделить характерные зоны.
120
Таблица 3.3. Характерные влажности, % набухающих груишв
,s
•22
8
i ir,
0
0
40
О
V}
я
1
12
! 0
GC
X;'
С5ч
GO
00
; 4?
		1
■0
!
!
?2
3S
О
Ь |
£.2 >“• v:
§ 2 1
0 SQ _й<
т;г
^ © О {■
. ий сх. Си Г
rt
8*^
&1|
Й§0
'X;
X>
C
..V!
С“«
5Г-
r-i
да
со’
■xr
ГП
to
{N1
О
SO
О
г-\
CO
NO
ON
r--
•чг
о
fO
**
m
со
С4
со
v>
CO
С4
О
40
to
Г--
ХГ
to
'1Г>
-St
tr
to
О
0
C
n
SO
!X
OS
On'
Ф
О
Г4
C-i
II
С ж
L.
ON
0
О
О
О
Oi
ON
чф
to
%d
C-*
Сч
to
02
04
ГУ
'"1 V“1
C-
?”5'
00 ON
oc
1*“«
’«4
•p-4
1
&
i 04
О
00
eo
8
V
1 2
i
О
s£
с-
VO
VC?
CO
■Ч-
s>
40
ON
СО Ы5
en
I i3s
! И Я
О
0
О
0
Vi
ON
x£>
ЧО'
0
C-l
to
•«cS*
Г-1
CO
| | I
SI1
S а I
а | I
Й5 1
S
ы
3
S
Од
Ж
12

Глины
Т а о л и ц а 3,4, Влажность набухаиня глия
Влажность набухания
Хваиынскио
Сарматские
Киммерийские
Майкопские
! в приборе
j Васильева
В™<8ЫХ
		р _ j условиях
--U
1,35
1,3
1,5
1,25
-J
0,83
0,75
0,88
0.76
! A j
	J-
134
1,10
1,12
1,10
Примечание. А * wsw/wp; В - Wjw/w
0,64
0.67
0,76
0,66
1,37
1,1
1,1
1,07
В
0,61
0,63
0,64
0,66
влажности.	Находихся зона пониженной
1 М, а для apaJbS “ Тм	?°й 30а««гааТ
увеличение влажности с глубиной i /‘°И 30НЫ на6и®Дается
глубине б - 9 м мш^!£££”% до	из
Мубины влажность глш остается nr!Jj° д° 37 Ниже этой
аральских глинах до глубины 4 м R I! » КИ тсЮшт^ В
же - уменьшается EcS	повыы««ся, а ни-
влзжности набухания, то зшвдтедьные п^к°СТЬ Грунта блйжа к
при замачивании оснований че ноон-хом^п4™ еооРУ>ке1Н®
Г””»™ ~„м гРУЯ
?	угууотгаем влаж-
ошх тот, , ни«„ 4“ “З®*- <™*тг6я v майко„.
У<«. x,p,n,p*“ Т,т,3“?»М,аЖ ‘3”»'“
rams, поэтому гшиы -niimml fill р "ирофнл«< свокпи
набухания зависит от различи* г* , с' ^зоу-шиио, Влажность
тодических.	* Т°М Щше и ог ^
в приборе Васильева окччыча*г-"°разца 1Р>ъта! замоченного
увлажненного в	°б^а*
фкциента ^^и'этом	значение К03Ф-
дается между wsw в. wL. ”' 1 шя закономерность яабяю-
природвой BJsa®ocraa5S°3rfffTa Зависит в пеРвук> очередь от
»л ^y^mioZTS^m~B, «S'*™» ТУ».
обусловлена двумя Аактопямт? „ РизУемая давлением сжатия,
122
Т зол и зд а 3.5. Значения ялотиости и пористости набухающих глт
Глины
Хш.ТьШскме
Сарматские
Киммерийские
МйЯкшКЖИС
Аральские
Четвертичные
Плотность, г/см* j
Порис¬
Г Коэф-
тость. %
| фицк-
груят-а
j сухого j
| 8НТ
1 грунта ‘
I порял-
	!		; 	___ j
; ГОСТИ
1,93
У50
4я,3
0,31
1,80
1,4 0
46,4
и.56
j ,33
1,5 с
42.4
3,75
1,75
1,35
513
1,05
1,94
1.55
44.0
0.80
I.91
1,61
38.0
0.61
матских глин снижается их структурная прочность. Это объяс¬
няется нарушением структурных связей в результате объем¬
ных деформаций, происходящих в верхней части массива под
действием климатических факторов. Толщина этой зоны для
сарматских. глин составляет 4-5 м. Структурная прочность
образцов грунта, отобранных в пределах этой зоны равна 0,03-
ОД? МПя, а на отобранных бз большой глубине 0,15 МПя.
Образцы груша, имеющие влажность, близкую к в лаж*
пост набухания, нс обладают структурной прочностью, так как
ь процессе набухания практически полностью нарушаются струк¬
турные связи.
Деформативные свойства набухающих глин определяли в
полевых условиях опытными фундаментами и штампами, а в
лабораторных условиях — компрессионных приборах Гицро-
нроекта. В нолевых условиях с помощью глубинных марок из¬
меряли также послойные деформации в основании фундамен¬
тов. Опытные штампы устанавливали на грунте природной
влажности и после набухания грунта.
На рис. 3.! доказаны зависимости осадки штампов разме¬
ром в плане 1x1 м ох нагрузки для хвалыиских тяжи естествен'
ной влажности и после набухания.
В табл. 3.6 приведены значения модуля деформаций, поду¬
ченные различными способами. Из таблицы видно, что после на¬
бухания грунта модуль деформации уменьшается в несколько
раз. Наиболее значительное снижение деформетивных характе¬
ристик наблюдается у хваяынских пгаи. Эти глины обладают
наибольшей структурной связностью вследствие кристаллизаци¬
онных связей между частицами. Поэтому сжимаемость этих
глш б природном состоянии высока, а нарушение связей обус¬
лавливает резкое уменьшение деформативных свойств.
Модуль деформаций набухающих глш, определенный пт
полевых испытаниях, значительно выше, чем определенный яра
лабораторных испытаниях, При этом разница между этими ха¬
рактеристиками возрастает яо мере увеличения влажности грун-
123

Рис. 3.1. Зависимость осадки штам¬
пов от давления
1 .""Я*1* грунта природной влажное-
- — для набухшего .грунта
^»«ЯЙЯККЯК№?УГ
за, а для увлажненной - 3-33 раза	F '	а,,, ра-
1™*уЧшН™ Г' гп1^ПОСГаВЛены ветшины сжимаемой зо-
ствуннвдм нормам/ * Ш птшш и вычисленные по дей-
сжашTo^rJTimiS ПОЗВОЛяет сопоставить относительное
JST5	*«*ЯГг«
~ «Masse sssansr
Т * б л и Ч а 3.6. Зимина модуля деформация наЯухиощих глин
до и поел® замачивания
Глины
Сарматские:
до замачивания
после замачивания
Киммерийские:
до замачивания
после замачивания
Хвалынска©:
до замачивания
после замачивания
Аральские:
до замачивания
после замачивания
Значения модуля деформа¬
ции, МПа
Ff/%
полевые Ef j~ лабораторные
	I %
25-30
9-10
11
3
2,3-2,7
3,0-3,3
21
7-11
8
2,7
2,6
3,3
16-20
3,6
8
2
2-2,5
1,8
22
5,4
9
3,5
2.4
1.5
124
Т a S я и и а 3.7, Величина сжимаемой зоны
Грунт
Размер
фундаментов
м
Давление
по подош¬
ве, МПа
Сжимаемая зона, м
но опьгг-1 по С'НиПу
f ным | Ъг,
"Гд'/Г-с
данным,;	!
ф	J 	i
Глины:
сарматские
Ш
0,2
1 д
3
0,37
1x1
0,3
2
3,5
0,57
1,5x1,5
0.2
2,6
4
0,65
2x2
0,1
2,5
3,7
0,68
хваяынские
0,7x0,7
0,2
U
2
0,55
аральские
0,7x0,7
JO,2
|0,3
1,4
1,2
2
2
0,70
0,6
Суглинок
0,8
!
1
1
1 О
!
1
1,6
3
0,53
насыпной
Таблица 3.8. Относительное сжатие слоев глин
в основании фундаментов
Глины
Размеры
СатСннГ
Толщина
Относится ь-
Sf/Sf
фунда-
110 НОДОШ'
слоя, м
ное сжатие, %
мекта, м
ве, МПа
—
—
СЛОМ
В При-
5f
борах
Н
Сарматские
2x2
ОД
0.5
0,8
1,0
■1.25
1x1
0,2
0,25
0,8
1,2
1,5
1x1
0,3
0,25
2,4
3.4
1_4
Киммерийские 1x1
ш -
0,35
1,2
1,7
1,4
1x1
0,3
0,25
3,6
3,9
1,1
ми в основании из грунта нарушенной структуры. Физико-ме¬
ханические свойства этого грутста приведены ниже:
Плотность, г/см3:
р ................ 		......г....	2,12
Р<3	Ь91
Влажность w, %			10,7
Количество частиц размером менее 0,005 мм, %	.35
Влажность, %, на границе:
пластичности wp 		 14
текучести 		  29
Число пластичносга J р ...................... 15
Свободное набухание %w g 		  7
125

,%.ж в iS 2й 52. 40 iS 56 S-j 72S,m
Рис. 3.2. Деформации {сплошные днями) и напряже¬
ния (пунктирные линии) в основании штампа
1, 2, 3 и 4 - при давлении, равном соответственно
0.3; 0.5; 0,7 и 0,9 МПа
йз этого грунта с послойным уплотнением была отсыпана
дамба значительных размеров. На поверхности устанавливался
круглый металлический штамп диаметром 80 см. Давление по
подошве штампа доводилось до 0,09 МПа. При максимальной
нагрузке, несмотря на отсутствие боковой пригрузки вокруг
штампа, не наблюдалось выпора грунта. В основании опытных
фундаментов на глубине 30: 100 и 150 см от подошвы фунда¬
мента устанавливались динамометры и датчики норового дав¬
ления конструкции Гидропроекта. Кроме того, были заложе¬
ны глубинные марки на расстоянии 35; 60; 90; 120; 140 и
160 см от подошвы штампа. Загрузка штампа производилась
ступенями но 0,1-0,2 МПа после стабилизации осадки от преды¬
дущей ступени. На рис. 3.2 показаны послойные деформации
напряжения по глубине при различных давлениях на грунт
(p<j — 1,91 т/м3; w = 10,7 56). Наибольшее значение коэффи¬
циента норового давления составляет 0,3. В табл. 3.9 приведе¬
ны значения напряжений, полученных опытным путем и вы¬
численных по СКиПу.
Из табл. 3.9 видно, что расчетные значения напряжений ниже
фактических; при этом с увеличением глубины эта разница уве¬
личивается и на глубине 1,5 м это отношение достигает значения.
126
Т ч б я я а а к9. Значения вертикал****	по глубин
~х:
Гд у Гк-К
на от
003»! Л-
В-Ь)
шгУгц-Л VKU
U
0.5
1,0
15
Вертякальные напряжения, MliS. крк	pj9^w'-“Jc
язнйях под подашзой штампа.jv.ula	\ гигс
опытные pf I расчетные ре	1
шЛоЛо.Л к
^	,			*—  п
О чб 0,14 0,59 0.81 0,1-5 0,27
Л j 1 ОД 8 0,25 О.-К Коб O.ib
0 08 0,12 ОД 5 0,19 0,03	0,0...
о;-' гхз ■
д.З* 0,49 .1,0
СМ 4 0,18 24;	1*8;
0.07 0,09 2,7;	2,л;
ид
СМ.О-
рагвыго 2,7. Однако характер распределения напряжении в ■
ваяяя близок к теоретическом)^	шжя обладают высо-
Набухающие глины ир&у н* (/( ’' рф* ?заиадоцействш
ГгФФГ"
£££££ «
ЛеН>|2^”®еГяабуханИе
противление сдвигу, т. е* ЛЛт/t, * та должна существовать
Иными словами при замачшзаний i Р)шта ^	У стороны,
предельная величина	- вок-
тголностыо нарушается c'rpyKiyp^-	^кой толщины, при ко-
руг частиц образуется гидр »	mmKW й межмолекуяяр-
12Г	« — » «.к— »»«■»“
»г« «бумвшю груш*-	ЙД-Тоб-
штских глин производилось тю еяв пределах
оазцоз грунта природно! о елотк _• дЛ0Лияом (медленный.
ЙЗ _ 37% испытывали в консолидироватшэ v
осуществляли быстрый	*Р Q~]	0>2 й 0,3 МПа, после на-

Таблица ЗЛО. Прочностные характеристики & и с
для набухающих и природных грунтов
Схема опыта
Влажность набухшим (над
д, град j с. МПа
|
1^*
с, МПа
чертой), %, и набухание
1 град
(под чертой) , %, при давле¬
ния, МПа
т	"
—
до замачивания
;после
зама-
.... — ....	— • 	 			 - - - •— - --
1 чивакия
0 j ОД j 0.2 1 03
1
!
Быстрый
48,4
14 0,067
7
0,015
СДВИГ
IT,Г
Медленный
47,1 41,3 37,3
О
о
10
0,039
сдвиг
6,5 3,2 1Д
бухания их испытывали но схеме медленного
сдвига... В
табл. 3.10 приведены значения -,р и с до к после замачивания.
При набухании наблюдается уменьшение угла внутреннего
трения ф в 2 раза, а сцепления с - в 4,5 раза в случае быстрого
сдвига и в 1,5 и 1,8 раза соответственно - в случае медленного
сдвига. Различие, наблюдаемое в снижении прочностных показа¬
телей, полученных по разным схемам, закономерно. При мед¬
ленном консолидированном сдвиге набухание происходило под
нагрузкой, поэтому не было достигнуто таких деформаций, при
которых полностью устраняются структурные связи грунта. Из
табл. ЗЛО видно, что в большей мере уменьшается сцепление,
чем угол внутреннего трения, так как при набухании нарушают¬
ся структурные связи между частицами.
Оценить влияние набухания грунта на уменьшение прочност¬
ных характеристик можно путем испытаний на сдвиг проб грун¬
та, набухшего под заданным давлением. Однако для этого тре¬
буется осуществить значительное количество опытов, что сопря¬
жено с определенными трудностями. Поэтому была сделана по¬
пытка оценить уменьшение прочностных показателей на основа¬
нии корреляционных зависимостей между простейшими харак¬
теристиками физических свойств и сопротивлением грунта сдви¬
гу. В данном случае независимые факторы принимают по резуль¬
татам определения относительного набухания грунта под на¬
грузкой.
Для выявления отмеченной корреляционной зависимости
использованы результаты лабораторных опытов, выполненных
по схеме консолидированного и быстрого сдвига; при этом для
каждой схемы показатели физических свойств взяты до и после
опыта. Для каждой схемы обрабатывались результаты 900 опре¬
делений сопротивления сдвига аральских глин. Обработка ре¬
зультатов лабораторных исследований физико-механических
свойств грунтов произведена с применением ЭВМ.
Влияние отдельных независимых факторов на изменение за¬
128
Таблица 3.U, Классификация глин яа степени набухания
Содержание Чисто тшастич-
коллоидных носхи
части, 'Д
Предел	Возможное
усадки	максимальное
набухание
Степень
набухания
27
32
18-27
23-45
18-27
12-34
п
20
10
30
Очень
высокая
6-12
20-30
Высокая
6-18
’ 10-20
Средняя
13
10
Низкая
висимого фактора (сопротивления сдвигу) для набухающих
грунтов не установлено, поэтому было исследовано несколько
моделей. Вначале для учета связи с отдельными показателями
свойств грунта изучалась линейная модель с большим числом
факторов. При наличии связи между двумя факторами ода® из
них исключался. Затем производились функциональные преоб¬
разования параметров, оставшихся в модели, и при этом каж¬
дый раз выбиралась новая форма связи. Таким путем достигал¬
ся выбор модели с наилучшей множественной корреляцией,
между зависимым фактором и факторами аргумента.
Установлено, дао наилучшую корреляцию дает квадратич¬
ная’' форма, а наиболее существенными показателями являются
коэффициент пористости е, естественная влажность w и влаж¬
ность на границе текучести w^. Однако наиболее существенные
факторы в разных схемах и при различных удельных давлениях,
не совпадают. В дальнейшем были отобраны наиболее сущест¬
венные факторы и все операции проводились на шестифактор¬
ных моделях, что в общем существенно не повлияло на коэффи¬
циент множественной корреляции.
Угол внутреннего трения и удельное сцепление зависят от
трех показателей физических свойств: влажности на границе те¬
кучести, влажности и пористости. При набухании изменяются
значения лишь двух последних факторов. Используя значения е
и w грунта природного сложения и эти же показатели после на¬
бухания при соответствующей нагрузке, можно определить
уменьшение прочностных показателей.
Для классификации грунтов по степени набухания многие
исследователи предлагают использовать простейшие характе¬
ристики этих грунтов. Одной из первых попыток в этом на¬
правлении является работа [3], где степень набухания предла¬
гается оценивать по количеству коллоидно-дисперсных частиц,
числу пластичности и пределу усадки (табл. 3.11).
Эта классификация составлена на основании испытаний 38
образцов калифорнийских глин ненарушенной структуры.
Для выявления зависимости относительного набухания от
пределов пластичности были обработаны результаты испыта¬
ний хвалынекой и сарматской глин. Образцы естественной
5—397
129

структуры испытывали в компрессионных приборах при от¬
сутствии внешней нагрузкой До начала опытов определяли при¬
родную влажность, плотность, пределы пластичности, грануло¬
метрический ссылав и удельный вес грунтов, дая всей сово¬
купности грунтов, имеющих различные значения влажности и
плотности, ло средним значениям достроена зависимость отно¬
сительного набухания от числа илэсшчносгк. Можно отметить,
что существует зависимость между e£V,! я Jp. с возрастанием
пластичности свободное набухшие увеличивается, причем тем
быстрее, чем больше значение Jp,
Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод, 'что
число пластичности не может служить классификационным
показателем для оценки набухания грунта. В самом деле для
различных генетических, разновидностей глин зависимость меж¬
ду esw и Jp в количественном отношении не является идентич¬
ной. В результате одному числу пластичности соответствует раз¬
личное набухание и наоборот.
Следовательно, установить единый, для всех грунтов показа¬
тель числа пластичности, оценивающий глины как набухающие,
не представляется возможным, так как число пластичности, ха¬
рактеризующее набухающие глины, колеблется в широких пре¬
делах — от 14 до 42. Однако не исключена возможность исполь¬
зования числа пластичности шля характеристики набухающих
глин отдельных регионов.
Для изученных глин зависимость относительного набуха¬
ния от пределов пластичности (влажность на границе раскаты¬
вания wp и на границе текучести wj) не проявляется четко. В
обоих случаях имеется тенденция к возрастанию набухания с
увеличением указанных характеристик грунта. Для хвалынских
глин наблюдается не такое резкое возрастание esw при увели¬
чении W£ по сравнению с w. Для сарматских глин характерна
не с.тояь'резкая зависимость esw от w-p. как хвадьшеких глин.
Имея в виду относительно тесную связь свободного набухания
и влажности на границе текучести, последнюю можно было бы
считать показателем для оценки яабухаемоети, Однако и в дан¬
ном случае ‘численные значения этого показателя будут различ¬
ными для каждой генетической разновидности грунтов.
Рассмотрим подробнее влияние характерных влажностей на
набухание на примере сарматских глин. В наиболее тесной связи
набухание находится с количеством поглощенной в процессе на¬
бухания воды, т. е. показателем, который характеризуется раз¬
ностью между влажностью набухания и естественной влахскостью
грунтов (wsw — w). Была сделана попытка установить зависи¬
мость между набуханием и разностью между влажностью на гра¬
нице текучести к естественной влажностью грунтов. При этом
предполагалось, что wsw - w характеризует гидрофильные спо¬
собности грунтов. Однако оказалось, что зависимость ер/ =
— f(wj — w) проявляется менее тесно, чем egw = f(wsw). Это
говорит о том, что влажность на. границе текучести являются ме¬
нее совершенным показателе.',? гадртфгшьмъсч /по тобноет?б,
глинистых грунтов, чем влажность набухания.
Актив зависимости набухания от хапзкгерНгах веемождос-
тек показывает, что наиболее тесной является г as и си мо сто
f/Чтож) Зла кность нжу/таото’ ивтос:?'сч токто/м: тосте
верным показателем, характеризующим набухание. остом п
наибольшей степени на набухшие шшякл зпажкосто к:;? ‘утодце
усадки. „далее влажность на границе текучести и казальдая. здеж-
ность. Между набуханием к влажностью на границе расксттозе
кк.я связь практически отсутствует. Особенно тесная связь от¬
мечается между набуханием и количеством воды, логяошенж'й
грунтом в процессе набухания. Наличие достаточно тесной езязи
между набуханием, с одной стороны, и влажностью набухания я
количеством поглощенной в процессе набухания водь, с другой.
позволяет использовать эт показатели для предзгрательь’ой
оце ш набухания.
Можно отметить, что классифицировать но набухши:-;} раж
личные генетические типы глин с использованием простейших
показателей не представляется везможньпп. В пределах отдесто
него региона такой путь может быть оправдан .ори условий д;&-
тистаческой обработки большого количества .же лернмента яь~
пых данных дня построения зависимостей кабуханага от «роетей-
ших характеристик.
Другим путем решения этого- допроса является ййхождение
статистическим путем ззвисимостк между набуданном н крите¬
рием, включающим две или белее простейших хзрэктерясгики.
Была предпринята попытка использовать для набухающих грун¬
тов критерий JS3 =" (ет„- е) (I л е), аналогичный принятому для
оценки просадспкых грунтов. Отрицагелиное значения этого кум-
терпя физически соответствует относительному нзбухаякж лрк
изменении влажности от природной до влажности на трзгдщд
текучести, Для определения числового значения этого:ч.рксерия,
оценивающего грунты как набухакндие, были изучены регулыд-
ты лабораторных испытаний 138 образцов на свободное набуха¬
ние яри замачивании глинистых грунтов рззпноггых районов. Об¬
работка результатов показала, что к: набухающим относятся
Грунт»! у которых Jss > 0,3.
Указанный номенклатурный критерий необходимо рассмат¬
ривать как предварительный показатель, „в определенной мере
отражающий степень набухания грунта. Однако по этому показа¬
телю нельзя предусматривать мероприятия, обеснатовактото у г.-
то йчивост ь сооружений.
По степени свободного набухания глинистый грунт можно
классифицировать следующем образом: яри. e3v < 4 % - то.-нг-
бухающий; ври 4 % < csw < 8 % - слзбонаЗухаюшзш; ирк 8- А. <
<€Sw < 12 % -- срецнечабухгвоший; при =SVv- > 12 % — спаьнока-
бухающий.
131

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ
При: кроекткровзкаи сооружений в районах залегания набу¬
хающих грунтов необходимо проводить ин.«енерно-геологя«ес-
кие йяысхзкий,, включающие лабораторные л полевые работа-..
Зги шыскйнкй должны цап.- -;-зелениа о тороителышн площадке
с учетом пшлогкчеекйх, гщфогеодоточеекмх условий, а также
детальные данные о свойствах набухающих грунтов.
На основе изучения геоморфологии района строительства не¬
обходимо осветить, в частности, вопросы о микрорельефе пло¬
щадки с указанием расположения возвышенностей, впадин, ов¬
рагов и I. д., а также условия формирования и залегания грун¬
тов. Следует ’уделять внимание изучению прослоек и линз пес¬
чаного жди пылеватого материала, величины и направления рас¬
пространения треяжн, способствующих, быстрому и неравномер¬
ному увлажнению отдельных участков территории площадки
после ее застройки.
Гидрогеолог ическис изыскания должны дать сведения о
наличии верховодки, расположении водоносного слоя, характе¬
ре изменения уровня подземных вед в чеченке года, а также дан¬
ные для прогноза изменения влажностного режима после за¬
стройки площадки сооружениями.
Характер напластования грунтов определяется путем буре¬
ния разведочных скважин и прохождения шурфов. При эхом не¬
обходимо определить толщину слоя набухающих грунтов. Сле¬
дует отметить, что набухающие грунты, как правило, залегают
слоем большой толщины. Однако имеются & исключения, на:
пример, хвалынские глины залегают ниже покровных суглин¬
ков слоем толщиной от 1 до 10 м. В противоположность им
аральские глины залегаю? слоем, достигающим нескольких
десятков мет ров.
На стада® технического проекта расстояние между разве¬
дочными скважинами может составлять около 300-400 м, при
изыскании дон рабочие чертежи эго расстояние должно быть
уменьшено до 50—150 м. Число скважин а расстояние между
ними устанавливают в зависимости от характера напластования
грунтов. Для выдержанного по толщине слоя набухающего
грунта это расстояние может приниматься равным 100 м.
Образцы для лабораторных испытаний грунтов отбирают из
шурфов. На образцах должна быть обозначена ориентация слоев,
отвечающая их природному расположению. Для отборов моно¬
литов допускается использование тонкостенных грунтоносов.
При этом диаметр отобранного монолита должен быть в 1,5 ра¬
за больше диаметра кольца прибора, на котором будет произво¬
диться испытание данного образца.
Кроме определения фнзико-механичеекях характеристик,
для набухающих грунтов производятся дополнительные ие-
132
1	Е	Ш
Рис. 3.3, Схемы испытаний набухающих грунтов
a - для-определения ssw; б - для определения Psw
следования с целью определения расчетных характеристик. К
последним относятся относительное набухание при различных
давлениях, давление набухания и влажность набухания. Эти ха¬
рактеристики определяют в лабораторных и нолевых условиях.
Относительное набухание при различном действующем давле¬
нии 	 зависимость egw = f (р) - используют для определения
возможного подъема фундамента при кабухакш грунта.
При определении зависимости esw = f (р) используют сле¬
дующие схемы испытаний набухающего грунта: схема Г - ме¬
тод одной кривой; схема II - метод двух кривых; схема ffi -
метод обратной кривой (рис. 3.3). Согласно схеме 1, образец
грунта закладывается в компрессионный прибор, после чего на
грунт передается определенное давление р. После стабилизации
осадки от действия этого давления образец замачивается до пол¬
ной стабилизации набухания грунта. Относительное набухание
при давлении р определяются по формуле
■-$%¥ ~ (hi ~ Ь) fh ,	(3.1)
ще b - высота образца грунта природного состояния, обжатого без
возможности бокового расширения давлением р; h, - то же, обжатого
давлением р после его набухания.
По схеме II один образец грунта природного состояния, за¬
мачивается без нагрузки до полной стабилизации набухания,
после чего этот образец загружается ступенями с непременной
выдержкой до стабилизации осадки после соответствующей
о
3
133

x. e. производится, компрессионное испытание tp/ьта
в* набухшем состоянии. Второй образец такого же грунта при¬
родного состояния загружается ступенями, т. е. также осущест¬
вляется компрессионное испытание. Относительное набухание
при давлении р определяется по формуле
esw = (h ' -b)/h ,
где h’'	- высота набухшего образца, обжатого давлением без воэмож-
ности бокового расширения.
По схеме М величина esw определяется следующим обра¬
зом. Образец грунта загружается до достижения давления,
превышающего давление по подошве фундамента, и после ста¬
билизации осадки производится замачивание. В результате за¬
мачивания происходит набухание грунта. Затем ступенями
уменьшают нагрузку до нуля, продолжая при этом замачивать
гоунт. Но подученным значениям относительно! о алоухания
иве' соответствующем давления строят кривую зависимости
Х	с / \
'sw Проведенные на различных грунтах эксперименты показали,
то значение относительного набухания, полученные по этим ме¬
тодикам, оказываются различными. С целью сопоставления зна¬
чений относительного набухания, получаемого но схеме I -
eg'w и по схеме I! - е sw, бьши проведены опыты на образцах
грунта, характеристики которых даны в табл. 3.12.
Значения относительного набухания, определенные по мето¬
дикам при различных давлениях, приведены в табл. 3.1 з.
Значения esw, полученные по схеме И, в 1,5 - - Р&з превы¬
шают соответствующие значения, полученные но схеме i- i—-
поставление значений esw, подученных по трем указанным вы¬
ше схемам, приведены в табл. 3.14.	и	.	_
Испытание по методу обратной кривой (схема if!) произво¬
дилось следующим образом. Образец грунта загружали ступе¬
нями ДО давления р = 0,3 МПа, после чего его замачивали. Поел.,
стабилизации набухания под этой нагрузкой ооразец разтружали
до давления 0,2 МПа и измеряли набухание яри этой нагрузи.
Такие циклы были повторены до полного снятия всей нагрузки.
Данные табл. 3.14 показывают, что метод двух кривых дает на¬
ибольшие значения величины esw> а метод обратной кривой --
наименьшие. При этом разница между значениями egw> получен¬
ными методом' одной кривой к обратной кривой, зависит oi
нагрузки, при которой производилось замачивание (рис. ЗА).
Расхождения, получаемые при определении esw «о разным
методикам, объясняются различными процессами, протысающь-
Г в исследуемых образцах грунта. Например, при ишытанш
дата ш схеме I происходит- уплотнение грунта, а после зама¬
чивания протекает процесс набухания, обусловливаемый в ом
i
I
134
Т а 5 л а ц а 3.12. Характеристики опытных образцов грунта
Глин»
Хвалынска».
Сарматская
Вид структуры
1 Коэффк-
Влажность.
| Число
\ цнект яо-
%
j влас-
1 ристоет
| ТХ4ЧН04
| ТВ
Ненарушенная
0,73
21,2
34,9
0,65
20,3
29,5
Нарушенная
0,95
4.1
33,4
Нарушенная
0,95
3,8
29,1
Т а 5 л в и а 3.13. Значения относительного набухания,
полученные методом одной (схема Г) и двух, (схема I!) кривых
Дав-
Относительное набухание, %, образцов
гв>
яиё,
1
'У
3
4
Mila
'ф
eSw
; esw
fsw/
<4\v
esw
4 sw/
2
6sw
i 4
|sw/
/S5W
esw
,— ~~
i <Xvv
fsw/
—
L_.
;rsw
..J
eVM
i
L
^SW
0
10
10
10
15,4
15,4
1
20,5
20,5
1
26
26
t
0,05
3,8
7,6
2
—
—
6,2
17,4
2.8
8.5
22
2.6
0,10
1,5
5,9
3,9
5,8
9,7
1,7
5,2
14,5
2.8
5,7
18Д
3,2
0,15
—
—
—
—
—
-
—
—
—
3,0
15
5
0.2
1,2
3,2
2,7
4,6
7,3
1,6
1.3
9,3
6,7
1.1
13
12
0,25
—
—
—
—
—
—
1,1
7.2
6.5
1,4
103
7,5
0,3
1,4
2,2
1,6
2,4
6
2,5
ЗД
6,1
4,6
u
9,8
8,9
0,4
—
-
2,2
5
2,3
—
—
—
—
0,5
-
-
2,7
4.1
1,5
-
-
“
-
“
Таблица 3.14. Значения относительного набухания
Давление.
Относительное набухание, %,
esw
1
i
i
ъ I
%
< 1
МПа
подученное по методу
/
/
.
	..
—
row
esw
одной
двух
обратной
кривой
кривых
кривой
esw
esw
<=sw
0
20
10
13,6
1
0,68
0,05
9,6
15,2
5,9
1,6
0,62
0,1
7,2
14
5,0
IS
0,7
0,2
4,8
11,8
4,6
23
0,96
0,3
4,5
10,2
4,5
23
i
135

Рис, 3.4, Зависимость набухания от
давления
1 — кривая набухания яри различной
нагрузке; 2, 3, 4 к 5 — обратная ветвь
разгрузки образца, замоченного при
давлении, равном соответственно
0,05; ОД; 0,2 и 0,3 МПа
новном притяжением воды твердой фазой грунта. Следователь¬
но. в этом случае грунт проходит через две фазы деформаций --
уплотнение и набухание. При испытании по схеме II происходит
набухание грунта без нагрузки и последующее его уплотнение
под нагрузкой. Следовательно, в этом случае грунт проходят
через две фазы деформаций; набухание - уплотнение, качествен¬
но отличающиеся от тех, которые наблюдаются при испытании
по схеме I.
Для решения практических вопросов следует применять ме¬
тодику, отражающую характер работы грунта в основании соо¬
ружений, В оснований набухающий грунт проходит через две фа¬
зы деформаций: уплотнение под действием нагрузки от соору¬
жений и набухание при увлажнении грунта в процессе эксплуата¬
ции сооружений. Как видно, схема 1 более соответствует поведе¬
нию грунта в основании сооружений, и поэтому она должна быть
основной при определении относительного набухания.
Однако методика, определения esw по методу одной кри¬
вой, имеет недостаток, состоящий в необходимости произво¬
дить испытание на нескольких образцах. На практике это при¬
водит к увеличению сроков изысканий, что не всегда оправдано,
особенно на стадии технического проекта. Поэтому можно при¬
менять упрощенную методику, состоящую в том, что один об¬
разец грунта замачивается без нагрузки до полной стабилизации
набухания, а другой загружается ступенями до 0,3 - 0,4 МПа,
после чего производят его замачивание. Полученные точки нано¬
сят на график esw-~p и соединяют между собой плавной кри¬
вой. Крайние значения этой зависимости полностью совпадают со
значениями, полученными по методу одной кривой, в то время
как промежуточные значения могут отличаться.
136
Рис. 3.5. Зависимость давления набухания
ох свободного набухания грунта
1, 2 и 3 для схемы соответственно Т;_Н и
Ш (см. рис. 3.3}; 4 ~~ при изменении
psw динамометром ДС-02; 5 — то же,
кольцевым динамометром
Из рас. 3.5 видно, что наибольшее значение давления набуха¬
ния получается яри испытаний набухших без нагрузки образ¬
цов с последующим обжатием их до начальной пористости, а
наименьшее - при использовании кольцевых динамометров с
небольшой жесткостью. При этом следует отметить, что разница
в значениях psw, определенных по различным схемам, возраста¬
ет в грунтах, обладающих большой способностью к набуханию.
Сопоставление значений давления набухания хваяьшеких,
сарматских и аральских глин, полученных по методу одной
или двух кривых, приведено в табл. 3.15.
Из табл. 3.15 видно, что метод двух кривых дает завышен¬
ные значения давления набухания по сравнению с методом одной
кривой, а также полевым методом.
Давление набухания в лабораторных условиях следует опре¬
делять методом одной кривой, который отражает реальную ра¬
боту грунта в основании. Допускается использовать приборы,
имеющие жесткие динамометры, деформации которых при раз¬
виваемых давлениях практически отсутствуют.
Между относительным набуханием, полученным в компрес¬
сионном приборе и в приборе Васильева, существует линейная
зависимость. При этом относительное набухание грунта, опреде¬
ленное в компрессионном приборе, составляет примерно 60 %
набухания, определенного в приборе Васильева. Эти данные по¬
казывают, что на абсолютное значение набухания влияет тип
применяемых приборов. Поэтому при выборе расчетных зна¬
чений давления набухания грунтов необходимо использовать
только те, которые получены в одинаковых приборах.
В лабораторных условиях практически невозможно провее¬
те испытания грунтов по методике, которая полностью соответ¬
ствует их работе в натурных условиях. Поэтому характеристики,
отражающие особенности набухающих грунтов, полученные в
лабораторных условиях, отличаются от аналогичных полученных
в полевых условиях. Сопоставление лабораторных ж полевых
значений позволяет найти между' ними зависимость, например
для относительного набухания. Это позволяет использовать

Т а б л а и а 3,15, Значения давления набухания
Глины
Давление набухания,
МПа, определенное
методом
i i
! И з
ч v: V. w
1 а 1
Psw__
Psw.f
Psw
Psw.f
одной
кривой
Psw
двух
кри¬
вых
if
FSW
ноле¬
вым
Psw,-?
- .
\
Хвалынска*:
ненарушенной
структуры
, 0,57
0,87
0,45
1,5
1,27
1,93
нарушенной
структуры
0,25
0,51
—
2,0
-
...
Сарматская
нарушенной
структуры
0,25
0,69
2,8
Аральская
ненарушенной
0,42
0,7
0,3
1,7
1,4
2,33
структуры
данные лабораторных исследований для определения возможной
величины подъема фундамента.
Однако наиболее достоверные расчетные характеристики
могут быть получены путем проведения специальных полевых
исследований. Целью этих исследований является определение
относительного набухания при различном давлении, вызванном
внешней нагрузкой и действием собственного веса грунта; глу¬
бины зоны набухания и давления набухания.
С целью получения достоверных результатов при проведении
опытных работ следует учитывать особенности деформаций мас¬
сива при набухании грунта и. в частности, влияние площади за¬
мачивания на величину подъема поверхности грунта. Поэтому
размеры опытных котлованов должны быть не менее 8xS м.
Для получения расчетных характеристик в котлованах уста¬
навливают опытные фундаменты — штампы, глубинные и по¬
верхностные марки. Фундаменты должны быть размером не ме¬
нее 1x1 м и лишь в отдельных случаях - 0,7x0,?. Подошву фун¬
дамента следует заглублять ниже поверхности дна котлована
на глубину более 0,2 м. Фундаменты, как правило, устраиваются
на месте из монолитного бетона. С целью упрощенна загрузки
целесообразно предусматривать два фундамента, на которые
устанавливаются специальные балки идя загрузочная платфор¬
ма. Платформа загружается грузом ступенями до заданного
давления но подошве штампа. Для получения зависимости от¬
носительного набухания от внешней нагрузки следует устраи¬
вать не менее трех опытных фундаментов, давление по подошве
которых равно 0,05 - 1,5 и 0,2 - 0,25 МПа. В основания штам-
13S
„оа должны быть установлены глубинные маркищкжяоднюшк
Жшшшзетъ перемещение слоев т расстоянии 0.5; * к юс м <я
л идо-швы фундамента. С этой целью во время оетоиировышм
да в центре следует устанавливать отрезка трус, 'Щ*?* ко-
7i'r-m в дальнейшем попускаются обсадные грубы гдуоиквых
rjri« определения относительного набухания от 1\еш.л.иьл
гоб-^ешого веса в центре котлована устанавливают глуояиные
■акшка через 1 - 1,5 мпо глубже. На поверхности дна котлована
гГчне его* пределов устанавливаю! поверхностные марки на рас¬
стоянии 1 м одна от другой. За пределами котлована зги марки
располагают на участке длиной 10 - 15 м, начиная от оровки
Поя "проведении экспериментальных тюлевых работ моту г
рпнмечяться глубинные марки различных консхруктйкйых
оешений, напоямер марки-штыри, заделываемые с помощью
специального устройства в сгекки скважины на различной глу-
ДД На эти штыри устанавливают специальные трубки, которые
РЙвочятся на поверхность, или крепят струны, соединяемые с
ттоогибомерами ■ После установки трубок или струн скважина
засылается с послойным уплотнением легким суглинком^илк
веском. Могут использоваться и другие марки, в »ом числе и
с бетонным анкером.
Надежной конструкцией является марка^ состоящая ^ и.»
труб: обсадкой и северной. Порядок устройства такой мар¬
ки следующий. С поверхности пробуривают основную скважину
диаметром 90 - 110 мм и в нее опускают обсадную труоу. после
-стэго заптсбное пространство тщательно заливают жидким це¬
ментным раствором. Затем пробуривают скважину меньдаш ди¬
метра на 10-20 см ниже торца основной скважины. В _эос«мщ.
тгл-бу останавливают реперную трубу диаметром	ст-
,-ям образом, чтобы нижняя ее часть уперлась в забои скважины
малого диаметра. На нижнем конце реперной трубы заранее де¬
лаются четыре-пять продольных пропилов, в результатучетс об¬
разуются отдельные перья. В разделенную прогашами часть .ру-
5к с торца вставляют деревянную коническую прооку. .юсае
установки таперши трубы с пробкой легкими ударами сверху
забивают ее в грунт. В процессе забивки деревянная проока упл-
пастся в забой скважины, в результате чего перья раздвигаются
ц врезаются в грунт. Реперную трубу забивают на i0 - 1э см, за¬
тем' в верхней части между ней и обсадной груши устрашают
сальник из пакли и веревки. Марки такой конструкции устанав¬
ливают дня измерения перемещений грунта в основании опыт¬
ных фундаментов и в массиве грунта.	^	^
Повептщостные марки устраивают следующим образом, аз-
оабатываюг небольшой приямок размером ЗОхр смшгщотш
15 см. Этот приямок заполняют остовом, вопле чью ,i Ц-ь> р*
139

Таблица ЗЛб. Полевые и лабораторные работы, обязательные
при определении характеристик
Характеристики
набухающих
грунтов
Нолевые исследования
Лабораторные исследова¬
ния
слабо
набуха-
средке
кабуха-
| гоиие
сильно
набуха¬
ющие
cnaoo ! средне j сильно
набуха- I набуха-1 набуха¬
ющие j юные | юшие
Относительное
набухшие
-г
-ф
{«sw ~ f(p)J
Давление набу¬
—
-г
•f
ч-
хаю! я
Глубина зоны
—
-
г
Расчет¬
-
набухания
ным пу¬
тем по
значе¬
нию
Psw
забивают стержень диаметром 18-25 мм таким образом, чтобы
часть его находилась над поверхностью грунта,
С целью уменьшения времени, необходимого дня замачива¬
ния массива грунта, следует устраивать дренажные скважины
.диаметром 100 - 180 мм, которые заполняют щебнем или круп¬
ным песком, Дно рекомендуется засыпать тонким сдоем щебня,
хотя последнее не всегда обязательно.
Перемещение марок определяется нивелированием относи¬
тельно одного-двух неподвижных реперов, установленных в
непосредственной близости от опытных котлованов. Точность
замера должна быть ±1 мм. Нивелировка производится в пер¬
вые 5 - 7 сут после начала замачивания ежедневно, а в дальней¬
шем циклы уменьшаются и через 15-20 сут отсчеты можно де¬
лать 1 раз в 5 — 6 сут и даже реже.
По перемещениям глубинных марок в основании опытных
фундаментов строят зависимость относительного набухания от
действия внешней нагрузки, а по перемещениям марок, установ¬
ленных в массиве, строят аналогичную зависимость, но от дейст¬
вия собственного веса грунта. 'Нижняя граница зоны набухания
принимается на такам расстояния от дна опытного котлована,
где перемещения слоев практически отсутствуют.
Полевые опытные работы производятся в соответствии с
данными табл. 3.1 б.
Из табл. 3.16 следует, что при наличии в основании соору¬
жений сюшюнабухающих грунтов наряду с лабораторными ис¬
следованиями следует проводить полевые работы. Например,
при наличии сооружений, заглубленных в набухающие грунты,
необходимо, кроме того, иметь значения горизонтального давле¬
ния, которое возникает при замачивании грунщ и	м
пшшнтелшым к давлению ох действия собственною вы., .
.шш внешней нагрузки.
Г/1ЛЯА * ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИИ
НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
с основные принципы пюе-ктирозаиик
Выше отмечалось, что набухание грувюв нра их замачива-
,Jvy, Ппи»одит К появлению деформации здашш. возвэтишяьш
;Й: 4Йе йник специальных мероприятий. Поэтому при проек-
сооружений да набухающих грунтах
спедтет просматривать мероприятия, направленные
их Устойчивости и зкештуатаишнноя	;’£
я рохккы быть рззраоотгшл г* м..ьпщ-е у-*-
фжй‘вози«сновошй- процесса набухания груша ьост&тт.,
хаоактерз протекания этого процесса к зккошниершжшг,
гтшта в массивам Недооценка этих особенностей можш
привести к тому, что кредусмотренные меры окажут шш
гопсем ке эффективными.
Поясним это положение на одном примере-
nztmmm грунта происходи! в результате увеличения
к’гжносга Обычно принято считать, что влажность трудгг >->„•
новачия увеличивается вследствие утечек
тпчбояроводоЕ (сетей теплотрассы, водопровод,
i/т т-.*1 Поэтов, клалось бы, что избежать наоуханик « ■=>
►чйкно предотврати утечки я попадание воды в осьовшж,. аш
*£££ 4 ^ествкть путем проведения так называемых воды
SSflix меронриятий, Оддако даже
меоопдаятий не исключается возможности г.а5ухш,ил *рЛ-* •
4к в этом случае будет устранена только одна и^>
возможного набухания - искусственное ззма*ш,шьС	;
обусловленное изменением условий **1*£™**™*:^ .
■влаги под сооружением- ыледовмельао. щ-м пдхп.* -- -
даний на набухающих грунтах даже при осушешв^дил
водозащитных мероприятий не исключается возме
форшций зданий в результате наоуханящ(_fАГ^ваомеш^
таким мероприятиям можно премозв^п.ш —зг* •	- 1
деформации, наиболее	нгбяхзния
В некоторых случаях кажшшц что	- тч.
грунта можно, принимая давление по подоите	ф;
4fi ш большим давления набухания, г- эхом уыушс »
ж чнТэте 4имык:шщей к фундаменту, дейовтелььо мо-
^ шс4«вое3ть деформации разумея или ^	.
наблюдаться уплотнение грунта. Сяедовэтельао, ьрь	-
141

ствуют, так как при напиши этих вод произошел бы процесс на¬
бухания и грунты не относились к набухающим.
При выборе глубины заложения фундаментов в набухающих
грунтах должен учитываться новый фактор, определяемый спе¬
цификой этих грунтов, а именно, возможность появления дефор¬
маций, вызванных сезонным изменением влажности. Поэтому
подошва фундаментов долма закладываться на такой глубине,
при которой исключаются набухание и усадка при действующем
но подошве фундамента давлении. Допускается уменьшать глу¬
бину заложения на такую величину, при которой подъем и осад¬
ка здания яод действием деформаций (набухание-усадка) ни¬
жележащего грунта вследствие сезонных изменений влажности
будут допустимы»! для данных конструкций,
Размеры фундамента при строительстве на набухающих
грунтах определяются, как при строительстве на обычных гли¬
нистых грунтах. Согласно действующему СНиПу, среднее давле¬
ние по подошве фундамента от нагрузок не должно превышать
расчетного сопротивления грунта основания.
Для определения расчетного сопротивления основания не¬
обходимо располагать значениями и с. При этом возникает
вопрос: при каком состоянии грунта - природном или после
набухания - должны определяться характеристики у в с. Если в
качестве исходного положения принята предпосылка о возмож¬
ном замачивании всей набухающей толщи, то, казалось бы, не¬
обходимо определять исходные прочностные показатели для
разуплотненного, набухшего грунта. Однако такой подход не
отвечает природе процессов, протекающих при замачивании
набухающих грунтов, являющихся основанием сооружений.
Как отмечалось ранее, грунт в основании проходит через ряд
фаз деформаций. Первой является фаза уплотнения, обуслов¬
ленная действием внешней нагрузки, т. е. эта фаза соответствует
строительству и началу эксплуатации сооружений. В дальнейшем
отмечается увеличение влажности, что приводит к возникнове¬
нию следующей фазы. Однако характер деформаций, отвечаю¬
щих этой фазе, во многом определяется действующей нагруз¬
кой. Так, если внешнее давление равно давлению набухания, то
ожидать изменения плотности грунта не приходится, а при р <
< pgw в напряженной зоне произойдет разуплотнение грунта до
такого состояния, при котором давление набухания будет урав¬
новешиваться внешним давлением. В этом случае возможен
подъем фундамента, величина которого должна учитываться во
втором этапе проектирования, т. е. при назначении необходимых
строительных мероприятий. Следовательно, первая фаза отвеча¬
ет работе грунта под действием внешней нагрузки, а вторая
характеризует возможность проявления деформаций набуха¬
ния под этой внешней нагрузкой. Поэтому определяющим фак¬
тором для назначения давления на набухающие грунты является
144
условие работы грунта в первой фазе. Следовательно, яря опре¬
делении расчетного сопротивления основания должны использо¬
ваться значения у) и с, соответствующие природному- состоянию
набухающего грунта.
Необходимо иметь в виду, что при замачивании возможен
подъем фундаментов, величина которого зависит, в частности,
о/пеоедаваемого давления. В этих условиях крайне нежелатель¬
но чтобы давление по подошве фундамента распределялось не¬
равномерно, так как это приведет к значительному крену фун¬
дамента и появлению дополнительных усилий, не учитываемых
ири проектировании. В связи с этим краевое давление по подош¬
ве внецентренно нагруженного фундамента не должно превы¬
шать 20 - 50 % давления на основание.
Второй этап проектирования фундаментов в условиях на¬
бухающих грунтов включает проектирование по второму пре¬
дельному состоянию - по деформациям. Под предельным со¬
стоянием в данном случае следует подразумевать деформации
основания, вызванные набуханием грунта, при которых конст¬
рукции здания достигают недопустимых пределов (т. е. конст¬
рукции имеют одно из двух предельных состояний). На этом
этапе проектирования требуется определить возможную вели¬
чину подъема hsw и сопоставить ее с предельной для данного
здания 5ц. При этом должно выполняться условие
hsw*? Su •	(4л)
При невыполнении условия (4.1) следует предусматривать
специальные мероприятия, т. е. идти по пути применения одного
из вариантов устройства оснований и фундаментов, рассмотрен¬
ных выше.
Величина возможного подъема hSw зависит от ряда факто¬
ров. Расчет подъема фундамента, вызванного набуханием грунта,
производится по расчетным нагрузкам. При этом учитываются
основные сочетания нагрузок, включающие постоянные я вре¬
менные длительные нагрузки. При учете последних следует
иметь в виду, что нагрузки которые длительное время могут
отсутствовать, не следует вводить в расчет, например, когда
резервуары по технологии оказываются в течение 5-6 мес не
заполненными, нагрузка от жидкости не учитывается. При рас¬
чете подъема такого сооружения учитываются только постоян¬
ные нагрузки (собственный вес сооружения). Предельные вели¬
чины подъема различных сооружений приведены в СНиП
2.02.01-83.
Рассмотренные варианты предусматривают решения, позво¬
ляющие уменьшить возможный подъем [т. е. воздействуют на
левую часть неравенства (4.1)] либо увеличить допустимую ве¬
личину подъема. Последнее может быть осуществлено при про-

кия грунта в основании фундаментов формируются зоны уплот¬
нения или нейтральная. Однако при большой толщине набуха¬
ющих. грунтов имеется л зона набухания, вследствие чего воз¬
можен подъем фундамента. Значит., увеличение передаваемого
на грунт давления не устранит возможный подъем фундамента
при замачивании. Вернее это мероприятие может оказаться эф¬
фективным лишь при отсутствии зоны набухания, т. е, при
определенной толщине сдоя набухающего грунта.
При проектировании сооружений на набухающих грунтах
необходимо исходить из возможного замачивания грунта в пре¬
делах всей набухающей зоны, а расчет величины подъема сле¬
дует производить исходя из этого положения. Эхо справедливо
при замачивании грунта вследствие подъема уровня подземных
вод и утечек воды (или иной-жидкости) из трубопроводов, В
этом случае возможны перечисленные ниже варианты устройства
оснований и фундаментов, базирующиеся на выполнении усло¬
вий, при которых подъемы сооружений будут меньше предельно
допустимых ДЛЯ ИЯХ.
1.	Прорезка фундаментами набухающих грунтов на такую
глубину, при которой оставшийся слой грунта при замачивании
вызывает подъем сооружения на допустимую величину. Этот ва¬
риант исходит из возможности изменять глубину заложения
фундамента и давление но его подошве с тем, чтобы подобрать
такие значения этих величин, при которых исключается появ¬
ление недопустимых деформаций в сооружениях.
2.	Полная или частичная замена набухающего грунта другим,
не поддающимся замачиванию. В этом случае по аналогии с пер¬
вым вариантом допускается оставлять слой набухающего грун¬
та, деформации которого при замачивании будут меньше пре¬
дельных для данного сооружения.
3.	Применение свайных фундаментов, полностью ши час¬
тично прорезающих набухающую толщу грунтов.
4.	Подготовка основания путем устройства песчаных ком¬
пенсирующих подушек иди применения предварительного зама¬
чивания. грунта в основании.
5.	Подготовка основания на набухающих грунтах с примене¬
нием конструктивных и водозащитных мероприятий. Последние
устраняют возможность неравномерного замачивания грунта ос¬
нования, а конструктивные мероприятия обеспечивают эксплуа¬
тационную пригодность сооружений при возможном набухании
грунта основания.
Перечисленные варианты не исчерпывают всех способов уст¬
ройства оснований и фундаментов сооружений на таких грунтах.
Возможно сочетание тех ш® иных вариантов в зависимости от
условий строительства, вида сооружений и особенностей техно-
догаческого процесса, протекающего в данном здании. Напри¬
мер, целесообразно сочетание частичкой замены набухающего
142
rovCTia с дркмсттшнем водозащитных л, конструкхшстых ьгеш-
ярй3Е	замачивания грунта производств энными и
Умными водами деформации здстшя гФ;шедадн «==>;'
л грунт » результате, накопит* адагя в	- -
тлытстх ыыстстстн. В шусты, сщ -и. ш т
вшивать один из вашазгшв. приведенных	^
«еобходшно иметь в виду два ооеточшшст^. л ^
накопления влаги под
УУУУЙ ЩммУферяымя «огам. Наш о.ричшм» гифори-о
CiCTWT являться сезонные изменения вяаняосги. то
‘"2-Vv^p? чалежчым f оправданным методом стрьшнстьед»?- л»-
топы возможного изменения влажности mm-
или обычными глубокими фундаментами
gSSSSSLe ост,шт н обычных
,..„г.,шх грунтах включает два основных этапа. I} оп^Д-ь.
чщстстния н размеров фундаментов; 2) назначение
Ф™4сгПрФФоК«й. шгфСТланна »а	УД»®
3yrp!fi»i-vmomon пригодности сооружении пр« -одЪ
«ы^нс^Гнабуханием. При выборе вариантов на втором
'',vane не исключается возможность изменения ковструкшьнот
заложения и размер Ф^м^та
ча первом этапе следует исходил из положении,
ф „- тирован ии '’.а обычных тинистых грушах, «ах, .,i_,
:£е£ дашется в зависимости от
площадки и климатических осоиедкистеп ра*щт<.,
--Гпукгтвных особенностей возводимого здания, наличия
Томмлпш, вида фундамента под оборудование,
на грунт нагрузок, производственных возмож¬
ностей 'строительной организации и х. д. Однако <W*j**f опре¬
деляющих факторов при назначений глубшы йложень«
-енженевно-геогюгйческое строение ьдодд-дхи, х f--
нцстастовария гоуктов, расположение уровня подземных вод
Йри НШ1ИЧШ набухающих глинистых грунтов эта ««
мшошается так как такие грунты, как правило, .залегают сдоем
большой толщины м близко подходят к
г-чучае необходимо иметь в виду, сто верхняя -ши «-/S-fAU
бйм мб,д №» мм», I.«•
ogS2« ку«« >™»ы. Приме,»» «и*	ЦУфДУ
,.4а верхний слой которой представят в виде ст»
;о¥ сяу4е рекомендуется проходить такой' спой ш ошщстч нм
ZJm,, 1уНрстлети на сплошные, невквегреннме сдоя н,.оу>ст.,м-
ш^стщть. В рассматриваемых тинах подземные ьолыогс,.-
143

ведении конструк швнык мероприятий, например ори устройст¬
ве железобетонных поясов. Да я их расчета необходимо опреде¬
люсь усилия в стене, которые возникают при неравномерном
подъеме здания. Поэтому для такого расчета следует распола¬
гать значениями возможного перегиба сооружения,
В настоящее время' неравномерность «одьема при набуха¬
нии грунтов может быть наиболее достоверно определена ка
основе данных наблюдений за деформациями зданий. Так. но
имеющимся опытным данным для кирпичных зданий, возве¬
денных на набухающих .грунтах, стрелу подъема можно опреде¬
лить по формуле
fmax = feiisw »	(4.2)
где к - коэффициент, равный 0,002 1/мм; hsw -- подъем, мм.
2. ДЕФОРМАЦИИ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВЕДЕННЫХ
НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
Недооценка возможности набухания грунтов яри их замачи¬
вании явилась причиной повреждения ряда сооружений,- возве¬
денных на набухающих грунтах без осуществления специальных
мероприятий, т. е. возведенных как на обычных грунтах. Рас¬
смотрим деформации сооружений в зависимости от причин уве¬
личения влажности в основании.
Деформации ссору же ел* в результате искусственного зама¬
чивания груша в основании, Здание насосной построено на хва-
лынских глинах. Инженерно-геологические условия участка сле¬
дующие: под растительным слоем залегают четвертичные отло¬
жения слоем толщиной 1,5 -- 2,0 м, представленные суглинками,
ниже расположен слой хвалынской глины толщиной 4 м.
Насосная представляет собой одноэтажное здание размером
в плане 10x36 м. Но конструктивному решению это здание кар¬
касного типа: во наружным колоннам, опирающимся на отдель¬
но стоящие фундаменты, уложены балки покрытия к железобе¬
тонные шиты. Наружные стены опираются на железобетонный
ленточный фундамент. Давление по подошве составляет около
0,2 МПа. В верхней части стены под карнизом расположен не¬
прерывный железобетонный пояс.
В результате систематических утечек воды из технических
водопроводов произошли набухание грунта и, как следствие,
подъем сооружения. При эхом подъем наблюдался сразу после
начала эксплуатации насосной. Наибольшая скорость подъема,
равная 20,6 мм/мес, отмечалась в первый год эксплуатации. В
этот же год произошел основной подъем, составивший около
80 — 90% общего подъема. К концу следующего года подъем
практически стабилизировался (рис. 4.1). В табл. 4.1 приведены
146
г годы
данные, 'свидетельствующие о неравномерности подъема про¬
дольных стен здания.
Первые трещины появились в верхней частя стены при не¬
равномерности подъема, равной 0,0005. Существенно они начали
развиваться при перегибе 0,001 и достигли более 20 мм. Ввиду
возрастания деформации в верхней части стены был сделан ме¬
таллический бандаж из швеллера № 16. К этому времени наблю¬
далось уменьшение деформаций конструкций, что объясняется
стабилизацией процесса набухания грунта.
Бурением было установлено, что влажность хвалынских
глии увеличилась на 11 % и оказалась близкой к влажности на¬
бухания. -
Многолетние наблюдения за этим зданием показали, что
после завершения процесса набухания подъемы его не наблюда¬
лись. Грунты основания достигли влажности, соответствующей
его гидрофильной способности, поэтому ожидать изменения
влажности, в данном случае ее уменьшения', не приходится по
двум причинам. Во-первых, в процессе эксплуатации продолжа¬
ются утечки воды, вследствие чего поддерживается постоянная
влажность. Во-вторых, даже при отсутствии утечек воды влаж¬
ность ниже подошвы .фундамента не уменьшится, так как ниж-
Таблица 4.1. Деформации стея здания
Стена
Подъем, мм
Перегиб
фасада
мак¬
си-
маль»
ньхй
сред¬
ний
1-й год
2-й год
3-й год
Главного
124
84 ,
0.0001; 0,0006
0,0014; 0,0018
0,002; 0,002
Дворового 147
96
0,0001; 0,0005
0,0015; 0,001.7
0,002; 0,002 '
147

Таблица 4.2, Скорости подъема во времени
Здание
1
j 1-й гоя
Скорость подъема, мм/мес
j 2-11 год | 3-й год j
Пропановая
7,5
1,5
0,3
насосная
Компрессорная
5,5
0,5
0,3
Таблица. 4.3. Неравномерности подъема пропановой
насосной so времени
Стена
фасада
Подъем, мм
сред¬
ний
I
|
J.
1-Й год
Перегиб
2-й год
3-й год
Главного 107	105	0,0002; 0,0006; 0,0002	0,0001	0,0002
Дворового 107	95	0,0006 ; 0,0001; 9,0001	0,0006 0,0002
няя граница зоны сезонных изменений влажности расположена
выше подошвы фундаментов.
В этих же грунтовых условиях проводились наблюдения за
двумя другими сооружениями - пропановой насосной и ком¬
прессорной, в которых наблюдались систематические утечки
воды из технологических трубопроводов. По конструктивному
решению эти здания аналогичны насосной, рассмотренной ранее,
В табл. 4.2 приведены средние скорости подъема марок по этим
сооружениям, а в табл. 4,3 — неравномерность подъема.
Данные табл. 4.2 и 4.3 показывают, что практически через
2 года наступает стабилизация процесса набухания грунта и де¬
формации конструкций прекращаются.
Набухание грунта не только приводит к деформациям несу¬
щих конструкций, но и осложняет эксплуатацию технологичес¬
кого оборудования. Так, в результате крена фундамента ком¬
прессоры неоднократно выходили из строя. К моменту стабили¬
зации набухания максимальный крен фундаментов достиг 0,003.
Разрушение конструкций происходит не только в промыш¬
ленных зданиях, где по технологии производится переработка
большого объема воды, но и в жилых и гражданских зданиях,
где расход воды относительно невелик. При этом стены зданий
имеют большие трещины с величиной раскрытия до 100 мм. Ха¬
рактер трещин во всех деформированных зданиях идентичен: на¬
ибольшая величина раскрытия отмечается в верхней части, наи¬
меньшая •- в нижней, что характерно для деформаций перегиба
Рис, 4.2. Деформации гражданского здании
стены. Эти деформации появляются спустя 2 - 8 лет после окон¬
чания строительства и протекают медленно во времени.
Деформации столовой показаны на рис. 4.2. Здесь в резуль¬
тате небрежной эксплуатации систематически скапливалась вода
у приямка, расположенного рядом со зданием. Это привело к
увеличению хвалынской глины и поднятию фундаментов. Из-за
незначительной прочности верхней части здания, обусловленной
наличием больших оконных проемов, произошло разрушение
верхней части стены.
Многие промышленные сооружения, возводимые на хвалын-
схсих глинах, имеют значительные повреждения. В качестве при¬
мера можно привести деформации конструкций плиточного це-

Рис. 4.3. Деформации промышленного здания
ха Волгоградского керамического завода (рис. 4.3). Этот цех
размером в плане 57x282 м имеет наружные кирпичные несущие
стены с пилястрами и ленточными фундаментами. Внутренние
металлические колонны опираются на отдельно стоящие фун¬
даменты. Покрытие выполнено из металлических ферм, по ко¬
торым в продольном направлении уложены прогоны, Между ни¬
ми располагаются асбестоцементные плиты с утешителем.
Спустя примерно б лет после начала эксплуатации, в стенах
здания появились трещины и наблюдалось сползание металличес¬
ких ферм и штат покрытая. Деформации прогрессировали во
времени, что привело к обрушению участка наружной стены и
нескольких длит покрытия. Во многих пилястрах появились
косые трещины, вследствие чего потребовалось устройство в
некоторых местах специальных конструкций, поддерживающих,
металлические фермы. Наружная стена во многих местах была
разобрана и вновь возведена. С целью предотвращения сполза¬
ния н обрушения покрытия был разработан проект., предусмат¬
ривающий усиление всех пилястр металлическими обоймами,
устройство дополнительных связей между фермами и т. д.
Бурение скважин вокруг здания показало, что влажность
грунта возросла по сравнению с начальной на 5 - 6 %, но не до¬
стигла влажности набухания. Следовательно, процесс набухания
грунта не стабилизировался и поэтому можно ожидать деформа¬
ций конструкций в дальнейшем.
150
Т а б л и д а 4.4. Классификация здании по степени деформаций
Состояние здания	| Среднее число
I трещин
Очень хорошее	Менее 12	0,8	460
Хорошее	15	0,8-1,б	1200
Удовлетворительное	15	1,6-3,2	1200
Деформации в сооружениях наблюдаются и в случае приме¬
нения свайных фундаментов. Л. Коллинс приводит данные
наблюдений за движениями 12-зтажных зданий, построенных »
Южно-Африканской Республике. Фундаменты здания выполнены
в виде набивных свай длиной 3 - 9 м с уширенной пятой. Осно¬
ванием служат глинистые грунты, способные к набуханию. Сред¬
няя нагрузка на сваи составляет 50 и 100 кН. Несущие кирпич¬
ные стены домов опираются на железобетонные фундаментные
балки, уложенные на оголовки свай.. В двух домах стены арми¬
рованы, фундаментные балки отсутствуют. При проектировании
не были учтены свойства набухания грунта, и поэтому ствол свай
практически не армировался. В результате выпора свай, вызван¬
ного набуханием грунта, произошел разрыв бетона их стволов
и здания начади подниматься, при этом подъем был неравномер¬
ным. Максимальный замеренный подъем здания на сваях длиной
3 м при нагрузке 50 кН составил 85 мм. Классификация состоя¬
ния здания в зависимости от числа и размеров трешдн в их несу¬
щих стенах, данная автором, приведена в табл. 4.4.
Деформации сооружений в результате сезонного изменения
влажности грунтов в основании. Движения набухающих грунтов
з зоне сезонного изменения были рассмотрены выше. Установ¬
лено, что в результате климатических особенностей в определен¬
ные периоды года наблюдается увеличение млн уменьшение
влажности грунта, что обусловливает набухание или усадку гли¬
нистого грунта.
Если фундаменты сооружений не прорезают зону сезонных
изменений влажности, то в течение многих лет они периодически
поднимаются при увеличении влажности и дают осадку при
уменьшении влажности. На рис. 4.4 приведены кривые, иллюст¬
рирующие движение 2-этзжного здания, возведенного на ким¬
мерийских глинах (Керчь). При этом деформации основания
(набухание — усадка) носят сезонный характер. Такая законо¬
мерность находится з тесной связи с балансом атмосферных
осадков и климатическими условиями Крымской области.
Данные наблюдения показывают, что начиная с ноября-де¬
кабря здания испытывают подъем, продолжающийся до мая-
трещия
ширина
дпйна
Ш

ПРОГИБ ПЕРЕГИБ
1,гады
Рис. 4Л. Движение марок во времени	I
июня. Эхо вызвано набуханием грунта, связанным с увеличением	)
количества атмосферных вод, поступающих в грунт. Кроме того,	;
в зимний период практически отсутствует испарение, а возншсно-	т
вение температурного градиента способствует пермещению вла-	;
ги в верхние слои основания. Начиная с июня-июля наблюдается	:
интенсивное испарение воды в верхних слоях грунта, что приво-	?
дат к уменьшению влажности, а также перемещению влаги в	;
нижние слои грунта. В результате происходит усадка грунта, ш
здание начинает опускаться. Этот процесс длится, как правило,	!
до октября-ноября. После этого вновь начинается подъем, и	}
годовой цикл набухание - усадка повторяется.	;
Следует отметить, что в рассмотренном случае эти циклич-	,
ные движения произошли на фоне незначительной общей осадки
здания. Это объясняется тем, что количество осадков в зимне-
весенний период было незначительным (171 мм). Осадки же,
выпадаемые в летний период, не могут оказать влияния на изме¬
нение влажностного режима грунта в основании по двум причи¬
нам, Во-первых, глубина проникновения выпадающих осадков
незначительна и меньше глубины заложения подошвы фунда¬
мента. Во-вторых, в летний период интенсивное испарение пол¬
ностью нивелирует влияние выпадающих осадков и в это время,
как правило, наблюдается дефицит влажности в верхнем слое
основания.
152
Плтьем или осадка отдельных марок-, установленных в здз,
ИОДЬвМ шш	/ч.-х _ . А?тмяко эти подъемы
Э1И а*ржТ®оруже1мй отрицательно тшмт Ьгтж^
котой возможен
При этом шжтмщк*	называемая влажность увя-
'Шшштщ
мов. Обследование показало, что глубина
тов наружных стен составляла около 1,2 м, чет^®чихе
меньше зоны сезонных изменении влажности. Ктоме того в
непосредственной близости от здании (примерно в 3 - 4 м) нд
Испарение я транспирадая шгт даревьями
пптаели к уменьшению влажности грунта в основании на 5-
б %, что явилось причиной появления трещин в стенах здании
ИШПрше»Н№е'примеры деформаций характерны для зданищ
возведенных на глинистых грунтах. Оддако
лейЬормахшй наблюдаются и в зданиях, возведенных на ~У*лш
кахдаоторые при большой нагрузке могут проявлять проседоь
НЫ6 Деформации зданий в результате изменения
веского и температурного режима в основании после застрой
« ГолКя иовержности Грунта от
нарушение естественного процесса испарения в результат уст
оойства экрана приводят к увеличению влажности под экраном,
здо вызьшает набухаже грунта- После постройки сооружения
в его основании создаются условия, аналогичные условиям, по
« перекрытии поверхности грунта экраном, Поэто¬
му со временем в основании сооружения начинается процесс
набухания, вызванный увеличением влажности.	_
В качестве примера, иллюстрирующего „шд^ь®
на рис. 4.5, а приведены данные наблюдении за двумя крути
153

Рис. 4.5. Подъем жилых домов (а) т промышленного здания (5)
панельными 5-этажными зданиями (серия 1-464 II), построен¬
ными в Керчи. € целью увеличения жесткости и прочности зда¬
ние разрезано осадочными швами на три отсека, а фундаменты
выполнены яз монолитного бетона с непрерывным продольным
армированием на уровне подошвы и верха фундамента. Кроме
того, на уровне каждого этажа предусмотрена продольная арма¬
тура, образующая сплошные железобетонные пояса. Для устра¬
нения попадания воды трубопроводы проложены, в водонепро¬
ницаемых дожах. Основанием зданий служат сарматские гли¬
ны, мощность которых составляет 15 м. Кривые на рис. 4.5, а
характеризуют два процесса - осадку, вызванную уплотнением
грунта под действием нагрузки, и подъем, обусловленный на¬
буханием грунта. Как видно, осадка продолжалась в течение
полутора лет, после чего начался подъем здания. Ввиду боль¬
шой жесткости и прочности здания подъем происходил равно¬
мерно. Детальные обследования состояния водоводов показали,
что за время наблюдений утечек воды не было (как аварийных,
так и эксплуахациотшх).
Аналогичные деформации основания наблюдались при
эксплуатации здания механической ремонтной базы, возведен¬
ного на хвалынских глинах в Волгограде. Здание длиной 96 м
с четырья пролетами решено в виде железобетонного каркаса
с колоннами, опирающимися на отдельно стоящие фундаменты.
Давление но подошве фундамента составляет около 0,2 МПа.
Наружные стены выполнены из силикатного кирпича и ошраш-
154
какие-либо водоводы, а о»эпоьы » ■ основного здания,
но стоящий корпус,	*• готоинахбылиусганов-
воды из груша.	ппактике часто наблюдаются слу-
одного из заводов » г. йн*® ‘ ' несущ5Ши стенами и виут-
треххюолетное здание i, наружны. . *	->	на g4 м. Все три
реюшм каркасом. Ширина СР®№®	фундаменты наруж-
пролета оборудованы мостов' i. .	" Q г6^тяш цементном
,(.х «да» я» -	ф™£Гм»«*•
растворе, а фундаменты КоЛ0Н	* окояо о 18 МПа, Осно-
песком средней плотности.	„,ППЪ1грпъсгрг бьши обнаружены
Чепез год после завершения ciроительс •	. „	„ игтянов-
т-ешмта-.	Ф™Ф,™ь(ыГ|Гршя КМ»
покровного суглинка в хТродеса>	вч.званный набуханием
да npw»	»*«•
хвалыкскои П1даы.	^
* й»и* отсутс*,. ™ г«®-
дило к локальному скоплению воды.	только через
Подъем здания протекал тмтпъш,^ время л	^
5 - 6 ш наступи®	боя* »
скях гаки при	Поэтому м» прдаояожв»,
тенснвно, чем в данном «ыу .	лсяешлоте замачива¬
ло влажность увеличивалась не■	^"и^парения. Это
ш. груш., «о и	осно».
обусловливало медленное -а - ^ -	• попьем в пределах
пой приято* подлома	птвел к появлению шив-
дам «ГВ35 b3S££*	»тяжи
РНОГО ,««»., . тошко У—

етяЯЯКЖтят "ШК,1Ы *
численные деформации Эти •/ *' П' «‘‘-пьп ывают много-
осадки, перекоса ;^^11?°РМаЦШ я.“«™ в виде
равномерной усадкой гоуцтгр г™* K0H-C1fym&i и вызваны Де¬
нис, ngolen^ToS™ °£™Тп^тШр>
вало отклонения швогГ^го^ 30:1 Волгограда, эафиксиро-
ленных печей. Смешения	Tpyt}Stbmse Юпромыш-
вертикали достигало 1200'мм лш крене\о^0 0'’В^гп'Г°Й 4° М 01
»«™(“S	дю*мик" >*■
грунтов основании и ero^^SL р м влшкн°ети глинистых
01^оодзем““гей^^o5SSe»"^Tr0”e'"eM"ar‘*’”"w
экспериментально провой НЛ»“Л - ОСНове предложен и
ПлиЛВОа,х=ч Д, ровер-ь новый способ вьшравления коена
SX 50 - 70 %; плотность грунта _ ГЙ ыу5 . °’??5 ММ состаз№
ная - 0,24.- 0 22 игшит» „	- м г влажность: иачаль-
текучести - 0,56; угол внутоен^^го “Г л	границе
сцепление - 0 01 - 0 01 мп-- ,-ф.~р йя 12 J Удельное
0,24; дадлеяие набухт ~^1q о1ГмпГ.а°УХаШе ~ °’16 ~
нейная усадка - 0,09 - 0 14 ■’ ’ >w эОа, относительная ли-
жадезобетот^ой	В виде монолитной
заложенной на шбиг/Т-' I! 6,4 ~ 6 м и *>лнданой 0,5 м,
ответствует- 0 18 ~' 0 20 "мПя" 1"леше под п°Дошвой шиты со-
»«« ™
.шьной "“с"5”'Я ”™“ “««У™ М.-Р.В.,
проходили газы с темиер^ртй^бО~ з1{ЯгРр^зи° КОТОрым
ронним примыканием газоходов к nvf£’ ® Г С односто~
нагревались неоавнлмрпил ц к К	1РУ^-ь: основания
13#С) нагревались го^ш вТ5Гме^Т®”0 -(й° 50 “
технологической печью (рис 4 6) чяч«^ Дымовой трубой и
ного нагрева (зона М° 1V rv ,1; ’ dajBd*-H°H зоной максималь-
3» иа,-р„Й™ь M„V„y° “ош«,
частичного нагрева (зона 5гв от р *	- их отняли к зоне
' ‘а	* РУНты за пределами радиуса
156
Рис, 4,6, План газоходов вокруг
дымовой трубы установки
I - фундамент трубы; 2 - сущест-
вс.ющяй газоход; 5 - границы зо¬
ны N5 !; 4 -дополнительный газо¬
ход; 5 - щаницы зоны № 2
теплового влияния можно считать зоной, где искусственное
нагревание отсутствует (зона № 3),
Интенсивный многолетний подогрев хвалынской глины
.привел к уменьшению влажности в верхней части слоя, что выз¬
вало неравномерную усадку грунта основания в зонах № ! и 2,
и,следовательно, различную осадку диаметрально противополож¬
ных точек фундаментной плиты дымовой трубы. Крен труб раз¬
вивался в сторону печей, являющихся наиболее мощными ис¬
точниками нагревания грунтов основания. В качестве примера
в табл. 4.5 приведены результаты наблюдений за динамикой
крена дымовой трубы промышленной установки № 26.
Из табл, 4.5 видно, что скорость.нарастания крена труб была
максимальной в первые два года наблюдений я постепенно сни¬
зилась до нудя через шесть-семь нет после начала эксплуатации.
При крене 0,017 в нижней части железобетонного ствола появи¬
лись трещины и возникла необходимость капитального ремонта
дымовой трубы.
Таблица 4.5. Деформации трубы
Параметры деформации j Значения параметров после начала
I	эксплуатация, годы
{4-й
:т»т. :
! 6-8
| 7-й
Смещение верха трубы, мм
480
600
690
690
Скорость смещения, мм/мес
10.2
10,0
7,5
0,0 ■
Крен, трубы.
0,012
0.015
0,017
0,01.7
Скорость развития крена,
2,6-10--*
1,6-1 г4
1.6-Ifr4
0,0
рад/мес
157

T » б л и ц а 4.6 Температура, °С, влажность грунта основания
Грунт
Суглинок
Глина
Глуби-
Темпе- j Влаж-
Тем-
I Влаж-
Темпе
-(Влаж-
на по-
ратура | поста
перату
-1носхь
ратура|кость
верх»
1
. -1.
ра
1
.L
м
зона № 1
зе
на № 2
зона У9 3
0.0
52.4
0,000
31.3
0.000
28,4
0,050
0.5
4 7,5
0,006
33,5
0,212
28,6
0.236
1,5
82,2
0,016
33.0
0,223
23,1
0,235
2,5
96,6
0,005
31,6
0,210
18,7
0,226
3,5
87Д
0,008
34,5
0,276
16,7
0,302
4,5
61,5
0,004
31,5
0.237
15.4
0,293
5.5
52,8
0,238
34,7
0.257
14,6
0,270
6,5
50,0
0,267
33,6
0.208
15,0
0,260
Для изучения температурного и влажностного полей вокруг
дымовых труб было пробурено по 14 скважин глубиной 7 м, ко¬
торые оборудовались датчиками. Скважины располагали попар¬
но на расстоянии 400 мм одна от другой. В одну скважину поме¬
щали датчики температуры яз базе терморезистора' ММТ-1 я
MMI-4, в другую - обсадные дюралевые трубы для измерения
влажности нейтронным влагомером НИВ-1. В табл. 4.6 приведе¬
ны средние результаты измерений температуры и влажности
грунтов основания дымовой трубы установки № 26, когда тем¬
пература и влажность грунтов стабилизировалась, а развитие
крена труб прекратилось. В каждой из трех зон нагревания грун¬
та размещали по три пары наблюдательных скважин.
Из табл. 4,6 следует, что распределение влажности грунта в
основании дымовой трубы полностью определяется темпера-'
турным полем. В зоне № 1 грунты с. поверхности до глубины
4,5-5 м имеют влажность в предел ах 0 -- 0,01, что меньше гиг¬
роскопической влажности Хвалынске* глины. На глубине 6,5 м
влажность грунта в зоне № 1 не отличается от ее значений на той
.глубине в зоне № 3, поэтому распределение влажности в грунтах
ниже отметки -6,5 м здесь и далее не рассматривается. В про¬
межуточной зоне Г 2 влажность грунта снизилась незначитель¬
но - на 0,01 - 0,05 по сравнению с исходным природным про¬
филем влажности.
Но данным геодезических измерений перемещений глубин¬
ных марок, установленных в трех зонах нагревания, максималь¬
ные вертикальные деформации усадки, равные 5 - 12 см, за¬
фиксированы в зоне № 1, в зонах W 2 и 3 усадочных деформаций
практически не наблюдалось. Из табл. 4.6 видно также, что
уменьшение влажности хвалынской глины в зоне № 1 произош¬
ло только в части слоя толщиной 1,5 - 2 м ниже подошвы фун¬
дамента трубы на глубине 3 - 5 м. Усадка покровного суглинка.
158
много выше подошвы фундамента трубы, привела к
расход	гтта. я образованию воздушного присп-
оса^‘^!^.лотой И - 20 см между низом бетонного покрытия
поверхностью осевшего грунта. Воздушная ш-
ппАдятетвовшга теотовыделению из грунта в атмосферу,
гп^бстпуя таким образом его интенсивному нагреванию «
9,4icv- кпм-Ф тыыгаьх гоуб известным способом вы-
^пюжГпзшод &укдамента в данном случае оказалось не-
й'' ^2ф;^,ч цт-за невозможности прекращения раооты дам-
л*П!,ГГ^Гш1.иёпьчый СПОК. Поэтому дая выправления крена
применен способ направленного изменения влаздаосш
~£*тОВ’основания путем создания условии для равномедаом^
l,lV::;rx-3iCi« «од всей подошвой фундамента дьшовий
И ;'фф.,т. а,ш чягюоектярован и построен дононгоие.»ы-ы.. по
У!”	фуф Ф,ьш ив.» в,«л»
2	«шы. прИ»»«уууф
, .Ту.(л-т„чпй да.щш1м»гф хдаЪы. в плане доиоя^м.&йья,
падала ».	со гтооочы, шютшюлояожной щямыка-
каналов. Сечение дополнительно-
монолитного железобетона сечением iod\~bV ....	щ
150 мм. Применен жаростойких Оеш^м^ки
местном керамзите, расход которого дашавдач
полнены за две недели бригадой из	ъ
it.,,, ■	теплоперецачв в гуда.! мно и ciujc-- »•
ISSSiS'S—
-"р0.™/шм1оялась нивелированием послойно установив
г	марок. Расчетами и полевыми измерениями ус-
ганозлёно, что яри эксплуатации
•■'ОГО >а*охота в основании дымовой, трусы ададаш	л
вышине температурное ноле. Например f	одаш в
-,—гж-й'ч -Дюна № 1 > на гяуокнах ид; Од, I,--.-	;
':X-f.".3Tvm пдакта в одном из циклов измерении ссндаяш»
1<.м,да ./1 •	-	от,. 7Ч* 61 и 54°6'. С противоположной
соответственно 29; „да Ь,у /о, лд	- Д в
ГТООПЧЬ! дымовой трубы в одной из скважин .зон. «	•
вОКруг *>»»«»«
159

Рис. 4,7. Схема к расчету усадки
грунта иод краем фундамента
дымовой трубы
1	— дополнительный газоход;
2	- фундамент трубы
мовой трубы» не превышало 8°С. Такое температурное поле
можно считать равномерным исходя из условий сушки и прояв¬
ления усадки в массиве грунта.
Усадка грунтов в зоне № 1 проявилась полностью» что и
явилось причиной крена трубы. Дня выправления крена трубы
следовало добиться полного проявления усадки в зоне № 2 пу¬
тем сушки грунтов с помощью дополнительного газохода. При
расчете усадки грунта основания дымовой трубы в зоне № 2 в
месте примыкания к фундаменту дополнительного газохода за
конечное распределение влажности принято ее изменение по
глубине в зоне № 1. Такая предпосылка расчета усадки в зоне
я 2 основана на том, что после пуска в эксплуатацию дополни¬
тельного газохода в зоне № 2 создалось такое же температурное
поле» как и в зоне № 1. На рис, 4.7 представлены существующий
(кривая /) и прогнозируемый (кривая If) профили влажности
грунта по вертикали у края фундамента дымовой трубы со сто¬
роны» противоположной крену. Расстояние от подошвы фунда-
мента до точки пересечения кривых I и If представляет со¬
бой активную зону усадки набухающего грунта.
Расчетная усадка» определенная по СНиПу, хорошо согласу-
етея с экспериментально измеренными усадками, если в основу
расчета положить зависимость относительной линейной усадки
от влажности % h = f (w) ■ Для хвалынских набухающих глин
такая ззвлеимосгь получена на монолитах грунта, отобранных в
золе N 2 около дымовой трубы (рис. 4.8). Усадку определяли в
компрессионных приборах Гидропроекта при нагрузке 0,2 МПа
на ооразцах природной структуры и влажности. Образцы грунта
с начальной влажностью 0,34 - 0,35 подсушивали в приборах
рефлекторами до тех пор, пока показания индикаторов переста¬
ли изменяться. Затем образцы извлекали» влажность определя¬
ло
|Ч?с, 4Л. Зависимость относительной
)П)В:сд.ао<4 усадки хеальшских тшк
or f'jji.KVCCTH
-
g 	 X
4г;г-
%
_2__Дая1
2$ к%
JB1 вззешнванкем, линейную и объемную деформации усадки —
путем измерения образца микрометром. В дальнейшем образцы
глины высушивались в шкафу при температуре 105°С. При этом
влажность и усадка определялись аналогично. Из рис. 4,8 следу¬
ет, что усадка глины продолжается во всем диапазоне изменения
влажности. Интенсивность усадки глин при влажности ниже
0,10	0,21 резко снижается, что характеризуется на графике пе¬
реломом кривой esh -■ £ (w).
Основная доля усадки (75 — 85 %) хвалынских глин прояв¬
ляется до точка перелома на этом графике» которая может быть
одним из значений влажности в интервале 0,10 — 0,21. Посколь¬
ку усадочные деформации продолжаются при высушивании
пшн до сколь угодно малых значений влажности, необходимо
.признать условность понятия предела усадки как влажности, ни¬
же которой не происходит объемных деформаций.
При определений общей усадки активную ее зону' (см.
рис. 4.7) разбили на элементарные слои толщиной 50 см. По
профилю конечного прогнозируемого распределения влажности
(кривая П т рис, 4.7) рассчитывали среднюю влажность каждо¬
го элементарного слоя после подсушки и усадки. С помощью
графика (см. рис. 4.8) в зависимости от средней влажности оп¬
ределяли относительную линейную усадку последовательно для
всех элементарных слоев активной зоны. Общую усадку пласта
хвалынских глин под краем фундамента дымовой трубы в зоне
N* 2 рассчитывали как сумму усадочных деформаций всех эле¬
ментарных слоев.
После включения в работу дополнительного полукольцевого
газохода крен дымовой трубы стал заметно снижаться. Дня кон¬
троля фактической угадки в каждый слой грунта устанавливали
глубинные марка, а в цоколе трубы располагали стеновые мар¬
ки. Крен измеряли теодолитом» вертикальные перемещения
фундамента трубы' определяли нивелированием. Результаты
измерений приведены в табл. 4.7.
Через три года после начала подсушки крен дымовой трубы
снизился до 0,015. Вертикальное смещение марки № 4» установ¬
ленной в цоколе дымовой трубы со стороны, противоположной
хрену, составило 85 мм, что практически совпадает с расчетным
значением усадки.
5—397
ш

Лсрек-юрк.
фсрмагес
Т	У. 3.	‘1.7,	Tpyfi;.
жгло
грскес-
го-лолл озжогюхоо лооаоссз йорсунл-ск
; гол i 2о; eg;!	i оо
iu» vOu U
162
основания отличаются большой сжимаемостью и построенные
аа лих сооружения имеют значительные осадки. В последнее
время установлено, что основания из ишаков не только уплот¬
няются, но к набухают. Так, ка одном из заводов в США под, в
основании которого залегает слой шлака толщиной I м, под¬
нялся нс 80 мм.
Подобное явление происходило на одном из отечественных
металлургических заводов, построенном з 1953 г. Трехпролет-
ное здание было возведено на основании из ишаков электропла¬
вильного производства общей толщиной б — 8 м, В отвале бьши
многочисленные пустоты, а также куски размером до 1 м. Пос¬
ле 17 лет эксплуатации здания смесь шлаков превратилась в
разнозернистый (древесный, местами щебенистый) гоохный
состав серого цвета с включением до 30 % доломита. Плотность
массы в рыхлом и плотном сложения была равна соответственно
1,48 и 1,75 г/см3, а слежавшийся ишак имел следующий хими¬
ческий состав, %: SiOj — 15,6; Бе20з -- 3,6: А12С>з — 5,1;СаО •-
2,7; MgO — 29,5: прочие компоненты - 19,2.
Деформации конструкций, начавшиеся после строительства
здания, достигли через 5 лет значительной величины. Несущие
метаяяоконсхрукцш искривились, полы поднялись. В шлако¬
блочных стенах было обнаружено много трещин шириной 2 ~
35 мм, Разность в отметках подов на отдельных участках дости¬
гала 20 ,см. Кроме того, бьши обнаружены большие деформа¬
ции тормозных ферм, подкрановых балок я разрушения крепле¬
ний подкрановых балок к колоннам.
Затраты на ремонт здания (выверка подкрановых путей,
планировка пола, замена отмостки, подкрановых балок, уста¬
новка, под опорами конструкций специальных сварных столиков
и др.) достигали 436 тыс. руб. при первоначальной стоимости
здания 422 тыс. руб.
Деформации основания, вызвавшие разрушения конструк¬
ций, рассматривалась вначале как осадочные, ко геодезические
наблюдения, проведенные в течение 4 дет, показали, что происхо¬
дит неравномерное поднятие основания как в пространстве, так
и во времени. Подъем отдельных колонн достиг от 60 до 412 мм.
Для изучения причин этих деформаций шлаки были испыта¬
ны опытными штампами и проведены лабораторные исследова¬
ния слежавшихся а исходных шлаков. Был изучен также про¬
цесс набухания шлаков при замачивании их технологической
эмульсией. Набухание исходных шлаков, измельченных в поро¬
шок (размер частиц составил 0,5 мм), определенное в приборе
Васильева, указано в табл. 4.8. Время стабилизации процесса
набухания образцов в приборе Васильева — около 3 сут.
Из табл. 4.8 видно, что набухание отдельных шпаков изме¬
няется в больших, пределах и зависит от температуры, при кото¬
рой происходит замачивание шлака.
163

Таблица 4,8. Набухание шлаков, ояредсленйог
в нриборе Васяяь.'гьа
Состояние или вид шлака
Относительное набухание, ■%,
7.0
при 1, °С
: 4 %
... j 	 _
После расплавления
к
0.8
В конце окислительного
3,5
8,5
периода
Белый
2,2
2.6
Карбидный
5,8
-
Полу5<ислый
12
5
Таблица 4.9, Набухание шлаков, определенное е цилиндрах
Состояние или вид шлака и
его смесей
j Относительное набухание, %,
при t = 20°С в воде
в одопроводной
дистиллирован¬
ной
Посла расплавления (А)
0
0
В конце окислительного
.15
26
периода (Б)
Белый (В)
15
39
Карбидный (Г)
7
2
Полукислый 1Д)
61
39
А + В
33
19
А + В + Г
12
1,5
A + S + Д
18
19
А + Б + В + Д
16
22
Б + В + Г т Д
16
11
А+Б+Б+Г+Д
15
И
Примечание. Смеси взяты в равной пропорция.
Свободное набухание отдельных шлаков и их смесей, опре¬
деленное в цилиндрах, приведено в табл. 4.9.
Испытания слежавшихся шлаков (с размером фракции
0,5 мм) показали, что, несмотря на большой возраст(40 дет, в
том числе 22 года до постройки здания), они не утратили свой¬
ства набухания, Их относительное набухание, определенное в
приборе Васильева, при t ~ 20°С составляет 5,— 10%, а при t =
= 80°С — 12—17 %. Установлено, что при замачивании шлаков
технологической эмульсией величина их набухания уменьша¬
ется.
В восточной части здания и около северной стены его были
заложены опытные фундаменты размером 1x1 м, В течение пер¬
вых 3 мес ненагруженные фундаменты поднялись без дополни-
164
чсльисго змтяванля на 8 — 3 3 мм. Фухцз/щщы е ншутоз.кой.
o'cracs; 0,05 МПа, -• н« 4 _ <А ,• пргпузмой. рштА
0,1 МПа, - на 2 мы.
аняпвз результата? наблюдений. ДаНг’ы:: .кзблюденлй за
маозгчшц усгановлеянкми ча ряд? объектов, показ явью;-, что
хф-фто ум г 5 п Ф - ? < -Г	ф) :":ф-фу уутг.; ф'~ v ф>);ф8г ФФУ'ФФ Г1..
Дрыпцымп кабухаккя, как правило, являются утечь,ц из водо-
u;-c.:Qufl':c. Подьелзы сооружений начинаются сразу после пуска,
сбкекти в экешуахщЕю и протекают в первый период с высо¬
кой екпростькл В первый год ктбладдеакй скорости поаъеш
составляют в среднем 5,5 — 10,5 мм/мес (максимальные 15 —
20 мм/глес), После второго года скорости падают и составляют
0.5 - 3,5 мм/меег а после третьего года подъем отсутствует.
Таким образом, в условиях распространения хвалынских глин,
залегающих слоем 4 — 5 м. процесс набухания грунта в основа-
ник сооружений в случае интенсивного замачивания протекает
в течение 1.5 — 2 лет. Дальнейшие наблюдения показывают, что
вер.гнкальных перемещений не происходит.
Иная картина набухания наблюдается у зданий, для которых
характерно медленное нарастание подъемов. Так, скорость подъ¬
ема ремонтной базы благодаря отсутствию источников увлаж¬
нения значительно меньше (з 3,5 - 8 раз) и составляет в первый
сод всего лишь 1,7 мм/мес. Уменьшение скорости подъема во
времени происходат значительно медленнее. Так, если для зда¬
ний, где имелись интенсивные утечки, скорость подъема после
второго года уменьшалась в 7 раз, го для здания ремонтной ба¬
зы — лишь в 2 раза. Для этого здания характерно мехшешое на¬
растание подъемов, которое продолжается 5 лет и объясняется
тем, что здесь отсутствуют значительные исходники увлажнения,
способные увлажнить грунт в пределах всей площади, а вабу.ча¬
йте происходит вследствие накопления влаги в пределах всего
массива за счет уменьшения испарения в результате застройки.
Для обычных грунтов существует зависимость между сред¬
ней осадкой ж ее неравномерностью: равномерность осадки воз¬
растает с увеличением средней осадки. Зависимости .между не¬
равномерностью f и средним подъемом при набухании грунта
bSw приведены на рис. 4.9. На этом рисунке с левой стороны
приведена степень деформаций конструкций, отвечающая опре¬
деленному значению перегиба и среднего подъема, При перегибе
0,0003 наблюдаются трещины с величиной раскрытия около
10 мм. Этой неравномерности соответствует средний подъем
здания в 10 — 20 мм. При f = 0,0014 здания находятся в аварий¬
но?.* состоянии. Из рис. 4,9 жадно, что если допустить неравно¬
мерность подъема, равную 0,0007, как это рекомендовано CHfell.
то сооружения будут иметь значительные деформации с величи¬
ной раскрытия трещин более 15 мм.
Известно, что при назначении допускаемых деформаций для
165

о,ст:
Ofi-m
oom
emit—
т
, ,4?
i—■sH*.
	h
X-
1
	1
-I
ж
0 10 20 30 № 50 60 70 h^,nn
Рис. 4.9. Зависимость относительно¬
го перегиба Г от среднего подъеме
1 — допустимые деформации для
кирпичных зданий; 2 - допустимые
деформации по СНиПу; 3 - язя
сарматские глии; 4 - для хчалыч-
ских таки
кирпичных конструкций исходят из появления трещин в стенах.
За недопустимые деформации принимаются такие, при которых,
не появляются видимые невооруженным глазом сквозные тре¬
щины. Если принять это положение, то в случае перегиба здания
сквозные трещины появляются при неравномерности подъема
0,0002 - 0,0003.
Яри назначений допустимых деформаций следует исходить
из условий эксплуатации сооружений. Так, дя.я жилых зданий
недопустимы сквозные трещины независимо от величины их
раскрытия. Кроме того, в жилых зданиях очень чувствительны¬
ми к неравномерным осадкам элементами являются внутренние
перегородки. При нарушении их целостности к появлении даже
небольших трещин ухудшается звукоизоляция, нарушаются нор¬
мальные условия эксплуатации и требуются частые ремонты
квартир. Поэтому для жилых зданий следует принять наиболее
жесткие требования к недопустимым неравномерным деформа¬
циям (для малоэтажных кирпичных зданий без армирования
стен они равны 0,0003). Армирование стек в продельном направ¬
лении способствует выравниванию неравномерности деформа¬
ций. Однако в обычных грунтах на возможные нераномерносхи
осадки влияют два фактора; 1) сжимаемость основания;
2) жесткость и прочность сооружений. При этом чем больше
сжимаем грунт основания, тем легче выравнивать неравномер¬
ности осадки основания. Армирование увеличивает прочность
стены м поэтому яри местных подъемах можно ожидать увели¬
чения напряжений, передающихся на грунт в месте его иабухэ-
1шя. Это увеличение давления в известной мере уменьшает' подъ¬
ем. Для малоэтажных зданий, имеющих армированные пояса,
можно допустить неравномерность подъема около 0,0004 -
0,0005.
В промышленных зданиях можно не предъявлять таких
жестких требований к деформациям, как в жатых. В этом слу¬
чае допускается появление небольших трещин, которые не уг¬
рожают устойчивости и не осложняют эксплуатацию сооруже¬
ния. Поэтому, как показывают имеющиеся данные, предельная
неравномерность подъема может быть принята для одноэтажных
166
Т а 5 л и ц а 4,10. Классификация набухающих груше®
я рекомендуемые мероприятия
Качество грунтов { Набухаете, мм'
основания	j
Тип фундаментов и мерошда-
ятия
Отличное	0-6
Хорошее	6-12
Удовлетворительное 12-50
Плохое	50-100
Очень плохое	Более 100
Обычные
Усиленные обычные фундаменты
Разрезка здания осадочными
.швами на отдельные блоки
Свайные фундаменты с армо-
кирпичными стенами
Фундаменты в виде свай с уши¬
ренной пятой
яеармированяых зданий равной 0,0005 - 0,0006, а для зданий,
имеющих железобетонные пояса, — 0,0006 — 0,0007,
В настоящее время отсутствуют данные о наблюдениях за
многоэтажными зданиями. Однако визуальные наблюдения по¬
зволяют сделать следующие выводы. Нарушения конструкций в
многоэтажных зданиях наблюдаются реже, чем в одноэтажных,
при этом величина раскрытия трещин здесь относительно неве¬
лика. В промышленных, зданиях трещины практически отсутст¬
вуют. Для многоэтажных жилых зданий без армирования можно
допустить неравномерность подъема около 6,0005, а с армиро¬
ванием — 0,0006, Эти данные показывают, что допустимый отно¬
сительный перегиб ари подъеме здания составляет 0,5 относи¬
тельного прогиба, допустимого при осадке сооружения.
В свою очередь предельные средний а максимальный подъ¬
емы составляют 0,25 соответствующих допустимых осадок. В
этом случае средине и максимальные допустимые абсолютные
подъемы равны; для гражданских и промышленных зданий с
полным каркасом в виде железобетонных рам — 20 мм; для
многоэтажных зданий с несущими стенами из крупных пане¬
лей или блоков без армирования — 25 мм; для многоэтажных
зданий из крупных блоков шги кирпичной кладки с армиро¬
ванием - 35 мм; для элеваторов на сплошной плите - 100 мм.
В отдельных случаях при соответствующих обоснованиях эти
значения могут быть увеличены,
Д- Джекнигс и Д. Керрих на оснований наблюдения за боль¬
шим числом зданий, иостроениых на набухающих грунтах а Юж¬
но-Африканской Республике, предложили классификацию набу¬
хающих грунтов и методы устройства фундаментов для каждой
из рассмотренных категорий грунтов (табл. 4.10).
Авторы считают, что ари подъеме'более 12 - 50 мм необхо¬
димо осуществлять специальные мероприятия, направленные
на обеспечение эксплуатационной пригодности сооружений,
возводимых на набухающих грунтах.
16?

По данным Хольтца. и Гиббса. спенизлсвыв строительные ме¬
роприятия следует осуществлять при подъеме, превышающем
20 мам; тю другим данным - превышающем 12 мм
з расчет подъема массива и фундамента
ГД-'И НЛЕУХАИДИ тр':Д; Зд
Набухающие тонны отооешто к обширному классу струю-
турью неустойчивых грунтов. Дне выявления ргнгчетной схемы,
описывающей поведение так:их грунтов, необходимо установить
ззкономерностя их деформирования, Внешние факторы, вызы¬
вающие деформации оснований, разделяют на две большие груп¬
пы: силовые нагрузки и внешние воздействия. Поверхностные
нагрузки, объемные и инерционные силы относят к силовым
факторам. Примерами внешних воздействий могут служить фи¬
зические, химические и биологические воздействия. По-вндимо-
му, основное отличие структурно неустойчивых грунтов от
обычных состоят в их способности деформироваться как иод
действием силовых факторов, так и под влиянием внешних воз¬
действий.
Видимо, неправильно относить грунты к набухающим исхо¬
дя из их внутренних свойств без учета внешних воздействий на
них. Задача состоит в том, чтобы на основе изучения климати¬
ческих факторов и условий эксплуатации определить совокуп¬
ность внешних воздействий и, учитывая напряженное состояние
грунта, отнести его к тому или иному классу.
Общая деформация некоторого элементарного объема
грунтовой среды определится как сумма деформаций от дейст¬
вия силового фактора а внешних воздействий (при i, j ~ 1: 2;
3):
eij=ejj+«fj ,	(4.3)
ще e-j - тензор суммарных (общих) деформаций; е| и о| - тензоры де¬
формаций от действия соответственно силового фактора и внешних воз¬
действий.
Поведение реального грунта под нагрузкой в общем случае
описывается уравнениями, упруговязкопластического тела. За¬
кономерности деформирования от внешних воздействий для
каждого вида грунта устанавливаются экспериментально, при
этом влияние внешних воздействий на численные значения па¬
раметров поведения грунта под нагрузкой рассматривается по¬
путно.
Эти положения используются при составлении расчетной
схемы, описывающей поведение набухающих грунтов. Грунто¬
вое основание рассматривается как сплошной массив, линей¬
но деформированный под нагрузкой и набухающий при увлаж¬
нении. Деформационные свойства основания определяются мо-
168
дунем общей деформации, коэффициентом Пуассона и относи¬
тельным набуханием. Относительное набухание предлагается оп¬
ределять но формуле
ssw ~ m(l — P*/Psw) 4vw ,	(4.4)
щс га - коэффициент, зависящий от физических характеристик груша я
определяемый по формулам или экспериментально; щ - давление по на¬
правлению набухания; psw - давление набухания; Aw - изменение влаж¬
ности.
Выражение (4.4) получено по результатам обработки испы¬
таний набухающих глин, выполненных методом одной кривой в
компрессионных приборах. Коэффициент корреляции составил
г -- 0,977 ±0,005, что свидетельствует о наличии тесной связи
между рассматриваемыми параметрами и о высокой ...достовер¬
ности уравнения (4.4).
Исследования процесса набухания грунта в условиях слож¬
ного напряженного состояния показали, что уменьшение общего
объема набухания под действием внешнего давления происхо¬
дит в основном за счет деформаций но направлению, противо¬
положному действию этого давленая. Поэтому представляется
возможным применить уравнение (4,4) для случая сложного
напряженного состояния.
Стабилизированные деформации каждого элемента масси¬
ва определяются как сумма линейных деформаций, вызванных
действием поверхностных к объемных сил деформаций набуха¬
ния от увлажнения данного элемента;
ех [% -" v (°у + %) 1 /Е0 + m (I - %/psw) dvcj
sy = [Oy - *’ (% + од) ] /Е0 + m (1 - Oy/psw) Дж ; l	(4.5)
% = [0z _ p(а% + ey)] /E0 4 ш(1 - ozjpsw) Aw . j
При рассмотрении случая чистого сдвига зависимости меж¬
ду угловыми деформациями н касательными напряжениями
имеют вид:
■Уху = тХу/о-; 7хг ™ txz/!-to Туг = ryz/G 5
G = Ео/2(1 + v - mE0Aw/pgw) .	(4.6)
В уравнениях (4.5) и (4.6) ех, ev, ez; %, оу, az — компо¬
ненты соответственно линейных деформаций и нормальных
напряжений в направлениях координатных осей х, у, г: yxv.
Yxz, jyzl тХу, 7xz> 7yz — компоненты соответственно сдвй-
169

гоиых деформаций и касательных напряжений; г> — коэффи¬
циент Пуассона; fc,cG — модуль соответственно общей дефор¬
мации я сдвига.
Решаем выражения (4.5) и (4.6) относительно напряжений:
%. = Ей£2 (е>; + нхфе) - р ;
оу - Ео fг (еу + и£3 е) - с? ;
°z ~ E'ofs {ez + v%i е) - <р ;
rХу = GyXy ; т xz~ GP/xz i тyZ — Gyyz »
яде ft — I (1 + v - mE„Aw/psw); f, ~ 1/(1 - 2* ~ mE0Aw/psw) ; .
<i? = E# mfs Aw; e ~ex + ey + ez.
Дня линейно деформированного изотропного набухающего
тела справедливы зависимости, описывающие взаимосвязь меж¬
ду деформациями и перемещениями, условия сплошности, урав¬
нения равновесия в напряжениях.
Подставляя выражение (4.7) в уравнения равновесия в на¬
пряжениях, после преобразований получаем систему трех диф¬
ференциальных уравнений равновесия в перемещениях. Ввиду
сложности систем этих уравнений получить "решение в замкну¬
том виде для случаев двух- или трехмерных задач в настоящее
время не представляется возможным. При численной реализа¬
ции непосредственное использование этих соотношений также
приводит к значительным трудностям.
При решений этих задач методом конечного элемента вы¬
полнимы некоторые преобразования. Зависимости между нор¬
мальными напряжениями и деформациями представим в виде;
% = 4 - 4 ;	4 = Е? 1% - 4/ (1 - 2v* ) I (1 -I- „*) :
Oy~°y~V, 4 = Ef {ey - v*j (! - 2n*) ) (1 + v*) ;
az = <4~ip\ at = E* [ez+ v*j (! - 2v*) ] (1 + v*) ;
(4,7)
170
Eo = E0/(l - mE0£w/psw) ;
v*-pI(1 - mE0Aw/psw) .
Подставляя выражения (4.8) в уравнения равновесия в
напряжениях,получим:
ЭоЗ/Зх я Зтху/Зу + 3txz/3x + X - Зд/Зх = 0 ;
6rxv/3x + Пгу/Эу 3ryZ/3г + у - Зу/Зу ~ 0 ;
Зтхг/Зх -г Зту2/Эу + 3t|/3z + z — dspj'dz — 0 ,
а яри подстановке их в граничные условия имеем
a|cos(n,x) + rXycos(n,y) + rxzcos(n,z) —
~ Nx + у> cosfn. х) :
TxyCbS (л, х) + OyCOS (ft, у) + TyZCOS (n, z) =
= Ny +ycos(ri,y) ;
rXzCQs(n, x) + TyZcos(n, y) + <j|cos(n, z) =
= Nz + у cos (a, z) ,
me Nx, N у и Nz - компоненты поверхностных усилий.
Из сравнения уравнений (4.9) и (4.10) с соответствующими
уравнениями для- ненабухающего тела видно, что X	3д/ох.
у — Зу/Зу к Z — 3c,a/3z занимают место компонента объемных
сил, a Nx + у» cos (п, х) ; Ny + specs (а;у) и Hz + specs (a, z) заме¬
няют компоненты поверхностных усилий.
Таким образом, перемещения массива, вызываемые увлаж¬
нением набухающего грунта с деформационными характеристи¬
ками t0, v, га, psw, нагруженного поверхностными силами Nx,
Му, Nz и объемными усилиями X, Y, Z, совпадают с перемещени¬
ями в кенабухающей линейно деформируемой грунтовой среде
с приведенными деформационными характеристиками Еф р*ъ
нагруженной фиктивными поверхностными силами 1% +
+ ipcos(n, х), Nv + spcos(и, у), Nz + spcos(n,z) и объемными
усилиями X- Эу>/3х, Y — дф/ду, Z - Bsp/dz.
Используя подученные уравнения, можно методом конеч¬
ных разностей решить одномерную задачу по определению на¬
пряжения и перемещений в массиве набухающего грунта при
его увлажнении.
Выше были рассмотрены закономерности деформаций при
набухании грунта и установлены факторы, от которых зависит
подъем поверхности' и фундамента. Однако для практических
целей необходимо располагать методом, позволяющим опреде¬
лить возможный подъем фундамента. Очевидно, подъем поверх-
(4.9)
(4.10)
171

Рис, 4Л0. Схема к определению подъема поверхности при набухании
грунта
1 - подъем поверхности; 2 - дополнительное давление
ности можно вычислить, зная набухшие каждого слоя массива
и производя в дальнейшем суммирование их значений, т, е.
h$w “ £ eswpy] ,	{4.11)
l=i
те eswj, yj ~ относительное набухание и толщина рассматриваемого
слоя;” п *- число слоев, на которое разделяется зона набухания грунта.
Как отмечалось ранее, при замачивании массива грунта, на¬
чиная с определенной глубины, наблюдается скачкообразное
уменьшение относительного набухания. Зго уменьшение экви¬
валентно приращению определенного давления. При этом е уве¬
личением ширины замачиваемой зоны возрастает предельная
глубина, ниже которой наблюдается отклонение значений отно¬
сительного набухания. Исходя из этого можно сделать вывод,
что яри набухании грунта на слои массива, расположенные ниже
этой предельной глубины, действует дополнительное напряже¬
ние сверх тех. которые возникают от собственного веса. В свою
очередь эта предельная глубина зависит от ширины замачивае¬
мой зоны. Рассмотрим характер деформаций массива грунта и
силы, действующие в нем (рис. 4.10). Очевидно на слой грунта,
расположенный на глубине Я-—у, действует напряженке от соб¬
ственного веса вертикального столба грунта у (Н — у). Если про¬
исходит набухание грунта в пределах всей площади замачивания,
то этот слой стремится преодолеть вес грунта, расположенного
в пределах АВДС, Однако при перемещении слоя АС подъем
лежащей выше толщи будет происходить не только в предел»,
массива, ограниченного вертикальными плоскостями А В к СД,
но и за пределами этих плоскостей, т. е. в работу включаются
17.2
ptot = т(Н - у) * pi + рз -
(4.12)
Если принять распределение давлений по плоскости возмож¬
ного подъема равномерным, то эти давления на участке 1, — i м
равны
Рз = -у (Н — у)2 ctg б sin2 §12 {а + (H-y)tgaj ;	(4.13)
р2 = с (Н - у) / [а (Н - у) tga] tgl? + у (Н -
-• у) 2ctg 0tg р/2 [а * (Я - у) | tga ,	(4.14)
тПе а _ полуширина замачиваемого котлована; с — сцепление грунта;
кр - угол внутреннего трения грунта.
В верхней части массива напряжения, передаваемые на слон
набухающего грунта, ограничиваются собственным весом верти¬
кального столба массива; дополнительные давления JE и р2 бу-
дух действовать лишь с определенной глубины h - значения Ь.
можно определить из -условия
(4,15)
tictg 0 > з -ь h'tg a ,
Между относительным набуханием eswj, определенным в
полевых Условиях, я относительным набуханием по данным
компрессионных испытаний esw,l при значениях р < psw су¬
ществует зависимость
%vv,{ esw.licH — Д) »
ше сн к К„- коэффициенты, зависящие от айда грунта.
(4.16)
173

4.11. Схема к расту оснои-мтя
ирк набухания грунта
DL — -отметка Ш1гнаровкйу 10, ... лт_
метка подошвы фундамента; S.SW -
граница набухающей толщи; й -
глубина заложения фундамента от
уровня ттанироккк; ";> -	е-жде,:,;,
давление под подошвой фундаменте;
nig ~ вертикаль нос напряженке от
сооственкого веса грунта на глубине
z от подошвы фундамента; Hsw -
нижняя граница зоны набухания;
°>:р — дополнительное вертикальное
давление, вызванное влиянием веса
««увлажненной части массива грунта
за пределами площади замачивания
При инженерном методе определения подъема поверхности
или фундамента при наоухашш грунта учитывается только до¬
полнительное давление р}, так как экспериментально нс- было
обнаружено сдвига грунта по наклонным плоскостям, Общее
напряжение, действующее на рассматриваемый слой, на глубине
z or поверхности равно:
fftot “ l"z + »ad ~	>	(4.17)
ще..к„ - коэффициент,меньший единицы.
Коэффициент kg следует вводить для слоев, расположенных
ьиже определенной глубины h, величина которой зависит от
Длины Ltv, и ширины Вщ фронта замачивания. Следовательно,
коэффициент kg необходимо определять как функцию отноше¬
ния двух переменных величин Lco и Bw.
Расчетная схема распределения давления в основании при на¬
бухании грунта приведена на рис, 4.11. Из схемы видно, что в
слоях грунта при z > h наряду с напряжениями от собственного
веса грунта yz и от фундамента сыр действует дополнительное
напряженке, ооусяовленное характером деформаций массива
при набухании, тогда суммарное напряжение в i-том слое давно:
0 z,tot = a zp + ° zg + kgTd + kg7z ,	(4.18)
ьде Kg yd — дополнительное давление от слоев, залегающих от позерхнос-
■ао подошвы фундамента; kp-yz — то же, от слоев, залегающих от дс-
до швы фундамента до рассматриваемого слоя; Ь, - коэффициент, при¬
нимаемый по табл. 4.11.	ь	' '	- '
„ Коэффициент kg, учитывающий закономерности деформа¬
ций массива при наоухашш, определен в зависимости от глуби¬
ны расположения рассматриваемого слоя d + z, ширина замачи¬
ваемой площади и отношения сторон замачиваемой площади.
174
У а 0 а, о ч -Дм
- ЗмдМо
ши», шчеффгщч;
Ы ГД Дм
О: - г.1/0,,,
! .... ,
; ГеМФфЗдЗМЦИ
чат чг дрч отношений У-,,;/в<л,
у-т-н;ог'
■ : I
!
	1	!....
2
	Г1
j
а.
5 а
0,4 М бдшфдщ
'.0
0
0
0
0
0
0,58
од
С,43
0,29
: , ф
0Д2
0,63
054
Д.45
0,36
/
0 8;
0.7
0,61
0.5
ОД.
' '. у,
0,80
0,70
0.67
0.57
0,44
со;
0,94
0.82
0Д1
0,59
0.4''
'м5
0,99
0.87
0,75
0,67
ОД
1,02
0,89
0,77
0.04
(УМ
.1.04
0,9!
0,79
0,6 С’
0,54
1,07
0,94
0,82
0,69
0,5 7
-.ЮДЪФ м
фундамента
(иди
поверхности)
онреданяттся по
Формуле
п
by-? г“
ж %W,f,!ni ,
(4,19)
где e?v ; • ~ осксштгпзльчоч сабучаьие Угч слоя грунта (по цгтшы.ч ло-
ччшчх мУсчшдошпгай), h; - тошнёне расчмнгривчччшго слоя.
Установленную зависимость между знеченяягли сяноситчль-
ного набухания по данным полевых я лабораторных испытаний
мтокно з-'писать в виде
Mw/f ;'= е РЩЩШ/ :	(4.20 >
жосфпзцдвент ksw определен на основе тюлучеш-юй засшек-
моетн между е sv/.£ и eSzy для действующих давлений в масси¬
ва грунта, не превышающих 0,35 МПа:
гщПч ........ .0,05	0,05 - 0,1	ОД - Оса 0Л:В-')М 0.Р-0Д5
ksw			.0,8	0,75	' ОД	ОУП ' '	0,0
сМиосатеязноо набухание грунта щу находд-ся со щкиым
испытаний о, ксшшресеконяом приборе
•e-ц, — П%а1 "" гЗМпц >	ш-МД
гиг- h~ - вчгешл ебуаеча ячнарч ивякечче ечожеччя шищояйых чгычч-чич
' '’Учекшчвч обжагего без -зезможности очч-чеч-} гЕеччшгчг ч -щ.пеняем
д. чщччече цействуюшем'-" в середине раесгынпцчачм'чч: еяда сугтчжрчшчу
еоутс шеечному ш-сгряжснкю ш» (дм - высей- чшч же ccpeae:. чшдч
зачгаакчыиы ,гщ водного чоеокасьнцсетк под чеч; ;чс дечясчсйм.
;75

Т а 5 л к о, а 4Д2. Значения подъемов котлованов
Номер
| Размер
котло- | Расчетный j
Замеренный
! ЬстаДД
котлована
| вант, м
| яодъем :
подъем
!
! s ivs crv? i
ЦшШ СЧ1
1
Для г. Волгограда
2
5x8
13.4
12.5
ПОЯ
3
4x8.5
14.9
1.4,5
1,03
22
1x2
4,7
3,7
1,26
Для г. Ермака
1
4x6
13,9
13
1,07
23
7,5x7,5
17.3
12
1,04
24
6x6
13.6
9,8
1,4
25
10x1.0
22,3
2 0
1,06
26
4x6
13
10,4
1,25
При экранировании поверхности и изменении воднс-теаяо-
вого режима
esw = k(we,q- w0)/(l т е0) ,	(4.22)
Psw •“ ffz,toi -	(4.2oj
Следовательно, с учетом выражения (4,20) подъем фунда¬
мента определяется но формуле
hsw = 2 esw,i*!iksw,i •	(4.z4j
i~l
В табл. 4.12 сопоставлены расчетные и эк сдери ментальные
значения подъема дна опытных котлованов.
Приведем примеры расчета подъема фундаментов, вызван¬
ного набуханием грунта ври замачивании.
Пример 4Д, Рассчитать подъем железобетонного лотка, служащего
для отвода воды после смыка, полов. Замачивание происходит вдоль всего
лотка. Мирина лотка 1 м, глубина заложения его подошвы 1 м от дневной
поверхности, дайна нотка 50 м. Основанием лотка служат хг ад виски*,
шины плотностью 2 т/м8, салегаюдие слоем толщиной 4 то
176
Напряжениями от впыддай нагрузки з оснооаншг пренебрегаем, так
кок давление яо дну легка составляст всего й к:Ы. I.* атом случай пред¬
полагаем, что м массьчн; дайсдауют напряжения только or собственного
веса грунта. Разбиваем тодшу хв?лычеких глия не атташе слоя высотой
по 1 м каждый. Напряжение в середине рассматриваемого слоя опреде¬
ляется ДО формуле
л = k.vyfii ъ х) .	.	(42л ?
р, кПа			 ,40	80	105	138
csw, 4  	7,0	5,0	3,8	3,2
Подаем лотка при набухании хаяяыкекях глин составит
1да, = МСда.s ... + hksw = i00(0,07 -О,Е -»■ 0,05-0,78 +
+ 0,033-0,76 + 0,32-0,73) ~ 14,7 см.
2р " аР >	14,26)
где а - коэффициент, дашимаамый яо табл, 1 прял, 2(1.11 15 еестки-
могта ог формы подошвы фундамент», еоотношения сторон фундамента
к относительной глубины.

'i а о л и ц а 4.13, Величины, ыыохохе'ыые для расчета
подъема фукдамглта
Средняя I
глубина 1
z -г d/ i
/ Ещ ’ (
ко-
с>
1 а
!
I кПа
! j
i !
Ci.ad i
яг/
СЛОЯ 2 , М j
j
1
;
! i
0,5
ОД
00
0.92
18-1
10
0
194
1,5
0.16
0.0
0.41
82
30
0
•22
2,5
0,23
0,0
0/24
48
50
0
98
3.5
0,30
0,0
ОД 4
28
70
0
98
4,5
0,37
0,0
0.08
.16
90
0
106
5,5
0,44
0,0
0,06
12
НО
0
112
6,5
0.50
0,0
0,04
8
130
0
138
7,5
6,56
0.06
0,03
б
150
10
206
О £-
о,.*?
0,63
0,15
0,02
4
170
28
202
9,5
0/70
0.24
0,02
4
190
57
251
10,5
0/77
0,31
0,01
2
210
71.
283
Подъем фундамента при замачивании .всей тэгига I'pyre, >■.■■■!
sisw = ffSW;ShkS4V j + ... + e'swy i i = 100{i ,2 0-РЙ + 2,5-У,?:>
f 2,5 '0,76 + 2,5-0,76 + > 0,75 + 2,0-0,76 + 1,9-0,74 + 1,1-0,68 +
+ 1,0-0,68 + 0,06-0,64 + 0,000,61} -•= 12,3 cm.
При экранировании поверхности и изменения водно-тспдоаогй р
кима подъем определяется по формуле (4,24), а относительное набух
ш» - • по формуле (4.22).
о о о с:-
Рве. 4,12. Зависимость давления набухающего грунта
or перемещения стенки
на стенку. При движении стенки в сторону грунта давление на¬
бухания на изменяется, так как опытами установлено, что бо¬
ковое обжатие грунта не влияет на горизонтальное давление.
Движение стенки в сторону от грунта дает возможность ему
разуплотняться, а это приводит к снижению горизонтального
давления набухания. Это положение показано на рис. 4.12, где
кривая 1 выражает зависимость давления грунта на подпорную
стенку от ее перемещения, кривая 2 характеризует изменение
горизонтального давления набухания при- перемещении подпор¬
ной стенки, а полное давление на смещающуюся подпорную
стенку представлено кривой 3, Снижение давления набухания
при разуплотнении грунта подтверждено данными лаборатор¬
ных опытов. Это явление обнаружено а в натурном эксперимен¬
те сО смещающейся подпорной стенкой, проведенным в Волго¬
граде. На рис. 4.13 доказана' полученная по данным этого экспе¬
римента зависимость снижения результирующей эпюры давле¬
ния набухающего грунта на подкорную стенку ох относитель¬
ного разуплотнения грунта при набухании ц. Как видно, дав¬
ление набухающего грунта резко надает при малых перемеще¬
ниях стенки и достигает давления покоя сухого грунта при
относительном разуплотнении т? = 0,14 %, что соответствует
среднему перемещение стенки на 9,8•!(Г3 м, т, е. на 3-!0"3Н
(Н 	высота стенки), Такое перемещение не существенно для
гжеглуатааиошой пригодности стенки, но значительно снижает
горизонтальное давление набухания и доказывает возможность
нормальной работы стенки, имеющей засыпку из набухающе¬
го грунта.
При расчете давления на подпорную стенку набухающего
грунта используют модель, основанную на температурно-влаж¬
ностной аналогии, и ее реализацию методом конечных элемен¬
тов. Аналогия между набуханием грунта при увлажнении и теп-
179

новым расширением упругих тех позволяет использовать для
изучения наиряжениодеформировашаго состояния массива на¬
бухающего грунта за подпорной стенкой математический аппа¬
рат теория термоупругосхи.
Деформация набухания грунта esw в случае свободного
пространственного набухания но аналогии с температурным
расширением может быть определена из выражения
eSw — !3Aw
(4,27)
где в - коэффициент линейного расширения при набухании грунта, при¬
нимаемый постоянным и не зависящем от влажности; ,iw = w - we -
приращение влажности по сравнеггшо с начальной w,,
Уравнение закона Гука для влажностного напряженного
состояния имеет вид:
°ij ~ 45уе]ж|с + 2G<?jj — 3Kesw ,	(4.28)
гае сг-|| - компоненты тензора напряжений; Зу - символ Крояскера;
efcir —*'ех т gy + ez; ejj - компоненты тензора цеформваяй; С = Ё/2{1 +
+ v) - модуль упругости при сдвиге; К = £/3(1 - 2») - модуль объ¬
емного сжатия (здесь и - коэффициент Пуассона грунта),
В случае плоского деформированного состояния деформа¬
ции. свободного набухания по осям х и у имеют вид:
typsw “ ey.sv/ — (1 + и)(5Aw .	(4.29,1
ISO
Основной характеристикой набухающих грунтов является
свободное относительное набухание, подучаемое в условиях на¬
бухания без возможности бокового расширения в одометре.
Величину влажностных деформаций в условиях одометра можно
получить осда.в со- г, ™ 0 к су ^ 0.
е y.sov ~ (■*■ + w/ (1 — г) -
(4,30)
Сравняв выражение (4,29) и (4,30), запишем
£y,sw~ О ~ *-))fc'y,sw s	(4,01.)
тде ей sw - влажностная деформация в стулае плоского деформированно¬
го состояния; t‘y sw - то же, в условиях набухания без возможности бо¬
кового расширения (в одометре),
В кааьяейшем лод величиной esw будем донимать свобод¬
ное относительное набухание, порченное экспериментальным
путем в одометре.
Сравнение основных уравнений теории упругости с учетом
влажностных напряжений с соответствующими уравнениями
без такого учета показывает, что перемещения, вызываемые из¬
менением влажности набухающего грунта, совпадают с переме¬
щениями, вызываемым!? объемными садами. Это обусловливает
й ссответствуетщвй способ учета воздействия кабу капля в виде
гщдолштгеяьпых объемных сил,
Рассмотрим в соответствии с теорией термоупругоеш тэтос-
ккй прямоугольный элемент, яаход>ш,шйся в услезияк сжатия
без возможности бокового расширения. Принимаем, что эле¬
мент мгнозент-нз нагрет от 0° до темяературы 1'*', Задмшдм
.'.шток Гука дли плоского аефорхшровакного состояния;
е>; = ------ № - --	- °у) + аТ;
Ь	г — в
су = ------ (Оу - 		Ох) + аТ ; I	^432)
Е	'■ I - V	!
!
сд “ О ,	j
где аТ е -т - деформация элемента в плоском случае вследствие его
нагрева на Т*.
(4.33)
Ш
Граничное условие для такого элемента
ех ~ 0 •

К элементу может быть приложена вертикальная нагрузка
о; которая может изменяться.
Из системы уравнений (4.32) с граничным условием (4.33)
получим давление oj, которое полностью исключает температур¬
ное расширение элемента
O'jr — tejl(i + v) (l -- 2л)	(4.34)
или
0T =	'	 (i - v)e'v
1	(1 + v) (1 - 2v)	' 1
(4.35)
где ej - максимальная температурная деформация в случае плоского
деформированного состояния; ej — то же, в условиях невозможности
бокового расширения.
Связь между Титовым расширением и внешним давлением
якиейяан. Давление, конеостью исключающее температурное
спсдшрзнне, в упругом материала кроме коэффициента тепяовс-
го расширения а при достоянной Т определяется его деформаци¬
онными характеристиками Б и v.
Температурно-влажностная аналогия предполагает, что де¬
формация элемента грунта при увлажнений его на величину Aw
аналогична температурному расширению упругого материала
£.фк нагреве его на .величину Т°. Давление, при котором полнос¬
тью прекращаются деформации набухания, есть давление набуха¬
ния. Однако процесс набухания, обусловленный действием моле¬
кулярных, осмотических и капиллярных cm, описывается более
сложный»® соотношениями, чем температурное расширение уп¬
ругих тел.
Во-первых, коэффициент лшейного расширения яря набу¬
хании в грунтах не является постоянным, а зависит от влажнос¬
ти, давления и других факторов. Кроме того, отсутствуют мето¬
ды, позволяющие достаточно достоверно определять его в яабо-
раборных условиях. Во-вторых, зависимости esw ~ f(cr) для
всех видов набухающих грунтов имеют ярко выраженный нели¬
нейный характер.
Совместив графики ею = f (о) и esw ™ f (<>), получим сов¬
падение только двух крайних, точек юр = esw и от = osw. Если
ала определения os%> воспользоваться формулой (4.35), приняв
t'T — =sw> определенное опытным путем, и Е -- модуль дефор¬
мации грунта в ненабухшем состоянии, то .подученное значение
давления набухания может отличаться от экспериментального
значения. Чтобы расчеты с использованием температурно-влаж¬
ностной аналогии давали в крайних точках результат, еовшдаю-
182
«дш о опытными данными, необходимо использовать модуль
деформации, определяемый из выражения
Esw = (1 + у) (1	2е) osw/(1 - и)esw ,	(4.36)
.При нсйсддлсшшна Esw. определение гс по формуле (чМоф
олыгЕЗя кривая преобразуется в прямую, проходящую горд? дне
крайние точка. Это является первым приближением в может
применяться для ориентировочных оценок напряженного состо¬
яния набухающей среды.
С целью приближения промежуточных значений теоретичес¬
кой зависимости esw - f (о) к опытной кривой, последнюю не¬
обходимо разбить на участки, в пределах которых указанную
зависимость считать линейной, и для каждого участка по форму¬
ле (4.36) определять модуль деформация, соответствующий
данному интервалу напряжений,
Описанный прием представляется целесообразным, так как
наиболее достоверными данными о параметрах процесса набуха¬
ния, получаемыми на практике с использованием подробно раз¬
работанной и многократно апробированной методики, является
зависимость egw - f(y), полученная методом одной кривой з
одометре. Этот прием позволяет наиболее простым в надежным
способом приблизить используемые в теория термоупругости
зависимости к экспериментальным.
При рассмотрении напряжекно-деформкровашош состоя¬
ния незамеченного массива за подпорной стенкой приняты сле¬
дующие допущения: решение задачи ведется в условиях плоской,
деформации; грунтовая среда, неоднородная в делом, в преде¬
лах каждого элемента принимается однородной, дзотрошюи,
линейно деформируемой и характеризуется модулем деформа¬
ции Б и коэффициентом Пуассона и; рассматривается жесткая
стенка; на поверхности контакта стенка -- грунт реализовано
условие проскальзывания стенки относительно грунта. Шпршз
расчетной области равна (3-4)К от боковой поверхности стейк??.
» глубина — (6-7) Я от низа стенки.
В массиве группа за стенкой выделяется область, в которой
предполагается замачивание грунта. Принимается, что замачива¬
ние до влажности, равной влажности набухания, происходит
мгновенно. При этом задача вязгопереяоса может быть поставле¬
на s решена, отдельно. Тогда результаты ее решения могут быть
использованы в рассматриваемой задаче в качестве исходных
данных. Деформационные свойства набухающего грунта зави¬
дят от напряженного состояния. Коэффициент Пуассона, у принят
равным 0,42 и считается-одинаковым для замоченного я незаме¬
ченного грунта. Основной характеристикой связи между дефор-
шщтми набухания а действуюпдш давлением служат получен¬
ная экспериментально в одометре кривая esw ~ £(а), предать з-
183

(4.37)
cji—| <• °y ** °'i >
IBs Gy - вертикальнее напряжение, сформировавшееся в элементе в неза¬
меченном состоянии под действием собственного веса; <rj -- напряжения
на границах участков разбиения кривой esw — f{c): f»= 1. 2, в(п — число
участков разбивши).
При эхом щ ~ 0, ап ~ 0SW.
Для элементов, в которых соблюдается условие (4,37), мо¬
дуль деформации вычисляется по формуле (4,36), Если оу =
= набухание в элементе не происходит и модуль деформа¬
ции в нем принимается равным модулю деформации сухого
грунта,
После определена.* новых значений модуля деформации
пт элементов замоченного массива происходит пересчет матри¬
цы жесткости системы с учетом определенных модулей дефор¬
мации и вектора нагрузка с учетом деформации набухания и на-
г-.ряжгнното состояния, сформировавшегося на предыдущем эта¬
пе. Корректировка вектора нагрузка осуществляете я методом
начальных деформаций. Загсы расчет повторяется с новой матри¬
цей жесткости к вектором на грузки и определяется накряженнс-
деформкровзлное состояние массива птувта, часть которого за¬
мочена и набухает.
Ддк проверки достоверности результатов расчета по списан-
кой выше методика были использованы данные натурного экспе¬
римент!. проведенного в Волгограде с хвалынской единой нена¬
рушенной структуры хугошхаегичной консистенции. Характерис¬
тики грунта до замачивания быки гшедующнхш: р — 1,85 t/см5,
е = 0,83, w ~ 0,30. Модуль деформации грунта в естественном
состояний Е ~ 15 МПа. Кривая зависимости §.rw =.-
f (о) полуде-
на а одометре. Высота стенки принята равной 3,15 м. Ширина
г.асчегйой. области равна 12. а гяубкна — 23 ?л. Высота замочен¬
ной области принята равной высоте стенки, г лшрика — 7 м.
На рис. 4.14 представлены результаты расчета давления на¬
бухшего грунта на абсолютно неподвижную жесткую стенку и
дано сравнение нх с данными эксперимента. Как видно из
рис. 4,} 4, ангары давшншя грунте, долу ценные расчетом методом
184
р-ы;, 4Лч. Зяжры дааяекчк igvma
Фа >&!»а»яжну» «юкку
/ — давление покоя ггжята; л -
окстмйкмокталышя зторв; .? - рьг-
чатная зякща е постоянным моду-
пем деформации; н - тс же, « ае-
. . . :«о.о; модул"S :«Л ес-ы«.:У
конечных элементов (кривые J и 4), близки к экспеуаменталь¬
ной эгаоре (кривая 2). Эпюра 3 соответствует случаю спрямле¬
ния кривой е sw ~ т(л) к использованию одного модуля де¬
формации, равного 0,68 МПа. Зяюра 4 подучена расчетом с раз¬
биением кривой 1 т два участка. Расхождение^значении орди¬
нат зтноры 3 с их значениями экспериментальной эпюры в верх¬
ней части стенки объясняется снижением давления набухзтая
зри небольшом разуплотнении грунта я ^результате его взбуха-
1мя в вертикальном направлении. Разбиение кривой eSy,- ~-
~ f(o) на участки з использование «еремеакого модуля де¬
формации (эпюра 4) позволяет учесть это явление. Как видно,
зтнора 4 имеет меньшие расхождения е зкелеримектаяьиои, чем
эпюра 3. Вместе с тем результаты расчета и данные эксперимента
показывают, что давление, оказываемое на стенку грунтом при.
набухании, значительно превышает боковое давление сухого
грунта на неподвижную стенку (эпюра 1).
Расчетным путем получено давление часу хающего грутоа
на смещающуюся подпорную стенку я дано сравнение их с
экспериментальными данных®. При этом установлено, что яри
смещении стенки от давления грунта резко снижаются переда¬
ваемые на нее давления, При этом характер расчетной г,-шоры
близок к характеру экспериментальной.
185

ГЛАВА 5. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В НАБУХАЮЩИХ
ГРУНТАХ
1, ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СВАЙ В НЛВ7ХАШШХ ГРУНТАХ
Одним ш методов, ^^жсяечивзюпгих ноютапьчую эксчлух
Шиою сотруж«ш-ш га набухающих грунтах, является полная
или частичная проретка таких грунтов свайиыг-ли фундаментами.
В этом случае можно снизить или полностью избежать подъема
здания. Однако опыт применения свай в том числе а за рубежом,
показывает, что и s случае применения свай наблюдаются де¬
формации сооружений. Это объясняется тем, что-При проекти¬
ровании ке учитываются в нотой мере особенности деформаций
грунта при набухании.
Работа свайных фундаментов иссяецозалась с целью изуче¬
ния: несущей способности свай и набухающих грунтах природ¬
ного сложения и после ах замачивания; 'деформаций — подъемов
свай прн набухании грунта; с-ия выпора, действующих яа сваю
при подъеме грунта; деформаций грунта около сваи. Экспери¬
мент с набивными и забивными сваями, со сваями с уширен¬
ным основанием и со свайными кустами проводились на пло¬
щадках, сложенных различными видами глин.
Для определения сопротивления ко боковой поверхности
набивные сваи устраивали таким образом, чтобы исключалась
работа ее торца. Дня этого в пробуренную скважину устанавли¬
вали диск с приваренным стержнем, который закреплялся на
поверхности. Зазор между забоем скважины и диском состав¬
лял 25 — 30 см. После установки диска скважину запояшете
бетоном я получали сваю с освобожденным нижним хордом. В
сваях с уширенным основанием полость устраивали, применяя
специальный уширитель нлк раздавливающий агрегат конструк¬
ции AM. Ягудина.
Эксперименты проводились в основном с набивньши свая¬
ми. Полученные яри этом закономерности работы свай жгут
быть распространены и на забивные- свая. Это обусловлено тем,
что забивные сван погружают э набухающие грунты с примене¬
нием лидирующих скважин, а следовательно, сопротивления по
боковой поверхности забавных к набивных свай практически
равны между собой.
Дня подтверждения этого положения проведены специаяь-
ные эксперименты в районе Джезказгана. Железобетонные
сваи забивали в пробуренные скважины таким образом, чтобы
между забоем скважины и сваей оставался зазор, равный 20 -
30 см. На згой же площадке устраивали набивные сваи е осво¬
божденным низшим торном’. Экспериментами установлено, что
отношение сопротивлений но боковой поверхности забивных я
набивных свай, составляет 1,04 - 1,17, т. е. условия работы этих
свай практически не отличаются.
186
Ж!
Те
Ггшвхд я длина
	L.
Сопротивление,
МПа
СОЯ TQO-i гю ТО'
цоь-i ; Уа.шЬу’
j Ги>-
t »ерх-
I носли
	l:_
Сарматские:
3
4
5
Уваяывские:
1
1.5
2.5
3.5
Четвертичные:
3
4-
5
6
80
70
10
100
80
20
130
ПО
20
30 ’
20
10
50
30
20
90
50
40
1.50
100
50
350
250
100
500
400
100
600
500
100
650
530
120
0,87
0,319
0,37
0,80
6.37
0,32
0,84
б[37
0,35
0,67
3,4
- 0,34
0,63
68
0,34
0,65
13,6
0,34
0,67
17,0
0,45
0.72
33,0
1,37
0,8
33,0
1,6
0,83
33.0
1,6
0,85
33,0
1,52
Несущую способность набивных свай исследовали в грунтах
чрйоодного сложения, а также после их набухания, вызвзнншо
замачиванием, С этой целью в специально разрабатываемых коз-
лошшшс устраивали обычные сваи и сваи с освобожденным ниж-
шмтоойом В этом же котловане на анкерных сваях мипиро-
Si у”“»о,ку ИЛ» «мш жяжшш, сш.
загружалась бетонными блоками, общая масса которых ыдлыв-
ияпа около 100 т. Статические испытания проводили гидравли¬
ческими домкратами ДГ-100. Осадку свай измеряли прогиооме-
сами системы Максимова.	■	____
Несущую способность свай в замоченном груше определяли
аналогичным способом с той разнице, сто после устройства сваи
грунт предварительно замачивали через дренажные сква»-йыв
течение 5 — 10 мес. Результаты испытаний сваи в грунтах --ре-
родного сложения приведены в табл. 5.1.	,
Из табл 5.1 видно, что в набухающих грунтах Мэ - J,s/
обшей предельной нагрузки воспринимается боковой поверх-
тСГШтш: ‘испытаний свай в грунтах после их тамачивання при¬
ведены в табл. 5.2.
р3 табл, 5.2 видно, что в замоченных набухающие грунтах
так же, как и в грунтах природного сложения, в общей несущей
18?

Т а б я vi ц а 5,2, Предельные нагрузки на сваи
в набухающих грунтах после их замачивания
Глины и длина ! Предельная нагрузка, кЯ |	i Сопротивление,
см АЙ. IV?	I			-jr~~ 					 ; ”*Л‘	МПй
i об щвя
1 D
! А XV.
\
\
\
j по бо-
1 КОВОЙ
| поверх
j КОСТИ,
1
1.
i
; но тор-
}ет On
!
j
ПОД тор
Ц0М
■ 'по fie-
j козой
\ ПО"
jaepx-
1 но cm. 5
Km
Сарматские:
3
50
45
5
0,9
1,59
0,3?
4
70
60
10
0,86
3,19
0,24
5
80
70
10
0,87
ЗД9
0,22
Ь
110
90
20
0,82
6,38
0.24
Хв аяыжжие-.
1
19
12
7
0,64
2,20
0.20
1,5
31
22
9
0,70
2.80
0,23
2,5
61
41
20
0,67
6.2S
0.26
3,5
100
60
40
0.60
12,SO
0,27
Четвертичные:
3
143
103
40
0,72
12,5
0,54
4
210
155
55
0,74
17,2
0,61
5
280
185
98
0,65
30,6
0,59
6
325
205
100
0,63
31,2
0,56
способности основную роль играет боковая поверхность, на до¬
лю которой приходится 0,6 - 0,9 общей предельной нагрузки.
Сравнение результатов испытаний сдай в грунтах пряродно-
гс сложения и после замачивания показывает, что в последнем
случае несущая способность свай существенно снижается
(табл. 5,3),
Из табл. 5,3 видно, что снижение несущей способности сван
после замачивания зависят от вида набухающего грунта к длины
свам, Пои этом с увеличением последней уменьшается разница в
несущей способности свай в природном к замоченном грунте.
Это объясняется тем, что с увеличением глубины значительно
уменьшается набухание грунта, вследствие чего уменьшается
различие в прочностных характеристиках природного и замочен¬
ного грунта. Очевидно, нижа зоны набухшая, где разуплотнения
грунта не происходит, нормативное сопротивление грунта но бо¬
ковой поверхности и под торцом свая при замачивании практи¬
чески не изменятся.
Исследования, проведенные с забивными .сваями в хваяьш-
ских глинах, также подтверждаю! снижение сопротивления ко
боковой поверхности свая после набухания, Эта величина для
грунта природного сложения составила около 60 к Па, а после
набухания - 22 кПа. Последнее значение сопротивления по бо¬
188
Т э б я и is if. 5.3, Сняясеинеиесуэдей способности свай
иоеле замачивания грунта
Слрмйт:.ккс
Хвйлын окне
Четвертичные
Длина
свай,м
X
4
5
Тип
0,62
0,62
0,70
i Hm/П
0,64
0,75
O',64
; wtl
0,5
0.5
0,5
t
0,63
0,60
0,7
1.5
0,62
0,73
0,45
2,5
0,68
0,82
0,5
3,5
0,67
0,60
0,8


-

3
0,41
0,41
0,4
4
0,42
0.39
0,55
0,48
0,37
0,9
6
0,50
0,39
0,84
ковой поверхности сваи хорошо согласуется с результатами
испытаний набивных свай в замоченных грунтах (см. табл. 5,2)»
что также указывает на отсутствие разницы между рабоюя за¬
бивкой я набивной свам в набухающих грунтах.
В результате силы трения между боковой поверхностью
сваи и грунтом при перемещений последнего происходит подъ¬
ем сваи, величина которого зависит, в частности, от ее длины ж
передаваемой нагрузки.
Влияние длины свай на величину их подъема изучалось на
набивных и забивных сваях в Керчи, Волгограде и Джезказга¬
не, На ряс. 5.1 показаны перемещение слоев грунта и подъем
свай во' времени. Из рисунка видно, что в любой рассматривае¬
мый момент времени подъем свай без нагрузки больше подъе¬
ма слоя грунта, расположенного на уровне торца сваи. Следова¬
тельно, грунт при набухании не оказывает давления на торец
сваи, а’ее подъем обусловлен только перемещением слоев грун¬
та в пределах боковой поверхности. Это подтверждается также
сравнением данных испытаний, обычных свай с освобожденным
нижним торцом. Подъем свай при прочих равных условиях
оказывается одинаковым независимо от того, участвует в рабо¬
те торец сваи ши не участвует.
На основе проведенных экспериментов построена зависи¬
мость относительного подъема сваи (отношение подъема свай к
подъему поверхности) от их длины (рис. 5.2), Из рисунка видно,
лю во всех грунтах с увеличением длины сваи уменьшается их
подъем. Причем эта зависимость имеет нелинейный характер: по
мере увеличения длины свай подъем уменьшается меньше, чем
подъем коротких свай. Очевидно, что при определенной длине
сван подъем ее будет отсутствовать.
Уменьшение подъема сваи при возрастании ее длины можно
189

a) hsw.MH
Риг. 5.1. Подъем слоев грунта и свай разной ддиии
% ~ тж хвалыиских глея; б - для сарматских глин; 1 - подъем сваи»
г - подъем грунта
объяснить следующим образом. Предположим, что свая устрое¬
на в слое набухающего грунта, который увлажняется в пределах
всей толщи. Перемещение сваи будет определяться подъемом
сдоев грунта в пределах всей толщи. В свою очередь слом грун¬
та по глубине поднимаются неодинаково: наибольший подъем
происходит в верхней части массива, а с глубиной подъем умень¬
шается. Поэтому верхние слои стремятся поднять сваю на макси¬
мальную величину, а нижние — на минимальную, в результате
чего нижние слои будут тормозить подъем- свай. Следовательно,
имеющий место ’’тормозящий эффект” обусловлен неравномер¬
ным подъемом грунта по глубине.
«осмотрим это явление на примере подъема ненагруженной
свт длиной 7 м. В результате набухания грунта в массиве проис¬
ходит подъем слоев, величина которого уменьшается по глуби¬
не. Iia рис. 5.3, а показано изменение подъема слоев массива
(кривая СД) по сие стабилизации набухания грунта и приведена
прямая АВ, отражающая подъем свай, который равен а рассмат¬
риваемом случае 40 мм. Из рисунка вдцио. что перемещение
грунта в верхней части сваи значительно больше, чем подъем
сваи. С увеличением глубины различие в подъемах слоев грунта
190
Гяс- 5.2. Зависимость относительного подъема свай от их длины
i — забивные сваи (Керчь); 2, 3 и 4 — набивные сваи соответствен но г
ъодг-еграде, Керчи, Джезказгане
4 м
Рис, S.3. Подъем слоев грунта к свая длиной 7 м (в) в перемещение ней¬
тральной точки в процессе набухания (б)
/ ~ подъем грунта; 2 - подъем сваи длиной 7 м; 3 - подъем сван
и сваи уменьшается, и на глубине АО, х. е. в точке О (нейтраль¬
ная точка), подъем сваи равен подъему грунта. Следовательно,
подъем грунта на участке АО приводит к возникновению каса¬
тельных вертикальных сил по боковой поверхности свая, стре¬
мящихся поднять ее. Слои грунта, расположенные ниже ней¬
тральной точки, поднимаются меньше, чем свая, в результате че¬
го на участке ОВ возникает отрицательное трение, препятствую¬
щее подъему сваи. Значит, при набухании грунта по длю» сваи
действуют две зоны с разными направлениями касательных сет:
активная зона 0.4 и зона торможения ОВ,
191

a лг-озееео даоухйнив груьщ. нейтральная точка ое?:тлот:ш;о
-'-у'-'Сао.,, a iv.:J7V!«y КЗМеь'ПО ;С0 ОТЖМЛЩ’И" МЕЖДУ гзоЛ-О;.
зоной .и зокой щрмо'жещщ n счцйсщ/елъмй. >■ оггкчдеедц
между АОръКЩЩД/МЦ о-аТШЛЯг И КЕСЯТСЛЬН ШШ СД'Ж’Я, СГОСЧЯ-
ЩИМЬСЯ ПОДЩУЬ СВЫС-
1ВЖ-М"т'рк?4 лЛргктер ты-жецц;?	ооеготок. т, а.
1 '"а ТО о- О О: ЕЖЖ: Ц у» ПУЩ CdChiL
!ЬТЛ-:>.Я, t. CiOE ТУ аТа Ой рщ.	/> а С:;'--:Л у-'.: т уг;:: -- ■ улсжУ'У.
;)));	слоев грунта в различные Д!.юмекутцшзремл..
оя сл кзтллрзамзчизалчк до полном стайлджацни подъеме, выч.
.йллусо-,. п^оухаьием, и.;; згих кривых доказаны положения
нейтрал.bni«i -точку, лия свай ?лчзллчь'ой ...шины. Напрямев, ядя
с'зай улляок 5 о? яоложаша нейтральной точки, соответствую-
кее одрецеденгшм до::дойкь»м переметекиям грунта, ооознач-з-
но крестикам». Соединив six между собой, получим завися-
*40<ib перемещение нейтральной точка в процессе замачивания
,ц-ЛЯ охай, р23К0Н ДЛИНЫ (крЯЗЫе 2| . Уз рйС- 5.6, й ?J|tI2ifi, ЧТО 1 :{>
морс подъема слой?, грунта активная зов л л о? уменьшается]
лриближзяеь к определенной величине, которая остается аосгсь
явной, несмотря на продолжающтш подъем.грунта, После уста-
нозлекчя постоянного соотношения между ’’ д/йетдующкмд "зо<
hzmt перемещения скак оудех совладать с подъемом слоя my;i-
m, расположенного на глубине, разной 0.5 длины свая,
гаяее отмечалось, что подъем свай будет больше подъема
снос-н грунта, расположенных в плоскости шош» сваи, и что
грунт не оказывает дояотшителького давления'на горец сваи,
подъем которой. ч;оусдов./щвается -только перемещением трь'нта
по боковой поверхности з активной зоне, Приведенные особен-
яочги раоош сзаи справедлнвь? для случаев, когда длина сваи
меншде као}-лающей толщи гоукта Если часть сван заглублена
с нйдзбухающий слое грунта, то в тгоотцгесе зама!ш»ани« .-этот
слои будет хормо'.щть подъем жш». Очевиндо, мокко подобрать
г.акуш Шубину задатки свая е вшабухзкшщй слой грунта, под
которой силы торможения будут равны силам выпора. Тогда
Подъем свая, ье происходят, а кейтрзлъвая точка будет рзспола-
1 ахься на гранщее набухающего я нснабухающего слоев грунта,
д|,ля изучения влияния на работу сваи действующей нагруз¬
ки проведены опыты в Керчи. и Волгограде. В Керчи на сармат-
СХК.Х г.-типах } строены сваи ддгм.етром 200 мы и длиной 4 м,
.с-ясля устроены обычные сваи к сваи с оезобохедеккъш топдом.
te эти сваи оьиг передана нагрузка, равная 14; 25; 50 и 60 кН.
кроме того, устраивали кабяйаые свал длиной 2 ы. на к'жогд-.и»
передавалась нагрузка, равная 19; 31; 46 к 75 sii, а такж/за-
бивмме сзаи шогру;№зня,ые без лйцмрую1аи>: скважип’г щш-'ой
п м с нагрузкой на кажжею сваю S0; 100 и ISO кН, При испил?.
ния наоивных свай грунт загиатаиадся в пределах толщи, превы¬
шающей на .( м длину свал, а тгри испытании забивных слал зама¬
чиваемая толщ».составляла Юм,
192
Рнс, 5.4. Зависимость подъема свай от нагрузки
1 - забивание сваи длиной 5 м {Керчь); 2, Зя4 ~ набивные сваи длиной
соответственно 2 (Керчь), 4 (Керчь) я 2,5 м (Волгоград)
Сопоставление подъема свай длиной 4 м с разной нагрузкой
ж послойных перемещений грунта показало, то с увеличением
нагрузки N на сваю длина зоны торможения 1*. уменьшается. При
определенной нагрузке вдоль всей сваи при набухании грунта
действуют касальные силы одного знака, приводящие к ее
выпору:
М кН ........... .0	14	25	40	65
1,м ............ .0,5	0,38	0,31 . 0,23	0
Величину, зоны торможения в зависимости от действующей
нагрузки можно определить по формуле
1Ь = {0,5 — kM) I,	(51)
вде к - коэффициент, равный 0,77 кН“*; N - действующая нагрузка,
кН; 1 - длина сваи, м.
Проведенными исследованиями установлено: при увеличе¬
нии нагрузки на сваю подъем ее тем меньше, чем больше переда¬
ваемая нагрузка; величина подъема зависит от свойств и толщи¬
ны промачиваемого слоя грунта; при определенной нагрузке
подъем сваи не происходит, а наблюдается ее осадка. Так, в
сарматских глинах при нагрузке 56 кЕ произошла осадка набив¬
ных свай (рис. 5.4). Следовательно, существует критическая
удельная нагрузка по боковой поверхности, которая уравнове¬
шивает силы выпора, в результате чего подъем свай не проис-
7—-39 ?
193

ходят Эксперименты показали, что удельная сила выпора не
является постоянной, а. изменяется во времени; это подтверди¬
лось испытаниями свай при нагрузке 50 кН. В начальный момент
замачивания в результате равенства касательных сил от внешней
нагрузки и сил трения (выпора) между боковой поверхность®
сваи и грунта за счет перемещения массива происходит польем
сваи. В дальнейшем Начинается осадка свая, несмотря на продол¬
жающийся подъем грунта. Можно предположить, что удельные
силы выпора уменьшаются во времени и не уравновешивают си¬
лы от внешней нагрузки. Отсюда следует, что яе представляется
возможным недобрать внешнюю нагрузку, при которой будет
отсутствовать подъем сваи.
Силы, действующие на сваи яри набухании грунта, изуча¬
лись для двух возможных в практике случаев; при действии
постоянной нагрузки на сваю, когда последняя может подни¬
маться с грунтом (hgW)p > 0); при невозможности подъема
сваи (hSWjP - 0).
С этой целью в котлованах площадью не менее 50 ui устра¬
ивали сваи следующим образом. В первом случае сваи одной
дайны загружали разной нагрузкой, а во втором устраивали ан¬
керную систему' с грузом, которая служила упором при подъеме
свай разной длины. Для определения касательных сил по боко¬
вой поверхности устраивали сваи с освобожденным торцом, а
для определения касательных и нормальных сил - сваи, торец
которых опирался на грунт. С целью определения характера
распределения касательных, сил по длине был применен принцип
разделения свай но высоте специальными месдозами, что позво¬
ляло определить силы на отдельных участках. Давление на то¬
рен, сваи измеряли с помощью месдозы. Суммарные силы выпо¬
ра определяли динамометрами там месдозами, установленными
на оголовке свай и упирающимися в анкерную балку. С целью
изучения влияния площади боковой поверхности проведены ис¬
пытания свай длиной 400 см и диаметром 20G; 300 и 400 мм.
В экспериментах применяли месдозы, в которых предусмат¬
ривались дополнительные элементы, обеспечивающие герметиза¬
цию датчиков от влаги. Месдоза представляет собой рабочий ци¬
линдр высотой 50 мм с внутренним диаметром 80 мм. К этому
цилиндру с помощью винтов прикрепляют с двух сторон опор¬
ные плиты диаметром 200 мм. Для защиты рабочего цилиндра
от воздействия грунта применяют наружный цилиндр диамет¬
ром 198 мм, который прикреплен к верхней опорной плите. На
внутренней стороне рабочего цилиндра наклеивали проволоч¬
ные датчики сопротивления. Компенсационные датчики распо¬
лагали на верхней плите. С целью предохранения от увлажне¬
ния датчики изолировали эпоксидной смолой, а все внутреннее
пространство заполняли техническим вазелином. Для гермети¬
зации выводов проводов применяли специальные патрубки, за¬
ливаемые смолой и кабельной мастикой.
194
Т а б л и ц а 5.4. Суммарные силы выпора свай
Длина сваи, м
Силы выпора, кН, свай j Ошибка, %
! с месдозами
без меедоз
5	102	I»	4
6	124	123	3
Относительные деформации тензодатчиков измеряя* прибо¬
ром АИД-1 м, обеспечивающим точность измерений	Прк
этой конструкции месдозы точность измерения устали, действу¬
ющих на нее, составляла 0,2 кН. Погрешность измерения, связан¬
ная с точностью прибора, составляла, например, при усилия, на
торец сваи, равном 15 кН, около 1,5 %,
Для оценки погрешности измерений вследствие разности
деформаций тела сваи и месдозы сопоставлялись площади боко¬
вой поверхности свай без меедоз и площадь меедоз. Размерь?
показывают, что ошибка измерения при установке в сваю мее¬
доз не превышает 7 %. Для подтверждения этого были проведе¬
ны специальные опыты со сваями длиной 5 я б м, не имеющими
по длине меедоз, а также опыты со сваями, имеющими месдозы.
Суммарные сеты выпора для этих случаев приведены в табл. 5.4.
Как видно аз табл. 5.4, возможное отклонение суммарных
сил выпора в сваях с месдозами не превышает 4 ус.
Изучение характера распределения касательных си по боко¬
вой поверхности проводилось в Керчи на сваях длиной 4 м, на
которые была передана нагрузка, равная 14; 25; 40 я 65 кН. За¬
мачивание грунта вокруг свай осуществлялось в течение 6 мес
на глубину 6 м. Из рис. 5.5 видно, что после приложения внеш¬
ней нагрузки возникают касательные силы, которые законо¬
мерно возрастают е глубиной до максимального значения, до¬
стигнув которого, эти стам уменьшаются. Нормальные силы по
торцу сваи составляют 2,5 — 8 % общей нагрузки.
После замачивания грунта характер распределения сия су¬
щественно изменяется. При незначительной нагрузке происходит
перераспределение касательных сил по длине, причем эти силы
действуют только в верхней части сваи, С увеличением нагрузки
длина зоны, в которой действуют касательные силы, возрастает.
При нагрузке, равной 65 кН, вдоль всей сваи действуют каса¬
тельные силы. Таким образом, непосредственное измерение ка¬
сательных сил показывает, что по длине сваи формируются две
характерные зоны е разными, направлениями действующих сил:
активная и торможения. В зависимости от внешней нагрузки
изменяется соотношение длины этих зон я при нагрузке 65 кН
вдоль всей боковой поверхности сваи как до замачивания, так к
в процессе набухания грунта действуют касательные сил к. Кро¬
ме того, эксперименты показали, что в процессе набухания
195

Рис. SS, Эпюры касательных сил до замачивания (в) и в процессе набу¬
хания грунта (б)
196
грунта нормальные силы, действующее на торец сваи, отсут¬
ствуют. Последние. очевидно, возникают в том случае, когда
свой грунта в плоскости хорда свай будет подниматься на боль-
яцно величину, нем свая. Это отвечает условию, когда нейтраль¬
ная точка расположена ниже торца сваи.
Как видно да табл. 5.2, предельная нагрузка на -вал.; дли.,
ной 4 м в замоченных сарматских глинах составляет 70 кН,
Следовательно, при нагрузках, близких к предельным, вдоль
всей свая действуют касательные сипы одного знака, т. е. имеет¬
ся только активная зона, а нормальные силы но торцу отсутст¬
вуют. При эхом характер эпюры этих сил как до замачивания,
так и в процессе набухания практически не изменяется.
Во всех рассмотренных случаях, несмотря на перераспреде¬
ление касательных сет по длине сваи, в процессе набухания
грунта наблюдается равновесие между внешними силами к
касательными силами по боковой поверхности. Подъем сваи в
этом случае обусловлен подъемом грунта ч силами гренка
между сваей и грунтом.
Исследование действующих сил на неподвижную сваю
fhsw.r» = 0) проводилось на трех площадках: в Керш (сваи
длиной 1=3 7 6м),в Волгограде (1 = 1 У 2,5 м) и в Ермаке
(I -- I ~ 7 м). Яри этом для определения нормальных и каса¬
тельных стал эксперименты проводнгш на обычных сваях и
сваях с освобожденным торцом. Одновременно изучили пе¬
ремещения слоев груша по глубине.
Рассмотрим результаты испытаний опытных свай длиной
3 ~ 6 м. Грунт замачивался через скважины на глубину 7 м в
речение 7,5 мес. На рас. 5.6, а приведены суммарные силы вы¬
пора, действующие на сваи при набухании грунта. Из рис. 5.6,я
видно, что после замачивания возникают силы выпора, которые
возрастают во времени до максимального значения Fjaax > coons
чего эти силы уменьшаются до определенного значения Ртш,
которое остается постоянной, несмотря на продолжающийся
подъем грунт,г. Данные испытаний свай с освобожденным тор¬
цом позволяют проследить развитие касательных сил Т, дейст¬
вующих по боковой поверхности сваи при яабух&иш грунта
(рас. 5,6, >5). Как видно, характер изменения этих сил аналоги¬
чен характеру суммарных сил выпора. Характер изменения нор¬
мальных сил Ni, действующих на торен сваи, отличается от рас¬
смотренного вьпяе (рис. 5,6, в). Так, с увеличением подъема
грунта эти силы возрастают во времени. Стабилизация нормаль¬
ных сил наступает после того, как прекращается подъем сдоев,
расположенных ниже торца сзаи.
Полученный экспериментальным путем характер изменения
касательных cm можно объяснить следующим. При откопке
опытных свай после набухания грунта установлено, что при
подъеме массива плоскость сдвига расположена з слое груша,
197

8)
NukH
Рис. 5.6. Изменение суммарных (а), касательных (б) и нормальных (в)
сил выпора во времени
1, 2,3 н 4 — при длине сваи соответственно 3; 4; 5 и 6 м
>
I
I
1
I
I
I
j
'i
198
примыкающем к свае. Следовательно, подъему грунта при избу-
хакии оказывают сопротивление как сшил сцепления, так е
внутреннего трения грунта. При определенном перемещении -
подъеме грунта происходит нарушение структурных связей
грунта. Поэтому дальнейшему перемещению "грунта оказывают
сопротивление силы внутреннего трения, которые, как и-шост-
но. не зависят от величины деформации. В данном случае наблю¬
даются процессы, аналогичные имеющимся при сдвиге грунта.
Таким образом, максимальные значения сил выпора соот¬
ветствуют мобилизации всех внутренних сил сопротивления
грунта, а максимальные - действию сил трения скольжения.
Кроме того, в процессе набухания грунта возникают сопутст¬
вующие факторы, влияющие на закономерности этого процесса.
К ним относятся снижение прочностных характеристик грунта я
возникновение горизонтального давления набухания.
В табл. 5.5 приведены максимальные значения сил выпора
fmax> касательных сил Ттах и отвечающих им нормальных сил
по торцу сваи	для трех видов глин.
Проведенные эксперименты показали следующее: силы
зьтора зависят от вида грунта; с увеличением длины сваи воз¬
растают суммарные силы выпора; максимальные касательные
силы выпора для свай длиной более 1,5 м составляют 0,86 -- 0,99
суммарных сил выпора, а минимальные - 0,75 - 0,98; с уве¬
личением длины свай преобладающими являются касательные
силы, а нормальные силы практически не оказывают влияния
на работу свай; с увеличением подъема поверхности практичес¬
ки линейно возрастают касательные силы выпора; с увеличени¬
ем длины сваи касательные силы возрастают при перемещении
грунта быстрее, чем у коротких свай; перемещение грунта, при
котором касательные силы достигают максимального значения,
не зависит от длины свай, а определяется свойствами грунта и со¬
ставляет для аральских глин 56 мм, для хвальшских — 74 и для
сарматских — 86 мм; с увеличением длины сваи линейно воз¬
растают касательные (максимальные и минимальные) силы
выпора; максимальное среднее касательное напряжение вы¬
пора не зависит от длины сваи, а определяется видом грунта и
составляет для хвальшских глин 37 кПа, для сарматских -
33 и для аральских — 45 кПа (минимальные значения равны со¬
ответственно 22; 21 и 31 к Па).
Характер изменения касательных сил по боковой поверх¬
ности свай при набухании грунта и данные статических ис¬
пытаний подтверждают ранее высказанное положение о том,
что предотвратить подъем свай путем увеличения нагрузки на
них не представляется возможным. В самом деле, подъем сваи
не будет происходить в случае приложения внешней нагрузки,
равной Р|Пах, В процессе набухания силы выпора уменьшаются
до значения Pmin* и> следовательно, уменьшается несущая спо-
199

Таблица 5.5. Силы выпора,касательные силы
я нормальные силы, кН
Длина сваи, м
ртах
|т.тах
]_*%тах j_T/F _ I JtyF
Сарматские глины
3
71,5
67
4 А
0,94
0,06
4625
41'
53
0,88“
ОД 2
4
86,5
83
3,5
0,96
0,04
57'
53"
4
0,93
0,07
5
105
101
23
0,97
, 0,03
64" '
61
з	 .
0,96
’ 0,04
б
126
04
2
0,98
0,02
78""
76 ~
2
0,97
0,03
Хвалыиекие глины
1
24,5
19
53
0,78
0,22
25 "
9
6
0,36
0,64
1,5
36
31
5
0,86
0,14
32
24
8
0,75
0,25
2
50
46
5
0,92
0,08
41
28"
3 ‘
0,91
0,09
2,5
66
63
3
0,96
0,04
37,5
35“
Г
0,95”
0,05
Аральские глины
I
28
22
6
0,79
0,21
30
13
17
0,43
0,47
3
11.
86
5 __
0,94
0,06
66
59
7
0,89
0Д1
5
146
142
4
0,97
0,03
113“
Г02
б""""
0,95
0,05
7
184
183
1
0,99
0,01
134
132"
2
0,98
0,02
Примечание. Над чертой приведены максимальные значения сия
Чпах и Tjnax и соответствующих им сил № тау, иод чертой — минималь¬
ные значения этих та.
200
Т а б л и ц а 5.6. Значения сопротивление грунта
и жшряжения выпора
Глины
Длина
Сопротив-
Касательные яа-
T/rsw.mах! rmfT'w,mm
сваи,
ленме по
пряжений выло-
м
боковой
ра. кЯа
поверх-
пост,
кПа
ПО
данным
етатнчес-
КШХ ИС-
пытатшй
свай в
грунте
при-
замо-
макси-
МИНИ-
род-
чем-
мтъ*
маль-
ном
ком
ные
ные
г
Тт
Tswpnax
Tswpnm
3
37
24
35,8
21,8
1,03
1,10
Сармат-
4
32
24
33
21,2
0,97
1,13
окне
5
35
22
32
19S
1,09
1,13
1
32
19
30
14,3
1,06
1,33
Хзалын-
1,5
32
23
33
25,4
0,96
0,91
скт
2,5
40
26
40
22,3
1,00
1,16
собность свай. Значит, если на сваю действует нагрузка, способ¬
ная уравновесить силы выпора, то в процессе набухания грунта
произойдет осадка сваи. Предотвратить эту осадку можно путем
уменьшения нагрузки на сваю до значения	т. е. при опре¬
делении несущей способности свая следует исходить из мини¬
мальных значений сил выпора. Однако в этом случае в процес¬
се набухания максимальные силы выпора Fmax будут превы¬
шать внешнюю нагрузку N - Fmin и, таким образом, произой¬
дет подъем сваи.
Комплексные исследования закономерностей работы свай
в набухающих грушах опровергают положение о возможности
устранения подъема сваи путем увеличения нагрузки. Очевидно,
минимальные значения касательных сил выпора должны соот¬
ветствовать сопротивлению по боковой поверхности сваи для
замоченного грунта, а максимальные - сопротивлению грунта
природной влажности. В табл. 5.6 приведены данные, получен¬
ные на основе статических испытаний свай в природном и за¬
моченном грунте, а также значения касательных напряжений
выпора.

Таблица 5.7. Значения сил выпора для свай
Диаметр
гв ай, мм
-ssw.
мм'
пах.
мм кн кпа
тт,\
кПа
,тпах
*%w,
мм
йг
Тцах^Тщт,
200
86
83
33
300
82
Ш
32
400
82
151
31,1
122
53
21
30
112
83
22
38
112
96
19
65
Как видно из табл. 5.6, значения сопротивления по боковой
поверхности сваи для природного и замоченного грунта и соот¬
ветствующие им максимальные напряжения выпора отличаются
незначительно.
Результаты испытаний свай диаметром 200 - 400 мм приве¬
дены в табл. 5.7.
Проведенные эксперименты показали, что суммарные каса¬
тельные силы линейно возрастают с увеличением диаметра сваи,
а максимальные касательные напряжения по боковой поверх¬
ности не зависят от диаметра сваи и определяются подъемом
слоев грунта. Следовательно, закономерности развития каса¬
тельных сил выпора, полученные при испытании свай диаметром
200 мм, могут быть полностью распространены на сваи большего
диаметра.
Экспериментальным путем изучен характер распределения
касательных сил по длине сваи в процессе набухания грунта. На
рнс, 5.7 приведены значения касательных сил по длине сваи, за¬
меренные месдозами, я касательные напряжения по боковой по¬
верхности.
После замачивания грунта, которое началось в начале нояб¬
ря, по длине сваи возникают касательные напряжения выпора.
Эти напряжения увеличиваются с глубиной до максимального
значения на расстоянии 0,51, после чего уменьшаются. В процессе
набухания грунта характер эпюры касательных напряжений ос¬
тается без изменений. В то же время во всех слоях происходит
увеличение касательных напряжений до максимального значе¬
ния, после чего наблюдается их уменьшение.
Изменение касательных напряжений выпора во времени обу¬
словлено перемещением грунта при набухании, что видно из за¬
висимости касательных напряжений, действующих на различной
глубине, от перемещения слоя грунта, расположенного на этой
глубине (рас. 5.8). Из рисунка видно, что характер этой зави¬
симости для различной глубины оказывается идентичным. В
то же время эксперименты показали следующее: максимальное
и минимальное напряжения выпора увеличиваются с глубиной;
максимальные касательные напряжения в нижних слоях моби¬
лизуются при меньших перемещениях грунта, чем в верхних
202
Рис. 5.7. Средние касательные напряжения выпора (а) и усилия в мес-
дозах (б) по длине сваи в процессе набухания грунта
203

8 W 28 58 48 5G SS W 00 Ш 100110
cc
s
X
Ш
%
£
§
X
«г
5
SS
Ш
b-
<
u
2
p io20зоШШатот />Sw.*u
30 40 50 SO ■%ы,мм
29SOiOSO
oWmff40 *>.„,/**
Рис, 5,8. Зависимость касатель¬
ных напряжений выпора от пере¬
мещения грунта на разной глу¬
бине
I, 2 - соответственно в араль¬
ских и сарматских гайках
Ркс. 5.9, Схема деформация грунта
при его набухания (а) и зависи¬
мость дешшшпш и подъема грунта
or глубины {5)
1	- изменение деплакации грунта;
2	— подъем сдоев грунта
слоях; максимальные напряжения на различной глубине не сов¬
падают во времени.
Увеличение касательных напряжений с глубиной объясняет¬
ся тем, что, во-первых, в процессе набухания наибольшее разуп¬
лотнение грунта, а следовательно, и падение прочностных ха¬
рактеристик происходит в верхних слоях массива, и, во-вторых,
горизонтальное давление увеличивается с глубиной.
При набухании и подъеме грунт действуют на сваю, С дру¬
гой стороны, наличие жесткой сван влияет на характер дефор¬
маций грунта, расположенного вокруг сваи. Исследование этого
вопроса проводилось путем измерения послойных перемещений
грунта на различном расстоянии от сваи. С этой целью на рас¬
264
стоянии 10; 20; 30 и 40 см, а также на значительном рассто¬
янии от сваи устанавливались марки на глубине 1; 2; 3 м 4 ж.
В процессе замачивания грунта производились систематические
наблюдения за движением этих марок.
Эксперименты показали, что перемещение грунта вокруг
сваи происходит неравномерно: наименьший подъем наблю¬
дается около сваи, с возрастанием расстояния подъема грунта
увеличивается (рис. 5.9). Наибольшая величина изгиба (де-
яланации) грунта наблюдается в момент мобилизации макси¬
мальных сип выпора. Максимальная замеренная разница в подъ¬
еме поверхности грунта около сван и на значительном расстоя¬
нии от нее составляет 200 мм. На расстоянии примерно 20 —
30 см от сваи изгиба грунта не наблюдается. Одновременно с
деплантацией при набухании грунта происходит перемещение,
проскальзывание слоев относительно ствола сваи. Аналогичный
характер перемещений грунта наблюдается и в более глубоких
слоях., т. е. подъем грунта происходит с одновременным его из¬
гибом. При этом установлено, что величина изгиба грунта умень¬
шается с глубиной,
В практике строительства принято устраивать ростверк вы¬
ше поверхности грунта, чтобы исключить влияние подъема-грун¬
та на ростверк. Назначаемая на сваю допустимая нагрузка явля-'
ется минимальной, так как принимается для замоченного грун¬
та. Поэтому встает вопрос о возможности увеличения нагрузки,
передаваемой на свайный фундамент. Очевидно, устраивая низ¬
кий ростверк, опираемый на грунт, можно увеличить несущую
способность сваи. При этом необходимо иметь в виду, что на
ростверк будет передаваться дополнительное давление, вызван¬
ное набуханием грунта.
Ранее было показано, что при подъеме свая вдоль ее боко¬
вой поверхности формируются две зоны с разными направле¬
ниями касательных сил -"активная и торможения. С увеличени¬
ем действующей на сваю нагрузки уменьшается длина зоны тор¬
можения. Если ненагруженная свая имеет низкий ростверк, то
характер распределения зон по длине сваи будет шьш. В этом
случае "ростверк будет следовать за перемещением верхнего
слоя грунта, расположенного непосредственно под ним. Подъем
этого слоя будет наибольшим, так как с глубиной подъем грун¬
та уменьшается. Поскольку свая соединена с ростверком, то по¬
следний будет поднимать сваю. При этом подъем сваи будет
больше подъема грунта, расположенного вдоль всей даякы сваи.
Вследствие опережающего подъема сваи вдоль ее боковой по-,
верхности возникнут касательные силы, которые будут препят¬
ствовать ее перемещению, т. е. вдоль всей сваи сформируется
зона торможения (рис, 5.10). В свою очередь, вследствие тормо¬
зящего действия сваи, уменьшится подъем ростверка. Следова¬
тельно, подъем сваи, с низким ростверком будет больше подъе-
205

^е» 5.10. Характер распределения
касательных сил по длине сван
при набухании грума
1 и 2 - с ростверком соответствен¬
но высоким и низким; 3 - кривая
подъема грунта
ма сваи с высоким ростверком, но меньше подъема свободной
поверхности грунта.
„ ^сли на сваю с низким ростверком передать нагрузку N. то
при этом уменьшится подъем как ростверка, так и сван ' За
счет этого в верхней части свая слои грунта будут- перемещаться
«а сюяь^ю величину, чем сам, что приведет к формированию
тивнок зоны. На некоторой глубине перемещения сваи и грун¬
та равны между собой, что отвечает местоположению нейтраль¬
ной точки. Ниже этой точки формируется зона торможения, где
касательные силы препятствуют подъему сваи. На верхнем участ¬
ке свая, непосредственно примыкающем к ростверку, возника¬
ют напряжения, которые могут превышать давление набухания
ЬШЛМЙ словами, в верхней части сваи грунт код оостверком не
наоухает и, следовательно, не возникают касательные силы вы¬
пора. € увеличением нагрузки на сваю величина этой нейтраль¬
ной зоны возрастает.	г
Таким образом, при устройстве низкого ростверка на набу¬
хающих грунтах на сваи можно передавать большие нагрузки не
опасаясь возникновения провальных осадок сваи при замачива¬
нии набухающих грунтов, как это наблюдается при устройстве
высокого ростверка. Однако необходимо иметь в виду, что при
этом подъем сваи возрастает. Поэтому сваи с низким 'роствер¬
ком могут применяться, если их подъем будет меньше доиусти-
м°го для данного-.сооружения. Подъем может быть уменьшен
за счет заанкеривания свай в нижние ненабухающие грунты но
v?L,r°M следует производшъ расчет свай на растягивающие
j СйЛИЯ.
Экспериментальная проверка работы свай с низким роствер¬
ком была проведена на хвалынских глинах. Для определения
саз выпора в опытном котловане на разную глубину было заби¬
то шесть железобетонных свай сечением 30x30 см. На оголовках
206
Рис. 5.11. Схемы испытаний свай для определения сил выпора (в) и подъ¬
ема {б)
1 ~ груз; 2 - упорная балка; 3 - анкерная свая; 4 - месдозы; 5 -- сваи;
6 - ростверк
трех свай был устроен низкий ростверк размером 110x110 см,
опирающийся на грунт, а на оголовках трех других - высокий
на расстоянии 25 см от поверхности. Для восприятия сил выпо¬
ра была устроена анкерная система из свай и металлической ра¬
мы, поверх которой укладывается груз. Между ростверками и
упорной балкой устанавливались специальные месдозы с тензо¬
датчиками для замера суммарных сил выпора (рис. 5.11). За¬
мачивание хвалынских глин осуществлялось через дренажные
скважины длиной- 4 м е одновременным замером сип выпора
(табл. 5.8).
Испытания свай показали следующее: защемление сваи с вы¬
соким ростверком в ненабухающие грунты на 1,5 м практически
компенсирует силы выпора, действующие по боковой поверх-
20?

Таблица 5.8. Установившиеся значения сил выпора
Тип ростверка
Сапы выпора, кН, яри длине сваи, м
3	[	4,5	J 6
Высокий	82	6!	2
Низкий	268	173	134
Таблица 5,9, Допустимая нагрузка на сваи
Тип ростверка
Высокий
Низкий
Допустимая нагрузка, кН, при длине сваи, м

~~47
170
220
310
300
350
420
ности свай* нормальные силы выпора, действующие на торец
3-метровой сваи с высоким ростверком, соетавдет 25 % сум¬
марных сил выпора; суммарные силы выпора висячих (не
прорезающих набухающие грунты) свай с низким ростверком в
2Д — 3,4 раза больше сил выпора сваи с высоким ростверком;
в результате отирания низкого ростверка на грунт сила выпора,
действующая на сваю и ростверк, возрастает на НО - 190 кН,
т. е. на ростверк действуют большие силы, чем на сваи; при этом
максимальное замеренное давление, действующее на ростверк
при набухании,, составило 0,17 МПа. Следует отметить, что абсо¬
лютные значения сил выпора, видимо, занижены за счет возмож¬
ного прогиба упорных балок.
После завершения процесса набухания (подъем поверхности
дна котлована составил при этом 110 мм) произвели статичес¬
кое испытание свай. Из рис. 5.12 видно, что в результате вовлече¬
ния в работу ростверка уменьшаются осадки свай. Допустимая
нагрузка на сваи (при осадке 10 мм) приведена в табл. 5,9
Из табл. 5.9 следует, что несущая способность свай с низким
ростверком в 1,35 — 1,75 раза больше, чем обычных свай. При
этом с увеличением длины эта разница уменьшается, т. е. основ¬
ная нагрузка будет восприниматься длинными сваями, а не
ростверком.
Изучение подъемов свай с низким и высоким ростверком
проводилось на фрагментах фундаментов, включающих по три
железобетонные сваи, объединенные между собой высоким
или низким ростверком (см. рис. 5.11, о). Всего было изго¬
товлено четыре пары фрагментов с длиной свай 3,5; 4,5; 6 и 7 м.
208
Рис. 5.12. Зависимость осадки свай от нагрузки
I, 2 и 3— для сваи с высоким ростверком длиной со¬
ответственно 3; 4,5 и 6 м; 4, 5 и 6 - для свай с низ¬
ким ростверком длиной соответственно 3; 4,5 и 6 м
После 90 сут замачивания через дренажные скважины длиной
4 м произошел подъем свай (рис. 5.13).
Следует отметить, что через несколько дней после начала
замачивания вследствие недостаточного армирования свай с
ростверком произошел отрыв низкого ростверка от свая дли¬
ной 7 м. Поэтому ростверк следовал за подъемом грунта, чем
и объясняются его значительные перемещения. Анализируя дан¬
ные эксперимента, можно отметить следующее: подъем свай с
высоким ростверком уменьшается с возрастанием длины свай,
при этом в случае защемления в ненабухающие грунты на глуби-
209

Рис. 5.13. Зависимость подъема свай от их длины (а) и передаваемой на¬
грузки (б)
1 и 2 — сваи соответственно с низким и высоким ростверком
ну 2,5 м подъем их практически отсутствовал (см. рис. 5.13,а);
подъем свай с низким ростверком в 1,4 — 2,2 раза больше подъ¬
ема свай с высоким ростверком; с увеличением длины свай с
низким ростверком уменьшается величина подъема; на низкий
ростверк передается давление, вызванное подъемом грунта под
ним, в результате чего при недостаточном армировании проис¬
ходит отрыв ростверка от оголовков свай.
С целью выявления влияния нагрузки на подъем свай с
низким ростверком в отдельном котловане были устроены две
пары фрагментов фундаментов из трех свай длиной 4,5 м с низ¬
ким ростверком и две пары аналогичных фрагментов с высо¬
кими ростверками. Две пары фрагментов — один с высоким и
один с низким ростверком были загружены нагрузкой 400 кН
на каждый, а две другие - 600 кН. После 5 сух замачивания
наблюдался подъем всех свай, который уменьшался с возраста¬
нием нагрузки (см. рис. 5.13, б). Из рисунка видно, что пре¬
дотвратить подъем свай с низким ростверком можно, увели¬
чив нагрузку до 1200 кН или длину сваи до 11 — 12 м.
Приведенные экспериментальные данные подтверждают ха¬
рактер совместной работы свай с ростверком, опирающимся на
грунт. В этом случае можно полнее использовать несущую спо¬
собность грунта; однако при подъеме происходит как бы само¬
торможение сил. Таким образом, при устройстве свай целесооб¬
разно опирать ростверк на грунт, что приведет к значительному
увеличению несущей способности. В этом случае существенно
упрощается производство работ, а также резко сокращается рас¬
ход пиломатериалов. При этом необходимо иметь в виду, что
при неполной прорезке сваями набухающего грунта подъем свай
210
Рас, 5.14. Зависимость осадки свай с
«аирением от нагрузки
5 - в набухшем грунте; 2 - в грунте
природной влажности; 3 - подъем
сваи при набухания грунта
с низким ростверком будет в отдельных случаях больше, чем с
высоким. И наконец, при таком опирании ростверка необходи¬
мо осуществлять армирование свай по длине для восприятия
растягивающих усилий, возникающих при набухании грунта.
Особое внимание должно быть уделено соединению свай с рост¬
верком.
В зарубежной практике строительства на набухающих грун¬
тах находят широкое применение набивные сваи с уширенным
основанием. Такие сваи, получившие название ’’техасских фун¬
даментов”, прорезают, как правило, всю толщу набухающих
грунтов. Наблюдения за 12 жилыми зданиями, построенными в
Южно-Африканской Республике на сваях длиной 3 - 9 м с уши-
рением, показали, что некоторые здания поднялись на 85 мм.
Это привело к деформациями несущих конструкций. Указыва¬
ется, что причиной подъема является отрыв ствола от уширения
из-за недостаточного его армирования.
Характер работы свай с уширением отличается от характера
работы обычных свай. Если такая свая устроена в набухающих
грунтах после увлажнения, то несущая способность ее значитель¬
но меньше, чем свай в грунтах природной влажности (рис. 5.14).
€ другой стороны, при замачивании набухающего грунта наблю¬
дается подъем свай тем меньший, чем больше действующая на
них нагрузка. При этом снижения несущей способности сваи не
происходит. Это объясняется тем, что такая свая работает как
заглубленный фундамент, в основании которого грунт набухает
в тех случаях, когда действующее напряжение меньше давления
набухания. При этом ствол коротких набивных свай с уширени-
ем практически не участвует в работе. После набухания грунта
в слоях ниже уширения устанавливается состояние равновесия
между внутренними силами, вызванными расклинивающим
действием гидратных пленок, и внешними силами от нагрузки,
передаваемой на сваи.
211

Т а б я и и а 5.18. Подъем свай с уширенным основанием
Длина
Подъем, мм, ого- j hSW p
Длина I Подъем, мм, ого-
свай, м
ловка свай j ---—
свай, м ! ловка свай
	,	j “Iw.p
без ар- j с арми- !
j без ар- i е арми-
миво- |ровани- j |
| j .миро- 1 рованв-
Викия !ем j ;
j j a ah их > ем ]
j *SsV,p P!SW,p j	I |	j hsw.p I ^r*¥,p j
3	58	0Л1	5	39	-	0.54
3	-	41	•-	5	-	21
Таким образом, отличие проектирования свай с уширенном
от проектирования обычных свай состоит в том, что при опреде¬
лении несущей способности этих свай исходит та характеристик
природного неувлажнзнного грунта, а несущей способности
последних - из характеристик увлажненного набухшего грунта.
Отсюда следует, что несущая способность свай с упшрением су¬
щественно больше, чем обычных. Например, г хваньгвскях гли¬
нах допустимая нагрузка на обычную сваю диаметром 30 см,
длиной 6 м составляет ISO — 200 кН, а на сваю с у'ширснием ди¬
аметром 120 см,длиной 3,5 м - 750 кН. Для восприятия такой
нагрузки необходимо устроить четыре обычных сваи, расход
бетона на которые увеличивается в 1,5 раза.
Изучение подъема свай с уширенным основанием проводи¬
лось в сарматских глинах. Ствол сваи имел диаметр 400 мм, а
диаметр уширения был равен 1200 мм. После устройства сква¬
жины и уширения в полость укладывался отдельными порция¬
ми бетон с последующим уплотнением его глубинным вибрато¬
ром. В одном из опытных котлованов были устроены по две
сваи длиной 3 и 5 м. При этом одна из свай каждой длины арми¬
ровалась стержнями .диаметром 290 мм, а другая свая не имела
арматуры. В результате набухания грунта бьет зафиксирован
подъем свая (табл. 5.10).
Из табл. 5.10 видно, что с уменьшением толщины слоя грун¬
та, расположенного ниже уширения, подъем сван снижается, С
другой сторон к, эти данные показывают, что подъем ствола про¬
исходит на большую величину, чем подъем уширения, вследст¬
вие действия сил выпора, возникающих вдоль боковой поверх¬
ности ствола. В результате действия этих сил в сваях, кг имею¬
щих арматуры, произошло разрушение ствола свая возле уши¬
рения.
Благодаря наличию уширения уменьшается подаем сван в
результате анкеровки в набухающем грунте. Так, 3-метровая
свая с армированием составляет 0,71 от подъема ствола неарми-
роваиной сваи, т. е. свая, где уширение не препятствует подъему.
С возрастанием глубины эта разница увеличивается, так как
включается в работу лежащий выше слой большей толщины.
Подтверждением этого является тот факт, что подъем иеармиро-
ваняой сваи длиной 5 м составляет всего 0,54 от подъема ствола
неармированной сваи,
' Экспериментальные исследования, свай с уширением прово¬
дились, кроме того, на двух разновидностях глинистых набуха¬
ющих грунтов - четвертшашх (Джезказган) и аральских дар-
маю). На основании изысканий установлено, что инженерно-ге¬
ологические условия первой площадки характеризуются одно¬
родными но своему строению литологическими разрезами, с-
поверхности слоем толщиной 0,5 - 1,5 м залегают серовахо-бу*
лые' суглинки, далее слоем 12 — 15 м залегают четвертичные
краско-бурые и зеленовато-серые глины, подстилаемые мощны¬
ми слоями серых и пестро-цветных шин третичного возраст? с
прослойками разнозернистых песков. Из рассмотренных разно¬
видностей глинистых грунтов наиболее высокой степенью набу¬
хания и усадки обладают красно-бурые и зеленовато-серые гли¬
ны. Исходя из этого все лабораторные и натурные эксперимен¬
тальные исследования проводились именно в этих грунтах. Чет¬
вертичные глины опытной площадки имели следующие физико-
механические свойства:
Четвертичные
глины
Плотность, г/см*:
грунта ................ 2,04
сухого грунта 		-1,7 л
Природная влажность ......... .0,18
Коэффициент пористости ....... .0,59
Влажность на границе:
раскатывания ........... .0,2
текучести		 .0,46
Число пластичности	0.2о
Угон внутреннего тренвя, град .... .26
Удельное сцепление, МПа ........ .0,065
Модуль деформации, МПа 		18
Свободное набухание, % . ....... .10,5
Давление набухания, МПа	.0,25
Аральские
глины
1,88
1,50
0.25
0,82
0,26
0,61
0,35
9
0,075
14
13,5
0.30
На второй площадке с поверхности и ли под небольшим
слоем (1,5"— 2 м> элювиально-делювиальных образований за¬
легают отложения аральской свиты, которые служат основанием
большинства зданий и сооружений, построенных в данном райо¬
не. Аральская свита представлена твердыми и полутвердыми
глинами зеленовато-голубовато-серого, иногда темно-серого
цвета, которые залегают слоем толщиной 40 — 50 м. Их грануло¬
метрический состав следующий: глинистых, частиц содержится
50%) пылеватых и песчаных соответственно - 35 и 15 %. Гли¬
ны сильно ожелезнеяы, содержат известковые к марганцевые
включения. Общее содержание солей в глинах составляет о
4%, из них большая часть приходится на карбонаты и. гипс.
Подземные воды расположены на глубине 20 - 25 м.
213

Основной задачей данных исследований являлось уста¬
новление величины подъема свай в зависимости от диаметра
уширенной пяты я глубины ее заложения. Для обоих разновид¬
ностей глинистых набухающих грунтов глубина заложения опыт¬
ных свая составляла в одной серии опытов 3; 4; 5 и б м при
постоянном диаметре уширения 0,8 s/г, другой серю? опытов
яря глубине 4 м диаметр уширения изменялся от 0,4 до 1,0 м
с интервалом 0,2 м. Параллельно испытывались сваи разной
длины без уширения, Расстояние между сваями назначалось из
условия исключения взаимного влияния свай а составля¬
ло 2,5 м.
Для интенсивного увлажнения набухающий грунт замачива¬
ли через скважины диаметром 400 мм и глубиной 8 м (Джез¬
казган) и 10 м (Ермак), которые располагали параллельно каж¬
дому ряду свай на расстоянии 1,5 м. В среднем на 3-35 м2
нйощади дна котлована приходилась одна скважина. Скважины
заполняли щебнем с крупностью частиц 20 — 40 мм. Дно котло¬
вана во избежание заливания скважин покрывали слоем мелко¬
го щебня толщиной 8-10 см.
После замачивания начался подъем всех слоев, так как при
данном методе замачивания с поверхности через скважины на¬
бухание происходит одновременно во всем массиве. С глубиной
перемещений грунта уменьшается и уже на глубине 8 и практи¬
чески отсутствует. Так, для аральских глин при подъеме поверх¬
ности дна котлована, равном 128 мм, перемещение слоя грунта
на глубине 8 м составило только 9 мм. Скорость подъема по¬
верхности грунта во времени уменьшается и если в первый ме¬
сяц замачивания она составила 1,3 для четвертичных глин и
1,9 мм/сут для аральских глин, то по истечении 2 мес замачива¬
ния она составила соответственно 0,5 и 0,6 мм/сут.
Отличие скорости набухания и общей продолжительности за¬
мачивания для четвертичных и аральских глин объясняется раз¬
личием в их текстурных особенностях. Аральские глины набу¬
хают быстрее благодаря содержанию песчаных включений, спо¬
собствующих более интенсивному обводнению глинистых час¬
тиц. В отличие от аральских глин четвертичные глины по своей
текстуре представляют сплошной монолитный*массив, в кото¬
ром процесс увлажнения грунта протекает значительно медлен¬
нее.
Наиболее интенсивно набухание происходит в первые 2 —
3 мес. В течение этого времени перемещение верхних слоев
(от 0 до 4 м) составило 80 — 95 % конечной величины подъема
соответствующего слоя грунта.
Для завершения процесса набухания грунта при непрерыв¬
ном искусственном увлажнении требуется длительное время —
12 мес для четвертичных глин и 9 для аральских глин. Однако
анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует
214
а)
В)
О 40	80 Osw,mm
И'К
6}
О 40	80	Аят,**'
м
г?
^**4 |
N
(в
Н,м
г)
Рис. 5.15. Подъем слоев грунта но глубине свай длиной 4 м после окон¬
чания процесса набухания грунта
а, б, в я г - при диаметре уширения сваи соответственно 0,4; 0,6; 0,8 и
1,0 м; 1 - активная зона; 2 - зона торможения
о том, что с достаточной для практических целей точностью про¬
должительность замачивания можно ограничить 4-5 мес.
На рис. 5.15 показан подъем слоев грунта по глубине (кри¬
вая АВ) и свай с различным диаметром уширения (прямая MV)
после окончания процесса набухания грунта. Из рисунка видной
215

что верхние слои грунта, подверженные более интенсивному на¬
буханию, поднимаются на большую величину, чем свая, а слои
грунта, расположенные на уровне центра у ши рения, 'перемеща¬
ются меньше, чем свая. Если рассмотреть работу двух сравни¬
тельно небольших по мощности слоев, станет ясно, что верхний
слой должен поднять сваю на величину, большую, чем может
поднять ее нижний слоя. Поэтом}' нижний слой будет способст¬
вовать подъему свал в пределах своих возможностей, после че¬
го начнет препятствовать ее подъему. Аналогичное явление про¬
исходит повсеместно на всех участках по длине сваи. Это объ¬
ясняется наличием различных абсолютных значений возможных
деформаций набухания отдельных слоев грунта на глубине. В
точке О подъем сваи совпадает с подъемом слоя грунта, кото¬
рому соответствует равновесие касательных сил, возникающих
по боковой поверхности ствола сваи выше этого слоя вследст¬
вие проскальзывания грунта вверх относительно сваи, и каса¬
тельных сил но стволу ниже рассматриваемого слоя, направлен¬
ных вниз и возникающих вследствие проскальзывания сваи
относительно лежащих ниже слоев грунта! Толща грунта, распо¬
ложенная выше нулевой точки и вызывающая подъем сваи в
результате действия касательных сил выпора по боковой поверх¬
ности ствола, получила название активной зоны. Нижние слои
грунта создают отрицательное трение, препятствующее подъему
сваи, и образуют зону торможения. Таким образом, нулевая
точка делит массив набухающего грунта по длине сваи на две зо¬
ны с разными направлениями касательных сил. Подъем сваи
также происходит под действием нормальных сил выпора, дей¬
ствующих на торец или уширенное основание сваи.
Эксперименты показали, что наибольшее значение подъема
52 мм имела свая без ущирения, которая перемещается главным
образом под действием касательных сил выпора. Подтверждени¬
ем этого .является превышение в любой момент времени подъе¬
ма сваи над перемещением слоя грунта на уровне ее торца. Срав¬
нение величин подъема сваи с освобожденным концом я обыч¬
ной сваи показало, что они отличаются незначительно, следова¬
тельно, нормальные силы выпора, действующие на торец, не ока¬
зывают существенного влияния на возрастание подъема сваи.
Установлено, что с увеличением глубины заложения свай и
диаметра ущирения подъем их уменьшается. Так, увеличение
диаметра ущирения с 0,4 до 0,8 м для сваи длиной 4 м приводит
к снижению подъема сваи в 1,5 раза. Подъем сваи длиной 6 м
практически отсутствует (всего 13 мм) и незначительно отлича¬
ется от подъема грунта на уровне центра ущирения. Следователь¬
но, подъем такой сваи будет определяться в основном перемеще¬
нием слоев грунта ниже утирания.
Для выявления факторов, вызывающих уменьшение подъ¬
ема свай с уширением по сравнению с подъемом обычных свай,
216
Рис. 5.16, Схема сил, действующих на сваю с уши-
рением при иабухаиии грунта
оассмотрим силы, действующие на сваю при наоухэнии грунта
"(рис, 5.16). Из рисунка видно, что силами, вызывающими подту
f'M сваи, являются касательные силы ко стволу' сваи в активной
зоне Та и нормальные силы Nt, действующие на уширенное ос¬
нование. Силами, препятствующими подъему сваи, являются
касательные сапы в Фоке торможения Tt, собственный вес сват-!
р„ нагрузка, приложенная к свае N, и вес грунта над уширением
в объеме конуса АВСД Когда 2 Та 6 Np будет больше 2Tt +
--r« + Ро- + N, свая поднимается. До тех пор, пока касательные
силы выпора не превзойдут величину сил, препятствующих пе¬
ремещению свал, подъем ее будет определяться перемещением
грунта, расположенного ниже уширения, У юл наклона образую¬
щей конуса к вертикальной оси зависит от угла внутреннего
трения и" сил сцепления между частицами грунта. Прочностные
характеристики набухающею грунта с- глубиной изменяются,
поэтому образующая конуса будет иметь вид ломаной линии е
эазным наклоном отдельных участков к вертикальной оси.
Эксперименты показали, что свая с уширенной пятой в набухаю¬
щем грунте работает как анкер, яригруженный весом грун*а
над уширением в объеме конуса АВСД, который играет основ¬
ную роль в снижении подъема сваи.
В процессе набухания грунта нулевая точка перемещается
по высоте, при этом меняется соотношение между активной
зоной и зоной торможения. В табя. 5.11 приведены величины
.активной зоны \ для свая с различными параметрами и отно¬
шение 1дД при различных глубине заложения и диаметре У ши-
рения свая.
Проведенные эксперименты показали, что с увеличением
диаметра ущирения величина зоны торможения уменьшается,
так как часть‘'боковой поверхности исключается из раюты на
подъем сван в результате образования пригрузочного конуса
большого объема, а следовательно, к веса. Для сваи ттопч ми
диаметром 1 м нулевая точка находится на глубже эр мот по¬
верхности грунта, т. е. практически вдоль всей сван расположена
только активная зона. Следовательно, при некотором значении
диаметра ущирения в течение всего процесса набухания подъем
217

Таблица 5.1!, Величина активной Зоям
Глины
Глуби-	Величины активной зоны, м
на и от- }			’
ноше¬
ние
при длине свай 1, м
при диаметре уширения
В» м
	„1	(LIU. £ j_£_J ОД j 0,6 j 0,8 j 1,0
Четвертичные
Аральские
*
уь
2,1	2,5	3,1
0,52 0,63 0J7
2,6	3.1	3,4
0,65 0,77 0,85
сваи будет определяться перемещением слоев грунта, располо¬
женных ниже уширения, но это перемещение будет меньше, чем
при отсутствии сваи, так как в данном случае на грунт будет
действовал дополнительное давление от собственного веса
сваи и весе грунта над уширением. Дня четвертичных глин при
I = 4м это будет наблюдаться при D = 1,2-1,3 м.
С увеличением глубины заложения сваи растет активная
зона, величина которой приближается к длине сваи. Так, если
1 “ 1 оМ отношение W1 составляет только 0,43, то уже для
% — О -- 0,88, т. е. в 2 раза больше. Таким образом, при опреде¬
ленной глубине заложения сваи, значительно меньшей, чем для
сваи без уширения, вдоль всей ее длины будет формироваться
только активная зона.
Нря набухании грунта в зависимости от величины подъема
сваи меняется соотношение касательных сил выпора в активной
зоне и зоне торможения. Рассмотрим характер изменения этих
зон в процессе набухания грунта на примере четвертичных глин.
Анализ данных эксперимента показывает, что в процессе набу¬
хания грунта активная зона уменьшается, приближаясь к опре¬
деленной постоянной величине. Следует отметить, что в первый
месяц замачиваете подаем свай практически совпадает с пере¬
мещением слоев грунта на уровне центра уширения. Со време¬
нем в результате все увеличивающейся неравномерности де¬
формации набухания грунта по глубине в зону торможения пе¬
реходит первый шизу слой, а затем второй, третий и т. д., при
этом в первые 15 — 20 сут после начала замачивания уровень
проскальзывания сваи относительно нижних слоев грунта (ну-
девая точка) резко поднимается, Это обусловлено наличием
значительного запаса касательных сил выпора, стремящихся
поднять сваю, по сравнению с силами торможения.
Аналогичные исследования по определению свободного
подъема свай были проведены в аральских глинах, для которых
подъем свай таких же параметров больше, чем в четвертичных
глинах, из-за большего набухания аральских глин. Эксперимен¬
ты показали, что увеличение глубины заложения сваи в большей
218
Таблица 5.12. Величии* активней зоны аральских тятя
Диаметр	Величина активной зоны, м, ври нагрузке на сваю, кН
шай(М
0,4	2	3	3	4
0,8	3	3	4	—
степени влияет на снижение ее подъема, чем увеличение диаметра
уширения. Так, при увеличении глубины заложения сваи с диа¬
метром уширения 0,8 м с 3 м до 6 м подъем уменьшается в
3,5 раза, а при увеличений диаметра уширения с 0,4 до 1 м сваи
длиной 4 м уменьшается в 2 раза. Объясняется это тем, что с
ростом длины сваи увеличивается массив грунта над уширением,
который препятствует подъему, при этом само уширение будет
находиться в зоне незначительного подаем грунта. Следова¬
тельно, увеличивая дайну сваи, можно значительно уменьшить ее
подъем под действием сил выпора. Исхода из этого ори проекти¬
ровании свай с уширенной пятой в глинистых набухающих грун¬
тах для уменьшения деформаций фундаментов необходимо в
качестве основного переменного параметра использовать глуби¬
ну заложения сваи.
Результаты определения подъема свай с различной внешней
нагрузкой показали, что подъем свай тем меньше, чем больше
нагрузка. Объясняется это увеличением напряжении с ростом
нагрузки в слоях грунта, расположенных под уширенным осно¬
ванием, что приводит к уменьшению деформаций набухания
грунта, т. е. к снижению подъема соответствующих слоев, а
следовательно, и сваи. При этом при равных нагрузках подъем
свай с уширением меньше, чем свай без уширения. Так, при на¬
грузке 11,2 кН подъем сваи с уширением составил 8, а без уши¬
рения — 15 мм.
При действии внешней нагрузки часть сил выпора компенси¬
руется этой нагрузкой, вследствие чего величина активной зоны
увеличивается, приближаема к длине сваи. В табл. 5.12 приве¬
дена величина активной зоны аральских глин для 1 = 4 м в зави¬
симости от внешней нагрузки.
Из табл. 5.12 видно, что при нагрузке на сваю 55 кЯ (для
свай с уширением) вдоль ее длины будет формироваться только
активная зона, я, следовательно, подъем таких свай будет проис¬
ходить главным образом за счет перемещения слоев грунта ниже
уширения.
Силы, действующие на сваю при набухании грунта, изучались
для случая невозможности ее подъема (hgw,p — 0), т. е. опреде¬
лялись максимальные силы выпора.
Для исследования влияния глубины заложения сваи и диа¬
метра пяты на суммарные, нормальные и касательные силы вы-
219

&b,
M
fa о л и да 5.13. Двдланация грунта около сваи
		Летгаашдия грунта, ем, на глубине, м, для глин
четвертичных
аральских
0,2
Гу
ITT
б
! 0,2 !
	Т !
]
4
	г
-J.
6
15,0
4,6
8.2
2,5
4,5
1,4
2,4
0.7
20,0
6,0
9,7
2,9
4,8
1.4
23
0 7
1,4
0,4
0,8
0,2
0,4
ОД
0,2
0,06
1.8
0,5
0,8
0,2
ОД
0,1
0,2
0,05
0,0
ОД
0,2
0,3
SL! ?же"казгане й Ермаке испытывали буронабивные сваи
дяявои! З-бмс диаметром уширения 0,8 м и свая длиной 4 м
S’!“ и с ушч>«®* «А as и I м. Варш« “»„«
гТШе ТШШ0 Д?аметра уширения на силы выпора.
Диаметр ствола опытных сваи равен 0,4 м.	д
бух^Йопп^Л1068 Грунта вокРуг неподвижной сваи пои на-
оуханил определялись поверхностными и глубинными масками
20 шТ^ТШ	0.2,- 2,4 Н б м i на расстошт™’
т 'Pnnl^l LBW' >стан°ОДено, что депланация завист от обще-
mmJZt LФУНТа Нй даннои глУбние, при этом наибольшую де-
плаьащш имеют слои, расположенные непосредственно у'боко¬
вой поверхности сваи. В процессе набуханияroyiraraiSl
ется разница в перемещениях сдоев около сваи! "аи-
л„м “ЙН~ИЯ деготакации соответствуют максимальным си¬
лам выпора, действующим по стволу' сваи,
fwi?3‘ определенном расстоянии от свая в зависимости от глу-
оины рассматриваемого слоя депланации грунта не наблюдает-
ио 2(Г!тсм^7тЯ ШВерХН0СТИ 1’Рунта на Расстоянии пришя-
ИО ю - до см от сваи практически отсутствует т. * имем/м?™
те же зависимости, что и для сваи без уширения,
та л, дз приведены значения депланадий грунта окопа
полученные ш основан,» зкшешменп^ьТ”!™,
Обобщенные результаты определения сип выноса действу-
?PLl22“lLVJ:Stm'’“ °“ою“«“ »р* »»буханш грДга,
220
Т а S я и ч а 5.14. Максимальные силы выпора
Параметры
свай, м
Силы выпора, кН |
Nyi'max
1 Удельные «шы
1 выпора, МПа
Л
IL5II
*‘та*
1nl
ПдГГ]
ь_
г
3
0,8
152
57
95
0,37
0.Д1
0.029
д
0,8
1.80
41
139
0,23
0,08
0,03
213
57
156 ”
0,27
0,11
0,03
5
0,8
206
30
176
ОД 4
0,06
0,03
6
0,8
222
18
204
0,08
0,04
0,02
£
0,4
162
15
147
0,09
0,12
0,03
О
181
19”
162
ОД
ОД 5
0,034
f.
0,6
168
26
142
ОД 5
0,09
0,032
О
199
35”
164
0,17
0,3.2
от
6
0,8
180
41
139
0,23
0,08
0,031
213”
51
156
0,27
0,11
0,035
£\
1,0
205
62
143
0,3
0,08
0,033
О
235 ”
79
159””
0,34
0,10
0,03
Примечание. Над чертой приведены значения для четвертичных таив,
под чертой - для аральских пган.
делается свойствами набухающего грунта и составляет в сред¬
нем для четвертичных глин 0,031 и для аральских - 0,035 МПа.
Следует отметить, что удельные нормальные силы выпора с
увеличением длины сван резко уменьшаются и составляют
ОД 14 МПа при 1 ~ 3 и 0,036 МПа при 1=6 м. Следовательно, яри
определенной глубине заложения сваи, равной мощности набуха¬
ющей толщи, или внешней нагрузке на сваю, превышающей ве¬
личину суммарной силы выпора, нормальные силы выпора прак¬
тически равны нулю, так как действующее напряжение будет
больше давления набухания грунта.
Рассмотрим характер изменения сил выпора во времени на
примере экспериментальных исследований, выполненных в
Джезказгане. На рис. 5.17 показаны зависимости развития во
времени нормальных Nj. касательных Т и суммарных Fmax сил
выпора от глубины заложения сваи. Из рисунка видно, что сразу
после замачивания суммарные и касательные силы выпора воз¬
растают до максимальных значений, после чего они уменьшают¬
ся до определенного значения, несмотря на то, что подъем грунта
еще не завершился. Сопоставление кривых подъема слоев грунта
221

а)
кН
6)
7, нН
\
!
в)
Р,кН
Рее, 5,17. Развитие нормальных Nj, (я), касательных Т (б) и сум¬
марных F (в) сил выпора во времени (г, Джезказган)
1, 2, 3, 4 - для свай глубин заложения соответственно 3; 4; 5 и б м
и D ~ 0,8 м
222
го глубине с динамикой роста касательных сет выпора показа-
S.	STacaiSb* сшы достигают своего ткскшяшога ^
vewm пои подъеме поверхности грунта на 75 - 86 мм дяя чегвср-
тт1ш пиш и на 65 - 70 мм для аральских глин, что в среднем
"оставляет соответственно 73 и 54% конечной величины подь-
Рассмотрим закономерности изменения средних удельных
*JSSS!« ««»?* »*—	=
глин ял я сваи длиной 4 м без уши рения чи
Де£л F и с уширением диаметром 0,8 м. .Анализ эпюр свид.е-
о /оГ ^о при подъеме грунта во всех слоях каса-
1 ш.иыр напряжения сначала возрастают до максимального зва-
при эхом максимальные
■&ятсг\5ГЖ6НИЯ действуют в нижних сдоях.	_
* ^Экспериментальные исследования показали, что тужплъА
-ияы выпора увеличиваются в процессе набухания грунта л Д-
« св1егоУ максимального значения после завершения подь-
Рас,«. «р.
мяльных еда выпора не учитывает влияния формы я метода у v
значения » характер распределен «»-
давлений набухания груша иод уверен®» сваи. От-
Тштшт Тшш исследований приводит к необходимости дам
каждого конкретного случая проводить испытания по спреде
**^^^*£^^* в Джезказгане были п^ве-
д,нь^спешаГные опь.гь1 с бетонными штампами трех различ¬
ных конструкций: цилиндрическим, грибовидным ш ^фе-ляео-
Iml ВьТор формы штамт определялся конструкцией набив-
ных фундаментов. Например, цилиндрический штамп принят v
м»вш« распределения контактных gf™ ^
хшня под торцов буронабивных фундаментов без эьшренн,,
грибовидный Ри сферический штампы соответствовали форме
полученных механическими расширится»® режуще-
10 ")К"ПРОМИН ™» УЯРИВШИ
пюбня Грунт замачивался в течение 5 мес до получения макси
м™х шачений сил выпора. По полученным усредненным
данным построены этори рспреденени»^кошакпшхдз;ш«ш
ФстденноУ дам на Цр4с,ер	» ■»«““
япвеми контактных давлений. Так. ““^^“оГсреднем
ра для цилиндрического штампа составил* 40 , Р - -
давлении набухания ОД МПа.
223

При проектировании свайных фундаментов в формуле для
определения расчетного сопротивления сваи вдавливающей на¬
грузке в набухающих грунтах вводится поправочный коэффици¬
ент 7С — 0,5 (для сваи с диаметром 1 м), учитывающий уменьше¬
ние нормативного сопротивления набухающего грунта при зама¬
чивании по боковой поверхности и под нижним концом сваи.
Для установления этого коэффициента были проведены ста¬
тические испытания буронабивных свай с уширением на вдавли¬
вающую нагрузку с грунтах природной влажности, а также пос¬
ле их набухания, вызванного искусственным замачиванием. В
замоченных грунтах испытания проводились после стабилизации
свай при набухании грунта. Испытывались сваи с диаметром
ствола 400 мм, глубиной заложения 3; 4; 5 и б м и диаметром
224
2.25

I а б я ш u, a 5,15, Нагрузки, передаваемые
? £
\ ?,
: &
S3
сг
%
: о
; &
, О
О
> : Л О ;
; * к 33 *
, . оЗ ц о :
, ' < СП я- С. !
cp. ок оч o-.
’ Г'- Од ГГ; чС-
; Сй ГЧ;
; ! Ё 6 '
< : $.5 23 ’
\ ; да й ;
; ; ь & о .
;55 w :
fo со <f> со
C-K ГК CO над
;
; ГС <П £•-- СО
; со »т со сад
; , Ш, ;
; 1 5* >
' ; О о :
; >1 % \
I о | 8 § ;
800
920
1120
12b0
!
• о о о о
. ^ Сх С со
: со г-i -чу со
^ : . '!
1 1 si i
1 iSh;
J_	L. . s
О О О О j
Г4! Os О С-’
Со СО 1
O f oi 03 *-м \
\
■ О О О О
СО. О Г- V;
<>? Г'5
!
i
!
I
!
1 su1
I
i
■ ОО V0 ГЧ СО
;
!->
i о- op -Оч
i СО 00 00 оо
i
!
! О О О О
! о о о о
£ ■
; Й? !
!
£
h
{
1 Б*!
О
i -
; о о о о
; оооо
1 a i
а
! sC
; O'-. CP, a- Os
: '0> ст, <п оч
! ** 1
,
m ;
УГ-
i
« ;
2
\	__
О 1
i
i
vi i
35 •
«5
ОТ
!
J о о О О ■
; О чо о ох :
: О ООО
i-о О <г>
rf s
; ^ ГЧ W4 Од ;
■ср 'О г- СА,
у !
■
i i
!
"1 j
Я !
;
i i
; О О О О ;
ООО о
£1 !
i _
< ьо ао .
а-' 1/? -г;, с-i
й> i
о, I
! а*
f -ч СО УО О (
I !
•^г 40 ОС г-.-ц
;
£2 г
1
„J i
\ ЕС |
! iS 1
I J. 1
i 3 i
i 5? г
i >. i
! t!
I * i
! S :
‘ §
i «
, <o
! P, ;
i G ’
Is.
If
&s
1 ^
‘ ^ Oo iCi О
f Сч ЬА гг?
; >
i 80 C- GO O',
! 0G СО СО 00
; ИХ.
! :
< . i
I o •_> о О
!
t ООО о
i
1
i ;
0
1
j !
о о о о
:
! о о о о
<w
' «</3 >
о АО '20
; СЧ Г-1 г-
ay
i
!	 j
: и-, с-l О*
|
j j
о о о о
СО-. 04 >.р>
I
• ООО о
i ^ С^. ГГ;
; о. о о
i гг" :
} j
1 ^
! - T
! i
i i
о о О О
:
!
! о о о о
X J
со г~- ол
, Г-’- О
•4t Г-- ---=ч У0 ■
о
! ' f
i
i -“1
j !
!
!
i
i
: !
!
i
г?- vo со о ;
i
!
а
;
. . i
o'о” о"—Г J
i
сГ
!
i
!
i
l
1
i
;
ГГ
226
T а б л и ц 3 5,16. Снижение несущей способности свай
после замачивания груич а
Даоамы'ры
1 г/Р
! И/*Ч i
0/Ps |
pip
1 6m.
T>:m
i
ивзй.м
;
\	*
1
. ;
J			.1...
	 [
|
!,
! и
.. J
-:.:.:рю;мж.
‘-кмыда !
«радьо кис
ГЛИ>1ЬТ
4
9,4
от-2
6,34
0,56
0.47
0,36
0,53
4
0,6
ЬЛ5
0.42
0,56
0,53
0,44
0,53
4
0,8
0,5 5
а ус
0.56
0,55
0,54
0,53
4
КО
0.6?
С,6 8
0,56
0.64
0,65
0,53
3
--
0.4f.
0,45
0,5 0
0.48
—
-
4
-
0,55
0,55
0,56
0,55
0,54
0,53
5
0,8
0.65
0.64
0.68
0,63
~
-
6
~
0.80
0.70
0,7 0
0,78
~
-
сущей способности сваи длиной 4 м изменяется от 0,42 до 0,67,
при этом снижение предельной нагрузки, воспринимаемой боко¬
вой поверхностью, составило 0,56, а воспринимаемой уширени¬
ем, увеличилось с 0,34 до 0,68. Происходит это вследствие уве¬
личения расчетного сопротивления грунта под торцом сваи с
увеличением диаметра уширеяия, так как подъем сваи уменьша¬
ется, а следовательно, и разуплотнение грунта при набухании
ноя у ши рением будет меньше.
Анализ опытов показывает, что на увеличение коэффици¬
ента снижения предельного сопротивления сваи после замачи¬
вания существенное влияние оказывает главным образом глу¬
бина заложения и в меньшей степени диаметр утирания сваи.
Так, при увеличении длины сваи с 3 а 6 ы коэффициент сниже¬
ния несущей способности увеличился с 0,46 до 0,80 - для чет¬
вертичных глин и с 0,48 до 0,78 — для аральских.
Значительное уменьшение несущей способности свай объе¬
диняется снижением прочностных характеристик грунта иод
уширением в процессе набухания грунта при подъеме сваи. В
действительности свая всегда подгружена определенной на¬
грузкой, которая приводит к снижению подъема сваи и умень¬
шению разуплотнения грунта под уширением, в результате че¬
го свая будет обладать большей ыееушей способностью. Исхода
из этого для получения несущей способности свай, соответствую¬
щей- ее реальной работе в конструкции, бъши проведены испыта¬
ния свай на вдавливающую нагрузку после определения сил вы¬
пора, действующих на них при набухании грунта. Результаты .ис¬
пытания свай приведены в табл, 5.17, из которой видно, что с
ростом длины сваи и диаметра ушярения увеличивается коэф¬
фициент снижения несущей способности свай в замоченном
грунте.
Исследования показали, что снижение прочностных характе¬
ристик грунта под уширением при набухании практически не
227

I a r> л к д з 3.1 X Jjpe 'je-'aas к-агру-ка, Kli, на езак
я ксшрфядчет-Н' еяяжеяйч. весу щей егюг-обностк сваи
«зеле зам»чи«ания rpysni
Параметр?,; свай, м
.2 ....
НО
г
I фр
г
I
У.
НзшЧНё Л1. 1 Та«.Ф '
Щ.Ш7
Evaic гличк
: 0.4
280
0.62
170
0.59
4
; 0,6
НО
0,65
380
0,67
i 0.S
83 0
ото:
670
0J4
!. I. ,0
2 300
0,80
010
0,73
—
			 -
		 -	-
-	 ... - - —
......
		 ...
3 |
680
0.63
...
...
4
840
0.72
670
0.74
С 1
0,8
1060
0,81
....
..
0 J
. 1210
0.86

...
Т а 5 я и ц а 5.18.Несущая способность сзай дяйкой 4 м
D, м
Несущая способность. кН. s грунте
естественном j замочен неон пру нагрузке, на сзазд, кН
1

\ 0
lJl.
ГХГЖ
0,4
250
12«
П7
0,8
115
384
229
535
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦРФОШлЦИЙ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
СВАЙНЫХ КУСТОВ В НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
Экспериментаяь и ая площадка s г. Ермаке представлена од-
дородным слоем аральских глин толщиной 70 м, залегающих
под покровными суглинками толщиной 0,2 — 2 м, уровень под¬
земных вод находится на глубине 25 - 30 м.
В основу проведения экспериментов положена методика
определения деформаций - подъемов к сия выпора одиночных
свай. Продолжительность замачивания принимал.» из условия,
228
Подъем слоев грунта, свайных, кустов и одиночных свай
равной длины показан на рис, 5.19. Из рисунка видно, что при за¬
мачивании грунта происходит одновременный подъем всех сло¬
ев, который уменьшается с глубиной. Так, для сдоя грунта, рас¬
положенного на глубине 6 м, подъем составил всего 11,5 мм
при подъеме поверхности дна котлована, на 147 мм. Коэффици¬
ент, характеризующий степень уменьшения подъема слоев с глу¬
биной для аральских глин равен 0,35 м”1. На основания экспери¬
ментов установлено, лго шжняя граница зоны набухания для
аральских глин находится на глубине б	 7 м. Наибольшая ско¬
рость набухания всех слоев грунта наблюдается в первый месяц
замачивания. Скорость подъема поверхности при этом уменьша¬
ется во времени с 2,3 мм/сут в первый месяц замачивания до
0,31 мм/сут после 3 мес замачивания.
Если сравнить результаты экспериментов, проведенных с
одиночными сваями и свайными: кустами, го можно сделать вы¬
вод. что подъем кустов меньше подъема одиночных свай. Напри¬
мер, подъем сваи длиной 3 м составил 105 мм, а подъем куста
из свай такой же длины -- 80 мм. Из 'зависимостей подъема оди¬
ночных свай и свайных кустов от глубины заложения свай следу¬
ет, что с увеличением длины свай разности подъемов одиночных
евзй к кус.тоз уменьшается. Так, при длине свай 5 м разность
подъемов составила 11 мм, а при длине свай, равной толщине
зоны набухания, всего 2 мм.
Набухающие верхние слои грунта поднимаются наиболее ин¬
тенсивно и на большую величину, чем сваи и свайные фундамен¬
ты. На уровне подошвы свай слои грунта лишь до определенного
момента способствуют подъему свайных фундаментов, после
.97
229

.Рис, 5.19, Подъем сдоев грунта (кривая /). кустов (кривая 2)
и одиночных свай (кривая 3) во времени ири набухании грунта
чего препятствуют ему, т. е. подтверждаются ранее полученные
данные о наличии тормозящего эффекта, обусловленного нерав¬
номерным подъемом грунта но глубине.
На каждую сваю в кусте при набухании грунта в активной
зоне действуют касательные силы выпора, стремящиеся поднять
сваю. Ниже нейтральной точки, где перемещения слоев грунта
равны подъему свай, возникают касательные силы, препятству¬
ющие подъему сваи (зона торможения). Активная зона одиноч¬
ной сваи больше, чем активная зона для куста в целом, в связи с
чем и подъем одиночных свай больше подъема свайного куста
из свай такой же длины. Однако при увеличении дайны свай
подъем свайных кустов и одиночных свай уменьшается и при
сваях длиной 6 м активная зона и зона торможения для кустов
и одиночных свай примерно равны. Таким образом, в процессе
набухания грунта и подъема свай и кустов происходят перерас¬
пределение касательных сил в активной зоне и зоне торможения,
изменение величин самих зон по длине свай.
Сравнивая деформации — подъемы кустов с подъемами
одиночных свай, можно сделать вывод, что при равных длинах
одиночных свай и свай в кустах подъем сваи значительно больше
подъема куста. При увеличении длины одиночных свай и свай в
230
1*ас, 5.20, Зависимость подъема —
садки кустов т пяти свай длиной
3 м с разном нагрузкой
1, 2, 3 и 4 - при нагрузке, равной
соответственно 0; 40; 100 и 200 кН.
кусте их подъемы при прочих равных условиях оказываются
практически одинаковыми.
Наблюдения за подъемами кустов с разным числом свай при
одинаковой глубине их заложения показали, что число свай в
кусте существенно влияет на подъем кустов. Установлено, что
с увеличением числа свай в кусте подъем кустов уменьшается.
Эта зависимость имеет нелинейный характер: по мере увеличе¬
ния числа свай подъем кустов уменьшается меньше, чем подъем
кустов с малым числом свай. Очевидно, что яри определенном
числе свай в кусте его подъем стабилизируется и дальнейшее
увеличение числа свай не будет влиять на подъем куста. Увели¬
чение длины свай в кусте сказывается на подъеме кустов более
значительно, чем увеличение числа свай в кусте. При сопостав¬
лении данных опыта можно сделать вывод, что оптимальным яв¬
ляется вариант свайного куста из пяти свай длиной 5 - 6 м. В
этом случае подъем куста без нагружки минимальный.
Проведено испытание кустов из пяти свай постоянной дли¬
ны с различной внешней нагрузкой, равной 40; 100 и 200 кН.
Наблюдения за перемещениями кустов при набухании
аральских глин показали, что подаем под нагрузкой меньше
подъема кустов при отсутствии внешней нагрузки (рис. 5.20).
При отсутствии нагрузки куст из пяти свай после 4 мес замачи¬
вания поднялся на 75 мм. а при нагрузке 40 кН подъем составил
61 мм. В начале процесса набухания (1,5 — 2 мес) при нагрузке
100 кН куст поднялся на 34 мм, а затем: дал осадку, равную
27 мм. Таким образом, после 4 мес замачивания свайный куст с
указанной нагрузкой имел подъем всего 7 мм. При дальнейшем
возрастании нагрузки, до 200 к II свайный куст после 2 мес зама¬
чивания имел подъем, равный 19 мм, но затем начал давать осад¬
ку провального характера, составившую 85 им.
■Чы-
231

232
Рис, 5.21, Характер дешгаяации слоев грунта в и редедах
свайного куста

Рис, 5.22. Зависимость подъема свай-
аых кустов от площади условного
массива
лах ростверка. Около средней сваи деиданадия поверхности
еще более значительна, чем у крайней сваи со стороны грунто¬
вого массива. Очевидно, что с увеличением числа свай в кусте
влияние их на депланадгао грунта будет более значительным, а
следовательно, подъем куста будет уменьшаться.
На рис. 5.22 приведена зависимость подъема свайных кус¬
тов от размеров площади условного массива. Площадь условно¬
го фундамента в основном зависит от числа свай и в некоторой
степени от длины свай. Из рисунка видно, ‘-сто с увеличением
площади F подъем уменьшается. Таким образом, ’’кустовой
эффект” оказывает значительное влияние на деформации-
подъемы свайных фундаментов. Учет этого явления при проек¬
тировании свайных оснований позволит уменьшить число свай в
фундаментах исходя из расчета но деформациям.
Исследования несущей способности кустов проводились в
аральских глинах естественной влажности и после их набуха¬
ния. В искусственно замоченных глинах испытания проводились
после стабилизации подъема свайных кустов. Отсутствие данных
статических испытаний свайных кустов не позволяет оценить
снижение несущей способности, что затрудняет разработку эф¬
фектных проектных решений и внедрение их в строительную
практику.
Для определения характера работы куста в целом и несу¬
щей способности сваи в грунте природной влажности и искусст¬
венно увлажненном были проведены испытания на вдавливаю¬
щую и горизонтальную нагрузку. Для сравнения результатов
исследований были испытаны и одиночные сваи тех же пара¬
метров, что я сваи в кусте. Испытывали свайные кусты яз четы¬
рех, пяти и шести буронабивных свай диаметром 250 мм, объе¬
диненных высоким ростверком. Расстояние между осями свай
в кустах составляло 3d. .Длина свай в кустах была принята рав¬
ной 3; 4 и 5 м.
На рис. 5.23 приведены зависимости осадок свай от вдавли¬
вающей нагрузки в грунте природной влажности и искусственно
увлажненном. Испытания, показали значительный рост осадок
234
0	200	Ш	600	WO N,K.H
Рис. 5.23. Зависимость осадок свайных кустов от вертикальной вдавли¬
вающей нагрузки
1 - грунт природной, влажности; 2 - замоченный грунт; п - число свай;
1 - длина свай
одиночных свай и кустов при замачивании грунта, при этом для
кустов осадки растут больше, чем для одиночных свай. Так, при
нагрузке 70 кН осадка сваи дайной 4 м в замоченном грунте
больше ее осадки в грунте природной влажности на 4,5 мм, а
осадка куста из пяти свай при той же нагрузке, приходящейся на
одну сваю, - на 10 мм. Общая осадка кустов при передельной
235

Таблица Предельная нагрузка иг, одиночные сваи
Длина	Предельная нагрузка, кВ, ,га еваго о груггге
м	естественном	(	замоченном
.J:
: «
. i
.. > !'5
jV Р
• Р
4
1 П
! .
; Ф
! iV?
а
1.2 В
18
по
0,86
62
6,5
55,5
0.89
4
146
18
128
0.88
80
И
бь
0.82
5
172
22
150
0,8 7
106
16
90
0,85
нагрузке для замоченного грунта в 3 — 5 раз больше, чем для
грунта природного сложения. Так, если предельная нагрузка
т куст нз пяти свай длиной 4 м з замоченном груше составля¬
ет 360 кН (осадка 10 мм), то при этом значении нагрузки на
кует в грунте природной влажности осадка составляет 2 мм, х, е.
в 5 раз меньше.
Результаты статических испытаний одиночных свай в грунте
естественной влажности я после замачивания приведены в
табл. 5.19.
Как видно из табя. 5.19. соотношений между общими пре¬
дельными нагрузками и нагрузками на боковую поверхность
ври изменении влажности грунта в результате его замачивания
изменяются незначительно. В среднем в грунте природной влаж¬
ности и з замоченном набухшем грунте боковой поверхностью
свай воспринимается 88 % общей предельной нагрузки.
Несущая способность одиночных сван в замоченном набуха¬
ющем грунте ниже, чем в грунте природной влажности. Коэффи¬
циент снижения несущей способности для свай ал иной 3; 4 и 5 ы
составил соответственно 0,5; 0.55; 0,61.
Результат};,? испытаний свайных кустов в грунте естественной
влажности к в замоченном приведены в табл. 5,20.
Статические испытания свайных кустов показали, что в на¬
бухшем в результате замачивания грунте несущая способность
кустов уменьшается более чем з 2 раза. Коэффициент снижения
несущей способности, составил: в предаем 0,42, Таким образом,
снижение несущей способности кустов значительнее, чем одиноч¬
ных свай.
С увеличением длины свай несущая способность кустов и
отточных свай увеличивается. Так, в грунте природной влаж¬
ности несущая способность свайных кустов при увеличении
длины свай на 1 м увеличивается на 15 ■- 18%, в замоченном --
на 28 -- 30 %; одиночных свай — соответственно на 20 и 35 %.
Увеличение длины свай в кусте сказывается на росте несущей
способности в заглоченном грунте более значительно, чем в грун¬
те естественной влажности.
236
Таблица 5-Ж Предельная нагрузка на кусты
Длина свай.
?л
'! Предельная нагрузка на к;
;	'	кЯ. в грунте
С:ЮТС теките М ; замс-теНИСТ;
А
5
735
382
f з
567
190
...
1 4
710
320
Г?
is
840
428
6
5
900
455
Свая, в кусте по сравнению с одиночной сваей обладаешь
шепнем меньшей несущей способностью: в грунте И|»рщдкж
шажчосга	на 10, в замоченном грунте - т и ы, т.
"кустового эффекта” более значительно в замоченном грунте.
На «есутцую способность сът в кусте как в груше- иркр-д-
ч,ст влажности. так и в искусственно увлажненном, оказывав
шштжХш^Нт*й « кусе. Пр» у,„исж. ею» «««;»«
способность одной свая в кусте падает. !ак, при уьашдат,» «<-
,та свай в кусте с четырех до шести несущая саосооност» сжы
сваи уменьшается для грунта ^естественно» влажности >м и ж,
тля замоченного грунта - на 21 %.	„ „ , „
Увеличение числа свай в кусте, привозящее к росту шющюш
угдовного массива, не дает существенного повышения несущее
способности свайного фундамента. Для повышения ф-нДюш
способности более, целесообразно увеличивать
Кроме исследований несущей способности свайных, кустов
rs вдавливающую нагрузку проводились их испытания на гори¬
зонтальную нагрузку.* Испытывали кусты из четырех, яств и
шести свай длиной 5 м в грунте природной влажности и искус¬
ственно увлажненном. Несущая способность сваакых куегсш на
горизонтальную нагрузку в результате замачивания уменьша¬
йся ПОЧТИ в 2 раза. Коэффициент снижения несущей сиоеооиос-
т составил в среднем 0,53 при перемещении кустов, равном
10 мм.
Результаты испытаний кустов из свай длиной э м на горизон¬
тальную нагрузку в грунте природной влажности и в замочен¬
ном приведены в табл. 5.2.1.
Испытания показали значительный рост горизонтальных не-
оемйшений пои замачивании грунта. Так, при нагрузке на куст
£ w свай 50 кН дополнительная осадка в замоченном грунте
7 мы. По и предельной нагрузке оощее перемещение

Т а б .а и ц а 5,2.1. Предельная горизонтальная нагрузка
Число Свай в кусте
рстестяенном	! замочим"' ~[
-J	 |	) собносгя
i	64	^
5	81	у,	0,54
0	104	до	0,54
4J	0,49 5
кустов для замоченного грунта в 4 _ л г
грунта природного сложена Так даю кустаито*ЬШе’ дая
предельной нагрузке 60 кЯ и ,,„„3 Л‘Я к*ста из «тести сваи при
составило 14 мма» ^52!ГМ^Мрй^
На несущую шособ£ „шСГй влажностй ~ 3,5 мм.
грузки оказывает влияли»	-'лвш горизонтальной на-
«а свай в	“£**«•• П?И увел™®
те природной влажности, так и в зт£т^Ъ рвСГет’ КЖ в
естественного сложения более знажельнТ^«РМ ЭХ£Ш В грунте
одной сван в кусте ппи	лы.о. Несущая способность
янченнем ",^^~SK£?,,вы,,* mrpy*"' « W?
ности и надает в замоченном, ’	рунте пРиРОДной влаж-
ss: «ганмг*
проведения экспериЙи™"ОДВИЗИ10с1ь- Методика
тельные и нормальные силы выпора Р^делмо определить каса-
кустов из cbS	Ч) г®°Ра В° ВрЕМени для
1,5 -2 *2 »ю«Рош ,™ “'Шра «Ч*™lW
значения Fmlx, „км уммыш^1"Т!^„^KCTm’UKm
подъема слоев грунта котооаФЛТ моменту стабилизации
«« *—65 -7 "с ■»»
для куста из свай длиной 3 и 5 м ’	” Ь*' tmax соотвегсгвенно
нем в 1,6 - 2 раза 6oSi? n£\ И ДЛИН0Й 5 м °ни в сред-
Однако, несмотря на зтттеяшъТ-ю/г^ Ю ?ВаЙ вдиной 2 м.
ем длины свай, додаем кустов' ‘как я Л Выпора с Увеличени-
длвмных сваях меньше, чем тика^'Т ПО*тто Р^е, при
тверждает влияете тормозящего	Это еще Раз под-
увеличенш длины свай, ’ -Фф-К-а на подаем кустов при
Кривые на рис. 5.25 показывают изменение суммарных сил
238
Рис. 5.24. Характер суммарных сия выпора, действующих из свайный
куст при набухания грунта
.1, 2, 3 - для кустов из свай дайной соответственно 3, 3 и 2 м
выпора F, действующих на отдельные сваи в кусте при набуха¬
нии грунта, для .кустов из пяти свай. Из рисунка видно, что на
силы выпора, действующие на каждую сваю в кусте, влияют как
длина свай, так и место расположения их в кусте, при этом по¬
следнее обстоятельство более значительно. Так, прв: сваях дли¬
ной 3 м силы выпора Fmax для крайней сваи на 35 -■ 40% даль¬
ше, чем для средней; при сваях длиной 5 м -- соответственно
на. 45 — 49%. Если же взять разность между значениями сил
выпора Fmax для крайних свай длиной 5 и 3 м, ома составля¬
ет 30 кН; для средних -- 13 кН. Как видно из приведенных
данных, наблюдается эффект снижения суммарных сил выпо¬
ра для свай, расположенных в средней части свайного фунда¬
мента. Этот эффект положительно оказывается на величине
подъема свайного куста, уменьшая его. Минимальные значения
сил выпора, замеренные после 7 мее замачивания, близки как
для крайних, так и для средних свай в кусте длиной 3 и 5 м и
находятся в пределах 1.8 —31 кН, составляя 25 — 35 % Fщах - Не¬
обходимо, отметить, что силы выпора стабилизируются для:
средней сваи в кусте значительно быстрее, чем для крайней, а
минимальные знаиения достигают 35 % Fra3X, после чего прак¬
тически не снижаются.
Силы выпора в значительной степени зависят от перемеще¬
ния слоев грунта. При увеличении подъема поверхности силы
выпора растут, при этом для куста из свай длиной 5 м более зна¬
чительно, Рост сил выпора продолжается до определенного зна¬
чения, соответствующего подъему поверхности грунта, состав-
239

свад в кусте	йыно|>3’ тйетвуюшх на отдельные
«е и KpZmfZTb К®еШШ 5 и 3 "•* д » В - соогаетсгаеяно сред-
грунта, шяы выя^^шдавд'«Р°д°лжак)идайся подаем
куста невозможны,1ыоУУрХУУЛУк 410 «Ч***-»»
выпора в данном случае У"™ ^	’ сУммарныс силы
и сил трения набу^шшеС^^ЛГ16^-
сваи,	' '	.«о ооковои поверхности
Сиды выпора дал крайней сваи в w,-,-- , „
носга грунта растут тти^тУУУ подъемом поверх-
щие на среднюю сваю, и аосттдал-стстг^ ЧШ силы* действУк>~
ачя яри hsw = 86 мм тогча У -максимального знача-
~ 108 мм, Стабилизация силчУкУ- ч’е^№ свш при W =
верности бодее чем на МО мм	Х0ДИГ «?« «одаеме по-
подъема свайных ку^оУогУУ ВЫПОра от оросительного
поверхности грунта в гюн«- J 'У ж подъгма куста к подъеме'
f сложный мрактер.^Гвыя^Л^^Л^Р^ w) име-
симаяьных значений ««и"огяоскг-m -резко возрастают до мак-
И 0,56 для куста ш св J пУШ кпУ П°ДЪеМе’ Ра*«°м 0,20
дальнейшем увеличения'	5 й 3 «■ При
силывыпора при дайне свай в Kt«e 5 - -°ДЪеШ сУм«Ч>ные
азэяом снижаются бодее плавно,"	“адаит> а я?й Длине
Действующих'м от5ез^Г^Ь”Ь“у^вММарНых СШ! *ьшора,
ек что для крайних свай в ктсте тУ-rZ г? ДЯИНЫ сзай «ИВДУ-
чекием длины свай более	.1^1ШХ растут с увеЛЙ'
— ^де^но, чем для средних: нон
240
Ряс. 5.26. Зависимость суммарных с.«л выпора сваи длиной 5 м от подъе¬
ма поверхности грунта
1 я 2 - зля крайней и средней сваи соответственно
этом разность этих значений с ростом длины свай увеличивает¬
ся. Минимальные значения сил выпора незначительно отличают¬
ся друг от друга, несмотря на разную длину свай. Основное от¬
личие заключается в том,, что зависимость Fraax от длины свай
для крайней сваи имеет линейный характер, а .для средней -
нелинейный. Построенные зависимости говорят о неравномер¬
ности распределения суммарных сил выпора на сваи, располо¬
женные в кусте, I. е, место расположения свай, в кусте в значи¬
тельной мере влияет на силы выпора, приходящиеся на них.
В связи с тем, что суммарные силы выпора, действующие на
отдельные сваи в кусте, в значительной степени зависят от дли¬
ны сваи, очевидно, что суммарные силы вынора Ршзх дейст¬
вующие на куст, также будут зависеть от глубины заложения
свайного фундамента- С увеличением глубины, заложения свай¬
ного фундамента как максимальные, так и минимальные силы
выпора увеличиваются. Максимальные суммарные силы выпо¬
ра растут более значительно. Так, при глубине заложения свай¬
ного фундамента, равной 2 м, разность Fraax	Fmjn	 состав¬
ляет 215 кН, а равной 5 м - 360 кН.
Характер изменения суммарных сил выпора, действующих
на свайный фундамент при набухания грунта, и данные стати¬
ческих испытаний, показывают, что предотвратить подаем кус¬
тов путем увеличения .нагрузки на них невозможно. Действи¬
тельно, подъем свайного фундамента будет отсутствовать при
приложении внешней нагрузки, равной N. В процессе набухания
силы выпора уменьшаются руд Pmin- Следовательно,если на свай¬
ный фундамент действует нагрузка, способная уравновесить мак-
24 i

nf^Tca a"
в^^н^^?г;/Ге^угни^У ™ свайньзй*фундамевд до
ИЗ минимальных значений "сш	ЛЯТЬ ИСХ0Дя
максимальные силы пътоп* гщ ' Фш . ■ aKu в этом случае
внешнюю Harnvcicv N*
свайного фундамента,’Тагиь'^Й* ЧЙГ° пРоиз°ВДет подаем
ного фундамента, как и гол*	СТ-.ранкть по^1ьем свай-
чения нагрузки ке пп^г^^’р:^.1'„'>ДЙНи'и{ои сваи> п'Л'ем увели-
уменьшить до определенной велш«ныМ0ЖНЫМ’ ег° МОЖНО иншь
раш^^ьЛ	действующих на сваи,
характера работы сватшого 'фут^та T^L®1* выявления
издались касательные силы выро-м“‘’^й	3viOHIIlero ®Ремени
сваи, расположенные s опио-аг :‘, 'ра’ дейс*вУюВДие на одиночные
та. Однако уже	^ухшщеш грун-
наоухания грунта были у<-'чной—штяыА кУстов в процессе
рактере работа, кустов и одшочщ стТ^г™ ттшя в ха~
интерес детальное изучение «а**™	Л “Ь1у «Р^авляет
также напряжений вмпгт- "пп " & 1Уа,-'‘ил1Шмх СИД выпора. а
«»»•>S^S53ZS£!SZr*ia™
ния грунта.	*'' ^.рком, в процессе набуха-
^ «“<=«>,» =>.■**.
ных сил выпора Т0 дейстрт4цг*х „:"fAhmdmnmsm т касатель-
силы выпора исследовали юля^аю^х^ч УЮ “**'Касателы1ые
ной 2; J и 5 м оагггог^А^ФФ-' *'BdKhbIX кустов из пяти свай дтщ-
имекчцил: высокий ростверк.'”** АРУ* 01 Друга на Рас«ояний 3d и
мвряых кфгафьф(ш™гаф, Дуруечы зависимости сум-
5ГS»“«h
ssssst сюш
^йй^чяяжвгг
F (см. рис. 5'?) В -збт даго • ененая с> ммарных сил выпора
сил вьшора Т вразлв™ nS^JSSSS^S^ ****“
вьзделихь три
характеризуется бм--тг...Д	" ток Зчо ^ мьс замачивания)
Уменьшением касагельнмхХ ш it ~ * МеС эама™®) -
остаются практически постоя^ь-ми14* участке СШ1Ь! вьшора
ДО=т„е»„« „аксиммшшх'
242
i
Ряс, 5.27, Зависимость касательных сия выпора, действующих из свай¬
ный куст яри набухании грунта, от времени замачивания
1, 2я 3 - для куста из свай длиной соответственно 5; 3 и 2 м
что яри подъеме происходит проскальзывание группа относи¬
тельно боковой поверхности неподвижных свай.
В плоскости торца свайного куста действуют нормальные си¬
лы выпора Np зависящие от подъема слоя грунта на уровне по¬
дошвы куста, равные сумме сил, действующих на каждую сваю.
С увеличением длины свай в кусте нормальные силы выпора
уменьшаются, так как подъем слоев грунта с глубиной уменьша¬
ется. Так, при длине свай в кусте 3 м нормальные силы в 2,8 ра¬
за больше, чем при длине 5 м.
Нормальные сады вьшора через 2 мес после начала замачива¬
ния достигают своего максимального значения, после чего оста¬
ются постоянными и составляют 3 — 28 % касательных сил
(рис. 5,28). В среднем значения М|. не превышают 10 - 12 % зна¬
чений Ijmx, т. е. с достаточной для практических целей точ¬
ностью можно принять Nijnax ~ вЛТтах.
Из экспериментов следует, что решающее значение имеют
касательные силы выпора (см. далее табл. 5.23). Нормальные
I абяяца 5.22, Касательные силы выпора
!,м
Тщах
Силы вьшора, кН
! через 2,5 мес! через 4 мес ! через 6
.1	1
^ шах
8 max
2
255
220
100
48
0,81
3
335
276
140
85
0,86
5
524
445
305
176
0.98
243

Ряс. 5,28. Зависимость нормальных сия выпора, действующих на свайный
кус* яри набухании грунта, от времен» замачивания
1, 2 и 3 - для куста из свай длиной соответственно 5, 3 и 2 м
силы выаора необходимо учитывать при небольшой длине свай
в фундаменте. Так, при длине свай в кусте, равной 2 м, нормаль¬
ные силы выпора значительны - 60 кН, При увеличении длины
сваи нормальные силы вшюра быстро уменьшаются. Так, при
сваях длиной 5 м нормальные силы, действующие на уровне по¬
дошвы свайного фундамента, составляют 15 кН, что в 4 раза
меньше, чем для куста из свай длиной 2 м, Отсюда следует, что
при длине свай в кусте 5 м и более нормальными силами выпора
можно пренебречь.
Кроме суммарных касательных силы выпора Т, действую¬
щих на куст в делом, в ходе экспериментов определяли каса¬
тельные сады вьгаора, действующие на каждую сваю в кусте. Ха¬
рактеры изменения касательных ста идя средней и крайней сваи
несколько отличаются друг от друга. Максимальные значения
касательных сил для: средних: свай значительно меньше, чем дня
крайних хотя условия замачивания практически одинаковы.
После достижения максимальных значений силы выпора для
•средних свай изменяются по линейному закону. При увеличен*»?
длины свай максимальные силы выпора увеличиваются как для
крайней, так и для средней сваи в кусте. Так, при росте длины
свай в кусте с 3 до 5 м силы Ттах, действующие на крайнюю
сваю, увеличиваются почти в 2 раза, а сады, действующие на
среднюю сваю, в 1,5 раза. Минимальные значения сил выпора, со¬
ответствующие стабилизации процесса набухания, составляют
в среднем 20% значений Тт8Х для крайних свай в кусте и 25 %
для средних.
При росте перемещений поверхности .грунта касательные
силы возрастают до максимального значения, затем, несмотря
на продолжающийся подъем грунта, стам выпора быстро гида-
244
Т д
й * ч * 5.23. Максимки* силы вьшора, *Н
Улина з»зх
я XVMC, М
-
		Г
; ^ ill З.Х
; ах
OffsaX |
* max ;
i
i ?.П:Л,
1
!
3 • 5
380
540
255
335
524
60
45
16
0,81,
0,88
0,98
0,1ч
013
0,03
Длина
свай я
кусте, м
3
Т		r“wv.*c.B*K
; ктайнйГТ шешей
52
'Л
10
•< с
75
40
.13-
118
60
25
/
10
16
Tm:«/pnwx да»
сваи
крайней j средней
0,81
0.89
0.9?
0.? 0
0,82
0.94
245

Табл » и а 5.25. Касательные наарвжсню? вмпора, МОа
Длина
свай й
кусте, м
рв.жен«.а выпора ! 7К1|П/ттвх ;1Ля
свай	i *”	" свай
“ram	|
крайних |средних | крайних ! средних
2	0,064	0.0.5 4	0.19	0,31
3	0,010	0,0075	0,31	0,38
5	0.0П	0,0074	0,37	0,50
Та б л и ц a 5.26. Напряжения выпора и расчетные сопротивлений грунта
но боковой поверхности свая, МПа
Длина	{ Касательные ншря-
евай в	1 женил выпора на од-
кусте, м i ну овак> в кусте
1 в грунте
Ютах
■'max
ТТП!1!
естест- замочен-
венном ном
	I...
—
0,033
0.0064

—
...
3
0,032
0.010
0,038
0,012
0.84
5
0,030
0,011
0,034
0,016
0,88
у!ГЩ5
Trnm
0,83
0,70
Характер распределения касательных сил и напряжений
выпора остается в процессе набухания грунта практически оди¬
наковым (рис. 5.29). Вся боковая поверхность свай после за¬
мачивания одновременно включается в работу. Касательные
напряжения выпора увеличиваются с глубиной до, максимально¬
го значения на расстоянии 0,31 для крайней сваи з кусте и 0,51
для средней сваи, после чего уменьшаются. При дальнейшем
набухании грунта максимальные напряжения выпора смешаются
к торцу свай, и на период стабилизации набухания располагаются
на расстоянии 0,61 от поверхности грунта.
Увеличение касательных напряжений с глубиной и их преоб¬
ладание в нижней части свай на момент стабилизации набухания
объясняется тем, что при набухании наименьшее разуплотнение
грунта, а следовательно, и падение прочностных и деформацион¬
ных характеристик происходит в нижних слоях массива. Кроме
того, с глубиной увеличивается горизонтальное давление набу¬
хания, что также способствует росту напряжений выпора.
В табл. 5.26 приведены значения напряжений выпора г к рас¬
четных определений грунта но боковой поверхности свай в кусте
f, полученных по данным статических испытаний кустов свай. Из
табл. 5.26 видно, что значения г и f отличаются друг от друга в
среднем на 16 %.
246
__ да I	_лрб»ы
Wm tf05
s- \0019 ИЙ77-
-f" 777 m XA°’m 7^is \fm
00
\om
M * кэджгепьныв напряжения выаовз io)
4O00S00 Z0 -у— п-v.™
Изменение	t^SS. -S SSS
обусловлено перемещением ^ \ ); ‘ий действующих на раз-
из зависимости касательных	-•; ^ ^положенного на
личной глубине, от перемещения стоя - ?, ^	_. йста¥ЮШИХ на
i глубине. Изменение
коайнюю и среднюю сваи ь шу - | 1да перемещения нагдая-
грунта, показывай в «.ч***ои ^ обусловлены. силами
жения выпора возрастаю* a	р е достижения макси-
сцепления и трения грунта	т. е. при
здалъного значения . тал *iw- * постстучосст существенною
дальнейшем увеличен®	Слезет отметить,
изменения напряжений выпору	свай в кусте более
что падение напряжении	Kt4I3bp<. нарастание хаеа-
значительно. На начальных	^‘^яттШо перемещению
тельных напряжении дроислода-	эта закоНомер-
грунта относкгельно «еп°^-^ -; 3~нения касательных на-
ность нарушается.	ГЧУбин 0- 3 м. Значегам на¬
пряжении иаояюааешя в «Д-н ^ 0 в указанном интервале
СТлз»,.™	о, -- -•
ДЛЯ крайних «у» » у -к .-у, вмыь, ее»» » <*-
для средних ст-ли. В i-СТ- о-- - t	х и соответствую-
нимальные значения касательных тпт^лл ..
видао,
щих перемещениях напряжения выпор-
247

r, Vila
IV.e. 5.30, Зависимость касательных.напряжений выпорит or перемещения
поверхности грунта .зля крайней (кривея Г) и средней (кривая I) свая
в кусте
Т а 5 л к ц а 5.27. Касательныетшряжекня н перемещения слоев грунта
Глубин?	| ттак, Ш1а, для CBayjhSW3>	j	TB1j31, МПа,	iirs сваи j hs.,,_5!
СТОЯ, М	j-				-;мм’’	j	--	-Т	 -i мм
S крайней j средней i	j	крайней j	средней ;
0 - ;
0,026
0,009
85
0,008
0,005
145
1 - 2
0,049
0,035
55
0.035
0,008
2 - 3
0.039
0.023
40
0,018
0,012
48
3 -4
0.023
QMS
17
0,018
0,012
19
юте я. В интервале глубин 3 - 5 м процесс стабилизации касатель¬
ных напряжений по стволам свай в кусте происходит иначе, чем
в верхних частях свай. Можно выделить достаточно Большой
участок до bsw s — 15 у- 17 мм. где касательные напряжения
прямо пропорциональны 'перемещениям. При этом для средней
сваи в кусте участок имения напряжений отсутствует я, следо¬
вательно, распределение касательных напряжений выпора по
длине свай является неравномерным.
248
3, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНО
НАГРУЖЕННЫХ ОДИНОЧНЫХ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Для экспериментальных исследований было изготовлено
22 одиночные забивные я буронабивные свал и 20 свайных кус¬
тов с низким и высоким ростверками. Свая имели длину 3 —
б м, размер поперечного сечения 30x30 см и диаметр 0.5 ж 0,6 м.
Испытания на горизонтальную нагрузку и совместное действие
горизонтальной и вертикальной нагрузок проводились со свая¬
ми одного сечения, но разной глубины заложения л сваями
разного сечения, но одинаковой глубины заложения. Это позво¬
лило установить зависимость их несущей способности от ве¬
личины заглубления, поперечного сечения и вида действующих
нагрузок. Полученные значения несуще! способности сравнива¬
ли с несущей способностью таких же свай, но находящихся в
составе свайных фундаментов с ростверками, что позволило
установить влияние ростверка.
На опытной площадке залегают глинистые грунты четвер¬
тичного и неогенового возрастов. Четвертичные глины неболь¬
шим сдоем перекрывают неогеновые отложения, представ¬
ленные глинами аральской свиты, толщина сиоя которых
вскрыта на глубину 10 м. Природная влажность глин твердой
консистенции соответствует 0,26, плотность грунта - 1,96 г/см3.
Wp = 0,26 и wl = 0,56. Результаты испытания одиночных свай на
горизонтальные нагрузки приведены в табл. 5.28.
Увеличение глубины заложения свай с 3 до 6 м приводит к
повышению их сопротивляемости горизонтальным нагрузкам
на 2 — 30 %. В те же время при увеличении диаметра ствола сваи
с 50 до 60 см ее несущая способность повышается на 65 %, Та¬
ким образом, при расчете свайных фундаментов на горизон¬
тальные нагрузки целесообразно повышать жесткость ствола
сваи, увеличивая его поперечное сечение.
Зависимость перемещения свай от горизонтальной нагрузки
при различных значениях вдавливающих усилий для жестких
Таблица 5.28. Результаты испытаний одиночных свай
на горизонтальную нагрузку
Диаметр (сече- Глубина заложе¬
ние) ствола, см шея, м
Горизонтальная нагрузка при пере¬
мещении головы сваи, кН
Up — 10 мм
цр =
30x30
3,5
42
50
30x30
5,5
50
58
50
3,0
50
58
60
3,0
82
120
60
6,0
110
145
9—397
249

rav. 5,31, j>nгн<.;шх?суъ	*
НЭ.ОЩ?НЬ?х СФФФФ С'£ а'О0ШО1П‘ф]2юЦО:П
шгруфьн
Л 3 '& '* - щи. всут^алы^ la-
груэко, р:.'-'.}й с-ю1ве'гс'>зспиа 4Мн"
свай диаметром 50 см и глубиной заложении 3 м приведена да
dec. S.31.
D Зазисимссть^между Fg и t гит жестких свай имеет вщ;:
Eg = иДсУрЕ Pi; да к свай конечной жесткости: Fg ~ 0,08Р~ 4-
_г %’ 1&е % — Фактическая несущая способность свай на горк-
дантальнуш нагрузку^ с учетом действия вертикальных, сил:
l'g — несущая способность сваи на гопизонтальную шгаужи
При отсутствии вертикаль»?!,а сил.	*	‘ л"~ v
Полученные результаты позволяют сделать вывод о положи¬
тельном влиянии вертикальной нагрузки на несущую способ-
коств Iорьзощадъда нагруженных свай. Так, при вертикальной
нагрузке, равной расчетной, сопротивляемость указанных свай
г орйзоятальным нагрузкам увеличивается в 2 раза. Увелкче-
Лк.и сопротивляемости свая горизонтальным воздействиям при
действии вертикальной нагрузки объясняется повышением
сопротивления ее сдвигу вследствие увеличения к развития сил
трения и сцепления но боковой поверхности под торцом е/ван,
Действие горизонтальной нагрузки на сваю вызывает ее
поворот вокруI пулевой точки", что приводит к появлению
момента ох касательных сил, действующих при вертикальной
нагрузке по боковой поверхности ствола сваи. Этот момент
направлен в сторону, противоположную действию горизонталь-
ныл нагрузок, и является удерживающей силой. Наиболее су-
гдаствстшие влияние на сопротивляемость коротких свай горд,
зонгаяышм нагрузкам оказывает торец сваи. Вследствие дейст-
дня зергакаяьной нагрузки под торцом сваи происходит уплот-
нате гру-ыда что приводит к увеличению коэффициента постели
грунта ьод подошвой сваи в вертикальном а гооизонтальном
направлениях и увеличению сил трения.
Непосредственные замеры расстояний у от новеохиости
грунта до точки нулевых смещений, производимые с газмощью
j он к ого стального щупа, показали, что пол вертикальной на>даы-
ке ’’кулевая точка” понижается, В табл! 5,29 приведены эиаад-
няя у, замеренные при действии на сваю горизонтальной нагруз-
ки и совместною действия вертикальной и горизонтальной
нагрузок.
250
Т голица S..29. .Расстояние до пулевой точки
яри различной «агрузке
Глубина за- j Замеренные- величины
пожени;:	;
свай, м
!5
L.1.0—.
LJ1
Горизонтальная нагрузка.
кН
2,7
4,2
4,5
5,3
7,0
8,2
3,5 Глубина расположения
’’нулевой точки” (у), см
53
60
17.
63
74
Ill
Г оризошаяшая нагрузка,
3,2
5,0
5,5
кВ
6,0
9,5
if
5,5 Глубина расположения
69
74
90
’’нулевой точка” (у), см
82~
95
ПО
Примечание. 'Нал, чертой приведены результаты.
испытаний
при отсут-
стейк вертикальной нагрузки, иод чертой
- Прй
сочетании
нагрузок.
Исследования на горизонтальные нагрузки проводились со
свайными фундаментами из забивных и буронабивных железо¬
бетонных свай. Глубина заложения свай принята равной от 3 до
7,7 м, расстояние между-' сваями - 3d. Испытывались кусты из
двух, четырех и шести свай с низким и высоким ростверками.
Результаты испытаний свайных фундаментов на горизонталь¬
ные нагрузки приведены в табл. 5.30.
Для установления кустового эффекта проведены сравнения
испытания одиночных свай и свай в кусте на действие горизон¬
тальных нагрузок. При этом рассматривались сваи с различной
глубиной заложения и различного поперечного сечения. Резуль¬
таты испытаний на горизонтальную нагрузку одиночных свай и
сван в кусте приведены в табл. 5.31.
Из табл. 5731 видно, что во всех рассмотренных фундамен¬
тах несущая способность сваи в кусте в 1,6 — 1,9 раза больше,
чем несущая способность одиночной сваи.
Повышение сопротивляемости свай в фундаменте при дейст¬
вии горизонтальных нагрузок объясняется следующими факто¬
рами;
условия и характер работы одиночной скак и свай в кусте
отличаются друг от друга, и наиболее характерно это прошля¬
ется у фундаментов из жестких свай;
251

Таблица 5,30. Результаты испытаний свайных, фундаментов
на горизонтальные нагрузки
Число свай
в кусте
Глубина за- ] Сечение (да- f Вид росте ер- [ Нагрузка на
ложсния J а метр) етво- | ка • фундамент,
свай, м
ла, см
кН, при не-
ремещении
ростверка
Up =10 мм
4
3,0
60
Низкий
520
б
3,0
60
Высокий
750
4
6,0
60
Низкий
780
4
3,0
60
Высокий
380
4
4,0
30x30'*
320
4
5,5
30x30
360
4
6.10
30x30
410
4
7,7
30x30
? Низкий
430
4
3,0
50
380
2
3,0
50
180
2
3.0
50
Высокий
130
4
4,5
40
Низкий
320
Таблица 5.31, Результаты испытаний одиночных свай и свай
в кусте на горизонтальную нагрузку
Чисто и характеристи¬
ка свай в фундаменте
Горизонтальная нагрузка на сваю,
кН, при Up = 10 мм
кЛ1
%р
фундамен¬
тов е низ¬
ким рост¬
верком
фундамен¬
тов с высо¬
ким рост¬
верком
одиночных
свай
4; В= 60см; 1 = 6м
195
но
1.77
4; D— 60 см; 1, =•• 3 м
130
—
82
1,6
4; D= 50см; 1 = Зм
95
-
50
1,9
2; 0=50 см; 1 = 3м
90
—
50
1,8
4; 30x30 см; 1 ~ 5,5 м
90
—
50
1.8
4; 30x30 см; 1 ~ 4 м
80
—
42
1.9
4; D=60 см; 1 = 3 м
—
95
82
1,16
2; 0= 50 см; Ь ~ 3 м
65
50
1,3
низкий ростверк свайного фундамента вступает в совмест¬
ную работу с грунтом основания и воспринимает часть горизон¬
тальной нагрузки:
заделка головы низкой сваи в ростверк оказывает значи¬
тельное влияние на сопротивляемость изгибу ее ствола, вслед¬
ствие чего повышается величина заделки сваи в грунте.
Результаты испытаний на горизонтальные нагрузки свайных
кустов с низким и высоким ростверками приведены в
табл. 5.32, из которой видно, что низкий ростверк увеличивает
несущую способность фундамента до 37 %,
252
Таблица 5.32. Результаты испытания свайных фундаментов
с низким и высоким ростверками на горизонтальную нагрузку
Число и характеристика
Я5:,уЗ в фундаменте
4; D= 60 см; 1 = 3 м
2; '0= 50 см; I * 3 м
Горизонтальная на¬
грузка, кН, нз фунда¬
мент при Up = 10 мм
,h
с низким
роствер¬
ком
с высоким
роствер¬
ком
520	380	1,37
180	130	1,38
Очевидно, что степень участия ростверка в работе Дойного
фундамента будет тем выше, чем более плотные грунты залыа-
ыт вблизи поверхности и чем больше рабочая площадь роствер¬
ка, харахтерируемая разность между общей площадью роствер¬
кам суммарной площадью сечения свай.
Для установления характера работы горизонтально нагру¬
женных свайных фундаментов с низким ростверком выпаре¬
ны специальные испытания. Эти испытания показали, «о при
действии горизонтальной нагрузки вертикальные перемещения
свайного фундамента происходят вследствие возникающего
яш этом момента, а горизонтальные перемещения вызываются
горизонтальной силой. В этом случае возникают как сжимаю¬
щие, так и растягивающие напряжения, которые приводят свай¬
ный фундамент к повороту вокруг некоторой точки. При атом
наблюдаются подъем части ростверка со стороны действия на¬
пряжений и его опускание с противоположной стороны. _
При действии на фундамент только горизонтальной силы
центр поворота (ЦП) смещается в сторону сжатых свай. Такое
положение ЦП объясняется неодинаковой сапротжшяемосшо
свай на вдавливание и выдергивание. Потеря устойчивости фун¬
дамента наступает в результате преодоления сил сопротивления
свай выдергиванию, расположенных со стороны действия юри-
зонтальной нагрузки, а также смятая грунта в месте его контак¬
та с ростверком фундамента.
По результатам испытания, установлена зависимость влияния
глубины забивки свай на несущую способность фундаментов яри
действии горизонтальных нагрузок. Можно сделать вывод, что
для свайных фундаментов из забивных свайке низким роствер¬
ком 'увеличение глубины забивки начиная с 7 -- 7,5 м перестает
практически оказывать влияние на повышение сопротивляемся
тй фундаментов. Это объясняется значительной длиной изгибае¬
мой части сваи в свайном фундаменте.
По результатам выполненных испытаний буронабивных и
забивных одиночных свай и фундаментов из них установлено
253

1 s o i! и ц а а.33. Предельная горизонтальная нагрузке
на сваи и свайные кусты
еЬтт спай, м	| Гориентальная нагрузка., хН, при цр .= 1 () м.зГ
| на одиночные сваи | на свайные фундаменты
				_ L	.	{ с низким ростверком
3	§5_	520
42	320
6	II	780
50	410
, _ Примечание. Над чертой даны значения для буронабивных свай диа¬
метром 60 см 1 ~ 3 м иВ= 60 см с жесткостью ствола J ,35 1 (И, под чер-
t°43 Го»*15* 3абйВЯЫХ отай С8Чением 30x30 см 1 = 6 м с жесткостью
значительное влияние жесткости поперечного сечения стволов на
сопротивляемость свай горизонтальным нагрузкам. В табл. 5.33
приведены значения предельной горизонтальной нагрузки на
сваи и свайные кусты из забивных и буронабивных железобетон¬
ных свай с различной жесткостью ствола EI.
При осмотре ростверка, находящегося под нагрузкой
1000 кВ, но боковым граням (расположенным вдоль действия
горизонтальной силы) обнаружены трещины, которые находи¬
лись по оси расположения свай и проходили от низа к верху
ростверка. Данные испытаний показывают следующее:
глубина заделки головы свай в ростверк и повышение жест¬
кости их поперечного сечения играют существенную роль в об¬
щем сопротивлении свайного фундамента горизонтальным на¬
грузкам;
низкий ростверк фундамента, вступая в совместную работу
с грунтом, может воспринимать до 35 % гошзонтаяьной на¬
грузки;
несмотря на высокое сопротивление жестких свая изгибу
фундаменты под действием горизонтальных нагрузок могут
получать большие смещения, которые недопустимы для соору¬
жений, но в то же время, не вызывают их разрушения. Это по¬
ложение требует в практике проектирования определять расчет¬
ные нагрузки исходя-' из прочности свай и допускаемых переме¬
щений свайных фундаментов.
Исследования свайных фундаментов на совместное дейст¬
вие вертикальной и горизонтальной нагрузок проводились с
фундаментами из буронабивных жестких свай и забивных свай
конечной жесткости. Результаты испытаний приведены в
табл. 5.34,
254
Т а б л к ц а 5.34. Результаты испытания фундаментов
на сочетание нагрузок
Число и характеристи¬
ка сва«* в фундаменте
f Вид рост-
i верка
I
г
Юшяифи-
калия
свай по
жесткос¬
ти
Горнзоттмая натрузха,
кН, на фусдимекг ррх
Up = 10 мм
при вертикальной нагрузке
кН
j
Л
200 Т400"|б00|8(ю'"
4; D~ 60 см; 3	3 м
4; D — 60 см; .1- = 3 м
4; 30x30; Ь — 4 м
2; 0= 50 см; I = Зм
Низкий Жесткие 520
Высокий Жесткие 380
Низкий Конечной 320
жесткости
Высокий Жесткие 130
570	640 710 760
-	-	520
368 -	415
180 - -
Результаты статических испытаний фундаментов с низким
ростверком на горизонтальную нагрузку при разных значениях
вертикальных сил показали значительное влияние вертикальной
нагрузки на несущую способность горизонтально нагруженных
свайных фундаментов. Так, при вертикальной нагрузке, равной
например 800 кН, несущая способность фундамента на горизон¬
тальную нагрузку увеличилась почти в 1,5 раза по сравнению с
несущей способностью фундамента при испытаниях его в отсут¬
ствие вертикальной нагрузки.
По результатам исследований выполнена математическая
обработка результатов испытаний, которая подтвердила линей¬
ную связь между несущей способностью свайного фундамента
на горизонтальную нагрузку и вертикальными силами. Несущая
способность свайного фундамента на горизонтальную нагрузку с
учетом шляния вертикальных сил для глинистых грунтов твер¬
дой и полутвердой консистенции может быть определена по
формуле
Pg = P§(l+aN/F) ,
гае р| ~ несущая способность свайного фундамента на горизонтальную
нагрузку без учета действия вертикальных сил; a — коэффициент, равный
для жестких свай 0,5; N - фактически действующая на фундамент верти¬
кальная нагрузка; F — расчетная вертикальная нагрузка на фундамент,
определяемая по СНиПу,
Испытания «оказали, что сопротивление свай в кусте дейст¬
вию горизонтальной нагрузки превышает сопротивление оди¬
ночной свая со свободной головой при одном н том же* гори¬
зонтальном перемещении и зависит от тина ростверка (низкий
и высокий) и вертикальной нагрузки. В случае совместного
действия нагрузок центр поворота фундамента с низким рост-

Рис. 5.32, Зависимость перемещений
свайных кустов от действия верти-
кзльяой в горизонтальной нагрузок
I - для куста из четырех свай с низ-
ким ростверком при Р ~ 800 кН; 2 -
то же с высоким ростверком’ при
I « кн, J — с низким роствео-
ком. при р = 0;	4 _ С высоким
ростверком, при Р = 0
верком располагается на уровне подошвы свай и смещен от его
геометрической оси к внутреннему ряду свай со стороны никто-
жеяия горизонтальной ошы, В этом случае сваи внутреннего
ряда имеют незначительный подъем, так как часть выдергиваю¬
щих усилю, приходящихся на этот ряд свай, уравновешивается
вертикальной нагрузкой. Отсюда очевидно, что при увеличении
вертикальном нагрузки повышается сопротивляемость свай
воспринимающих выдергивающие нагрузки. В то же воемя сваи
внешнего ряда наряду с горизонтальной нагрузкой получают до¬
полнительные вдавливающие усилия (от вертикальной нагруз¬
ки) , что характеризуется значительным опусканием ростверка
Поэтому при расчете фундамента необходимо проверять несу¬
щую способность отдельных наиболее нагруженных свай по
грунту и прочности материала. При этом давления на грунт по
сжпротшденнй^°ЛЖЯЫ преВьптть соответствующих расчетных
ппм	талГешых «“«MX можно сделать вывод, что
2® 2 е сваиных Фундаментов из жестких свай на совмест-
^деистюе вертикаг!ЬНЬ5Х и горизонтальных нагрузок необхо-
™и™£Си<?ДШЪ Ж ХОЯЬК{? ю Допускаемых перемещений (в гори-
н*пРа®ленИЙ) > но и из предельного состояния грунта
под лодошвои наиболее нагруженных свай.
Увеличение сопротивляемости свайных фундаментов на ш-
ршонталыгун) нагрузку при одновременном действии вертикаль¬
ной нагрузки получено для фундаментов как с низким^ так и с
высоким ростверками, На рис. 5.32 приведены зависимости^
ни!	от ™Ризонтальной нагрузки и совместного дейст¬
вия вертикальной и горизонтальной нагрузок.
В табл. 5.35 приведено сравнение результатов испытаний
вшГГ? С июквм и „высоким ростверками, из которой
Вертшсальнои нагРУЗке, равной 800 кН, несущая
Таким образом, увеличение несущей способности свайных
256
Таблица 5.35. Результаты испытаний фундаментов
е низким и высоким ростверками
Число я характеристика
свай в фундаменте
Вид рост¬
Горизонтальная на¬
верка
грузка, кН, на фун¬
дамент при ur, =
~ 10 мм
Р=0 Jp= 800kH
~ё,Р/,рё,о
Низ кий. 520	760	1,46
4; 0= 60см; 1 = 3м Высокий 380	520	1,37
фундаментов на горизонтальную нагрузку при совместном дей¬
ствии нагрузок объясняется в первую очередь характером рабо-.
ты свай в кусте, а также совместной работой грунта и рост¬
верка
В эксперименте при действии на фундамент с низким рост¬
верком вертикальной нагрузки Р = 800 кН доля участия грунта
в работе ростверка на горизонтальную нагрузку еще более воз¬
росла (по сравнению с действием на фундамент Р ~ 0) и состави¬
ла 46 %.
Напряжения в месте контакта сваи с грунтом, а также низ¬
кого ростверка с грунтом измеряли с помощью установленных
месдоз. Эпюры реактивного давления грунта но боковой поверх¬
ности свай при различных ступенях горизонтальных усилий по¬
казаны на рис. 5.32.
Результаты выполненных исследований подтвердили приня¬
тую схему работы фундаментов из жестких свай с ростверка ми.
Установлено, что сваи, жестко заделанные в ростверк фундамен¬
та, яри действии горизонтальной нагрузки не поворачиваются
вокруг нулевой точка, а смещаются вместе с ними. На это ука¬
зывают и полученные эпюры.
Из результатов исследований видно, что при действии вер¬
тикальной нагрузки снижается процент неравномерности распре¬
деления горизонтальных сет между сваями куста, однако он ос¬
тается еще достаточно высоким, что необходимо учитывать при
расчете свай по прочности.
Исследование работы низкого ростверка с помощью месдоз
позволено установить характер его взаимодействия с основани¬
ем и определять значения контактных напряжений при различ¬
ных ступенях горизонтальной нагрузки.
Эпюры контактных давлений грунта по подошве ростверка
показали, что при действии на фундамент горизонтальной на¬
грузки в контакт с грунтом вступает площадь ростверка, рас¬
положенная справа от оси центра поворота фундамента. Форма
эпюры имеет криволинейное очертание, при этом ордината с ну-
257

йке, 5.33. Эиюры контактных давлений но стволу свай яри дейстшн «а
фундамент вертикальной к горизонтальной нагрузок
1, 2т3 - яри fa, равной соответственно 650; 800и 100 кН
левым значением проходит по оси поворота ростверка и увели¬
чивается к краю его консоли.
Копу пенные результаты подтверждают, что часть горизон¬
тальной нагрузки воспринимается ростверком, при этом в рабо¬
те участвует не вся подошва ростверка, а его часть, находящая¬
ся по одну сторону от центра поворота фундамента. Реактивный,
отпор грунта под подошвой ростверка зависит от характеристик
грунта и рабочей площади ростверка.
Эпюры, полученные при испытании свайного фундамента на
сочетание вертикальной и горизонтально! нагрузок, показаны
на рис. 5.33 ж указывают на совместную работу ростверка и
грунта.
Анализируя эпюры реактивного давления грунта под рост¬
верком фундамента, необходимо отметить, то грунт под рост¬
верком не увлекается сваями по их боковой поверхности и
воспринимает давление от постоянной нагрузки. Так, на долго
ростверка приходится до 40 % вертикалпных сил.
С ростом горизонтальной нагрузки и перемещением фунда¬
мента происходит перераспределение контактных давлений
под его подошвой, при этом со стороны действия силы давления
на грунт уменьшаются и возрастают к противоположной грани
роетвека (рис. 5.34). Из рисунка видно, что при перемещении
фундамента более Ю мм произошел отрыв ростверка от грунта.
258
таг S .34. Эпюры реактивных давле-
фУ Фунта под ростверком яря дея-
еткия т фундамент вертикальной
фгоризонтальной нагрузок
P---80Q г.Н
я „пт, пышнейшем увеличении нагрузки площадь отрыва роствер;
3 отФЗЗФго ,«мглмигс и*-*».	«'"В»-
птюуодмт по оси пентод поворота фундамента.
'	время особенности раооты горизонталь^ ^
в набухших грунтах изу^ы недостаточно.^
лсактике принимают, что в результате	1	^
.,:яя способность таких свай уменьшается, о.о привода к
фекташным проектным решениям ши огранивает ошасть
Злф уточнения этого вопроса были проведен»! полевые ж-
исследования вэанмодейтш
чяипокенных свай с набухающими грунтами. й аре.де,^
твердой и твердой консютеацрн, кяотнош «« фф; Фб F п1,чь
влажность 0,23 - 0,31, с углом внутреннего	* ^ь.
ЛеНТка£-ве1опъгшых использовались буронабивные сваи даа-
..„.„гон 0 25* 0 45* 0.65 и 0,80 м. длиной ДО 4 м, армирована
^Сшсгаенными каркасами. Загрузка сваи статическими го-
‘|зон?альеышг нагрузками производилась-с
tdb Каждая ступень нагрузки выдерживалась до уетст-ст. -л-
билизашш деформаций основания. Сваи	ко-
« 0,80 м оборудовались месдозами конструкты uH-- xix.,,...
259

торые устанавливали перед бетонированием свай с шагом 0,25 и
по глубине. С помощью специальньтх приспособлений измеряли,
горизонтальные перемещения в сечениях через 0,25 м по длине
сваи до глубины 2,5 м.
Перед испытаниями свай на горизонтальную нагрузку грун¬
ты в течение 3 мес замачивали водой через дренажные скважины
глубиной 3,5 м, заполненные мелким щебнем. На 3 — 4 м2 пло¬
щади котлована устрашали одну скважину.
Наблюдения за вертикальными перемещениями набухаю¬
щих грунтов веш путем нивелирования поверхностных и глу¬
бинных марок. Нивелировка показала, что в результате набуха¬
ния глет поверхность дна котлована поднялась в среднем на
67 мм, при этом около 80 % всего подъема обеспечивалось на¬
буханием глин в поверхностном слое толщиной 2,5 м. Установ¬
лено, что наиболее интенсивно процесс набухания слоев происхо¬
дит в течение первых двух месяцев замачивания. 8 дальнейшем
наблюдалась стабилизация процесса набухания, например, за
последние 15 сух замачивания дао котлована поднялось всего
на 3 — 4 мм. Наибольшее приращение влажности грунтов проис¬
ходило до глубины 2,5 м, т. е. в той же толще грунтового масси¬
ва, которая определяла подъем поверхности грунта.
В связи с объемным характером деформаций набухания в
замачиваемом массиве возникали дополнительные горизонталь¬
ные напряжения набухания, которые фиксировались с помощью
месдоз, установленных в опытных сваях. Показания месдоз пе¬
ред замачиванием принимали за нулевые отсчеты. От них. и от-
считывали горизонтальные напряжения набухания, Грунты зама¬
чивали через 25 сут после бетонирования свай, что позволило ис¬
ключить участие физико-химических процессов, связанных с
твердением бетона, в формировании напряженного состояния на
контакте сваи с набухающим грунтом.
Зависимость горизонтального давления набухания, уста¬
новившегося на конец замачивания, от глубины показана на
рис. 5.35. До глубины 2 м эта зависимость имеет вид, близкий к
линейной. Дальнейшее увеличение глубины в меньшей степени
влияет на горизонтальное давление набухания и с достаточной
для практических целей точностью можно считать, что набухаю¬
щие сдой, расположенные из глубине более 2 м, характеризуют¬
ся постоянным горизонтальным давлением набухания, равным
0,06 МПа. Некоторое уменьшение горизонтального давления на¬
бухания связано с неоднородностью основания и, в частности, с
увеличением числа сяабонабухающии и ненабуханпцих прослоек
грунта.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что опытные
сваи перед испытаниями в замоченном грунте всесторонне обжа¬
ты набухшим грунтом.
Испытания показали, что изменение первоначального поло-
260
Рис. 5.35. Зависимость уетаксвдгеше-
шея горизонтального давлении набу¬
хания от глубины
жеяии сваи лод действием горизонтальной
етоя по тех пор, пока она не займет нового дадаж-кая раз.? .8-.
сия При этом" уравновешивание внешней нагрузки со стороны
основания происходит вследствие как развитая в г|4жледаш-
тчввого сопротивления горизонтальным деформациям, л ,w
ип"™7 В	*?«мя.я СВШ, o6.«w,».p,гда
'0tlH2^27H2JcociOHH®,iipsam,cTayK.mee и«иммм,гару-
•лается в результате различной интенсивное® горизонтально»?
давлений набухания на участках сваи, перемещающихся на
тоунт”" и ”от "грунта”. Так, на первых участках горизонтальные
давления ;набухания не зависят от положения сваи в груш*, по-
скешькч приращение напряжений на этих участках оядада,. юк-с-
г^якти’вным сопротивлением грунта горизонтальным деширмл-
щшм *b Vo же время уменьшались горизонтальные давления на-
бххания ка участках сваи, перемещающихся щ грунта ,
^ Обшботка показаний месдоз, установленных в свае то сто-
„гщч приложения нагрузки до точки нулевых перемещении, да
долила получить нелинейную зависимость степени сниженного-
***** «та»™ «■ "i^-ет!
”ох грунта”(рис. 5.36). С удалением участковая tx, да/ьш
горизонтальное давление набухания резко уменьшайте,.. л,
261

Рис. 5.36. Зависимость горизонтального давления набухания от переме¬
щения сван от грунта
ремещенке сечения сваи от первоначального положения на 2 —
3 мм приводах к падению давления набухания на 70 - 80%.
Итак, если перед испытаниями горизонтальные давления
набухания были уравновешены, то после приложения к свае
внешней нагрузки образуется неуравновешенная часть горизон¬
тальных давлений набухания, оказывающая сопротивление пе¬
ремещениям сван. На рис. 5.37 приведены эпюры неуравнове¬
шенной части горизонтальных давлений набухания, полученные
в результате суммирования давлений набухания, действующих с
обеих сторон сваи диаметром 0.8 м на различных этапах ее за-
гружеикя. На перемещающихся ”от грунта” участках сваи там,
где месдозы отсутствовали, горизонтальные давления набухания
вычисляли путем уменьшения давлений, усгановивпшхся в эхах
сечениях перед испытаниями. Степень снижения давлений опре¬
делялась в зависимости от перемещения сечения сваи (см.
ряс. 5.36).
Сопротивление грунта горизонтальным деформациям приво¬
дит к увеличению контактных напряжений на участках сваи,
перемещающихся "на грунт’". Для всех ступеней нагружения
опытных свай реактивный-отпор грунта определялся по величи¬
не приращения напряжений но отношению к установившимся на
начало испытаний горизонтальным давлениям набухания. Эпюры
распределения реактивных давлений грунта по дайне сваи диа-
262
кш 0.8 и длиной 4 м в зависимости от горизонтальной иа-
что Р«ктнвное сопро^еш«
помыкающего к поверхности набухшего трунса
пЬ« незначительных перемещениях сваи.
М- narpvsKH и перемещений сваи приводят к лохьлипыш
o«v слоях грунта пластических деформаций, чго сяа^.дз^
77.-- , ,я-гем к поекратлает рост реактивною шшда м-щу—
этой зоне. Эпюра‘сопротивления грунта
i-f-Mcpe очертание. Одновременно сечение с мйилШ.ы» у,
сечнем реактивного давления понижается •до('0^;*ф
точки кулевых перемещении реактивные	‘-У!",,;”
^/чозпасшот с глубиной практи-чески линсипо.
,гг!ЧНатя реактивного давленая в нижвеи часш кьах a i
ж нщвьндает наибольшую ординату в верхней чаши.
J Й обработке результатов испытаний в «чест»с
шжшкй сопротивляемости набухшего основания
чым пеоемешешипи сван принят коэффициент h0^hA,7(7^
‘О™*о«»здечый как отношение реактивною даы.даль
-дантак горимктаяьному перемещению сваи в помшмы**-
Характер изменения ez по глубине при горизонталью
243

а)
Рис. 5.38. Эпюры горизонтальных давлений набухания (а) ш реактивного
отпора грунта (б) от внешней нагрузки (перемещения сваи)
1 - при Р = 90 кН (0,17 см); 2 - при Р = 120 кН (0,55 см); 3 - при
Р= 150 кН (1,11 ем); 4 - при Р = 180 кН (2,46 см)
ческих нагрузках близок к линейно возрастающему и с доста¬
точной точностью может быть принят в виде ez = е0 + Kz {где
с0 - коэффициент постели на уровне поверхности грунта; К -
коэффициент пропорциональности; z — глубина расположения
сечения сваи в грунте, для которой определяется коэффициент
постели).
Установлено, что с ростом горизонтальных перемещений
сваи значение с0 уменьшается. Зависимость имеет нелинейный
характер (рис. 5.39). Наиболее резко значение с0 уменьшается
при возрастании перемещений сваи от 0 до ! см. Коэффициент
К практически не зависит от перемещения сван и равен в сред¬
нем 0,4*107 Я/м4. Аналогичная картина взаимодействия гори¬
зонтально нагруженной сваи с набухшим грунтом получена и в
результате испытаний свай диаметром 0,45 и 0,65 м.
В набухшей Хвалынске» глине было испытано 24 сваи. Раз¬
меры опытных свай и результаты их испытаний на горизонталь¬
ную статическую нагрузку приведены в табл, 5.36.
264
Рис. 5.39, Зависимость коэффициента постели на уровне поверхности
грунта от перемещения сваи
1 я 2 - для хвальшекой глины соответственно природной влажности и
в набухшем состоянии
Таблица 5.36. Результаты испытаний свай
яа горизонтальную статическую нагрузку
Число
испытан¬
ных свай
Размеры свай, м
Сопротивление сваи,
кН, при Up = 1 ем
РЫ
диаметр
длина
опытные
расчетные
pg,c
4
0,25
3.00
25,9
15,9
1,6
3
0,25
1,65
14,9
6,0
2,5
2
0,25
1,25
9,7
3,2
3,0
1
0,25
0,85
2,7
1,3
2Д
2
0,45
4,00
77,7
48,5
1,6
2
0,45
3,00
58,6
29,0
2,0
I
0,45
2,25
36,8
18,3
2,0
1
0,45
1,50
27,0
8,0
3,4
2
0,65
4,00
112.5
65,5
1,8
2
0,65
3,00
74,3
37,5
2,0
2
0,65
2,00
46,5
15,5
3,0
2
0,80
4,00
154,5
78,0
2,0
265

... wm.>crabJtJT5> жагеркм«ггадькс- получеш/ь;».	.-■ ч„ г.,,
шс;: способности горкжшхалыта стпгдстдпьщ сюш ())-.)
тхми рстчахов по СЯкП 2.02,03.-85 “(яла набухши соо^-
л^тльшских пвм принято К =* 0,6-.}.О7 Eh/), ыожт ггщад).1
^!':1уЮ1?1в вь1КОмы: J) «и»ротаввеннг свай, roronmm^wv-
■ ...1 ;=у-аяя »•, пзоуулх’.-т стстдадюкой гстсте ц чсстст--, л а
.у^чаиых.- ,.j дая свйн одного диаметра с ущеяыдецяр,,,.-
втя^йталшсго кшуоленк* свая расхоадщиё хзорйшчстадад в
о,*ььлых Данных увеличивается.
Полученные результаты свадетельству»*» о том a™
?асчеткые предпосылки, принятые в CHafie, з не«опчо,\
°‘РаЖ£-Ю1' Физическую картину взаимодействие ropsr«w.
1Ш1ВНО натруженной свая с набухающим грунтом. Более обошг-
лсй«ое проектирование свай в Еабухающах хунтах
отмеченных выше двух ГфнтЫшаяьйс разщцГ.
^>:;Л^°ПрОТтЛёнт т 6ок°воЙ новерхносгк свай, Щрвст
л., г.&.\ ооуиговадвает сопротивление шбухшего гдач г0т^0т>"
тхлшым деформациям. а вторая - изменения в пгЬпе^нЙ,^.
ифгм сели объемного напряженного состязания от набухания.
4,	ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
r„v Проектирование свайных фундаментов в набухающих пзув-
*t,x осуществляется на основе данных инженерко-геолошческих-
изыскании, включающих характер напластования грунтов, воз¬
можную величину подъема слоев грунта при набухайте по глуби-
ИЙ И т. д.	J
Вы fop типа свай производится с учетом виду ч хщагтеию--
™KipyHI°®ГО°Д11Ш1Ш слоя (или зоны набухания)* наб/хгвшнх
; ,~‘уиюъ, особенностей конструкций сооружения, наличии «бопу-
-ЩВУЙИК для погружения забивных, шк устройства набигоьщ
св«щ.
Проведенные полевые экспериментальные работы показали
что результате набухания грунта происходит уменьшение н-
* ®^о6носхи свай' С ДРУГОЙ стороны, установлено, <ш>
',.^и.мт*ьиые -лоты выпора после .набухания грунта превышают
pro сопротивление но боковой поверхности сваи, в результате
че*° .подаем сван нетьзя предотвратить путем увеличения на-
'л~*: // Х-Йч. Ф/ „
Таким образом, расчет свайных фундаментов в HaGvxaamra
г|зуьсах следует производить но двум предельным состояниям:
у! ^несущей способности исходя их характеристик замоченно¬
го наоу хающего грунта; в этом случае несущая способность сноп
г должна оыть меньше действующей расчетной нагрузки; пасче-»-
iio этому состоянию производится во всех случаях;* 2) по дефор¬
мациям (т. е. определение подъема свадпри набухании грунта) ;
2бб
в этом случае возможный подъем свей iiSWj0 должен быть менад
по: дощстшмого подъема su для данного сооружения, т. о.
С5-5)
Расчет одиночной свах или сваи в составе фонда мента г?о не¬
сущей способности производится но формуле
NfoFd/Tfc,	(5.4)
те N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю; Рд — расчетная несу¬
щая способность грума основания одиночной сваи (несущая способность
сваи); ту - коэффициент надежности, применяемый равным: 1,2 - если
несущая способность сваи определена по результатам полевых испыта¬
ний; 1,25 - если несущая способность определена по результатам стати¬
ческого зондирования грунта, динамических испытаний свай с учетом уп¬
ругих деформаций грунта или испытаний грунтов эталонной сваей; 1,4 —
если несущая способность определена расчетом.
Несущая способность забивной или набивной висячей сваи
на сжимаемую нагрузку определяется по формуле
Fd = 0c(tcrRA + u 2ycffihi) ,	(5.5)
где -yc коэффициент условий работы седа в грунте, принимаемый рев-
дым: для забивных свай - 1; для набивных свай при опираю® на яьие-
вано-гшшистые грунты при G < 0,9; ?ej^ и — коэффициенты усло¬
вий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой по¬
верхности сваи, учитывающие влияние способа погружения или устрой¬
ства сваи, принимаемые по СНиПу; R, f; - расчетное сопротивление
щунта соответственно под нижним концом свеч и. по ее боковой поверх¬
ности, принимаемые но СНиПу, при этом указанные значения, умножаются
на коэффициент 0,5; А - площадь опирэяия на грунт сваи; и - наружный
периметр поперечного сечения сваи.
Расчетное сопротивление под нижними концами сваи (при
опирании на набухающий грунт) и но боковой поверхности (в
пределах слоя набухающего грунта) находят путем: испытания
сван в замоченном грунте; введения коэффициентов, учитываю¬
щих снижение несуще! способности; определения в каждом
слое по глубине консистенции грунта после его набухания и на¬
значения расчетных характеристик в зависимости от показателя
текучести. Последний прием можно использовать для предвари¬
тельной оценки несущей способности.
Приведем в качестве примера расчет несущей способности сваи в на¬
бухающем грунте, используя последний метод назначения нормативных
характеристик грунтов. На площадке иод растительным споем залегает
сдой глины толщиной 10 м, обладающей набухающими свойствами. Ха¬
рактеристики глинистого грунта следующие: плотность сухого грунта
1,9 г/см*, природная влажность 28,3 %, влажность на границе раскатыва¬
ния wp ~ 29, влажность на границе текучести Wj ~ 49, Необходимо опре-
267

Ж^УсТ°у^°'5,?‘Т С0Ш ие<Км*ем J0x30 см * Дашой ? м. о»»*
нз	риьефз’т-е- ад
по формуле (5.5). Для здго необходим^	шаи определяем
противления ас® нижним кончи?	^ -«качения расчетного со-
слелует определить эта значения в ш^гонот^^^0* RCBup№ocll<-‘т* е-
стихия произойдет • увлажнен^ a	’ 0 8 пРоце;« эксгму-
R a f	ш> тай u f о? оз-^Т'Аа‘Ие ^умта-
“B9'Wy!0 «’WW‘™U0 на'
зобъем массив грунта	замачявааия- с »™« ВДяью №
2 м каждый. Давление	Ва *** етоя «минной ко
слоя равняется: в шш So» fo°t! -г?®? 1руЩа в CW»“ каждого
90 кПа. Для определения консистенции sYFaFFnlrC’ 'я8 Хрвтьем ~
полагать значением влажности набу^чи	«еобходимо рас-
леюш. Испытания тайн, ировепе-лные	У Щем Т гРУн*Дав-
ли, что после отбшшзад	ари6оре-Показа'
набухания равны: при рТ)9ДКЩ ws^2 Щ I
и при р = 90 чПа w — 41 /-v,,».,	г ! Ч"» Р — о / кш wsw = 35
« грунта соответсгвепйо Петляет “Г* -Iff?** Теку?е-°'
Яро™«?расчетное
шего груши; fj => [2 кПа, fs = 35 и f ^зТшл увяажНе5ШОГО «абухаю-
соответстаующей вя^ше^^б^хшмя зависимос™ 01 консистенции.
^ яъгг;в
чи~^К?^с?Г?П--^5вдаТ?дчл?^,^.*Ж|*2?йв^
Если принять, «то заманнкяки* rr-L™	' ^С; J *90 *<Н.
шеушт сттбт^ъ сваи равна Fd^I i Ciм?к^° и
ме набутаиш1р^каТео^йл^ет*{^5? йеСУЩеЙ спос^ст*^ «»«£
a^JIecy?m сп°собность свай в набухающих грунтах опседепя-
ехся ш формуле, но при этом значения расчетных сопротивле¬
нии набухающего грунта принимаются, как для ™т?™S
•v " 1ЛпТН#*: с введением понижающего коэффщщента
гаш »»””»«-Тфф„.
Для приведенного выше примера несущая способность свай
сшптгтГ™
= 594^Н	РЗВШ d * 1	9350-0,5*0,5 + Щ48-0,5*6)° '
Несущая способность свай должна быть уточнен* щ-тем и>-
* !W с •** *»» по» »бyS”:
■ -я вных) сваи производят замачивание грунта чео«з •■квя
на глубину ниже торца сваи не мшее ^ни^ С
осуществляют статическое испытание свай согласно действуй
тшяорматтным документам. Необходимо отметит!' что да
.«меысие испытания в данном случае не метут служить надеж¬
ным источником информации, так как сван будут работать нос-
268
Таблица 5.37. Значения коэффициента снижения
расчетных сопротивлений грунта
Глины
Коэффициент ус>т
но боковой по- ]
аорхности сван j
под торцом свай
Хвалынские
0,6
од
Сарматские
0.65
0,5
Четвертичные (Джезказган)
0,37
0,4
Аральские
0,47
0,45
ле забивки в грунтах, имеющих иные характеристики, чем в
процессе погружения.
Приведенными полевыми эксперимента?»® установлены
закономерности работы свай при набухании грунта. При замача-
ванин грунта происходит подъем сваи, яри этом слои грунта око¬
ло сваи изгибаются, т. е. происходит депланация грунта. Величи*
на изгиба грунта так же, как и подъем слоев грунта, умень¬
шается с глубиной. Кроме того, экспериментальным путем по¬
лучен характер распределения касательных, сил с перемещением
грунта. Используя полученные закономерности работы свай при
набухании грунта, разработали метод расчета величины подъема
свай.
Рассмотрим работу, производимую массивом грунта при его
набухании, для двух случаев: 1) работу внутренних сил при от¬
сутствии сваи (Agw) и 2) работу внутренних и внешних сил при
наличии сваи ASWjp. При этом считаем, что длина сваи равна
толщине зоны набухания грунта I = Я, т, е. свая прорезает слой
набухающего грунта, не заглубляясь в ненабухающие грунты.
Используя равенство работ внутренних и внешних сил, по¬
лучим
2тг R, Н	Н
У f dtp f rdr J Aswdh+ I T (h)hswdh -
h ^ _	0	0 0	0 _
H
— J - r (h) A g-yi/dh
(5,6)
где 7 — удельный вес грунта; Rt -■ радиус зоны деял анаши грунта;
Asw - величина депланаши грунта около сваи; h - глубина слоя; rCflV-
касательные силы, действующие на сваю при набухании; hsw — подъем
сдоя грунта на глубине h; N — нагрузка, передаваемая на сваю.
269

bemmrm депланации грунта но глубине равна;
•"* sw ~ ^sw,pexp(- ф. h) ,
(5-7)
я подъема грунта
■-'■sw ~ h-SMoseap (~ц.Ь) t
(5,8)
v* - подъ-
ХШгя га1Ж сарматаж -
Несущ5гю способность свай принимают исходя из vMe«hme.
шя прочностных характеристик; грунта, т. е. фактически деист
в юодие касательные силы но боковой поверхности сваи значк
максимальных касательных сил выпора. Следо-
ла.елвНо, при мооидяэащш этих, сил при подъеме ^ваи n-rwiv
"e“in?" П°”иояыо воПф*ш»пс» боФво!
бойндафу«.	">Р™ свая в я-
€оГласно экспериментальным данным, распределение ка~з-
яжйг ~
т (к) = а0 + ai h + а2 Ъ2	^ щ
при следующих условиях: !) т0 - 0; 2) йт,Щ^06Ь = 0;
3) М= / r(h)dh.
0 ".
сил вьш^Г rf#»fHbie ЭКСПеримента’ зависимость касательных
мы выпора, кЯ/м, от перемещения грунта можно записать в ви-
дъ
т ~ кД,
(5.10)
щь & ■ перемещение, м; к - коэффициент, кН/м*2.
за ® CBofr^S& Усыновлено, что коэффициент к линейно
заклеит о.1 глубины расположения слоя h; т. е. к = §h, тогда
г=у№Д,	(5.11)
“!?ВЙЫХ 3 заби™ ««ай, погружаемых с лиды
СКИХ	1 ЯШ	та™ и 750 кН/м"* •- для apaL
270
Следовательно, касательные силы зависят от перемещения, а
перемещение, в свело очередь, определяется действующими каса¬
тельными силами. Исходя из этого
Asw = r{h)/№.	(5 Л 2)
Решая уравнение (5.6) с учетом установленных закономер¬
ностей, имеем:
hsw ~ ^ bsw,s ~ ojM/|J ;	(5.13)
а =
1 I
'j±_
(1 - е-аН -
дНе-аН) +
я3
аг
+ ь(-
-*е-
-аН +
2Н ~ай +
(5,14)
ч
а
аг
or
1.
-ЬН)4 — aj
tj (as - ЬН) 5 - af
(С 1 с\
СО —
if
_
4Ь2"
зьг
j Л 5}
где а, =' 4,5 Н; b = 3,74,
Коэффициент 0 получен для свай диаметром 0,2 м. Соответ¬
ственно с увеличением периметра возрастает сила выпора
п = и/щ0 — 1/0,63а = аи ,	(5.16)
ще и — периметр сваи, м; Uj8 - периметр сваи, диаметром 0,2 м; а -
коэффициент, равный 1,6 м"!.	*
С учетом выражений (5,13) и (5.14) подъем сваи при набу¬
хшим грунта равен:
!%w,p — £2 hSWjs — ол N/n/3 .	(5.17)
Принимая я =; 1,6 и, а р = 66, получим второй член 0,GI<oN/u.
Первый член этого уравнения отражает подъем свая без нагруз¬
ки при набухании грунта, з второй — уменьшение но,съема яри
действии внешней нагрузки. Значения коэффициента 1г приве¬
дены в табл. 5.38.
Коэффициент со зависит от длины свай I;
I, м .3	4	5	6	7	8	9	16	11	12
а» . . .0,27	0,15	0,11	0,07	0,05	0,04	0,03	0,024 0,02	0,016
271.

Таблица 5,38. Коэффициент Я
Коэффициент й доя свай дайной, м
0.2	0.72	0,64	0,59
0,3	0,62	0,53	0,46
0,4	0,53	0,44	0,36
0.5	0,46	0.36	0,29
0,6	0,4	0,31	0,24
0,7	0.30 -	0,26	0,20
0,53
0,48
0,44
0.40
0.35
0,31
0,31
0,26
0,22
0,24
0,2
0,17
0.19
0,15
0,13
0,16
0,12
0,10
0,40 0,37 0,34 0,31
0,27 0,24 0,21 ОД 9
ОД 9 ОД 7 0,15 0,13
ОД 4 0,12 ОД 0,09
0,11 0,09 0,08 0,07
0,08 0,07 0,07 0,05
Так как подъем сван происходит вследствие мобилизации
касательных сил выпора, то в сваях, не полностью прорезающих
набухающую толщу, давление по их торцу отсутствует. В то же
время подъем слоев грунта ниже торца h§w,s вызывает переме¬
щение верхних сдоев в пределах всей длины сваи, вследствие
чего увеличивается общий ее подъем на величину hSW;S. В слу¬
чае неполной прорезки набухающей зоны подъем сваи равен:
bsw,p ~ ^ ^sw + hgw,i“ wN/ap — Q(hSw,s ~
г, \ 1 и	' OjOIojN	. оч
~ bsw ,j) + bsw,l			’	(5.18;
и
хде h(w - подъем грунта в пределах длины сваи, равный hgw>s - hgw>j.
Сопоставление расчетных и фактических значений подъема
свай приведено в табл. 5.39.
Как видно из табл. 5.39, расчетные значения достаточно хо¬
рошо совпадают с фактическими. Наибольшее отклонение рас¬
четного значения составляет 26 % при средней ошибке 10 - 12%,
Выше отмечалось, что устранить подъем сваи путем увели¬
чения нагрузки не представляется возможным. В то же время на
практике ^встречаются случаи, когда подъем свай не допустим
(например, фундаменты под оборудование). Избежать подъема
свай можно, заглубляя их в нижние ненабухающие грунты.
Подъем сван, очевидно, будет отсутствовать, когда силы выпора
F при набухании будут уравновешены нагрузкой N, передавае¬
мой на сваю, и силами сопротивления выдергиванию Рв ненабу¬
хающих грунтов, т, е.
- ~ F + Рв + N = 0 .	(5.19)
Используя ■ полученные экспериментальным путем зависи¬
мости, можно определить максимальную сету выпора при не¬
подвижной свае. Установлено, что максимального значения каса¬
тельные напряжения достигают при определенном значении пе-
272
п- Ч'ДПО.^-Л ' Зо 0*0 ЛГо-Го О сз о о
ооеДнООО 1оооо ,	,	;	,	II
<Ло,с?,оы«« , ! 8о8«в8«°,°л°.о
!
I
33??5SSo|3”2й5й?53332
18
1
I
ЯЗЯ iSIISSooooooo
I
I
1
I
2S22^
S
\
1
!, «ПППД
' 30 00 00”
i
a
S
273

Т а в я я п а 5.40. Расчетные я фактические значения сил выпора
Глины
Сарматские
Аральские
Хвагшнскве
Длина свая,
м, пиамегром
0,2 м
Значения сил выпора,
определенные
по формуле ! по экснери-
Fc	{ ментам Ff
3
6,9
6,7
1,03
4
9,8
8,3
1,17
5
12,4
10,1
1,21
б
14,2
12,4
1,14
3
8,5
8,6
0,99
5
15,0
14,2
1,06
?
19,5
18,3
1,07
X
1,8
1,9
0,95
ремещений Ь§щ, которые в свою очередь изменяются но глуби¬
не. Зависимость hsw от глубины можно аппроксимировать
функцией (5.8).
Примем зависимость касательных напряжений от перемеще¬
ний в виде
т =bhsw .	(5.20)
где b - коэффициент, кН-м“*.
В свою очередь коэффициент b зависит от глубшы
h ~ б h ,	'	(5.21)
гае 0 - коэффициент, равный для мни; сарматских - 480 кН-м"4;
аральских - 1200 и хвалынских 1210 кН-мГ*.
Определим суммарную силу выпора сваи длиной И с пери¬
метром а
н
F = ив hsw;s f h exp (-ah) dh -
0
=	(i _ e_aH(aH + 1) J .	(5.22)
ar
В табл. 5,40 приведено сопоставление значений максималь¬
ных сил выпора, полученных по формуле (5.22) я но экспери¬
ментам.
274
Рас. 5.40. Схема к расчету свж с yssw-
основанием
г£
Р = 7c«7cffll
(5.23)
где от - коэффициент условий Р^^ма^ьйо^ным^, большей
^ тоотта на глубине менее 4 м, пржымаек ^ ^ коэфф№иект, что и в
т-бнне- 0,8; и - »Р®*£	сзж в нЖбужшше W*™-
формуле (5-от j 11	-л/-
_ р < р + R тогда глубина
Ропщем сваи не происходят, ели
защетеаия сваи в иенабух» грунты
1	1 0 bjwjs г j _ е'-зН(аН+ !)] ~ Щ >С5 24>
h = 	~г~ 1 " ,2.	1	’	ь )
Ус7с£ i I а
производится, как в ооьяшы.	osycKaelC}I учитывать сопро-
этом ДЛЯ сваи дайной тжг .■	тш> пришшая расчет-
■"SSJSSaSST-**-* ““ ”л"
исходить из установленных ■л	6хор^мо учитывать ’’анкерный,
набухает® грунта. Во-перюда н-о	^ эдо прк дакьеме
эффект” таких сваи, ополнительньш массив грунта ABCD,
свай в работу включается дотдаител^	5 40). во-вторых,
вес которого предатствует вьп^ ру^в	действуюидае по
следует Уда!?атьт^^™ш свш должен быть армирован таким
.мф® »*««« от™»»10»,“л“'
***SSSS US S? в«ОТу»»« »=»» с	»”рк
275

набухании грунта» приведена на -,т- с лп t-
препятствующими подъему	'J'40' кж ш*дно> сапами,
Следовательно nojne J оГ™	3 р!6отУ ПРИ подъеме сваи.
«*е слои,	»6У™*„ лежащп
фундаментов (см. главу бГношг^ГЬ1ВаХЬ как для °бьгчных
внешней нагрузки N. > *' 5	Действием нагрузки РС) а не
Расчетная нагрузка равна:
Рс -- N У р - f ,
(5.25)
SUnr^s^-RCV* ч”™ *
метр масом^груняУЗ??™*!™!»
уширения d, а верхний D == 2Н + d (-men, я ТУ’ равен диаметРУ
верхиости грунта до середины уширеню) “ расстояюю 07
мающие напряжения в слое на	‘Расчетные с*«-
напряжешй от расчетной нагруз^^^Х5®" К? сумму
го веса грунта.	и и напРяжении от собствтио
конол?ешТс™Ьр^бошЛсва!йыхКСПе^ИМеНТаМЙ установл®ны за-
%и расчете св^Го ф^н^Гле^Г НабуХаНИЙ **>**.
Грунтовых условиях и!;0д« S хо° п ±5р№ЧИЯМ в
ними работают в «суете как- у ’ 410 сваи и грунт между
передается по боковой поверетоста купТит* Ж°М Нагрузка
плоскость, проходящую чеоез ч»!!7 и на горизонтальную
ределенш осадка свайног0Р фyндa%f^нтЛ?^fLCBaII, Т’ е" при °&
сплошной массив, включаю^' rmmV	1ссштРташ как
основании.	' Р^ИТ н *ваи на естественном
раяот“ ■=»“ *
подъемам при набухании грунта 1&2МеНТа по ДеФ°Рмациям -
пределяются между сваями^ • Касательные сады выпора рас-
яоженные в cpeS ад	Сва»> Р««о~
но меньшему'	ТОврГаШСЯ зш™ь-
ПО его контуру.	Ст н булЗНИЯ> чем расположенные
го фуедшма'о"ШДЪем свайно”
нием в расчетные1форвд/«ад с введе-
равным 0,5 — 0,95.	коэффициента ур, принимаемого
по сравнению со "Снижением * нестаг ?устОЕ более значительно
свай. При этом установлено что ’W™ cn?cof”OCTH одиночных
ся более существенно в н^хшам ^
276
Таблица 5.41. Значения коэффициента а
,Длина свай
Коэффициент а
яри числе свай в кусте
в кусте, м
3 ’
::т:г:
fi
3
0,74
0,72
0,70
0,66
4
0,78
0,76
0.7 4
0,69
5
0,86
0,83
0,80
0.72
Таблица 5.42. Перемещение марок на здании
Продолжи-
Подъем» мм, марок
телшость
наблюдений,
№3
№4
ms
№6 »7
№8 №9
№ 10
мес
L___

„__1_.
„_.1—
6
0
0
+3
+1
+2
+1
+2
+1
+1.
10
0
0
+3
0
' 1
0
+1
1
1
17
1
2
*2
1
3
1
+1
+1
-
способность сваи, расположенной в кусте, меньше несущей спо¬
собности одиночной сваи. Это явление учитывают вводя в расчет¬
ную формулу несущей способности сваи понижающий коэффи¬
циент, который зависит от длины и числа свай в кусте
(табл. 5.41).
В качестве примера рассмотрим расчет несущей способности
сваи диаметром 0,4 и длиной 3 м с уширением, равным 1 /2 м,
и расчет величины подъема. Свая устроена в сарматской глине.»
толщина слоя которой равна б м. Несущая способность сваи
определяется по формуле
Fd = -FcTcRRA .
гае 7с -- коэффициент условий работы, равный: при опираяии сваи на яы-
яевато-гяинистые грунты ари S? < 0,9 - 0,8; в остальных случаях - 1;
TcR - принимается равным !; й ~ расчетное сопротивление грунта поя
уширением, равное 7500 кПа (табя. 1 СНиП 2.02.03-85}; А - отощадь
поперечного сечения v-цщрения в месте наибольшего диаметра, равная
1,15 м4.
Тогда несущая способность Fd — 0,9*1-7500*1 Д5 = 7560 кН.
В последние годы проводятся систематические наблюдения
за девятью нромьшшенными зданиям, возведенными на хва-
лынских глинах в Волгограде. Здания каркасного типа с шагом
колонн 6 м; фундаменты выполнены из забивных сван длиной
б и 8 м. Сваи забиты из условна прорезки слоя набухающих
грунтов. В качестве примера в табл. 5.42 приведены величины
277

ХЯ. l“: "а”“=”)	« ои=0,„ и
s, и^дих-водст >jV работ до тхттойст&у
СйАЙНЬ?Х«УНД.<чМК?гшв
ьРать'’:‘Дство работ яо устройству свайных йт?цгмыит,р
^:г^?10-исущес?вяя1ься 110 проекту, в котором ограды о-ст
Стмности их возведения й яабухагс-щкх лтантах. Жы1-то^т{1*«г--
енак Д хаКИх грунтах аабимюх в яредв^ш45Г^
дадарумщде скважины. При повышенной влгжлщтФ
СКВЗЖЙН- Дяя	вдруйш
" Г"?'	*	лыоис механизмы, в том числе ж-
;‘Х HcrlD!S и°я пР0я;®одахвешж&яерно-геояогическ%>; тыка
'^^ежьностью отличаются буровые нстачошст
ем^ийтйрознляы^ на ойзс грйкхору.	’	^	1 4	"*
Гф,	йсполь-У^ся паровоздушные молоты
ыы да»,юш-моло.ь1, ^применение вдавливающих агзегчтпд * ^
Д вибромолотов или виороногружатеяей не всегда Ч>Аекх«вко
;; ог«сЛс«ь1х случаях невозможно. -Следуаг стчехчтьч~р ФГКФ
Ж°* чм™ — - — сваи должно
SSiSTSS. Я“?' Яе“к’«-“
^м.*1!.Л0груж^ия свай применяются сваебойные агрегаты
Ii0 рйльс^вым яутям смонтированные на само’
ВДых механизмах, К последним относягсй сваебойный агре^'г
А,-Ь/е,_ лредоазначшньш для погружения железобетонных <ъчп
«дои яо 2.5 I и длиной до 8 м, Копровая часть агрегата
е««ы навесном на оазе трактора. Имеется ряд агрегатов смон-№
догнанных на базе экскаваторов,	~	' "с ш
т Следует	,f*> когруженж свай в наблха ,®е груд,,
д мтадаг производиться к оез предварительного vcrnowW пт»,
дарующих скважин буровым способом. В качестве'тойм^3
дссмохрим опыт устройства свайных фундаментов ошош из
д-аов „чдоремингылс завода. На этой пящадке под спотах по-
кровннх суглинков залегают хшшнские mmu ttom^on^
"	4,J f/l‘ Чты no.ncTMjiajoTcff супесями. переходпщимк s
nWJA,ie Пе''Кйр Фдаше цеха имеет размер а плане. ”?хШ« м
Под колонны здания» располагаюцщеся через б м, ниедухмотаат
•ущ из неIырол—шести свай, Расстояние между сваям?! принято
278
Т а б л я Ц Й 5.43. Основные данные молотов
Параметры
Масса, кг:
общая
ударной части
Высота, подъема
ударной чаем, м
Число ударов
э 1. мин
Масса забивкой
сваи, т
Значения параметров доя молотов
xe:j
(.0995
I С-330
"Т"
_1__
С-стл
4-65 С
' 2600
4500
7650
ИЗО
1250
1200
3500
0,5
2,5
2,6
2,5
104
44
44
44
5
3
5
7
Под капитальные стены внутри цеха сваи заои-
вались В один ряд. c,»<m	г--—
Значительное заглубление свай вызвано главным образом не¬
обходимостью заделки их в ненабухающие грунты для исклю¬
чения выпора сваи при набухании хвалынских ram.Дня за¬
бивки свай применялась смонтированная на кране Э-200с свае¬
бойная установка с воздушным молотом массой о т к высотой
падения 120 см.	„
Вначале был опробован метод погружения сваи оез лиди¬
рующих скважин. Оказалось, что для забивки свай на глубину
! 2 м необходимо произвести 420 -- 480 ударов молота, а на глу¬
бину 14 м — до 610 ударов. При этом из семи опытных сваи
удалось погрузить до проектной отметки только три сваи. По¬
этому был применен способ забивки свай с одновременным
подмывом грунта. С этой целью с двух сторон сваи прикрепляли
трубки, которые подавали воду к торцу сваи. Таким путем уда¬
валось погрузить сван на глубину В - Юм. Однако при дополни¬
тельном числе ударов голова сваи разрушалась.	^	„
В связи с этим применяли способ погружения сваи на глуок¬
ну 14 м с помощью лидирующих скважин» которые устраивались
пщродадмьшом на глубину 10 м. С этой целью на копре подве¬
шивалась труба диаметром 72 см, на конце которой находилась
чзсапка, В предварительно разработанную неглубокую траншею,
располагаемую по осям свай, опускалитрубу и одновременно по¬
давали воду. По мере размыва грунта труба опускалась, образуя
пви этом скважину диаметром не более 150 мм. После извлече¬
ния трубы в отверстие устанавливали сваю, которую погружали
до' проектной отметки. Результаты забивки сваи без устройства
лидирующих скважин, а также с применением скважин, устроен¬
ных размывом, приведены в табл. 5.44.
Из таблицы видно, что удалось на 30 - 40 % сократить число
ударов. Производительность забивки составила 4 ~- 6 сваи в сме¬
ну, пои этом на устройство лидирующей скважины затрачива¬
лось от 2 до 50 % времени, необходимого для забивки сваи.
279

Таблица 5.44. Глубина догружения свай
Число ударов молота j		~ Потружтт свт,~м~~'
(без устройства сква- I с устройством сква-
_		 _ _	|ЖИНЫ	j жякы
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
4,4
6,8
8.3
9.3
10.7
11.3
11.7
12,0
12.3
13,0
13.7
5.3
7.4
8,9
10,2
11.4
12.4
13,3
__1^'ледУет обметить, ЧТО при устройстве лидирующих сква¬
жин возникает затруднение при погружении свай, как это имело
одаого ш 4SXOB’лг
»"**«** погРУжения оказалось, что сваи данной ? мне
добиваются до проектной отметки на 1,5 - 2,5 м а иногда газ-
рушаются. Поэтому бьшо решено производить предаарительное
ловмГяоЖ ЖВаЖМН водой- кредит oSSS yc
” “КЖДеНа ОГШТНая заба*а <а»й сечением
„_тИри уличении времени замачивания происходило
шывание стенок и диаметр лидера увеличивался до 50 - 60 см.
т»в« ЯИ изучения влияния предварительного замачивания
225 гпп^&ЖШЗХ т несущую способность свай были прове¬
дены соответствующие испытания. Были испытаны сваи, заби-
теЧениеП?4^дайШ ГРУНТ’ 3 также в скважины, замачиваемые в
учение 24 ч. В каждом случае испытывали сваи с описанием
торца, а также с освобожденным гордом. Кроме того яшве-
”руакГГ ™ ЗГУ ВЖт ” Мг	»« »«
ДО 700 кН- Ан®из результатов испытаний показан
что замачивание грунта в скважинах снижает оби^ю несущую
сшшшость свш я сопротивление по боковой nZpJSS^m
чую жважуСнГ“5	СВаИ> погРуженной 8 замочен¬
ную скважину, на 2э ~ 30 % больше несущей способности сваи
сЕсГКРУГ КОТ°РОЙ 6ЫЛ Уета”> т-
собности сваи, принимаемой при проектировании. Внедрение
280
Таблица 545. Время погружений свай
Время зама¬
чивания, ч
Время, мик, погружения свай в лидирующую
скважину диаметром, мм
280
на 1/3 запол¬
ненную грунтом
чистую
300
на 1/3 зашя-1 чистую
ненную груи-1
том	!
6 Недобита 50—60 50—60 45—50
12 45-50 40-50 45-50 35-40
24 30-35 12-18 25-30 10-15
этого метода позволило значительно сократить сроки устройст¬
ва подземной части сооружений.
Трудности, возникающие при погружении забивки свай в
набухающие грунты, являются одной из причин, ограничиваю¬
щих их применение. Кроме того, в этих случаях большой про¬
цент свай не догружается до проектной отметки. Это приводят
•к необходимости производить обрубку свай, что удлиняет сро¬
ки строительства и приводит к перерасходу железобетона. По¬
этому в отдельных случаях более целесообразно переходить на
набивные сваи. Особенностью набухающих грунтов является то,
что они находятся в твердом состоянии. Поэтому после бурения
скважин стенки устойчивы, что позволяет осуществлять бетони¬
рование ’’сухим способом”, т. е. без осуществления каких-либо
дополнительных мероприятий. Исключением является лишь
верхний выветрельш слой, который при бурении осыпается в
скважины.
Следует отметить, что при расстояний между' сваями (да
уширениями) в кусте более 1,2 м допускается производить бу¬
ренке одновременно всех скважин, после чего осуществляется
их бетонирование. При меньшем расстоянии между сваями в
кусте скважину сразу после бурения следует заполняв, бето¬
ном, после этого допускается производить бурение под следу¬
ющую сваю.
Уширения можно устраивать различными механизмами, на¬
пример уширнтелем конструкции А.М. Ягудина. Кроме того,
уширение можно устраивать вращательным бурением да» мето¬
дом ’’раскатывания”. В процессе бурения ствола и уширения
сваи я после его окончания производится контроль за качеством
работ. Контроль диаметра уширения осуществляется путем по¬
садки в скважину у мирителя с протарированной штангой, по¬
зволяющей фиксировать полное раскрытие ножей или лопастей
уширителя. В процессе контроля проверяются вертикальность
скважины, качество зачистки забоя, состояние и сохранность
стенок скважины и полости уширения и т. д.
10—397
281

Бетонирование сваи должна производиться сразу после бу-
рекия скважина,!, В отдельных случаях можно допустить пере¬
рыв между бурением ш бетонированием т более чем на 8	10 л.
Перед оетоянрованием в скважину оду с кают трубу с воронкой.
а затем строго вертикально -- арматурный каркас. После того
как арматурный каркас оодет временна рамсоеплел. v клады-
вают бетон.
инвентарную трубку с воронкой у стравливают таким обра¬
зом, чтооы нижний конец был выше забоя скважины не ме-
яее чем на 2,50 мм. Бетон загружают в воронку до тех нор, пока
не прекратится его выход в скважину. Затем воронку полностью
заполняют бетоном к производят подъем трубы, в результате
чего бетонная смесь начинает заполнять скважину. Подъем про-
изводится до тех пор, пока бетон полностью не освободит ворон¬
ку и верхнюю часть трубы. После прекращения подъема нижняя
часть трубы должна находиться в бетоне на глубине не менее
о,5 м. Затем додают очередную партию бетона, после чего вновь
осуществляют подъем трубы, т, е, процесс бетонирования одной
сваи должен производиться без перерыва. Целесообразно после
окончания бетонирования сваи сразу же приступить к устройст¬
ву ростверка.
В зимний период оголовок сразу же после бетонирования
утепляют, при этом одновременно осуществляют злектропро*
грев сваи на глубину, несколько превышающую толщину промо¬
роженного слоя грунта.
ь процессе бетонирования производится контроль за пра¬
вильностью установки каркаса, качеством бетонной смеси, ухо¬
дом за бетоном- и т, д, В частности, непосредственно перед бето¬
нированием изготовляют стандартные кубики, которые испы¬
тываются на сжатие.
изготовления свай должно быть проведено их стати¬
ческое испытание с целью определения несущей способности и
сопоставление полученных результатов с расчетными. На одной
площадке, при однотипных грунтовых условиях должно быть
испытано не менее двух свай. Программа испытаний составляет¬
ся проектной организацией и согласовывается со строительной
организацией ж заказником.
При строительстве ряда промышленных зданий, в частности
электроплавильного корпуса, применяли свайные фундаменты.
Корпус представляет собой прямоугольное двухпролетное заа-
няе размером 48x228 м,с шагом колонн-12 м и металлическим
Каркасом. Вертикальная нагрузка на колонну среднего ряда до-
сшгает 32 000 кН, а изгибающий момент - 7000 к.Н-м.
До начала проектирования был произведен технико-эконо¬
мический расчет нескольких, вариантов фундаментов с использо¬
ванием данных экспериментальных исследований, доказавший
экономически ю целесообразность применения набивных свай
282
X а б и и «4 а 5.46. Основные технико-экономические показателя
сравниваемых вариантов фундаментов под здание гаража
Технико-экономические	I Значения ноказг.теней дая
показателе	!	фундзыснтоа
j столбчатых | из вцбквк&к свай
i МОНОЛИТНЫХ ]
Сметная стоимость нулевого
цикла, тыс. руб.
В том числе, тыс. руб.:
прямые затраты
накладные расходы (18 %)
Расход;
бетона, м4
стали, г
Продолжительность работ ну¬
левого цикла, суд
222,6 ■
167,6
188.6
142,0
34,0
25,6
2380
1770
98,5
84.4
76,0
61,0
глубокого заложения без уширения. Отсутствие у ши рения зна¬
чительно упрощало технологию производства свайных работ, что
позволило в 2 раза сократить время на устройство одной сваи,
В проекте приняты свайные фундаменты из буронабивных
свай без уширения с диаметром ствола 0,4 м и глубиной заложе¬
ния 10 м. Бурение скважин осуществлялось установкой БУК-
600 с последующим уплотнением осыпавшегося грунта в забое
скважины трамбующим устройством, смонтированным на буро¬
вой установке.
Бетонирование ствола свай производили лихой бетонной
смесью с осадкой конуса 12 — 14 см, что позволяло исключить
вибрирование. При условии ритмичной поставки бетонной сме¬
си за одну смену выполнялось 40 - 50 свай.
Свайные кусты объединялись монолитными железобетонны¬
ми ростверками, которые бетонировались в сбор»о-разборной
металлической опалубке. Конструкция ростверков принята без
студеней, вследствие чего значительно снизились трудовые за¬
траты на устройство опалубки и бетонные работы. Общий объем:
свайных фундаментов, примененных при строительстве электро¬
плавильного корпуса, составил около 11 000 м3,
Свайные кусты были применены при строительстве здания
гаража по размораживанию сыпучих грузов в железнодорожных
вагонах. Характерной чертой этого промышленного здания яв¬
ляется то, что технологический процесс мокрый, поэтому в про¬
цессе эксплуатации возможно локальное замачивание набухаю¬
щих глин, которое может привести к неравномерному подъему
колонн здания в результате набухания грунта. Основные техни¬
ко-экономические показатели сравниваемых вариантов фунда¬
ментов приведены в табл. 5.46. Исходя из нагрузки на свайные
фундаменты в каждом кусте выполняли по четыре - шесть
283

Таблица 5,4?. Основные технико-экономические показатели
сравниваемых вариантов фундаментов
под внешние энергетические сети
Технико-экономические показатели
Сметная стоимость нулевого цикла,
тыс. руб,
В том числе, тыс. руб.:
прямые затраты
накладные расходы (18 %)
Расход:
бетона, м*
ст»ш, т
Продолжительность работ пустого
цикла, сут
Значения показатетгсй для
фундаментов
столбча¬
из забив¬
| из набив-
тых мо¬
ных свай
i кых свай
нолитных
J
59,6
54,8
41 ф
50,5
46,4
35,2
9,1
8,4
6,3
894,5
738,4
624,3
34,5
36,8
21,5
42
40
31.
свай дамкой 5 — ? м. Технология устройства свай и ростверков
аналогична изложенной выше.
При проектировании внешних энергетических сетей рассмот¬
рены различные варианты фундаментов. Горизонтальные нагруз¬
ки на опоры эстакады составляют 100 кН, вертикальные - 30 -
50 кН. Основные технико-экономические показатели сравнива¬
емых вариантов фундаментов приведены в табл. 5.47,
ГЛАВА 6, МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА НА НАБУХАЮЩИХ
ГРУНТАХ
1, ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЯ ИЗ НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ '
Эксплуатационная пригодность сооружений, возводимых на
набухающих грунтах, может быть обеспечена не только устройст¬
вом глубоких иди святых фундаментов, но и путем подготовки
оснований ш применением конструктивных и водозащитных ме¬
роприятий. Эти мероприятия следует предусматривать в случаях,
когда использование набухаюидах грунтов в качестве основания
может привести к появлению недопустимых деформаций кон¬
струкций, т, е. когда возможный подъем фундамента будет боль¬
ше предельного для данного сооружения.
Подготовка основания' на набухающих грунтах включает в
себя в основном три метода: устройство подушек из грунта, не
обладающего свойствами набухания при замачивании; примене¬
ние компенсирующих подушек; предварительное замачивание
грунта основания.
284
Рис. 6.1. Схема сия, действующих
на компенсирующую подушку
1 - фундамент; 2 ~~ весок; 3 - на¬
бухающий грунт; 4 - уплотненное
ядро
При устройстве подушек производится замена набухающего
грунта, что позволяет уменьшить подъем здания. Толщине по¬
душки назначается из расчета, чтобы подъем фундамента в ре¬
зультате набухания оставшегося слоя набухающих грунтов нахо¬
дился в допустимых пределах. Поэтому на практике следует
осуществлять частичную замену набухающего грунта. В отдель¬
ных случаях толщина оставшегося слоя грунта определяется не
из условий обеспечения устойчивости несущих конструкций зда¬
ния, а из условий обеспечения нормальной эксплуатации обору¬
дования, фундаменты которого опираются на грунтовую по¬
душку.
В качестве материала для устройства подушки могут приме¬
няться супеси и суглинки, а также глины; в отдельных случа¬
ях - песок или песчано-гравийная смесь. Грунтовая подушка мо¬
жет устраиваться в пределах всего здания иди только иод ленточ¬
ным и столбчатым фундаментами.
Работы по устройству подушек ведутся в следующем по¬
рядке. Разрывается котлован на определенную глубину, поете
.чего слоями отсыпается грунт и производится его уплотнение.
В качестве уплотняющих механизмов могут использоваться
бульдозеры, кулачковые или пневмокатки, падающие трамбов¬
ки мз железобетона и т. д. Толщина сдоя назначается в зависи¬
мости от применяемого механизма ж может находиться в пре¬
делах 0,15 — 1 м. Грунт рекомендуется уплотнять при оптималь¬
ной влажности до плотности сухого грунта, равной 1,6 —
1,8 т/м3. Грунтовые подушки могут применяться для всех соо¬
ружений независимо от конструктивных особенностей и харак¬
тера технологического процесса производства,
Компенсирующие подушки применяются для уменьшения
возможной величины неравномерности подъема при локальном
замачивании набухающих грунтов. Схема компенсирующей по¬
душки и силы, действующие на песчаную подушку при набуха¬
нии грунта, показаны на рис. 6.1 На верхнюю грань подушки
действует давление от фундамента р и обратной засыпки пазух q.
При этом последнее в несколько раз меньше давления по подош¬
ве фундамента. На нижнюю плоскость песчаной подушки пере¬
дается возникающее при замачивании давление, которое равно
285

давлению набухания. В результате набухания грунта происходит
подъем песка в месте действия наименьшего давления, т, е. под
обратной засыпкой. Этому выпиранию песка способствует об¬
разование уплотненного ядра в подушке под действием нагруз¬
ки от фундамента. При локальном замачивании может дополни¬
тельно возрастать давление от фундамента, что объясняется пе¬
рераспределением напряжений в продольном направлении, обус¬
ловленном возможными местными подъемами фундамента. Та¬
ким образом, уплотненное ядро в подушке играет роль своеоб¬
разного клина, способствующего выпиранию песка при подъе¬
ме основания.
С целью изучения влияния на работу' компенсирующей по¬
душки ее высоты и ширины, плотности песка, передаваемого
давления, гранулометрического состава песка я т. д. были про¬
ведены лабораторные и полевые эксперименты. Лабораторные
опыты проводили в лотке размером 1000x1500x1000 мм, Ло¬
ток загружался песком, на поверхность которого устанавливали
жесткий металлический штамп. Размеры штампа 150x1000 и
200x1000 мм. Набухание имитировалось подъемом расположен¬
ного под частью штампа днища размером 250x1500 мм. Подъем
днища осуществлялся тремя винтовыми домкратами от электри¬
ческого привода Скорость подъема днища составляла 3,3 мы!
/мин. Осадку и подъем штампа и днища измеряли прогибомера-
ми с точностью до 0,1 мм, Усилия, передаваемые винтовыми
домкратами на днище, фиксировались динамометрами сжатия
ДС-5, Испытания проводились с песком средней крупности.
Эффективность работы подушки оценивалась по значению
компенсационного коэффициента к, являющегося отношением
подъема штампа к подъему днища. Последняя величина отража¬
ет подъем основания при набуханий грунта. Очевидно, чем
меньше подъем штампа, тем эффективнее работа поду писк при
набухание грунта. Отсюда следует, что чем меньше компенсаци¬
онный коэффициент, тем больший эффект дает работа ас-душки.
Опыты по выявлению оптимальных размеров подушки про¬
водились на песке, плотность которого г- сухом состоянии рав¬
на 1,5 т/м3. Размеры подухлкя назначались в зависимости от ши¬
рины штампа а соответствовали: высота 7,5 — 37,5 см; ширина
27,5 — 64 см.
На рис;. 6.2 приведена зависимость коэффициента к от тол¬
щины подушки, выраженная отношением hp/b, где hp- толщина
подушки, Ъ - ширина штампа. Опыты проводились при тастоян-
кой ширине подушки, равной 500 мм, и давления по подошве
штампа р ~ ОД МПа. Как видно из рисунка. при увеличении вы¬
соты подушки коэффициент к. уменьшается, причем уменьшает¬
ся быстрее, чем увеличивается отношение-hD/b. Следовательно,
целесообразно применять более высокие подушки. Однако начи¬
ная с определенного значения hp/b, коэффициент к приближает-
286
ся к своему минимальному значению тем раньше, чем меньше
высота подъема днища. Таким образом, существует определен¬
ный предел высоты подушки, после которого ес увеличение ке
дает существенного эффекта. Можно установить минимальную
высоту, при которой эффект компенсации практически сводится
к минимуму. Эта величина, как коказьшают проведенные опы¬
ты, равна 0,75 м.
Ширина подушки также влияет на ее работу (см. рве. 6.2.6}.
Опыты проводились яри достоянной толщине подушки, равной
300 мм, т. е. hp/b = 2, Очевидно, если ширина подуаткя равна
ширине штампа (при hp/b “ 1), то ее можно рассматривать кик
продолжение фундамента, к при подъеме основания штамп бу¬
дет подниматься на такую же высоту. Только в начальный мо¬
мент возможно отставание в подъеме штампа вследствие уплот¬
нения веска. Однако этот подъем не имеет существенного значе¬
ния, поэтому можно предположить, что при hp/b = 1 коэффици¬
ент к также равен единице. С увеличением ширины дедушки
грунт выпирает за граня фундамента (в результате лето и проис¬
ходит компенсация) и подъем последнего уменьшается. Поэто¬
му ири ширине подушки, примерно равной двойной ширине
штампа, подъем его составляет 0,2 подъема днища. В результате
исследований было установлено, что после достижения шириной
подушки значения 3,5Ь дальнейшее увеличение ее ширины не
оказывает сколько-нибудь заметного влияния на подъем штам¬
па. Минимальные значения ширины подушки, очевидно, будут
соответствовать отношению hp/b = 1,5; при уменьшении этого
отношения резко возрастает подъем штампа,
Дня оценка влияния плотности грунта проводили опыты с
подушкой из песка, плотность которого в сухом состояния
равна 1,5; 1,64; 1,66 и 1,7 г/см3. Установлено, что при подъ¬
еме днища до 70 мм подъем штампа в рыхлом песке меньше,
чем в более плотном. Это объясняется тем, что ври малых поаъ-
287

емах днища в рыхлом песке уплотняется нижние слои подушки,
в го время как з плотном песке лод штампом образуется у плуг»
метшее ядро. При последующих подъемах днища в плотных пес¬
ках выжиранию песка в стороны способствует плоскости сколь-
ження упругой зоны, при этом подъем штампа снимается. В рых¬
лом песке формирование ядра протекает очень медленно; при
стом YimoTHifififoe ядро вообще может не образовываться вс
следовательно, в этом случае подъем штампа увеличивается.
Влияние давления от игтамна определялось при давлении
по подошве штампа 0.025; 0,05 я ОД МПа. Начальная плотность
сухого и|ска в опытах была одинаковой и составляла 1,65 —
1,68 г/см*. Опыты доказали, что при подъеме днища лотка по
70 мм в подушке заканчивается образование уплотненного ядра.
Испытания по определению оптимальной плотности песка в по¬
душке показали, что при малых подъемах днища лота штамп
поднимается тем больше, чем больше плотность подушки. При
дальнейших подъемах, когда заканчивается формирование уп¬
ругой зоны, условия выпора резко меняются; чем больше
плотность песка, тем меньше подъем штампа. Аналогичное яв¬
ление наблюдается в подушке, если на нее передавать разное
давление. Это объясняется тем, сто при увеличении внешней
нагрузки плотность песка под штампом возрастает. Таким об¬
разом, общая величина подъема штампа будет тем меньше, чем
большее давление передается на основание."
При устройстве подушки фундаментов вследствие обратной
засыпки траншей образуется пригрузочный слой, действующий
на поверхность подушки. Поэтому целью исследования явилось
изучение влияния такой пригрузки на работу подушки. Удельное
давление, передаваемое- на свободную поверхность подушки,
принято в опытах равным 2	8 к Па, что соответствует в натуре
разной глубине заложения фундамента. Испытания показали, что
увеличение пригрузки (до определенного предела) влияет на
подъем штампа.
Для выявления влияния влажности грунта проводились опы¬
ты с подушкой из песка, имеющего влажность 2 - 1 б %. -Испыта¬
ния проводились яри действии нагрузки от штампа и ох обрат¬
ной засыпки. Опыты показали, что при увеличении влажности
песка до 70% несколько уменьшается подъем штампа, т. е. с
увеличением естественной влажности улучшаются условия вы¬
пора песка в подушке. Дальнейшее возрастание влажности вли¬
яет на работу подушки.
.Для выявления влияния гранулометрического состава про¬
ведены опыты с мелкими, крупными и средней крупности пес¬
ками. Начальная плотность сухого песка составляла 1,62 —
1,65 г/см3. Анализ результатов опытов показал, что при боль¬
ших подъемах днища лотка увеличение крупности зерен песка
ухудшает условия работы подушки.
288
' Как было отмечено ранее, при подъеме днища ложа иод
штампом образуется уплотненное ядро, способствующее выпи¬
ранию песка из-под штампа, в результате чего снижается его
подъем. Образование ядра можно проследить на опыте, когда
подъем' днища достигает 30 — 50 мм. Во время подъема днища
лотка фотографировали видимую часть подушка. Оказалось,
что в интервале подъема днища 30 — 50 мм завершается' образо¬
вание уплотненного ядра под шампом.
Проверка работы подушки производилась, кроме того, в
полевых условиях на опытном ленточном фундаменте длиной
15 м и шириной 0,6 м. Для проверки верхних покровных су¬
глинков до'хвалынских глин была разработана траншея, глуби¬
на которой составила 2,1 м. После зачистки дна траншеи послой¬
но засыпался мелкий песок, который утрамбовывался вручную.
Толщина песчаной продушки составила 1Д м. Поверх подушки
был установлен железобетонный монолитный фундамент шири¬
ной 0,6 м. На фундаменте выложили кирпичную стену, верх ко¬
торой возвышался над поверхностью земли. Вдоль кирпичной
стены уложили железобетонные балки, обеспечивающие равно¬
мерность передачи нагрузки. Для определения подъема песча¬
ной подушки на ней были установлены марки - металлические
пластины с приваренной арматурой, которая выводилась выше
поверхности обратной засыпки. В кирпичной стене через 1 м уста¬
навливали марки для наблюдений за перемещением фундамента.
Загрузка производилась ступенями, давление под подошвой
фундамента было доведено до 0,2 МПа. Средняя осадка ленты
при этом давлений составила 35 -- 40 мм. После стабилизации
осадки радом с опытным фундаментом был устроен шурф глу¬
биной 3,5 м, через который производилось замачивание хвалын-
ских г дет. Во время опыта одновременно производили наблюде¬
ния за перемещениями фундамента, поверхности грунта, а также
марок, установленных на песчаной подушке. В результате зама¬
чивания через 40 сут произошел подаем всей поверхности грунта
вокруг шурфа, кроме того, наблюдался интенсивный подъем
песчаной подушки. Подъем фундамента во время замачивания
наблюдался лишь по краям и составил всего 2-3 мм, в то вре¬
мя как центральная часть его практически оставалась неподвиж¬
ной. Таким образом, опыт подтвердил, что при замачивании на¬
блюдается подаем подушки, в то время, как фундамент сущест¬
венно не перемещается.
С целью определения влияния ширины и толщины песчаной
подушки на величину подъема фундамента была проведена се¬
рия опытов с отдельно стоящими штампами. Опыты проводи¬
лись в котлованах размером в плане Зх.4 м и глубиной 2 - 2,6 м.
Глубина котлована назначалась из условия, чтобы отметка низа
подушки совпадала с кровлей, шоколадных глин. Песчаные по¬
душки устраивались различных размеров в плане от 0,7x0/7 до

Таблица 6Л. Подъем штампа.
я грунт* ври различной высоте подушки
фундамент
Высота
тю душки,
м
Подъем hf
штампа, мм
Подъем набу¬
хающего грун¬
та bJW, мм
k~hsw/hf
1
1,1
16,5
28
0,59
0,8
3,5
67
0,5
3
0,5
23
31
0,74
4
0,5
37
44
0,84
5
0,8
42
60
0,7
0,6
0,75
6
0,8
25
42
7
1.1
53
70
8
0,8
48
57
0'85
9
0,8
28
39
0/72
Примечание. Размер подушки в плане равен 0,7x0,7 м.
2.7x2,? м (ш низу подушки) и различной толщины - от 0,5 до
1,1 м. Откосы котлованов имели уклон 1:1, плотность уллотнен-
аого песка в сухом состоянии в среднем доводилась до
1,65 .г/см . Одновременно с устройством подушки устанавлива¬
ли марки непосредственно на набухающий грунт ниже песчаной
подушки я на компенсирующий песчаный слой.
Во всех котлованах были установлены стандартные штампы
размером 0,7x0,7 м с давлением но подошве 0,19 МПа. Загруже-
ше штампов осуществлялось ступенями но 0,05 МПа. Осадасн
штампов после загрузки составили 10 — 20 мм. Замачивание на¬
бухающего грунта проводилось через шурфы, отметка два кото¬
рых была на 60 см ниже основания подушки. В течение 2 мес
замачивалась только толща шоколадных шин. Результаты, по¬
дученные в конце срока замачивания, приведены .в табл, 6,1.
Яодьем фундамента и подушки зависит не только от разме¬
ров последней, но и от толщины про моченного набухающего
слоя грунта, величина которой в опытах бьгоа переменной Поз-
тому в качестве показателя оценки эффективности работы по¬
душки принято отношение подъема штампа к подъему подушки.
Ирм ширине подушки но чту, равной ширине штампа,
под-ьем штампа составляет 0,7 подъема подушки, в. ю время
как яри ширине подушки, равной 2,5 ширины фундамента, это
отношение соответственно уменьшается до 0,58. В значительной
мере оказывает влияние и высота подушки. При толщине по¬
душки, равной 0, / ширины штампа, разница в подъеме незначи¬
тельна и отношение подъема штампа к подъему подушки соста¬
вило 0,84. Когда толщина подушки превышает ширину штампа.
ш разница между подъемами увеличивается.
Необходимо от метить, что в случае отдельно стоящих фун¬
даментов эффективность применения песчаной подушки скижа-
290
елся но сравнению с ее* применением для ленточных фундамен¬
тов. Это объясняется тем, что вследствие жесткости ленточного
фундамента в продольном направлении подъем его из ограничен¬
ном участке будет сопровождаться одновременным утлтлтш-
ем ,давления но подошве. Эта способствует более ждан а? в ко му
зышщгшию и уплотнению песка, что приводят к уменьшение
подъема фундамента.
Необходимо подчеркнуть, что при широких фундаментах
компенсирующие подушки могут не дать должного эффекта,
так как в этом случае можно ожидать перемещения песка лишь
у краев фундамента, в то время, как остальная часть поду дней
остается неподвижной.
Компенсирующая азечаная подушка была применена в
опытном порядке при строительстве двухэтажного здания раз¬
мером в,плане 27x12 м. Наружные кирпичные стены здания
опирались кг железобетонные ленточные фундаменты шириной
90 и высотой 30 см. Фундаменты в продольном направлении ар¬
мированы в верхней и нижней частях пятью стержнями диамет¬
ром 16 мм. Глубина заложения подошвы -фундамента равна
1,1 м. Ниже была устроена подушка из мелкого леска, плот¬
ность которого в сухом состоянии равна 1,55 т/м3.. высотой
90 см, шириной по низу - 150 см и по верху - 190 ем. В верх¬
ней части наружных стен на уровне карниза предусмотрен же¬
лезобетонный пояс с четырьмя стержнями арматуры диамет¬
ром 10 мм. По внутренней продольной оси были установлены
две колонны из отдельных фундаментах, расположенных на
песчаных подушках.
После окончания строительства произведено искусственное
замачивание хвалынскта шин, залегающих ниже песчаной по¬
душки. С этой целью со стороны главного фасада на расстоянии
1 м от фундамента был устроен шурф размером 2x2 и глуби¬
ной 3,7 м, через который осуществлялось замачивание в тече¬
ние 48 еут. В ходе строительства осадки протекали равномерно
и достигали 25 — 30 мм.
В процессе замачивания начался подъем стены главного фа¬
сада, достигший 16 мм. Верх песчаной подушки в этом месте
поднялся на 28 мм, а поверхность грунта — на 40 мм. Участки
торцовых стен, примыкающих к фасадной стене, также подня¬
лись. Величина относительного перегиба фундамента стены, под
которой осуществлялось замачивание, составила всего 0,0002.
При этом никаких трещин в стене обнаружено не было.
Иная картава наблюдалась во внутренних перегородках
первого этажа, иод фундаментами которых не было песчаной
подушки. Набухание грунта привело к подъему перегородок,
которые уперлась в плиты перекрытия. В результате в стенах
появились характерные для сжатия косые трещины, проходящие
параллельно друг другу. Давление набухания было настолько
291

большим, что в одном месте перегородки приподняли щшту пе¬
рекрытия на 10 мм. Развитие деформаций в этих стенах застави¬
ло прекратить замачивание.
Этот эксперимент показал, что при наличии песчаной подуш¬
ки при местном замачивании грунта наблюдается кезначитеяь-
•лъш подъем фундамента, а огносительный перегиб его меньше,
чем при таком же подъеме у фундаментов, устроенных на естест¬
венном основании.
На основании проведенных испытаний можно сделать сле¬
дующие выводы.
1. В процессе набухания подстилающего грунта в песчаной
подушке под ^фундаментом образуется уплотненное ядро, кото¬
рое создает благоприятные условия для выпирания песка но
граням этого ядра, вследствие чего величина подъема фундамен¬
та снижается до 50%. Благодаря компенсационным свойствам
подушки уменьшается величина неравномерного подъема Фун¬
дамента по его длине.
х. Применение компенсирующего слоя целесообразно под
ленточными фундаментами, которые в отличие от столбчатых
представляют собой жесткую конструкцию, способную воспри¬
нимать силы, возникающие при набухании до завершения обра¬
зования уплотненного ядра под подошвой фундамента.
3.	Высота компенсирующей подушки принимается равной
1	1 2р (r£® b ~ шарша фундамента), а ее ширина -- 1,8 — 2,2Ь.
4.	Для получения достаточно плотной подушки, способной
воспринимать большие нагрузки при минимальных осадках, в
обеспечения ее эффективной раоохы как компенсирующего слоя
плотность сухого песка в подушке должна быть около 1,6 т/м3.
5.	На подушку необходимо передавать большое давление от
фундамента, что будет способствовать формированию ухшсинен¬
ного ядра.
о. Величина пригрузки грунта (обратная засыпка) принима¬
ется минимальной и во всех случаях должна бьнь не больше
0,25р (где р — давление по подошве фундамента).
?. В качестве материала компенсирующей подушки при цав-
ленин набухания грунта более 0,25 МПа следует использовать
мелким и средней крупности песок.
Размеры компенсирующей подушки назначаются в зависи¬
мости от ширины ленточного фундамента в соответствии с
табл. 6.2.
Компенсирующие подушки устраивают в такой последова¬
тельности. Траншея разрабатывается таким образом, чтобы по¬
душка располагалась на кровле иди в пределах слоя набухающих
грунтов. При этом необходимо стремиться, чтобы, глубина зало¬
жения подошвы фундамента была минимальной. В траншею ук¬
ладывается послойно песчаный грунт, после чего он должен быть
уплотнен. Толщина огсьшаемых слоев грунта и его влажность
назначаются в зависимости от вниз уплотняющего механизма. В
Таблица 6.2. Размерь» компенсирующей подушки
Размеры подушки, м
|	°п
0,5 < to <0,7	1,2	2,2
0,7 <b <1,0	1.15	2,0
1,0 < Ъ < 1,2	1,1	1.8
качестве материала могут быть приметены пески различной
крупности. В сухом состоянии после уплотнения плотность пес¬
ков должна быть: мелких — около 1,6 х/м3, а средней крупности
и крупных - 1.55 х/м3.
.Давление но подошве фундамента, опираемого на компен¬
сирующую подушку, назначается согласно общим положениям
как на естественные грунты в зависимости от вида и состояния
грунта в подушке.
Предварительное замачивание набухающих грунтов, явля¬
ющихся основанием сооружения, осуществляется с целью устра¬
нения свойства набухания этих, грунтов. Сущность этого метода
состоит в том, что до начала строительства грунта основания ув¬
лажняется искусственным путем с тем, чтобы произошло разуп¬
лотнение грунта в пределах всей шш части набухающей тоявш.
На подготовленном путем замачивания основании возводится
сооружение. Очевидно,'что замачивание такого основания з про¬
цессе эксплуатации не вызовет набухания грунта, а следова¬
тельно, и нежелательных деформаций конструкций.
Ранее указывалось на характерную особенность набухающих
глубин, заключающуюся з возможности накопления влаги нод
водонепроницаемым экраном иди под зданием, что в свою оче¬
редь приводит к набуханию грунта. При этом влажность увели¬
чивается практически до влажности набухания, х, е. до влажнос¬
ти, близкой к той, которая наблюдается при искусственном за¬
мачивании грунта.
Кроме того, опыт эксплуатации сооружений, возведенных
на набухающих грунтах, показал, что а результате замйчмвгнйк
в процессе эксплуатации также происходит набухание грунта.
Применяя предварительное замачивание, можно искусственным
путем ускорить процесс набухания грунта к завершить его до
начала строительства, а следовательно, не опасаться возможнос¬
ти возникновения этого явления в процессе эксплуатации со¬
оружений.
В иностранкой практике также применяется предваритель¬
ное замачивание набухающего грунта. Так, Мак-Дауэдн описы¬
вает применение этого метода при строительстве мастерских
Техасского Департамента, шоссейных дорог. Основанием этого
сооружения являются плотные глины, залегающие слоем толщи-
Ширина фундамента
Ь, м
293

**,и 6олее ^ м- Иа основании лабораторных исследований был
подсчитан возможный подъем здания, который определен в
.гы см. подсчеты показали, что устройство глубоких опор и
подвесного шла первого этажа (по типу междуэтажного пере-
крытая) оказывается очень дорогим. Поэтому было решето
разраоо,.э.,ь котлован глубиной 2 м и залить его водой. Посда
ли сут замачивания грунта произведи откачку воды и приступи^
J,M „н гохог.ке основания. С этой целью в верхний увлажнен¬
ный слои грунта добавили известь и укатали его нневмокатком.
йерез j cyi ооразовался плотный слой грунта, после чего произ-
веьь подтопку ненабухающим грунтом. На этот уплотненный
слои были установлены фундаменты и иолы здания. Однако ав¬
тор не приводит данных о глубине промачивания. величине вот-
ема дна котлована и i. ц.	'
ьдцвд применяются два метода поддержания постоянной
влажности грунта основания. Первый состоит в том, что bokdvt
здетлн па глубине, примерно 0,5 м от уровня плакировки,
устршааетея^бетошьш экран шириной около 2 м. Толщина эк¬
ране равна аз - 2J см. благодаря этому' климатические воздей-
этдия т влияют на изменение влажности в основан»! наркж-
ных стен. Однако этот метод не исключает накопления влаги
код сооружением и появления неравномерных подъемов. Поэ¬
тому применяют второй метод, заключающийся в замачивании
грунта основания через песчаные дрены, располагаемые BOKpvr
здания, б этом случае на поверхности устраивается бетонная
отметка шириной 1,2 - 1,5 м. По внешней гоанице отмостки
пробуривают скважины диаметром 10 см и глубиной 1,8 — 2 м.
Зт скважины заполняют крупным песком тяи гравием. Устья
скважин осгьединекы между собой закрытым железобетонным
лотком. В пределах каждой стены здания лоток имеет прием¬
ный колодец, через кЬторьш можно заливать воду. Вода, раснро-
САраьяямг но лотку, попадает в дренирующие скважины н ув¬
лажняет грунт. В результате постоянно поддерживается высокая
влажность грунта.
В ^случае применения предварительного замачивания возни¬
кают два вопроса, требующие своего решения. Первый состоит
s том, что необходимо определить возможность сохранения по¬
вышенной влажности набухшего грунта в процессе* зксплуата-
тря, второй — в том. то следует изучить деформационные и
прочностные характеристики увлажненного грунта, который бу¬
дет использоваться в качестве основания.
Очевидно, уменьшение влажности замоченного набухающе-
.г° грунта может произойти в результате климатических воздей-
сшт шля тепловых воздействий от технологических установок
расположенных в сооружениях. В последнем случае необходимо
сразу же ограничить применение этого метода подготовки набу¬
хающих грунтов.	‘ '
294
ЛЙГ
ракторов на насу ханке я усадку глинистого гру
яснтальиые исследования м результаты наблюдена
набухания. Эхо влажность сохраняется даже яри отсутствии до
волнительных источников увлажнения. Следовательно, можн;
утверждать что после возведения сооружения эа замоченное
состоянии влажность грунта в процессе эксплуатации не умет
шитля, Еяли мотов коен’ЯЕРМтейького замз лизания применяете:
при возведении сооружений, в которых технологический зро
ы я *	т '	’	~	~	- i	.	/ >
нисш грунта.
В то же время следует учитывать возможные сезонные из¬
менения влажности грунта при годовых колебаниях температу¬
ры. Поэтому влажность грунта в основании наружных стен мо¬
жет уменьшиться, что приведет к усадке глин, а следовательно, ш
к осадке фундамента. Избежать этого можно путем устройства
вокруг здания широких отмосток. Последние являются как бы
продолжением здания, в. поэтому фундаменты наружных стен
окажутся за пределами зоны, где возможны сезонные изменения
влажности. И, наконец, установлено, что зона сезонных измене¬
ний влажности имеет ограниченную толщину, Поэтому яри зало¬
жении подошвы фундаментов ниже границы сезонных измене¬
ний влажности можно не опасаться появления осадок, вызван¬
ных усадкой грунта.
Вопрос об обратимости процесса набухания исследовался
на одной из строительных площадок. С этой целью штамп М® 2
был установлен в разработанном в хвалынских глинах котлова¬
не, а два штампа К® 3 и 4 -- в котлованах с обратной засылкой па¬
зух на глубину 1Д м. Последнее обстоятельство отвечало реаль¬
ным условиям устройства фундаментов. Давление под подош¬
вой штампов состояло: до № 2- 0,012 МПа; № 3 - 0,072 и № 4 —
0,127 МПа.
Замачивание грунта в котлованах, осуществляемое через
шурфы, вызвало подъем штампов. Через год было проведено
повторное замачивание этих котлованов. За этот период влаж¬
ность грунта в разработанном котловане уменьшилась. При
этом, как и следовало ожидать, значительное уменьшение влаж¬
ности наблюдалось главным образом в пределах верхнего слоя
толщиной 30 см, а ниже влажность уменьшилась примерно на
2-3 %. Учитывая, что наибольшие деформации набухания на¬
блюдаются при минимальных давлениях, нагрузку на штамп
N® 4 уменьшили до 0,05 МПа. При повторном замачивания на¬
блюдался подъем штампов, однако он был .незначительным.
.295

Этот опыт не отражет полностью условий работы замочен¬
ного грунта в оснований, так как в данном случае на поверхнос¬
ти отсутствовал водонепровипаемьм экран. Поэтому имелась
возможность испарения влаги из увлажненного грунта, располо¬
женного в зоне сезонных изменений влажности. Опнако и в этих
условиях повторное замачивание, даже при значительном умень¬
шения внешней нагрузки, не привело к осуществленному подъе¬
му фундамента.
Метод предварительного замачивания набухающих грунтов
был применен при возведения ряда сооружений, например при
строительстве одноэтажного здания 'механической мастерской с
одним пролетом размером в плане 36x12 м и высотой ? м. Кон¬
структивно здание решено в виде каркаса; колонны опираются
на самостоятельные монолитные железобетонные фундаменты.
Наружные стены из кирпича _ имеют непрерывный ленточный
железобетонный фундамент сечением 30x70 см, заглубленный
на 2 - 2,3 м.
Предварительное замачивание осуществлялось следующим
образом. Под наружными, продольными и торцовыми стенами
были разработаны траншеи шириной 5 м и глубиной около
1,5 м, т. е. снят верхний слой покровных суглинков до щебе¬
нистой зоны хвалынской глины. В траншеях пробуривали в шах¬
матном порядке скважины диаметром 30 см и глубиной 2 м. За¬
тем скважины и поверхность были засыпаны слоем щебенки
толщиной 10 — 15 см и по всему котловану установлены 74 по¬
верхностные марки.
Замачивание котлована продолжалось около 3 мес. В котло¬
ван периодически добавляли воду, чтобы ее слой был не меньше
30 — 40 см. После окончания замачивания котлован оставался
открытым 5 мес. Подъем поверхностных марок после замачива¬
ния составил 150 — 210 мм. Разница в скорости подъема отдель¬
ных марок объясняется тем, что дно котлована было епяаниро-
вано с уклоном, и поэтому в отдельные периоды часть котло¬
вана оставалось не замачиваемой. Быстрый подъем поверхности
наблюдался там, где происходило интенсивное увлажнение, ста¬
билизация деформаций от набухания практически наступила че¬
рез мес. Несмотря на неравномерность замачивания, подъем
поверхности на большинстве участков был равномерным.
До и после замачивания 'были пробурены скважины да я оп¬
ределения влажности грунта по глубине, которая возросла при¬
мерно на 6 %. Установлено, что подъем поверхности непосредст¬
венно зависел от увеличении влажности. Так, при возрастании
влажности на 4% подъем равен 75 мм, а при возрастании на
8 % - в 2 раза больше.
В дальнейшем верхний слой глины (щебенистая зона) тол¬
щиной около 0,7 м был удален и устроена подготовка из гранит¬
ного щебня толщиной в 15 см, на которой возводились фунда¬
менты с давлением да подошве, несколько бблышм ОД МПа.
После возведения цоколя мастерской были начаты наблюде¬
ния за ее движением, В процессе строительства наблюдалась
осадка всех марок, которая продолжалась равномерно в процес¬
се эксплуатации. Максимальная осадка за 4 года составила всего
29 мм.
Применяя метод предварительного замачивания, сооруже¬
ния можно возводить как: т обьтых грунтах без осуществле¬
ния дополнительных конструктивных и водозащитных меронри-
ятий.
Предварительное замачивание осуществляется в пределах
всей толщи набухающего грунта или ее части и полностью устра¬
няет или уменьшает подъем сооружения при возможном замачи¬
вании грунта в процессе эксплуатации соружения. Толщу предва¬
рительно замачиваемого слоя назначают в зависимости от конст¬
руктивных особенностей сооружения и местных природных ус¬
ловий исходя из требования, чтобы возможная величина дефор¬
мации оставшегося незамеченного набухающего грунта основа¬
ния была меньше допустимой для данного сооружения.
При применении предварительного замачивания работы про¬
изводят в следующем порядке. Разрабатывают котлован на 0,1 —
0,3 м выше проектной отметки заложения подошвы фундамен¬
та. Дно котлована зачищают под одну отметку. В котловане
пробуривают скважины диаметром не менее 80 мм глубиной на
0,5 м меньше требуемой по проекту толщины слоя, подвергае¬
мого замачиванию. Скважины устраивают в шахматном поряд¬
ке. Расстояние между скважинами в ряду я между рядами при¬
нимают в зависимости от текстурных особенностей грунта, но
не более 4 м. Скважины заполняют щебнем, гравием тан гра¬
вийно-песчаной смесью на всю высоту. Во избежание заливания
скважин рекомендуется ограждать устья скважин специальным
деревянным коробом, заполненным дренирующим материалом.
Высота короба должна быть меньше глубины слоя воды в котло¬
ване.
При составлении проекта производства работ должен быть
вычислен подъем поверхности дна котлована в результате набу¬
хания грунта. Для контроля за подъемом дна поверхностные
марки в котловане устанавливают по двум взаимно перпенди¬
кулярным направлениям. Кроме того, устанавливают марки на
бровке котлована. Расстояние между марками принимается рав¬
ным 1,5 — 2 м. Рекомендуется устраивать куст глубинных ма¬
рок для наблюдений за послойными перемещениями грунта мас¬
сива.
До начала замачивания осуществляется нивелировка поверх¬
ностных и глубинных марок относительно неподвижного репера,
расположенного на расстоянии 30 - 50 м от котлована. Кроме
того, следует определить природную влажность грунта через
0,5 - 1 м по глубине.

В подготовленный котлован непрерывно подается вода с та¬
ким расчетом, чтобы постоянно поддерживать слой воды высо¬
той 0,2 — 0,3 м. Ориентировочно количество воды, тыс. л, для
замачивания 1 м грунта (без учета,на испарение) определяется
но формуле
Q= (wgw - w) Aj/100 ,	(6,1)
w8W — влажность набухания грунта при действующем бытовом дав¬
лении, %• w — природная влажность грунта, %• pj — плотность сухого
грунта, т/м*.
При трещиноватых грунтах расход воды будет больше полу¬
чаемого но формуле (6.1). В процессе замачивания не менее чем
1 раз в 7 — 10 сут производится нивелировка поверхностных и
глубинных марок, по которым строится график подъема дна
котлована so времени. Замачивание прекращают после того, как
фактический подъем дна котлована достигнет 0,8 расчетного
подъема. Время замачивания зависит от многих факторов:
текстуры и структуры грунта, расстояние между скважинами,
начальной влажности грунта. Ориентировочно сроки замачива¬
ния составляют для глин: хвалынскмх, сарматских и киммерий¬
ских — 2 — 3 мес, майкопских я аральских — 3 — 4 мес. Глубина
замоченной толщи, в которой ликвидированы свойства набуха¬
ния грунта, контролируются путем определения влажности.
Нижняя граница слоя, который считается ненабухающим, прини¬
мается но глубине, где влажность грунта ноете замачивания
составляет не менее влажности набухания яри действии нагрузки
от собственного веса грунта.
После прекращения замачивания производятся срезка верх¬
него «слоя грунта и отсыпки выравнивающей подушки иод фун¬
даменты из дежа, гравия или щебня. Толщина подушки прини¬
мается равной 15 — 30 см. Допускается применять : негашеную
известь, которая втрамбовывается в верхний слой замоченного
грунта. После устройства фундаментов" осуществляется засып¬
ка пазух ненабухающим грунтом с послойным уплотнением.
При назначении размеров подошвы фундаментов следует
исходить из характеристик грунта в набухшем состоянии. Учи¬
тывая, что прочностные и деформационные характеристики
грунта после замачивания резко уменьшаются, допускаемое
давление на грунт находится в пределах 0,08 - ОД 5 МПа. Поэто¬
му этот метод рекомендуется применять для сооружений, дав¬
ление по подошве которых незначительно. К таким сооружени¬
ям относятся резервуары, отстойники, градирня ж г. д. Однако
этот метод может применяться и для других сооружений, на¬
пример для зданий с каркасом или с несущими кирпичными
стенами, где нагрузки, передаваемые на грунт, оказываются
незначительными.
298
При устройстве фундаментов под технологическое оборудо¬
вание, также применяют метод предварительного замачивания.
Во избежание усадки грунта фундаменты сооружений в этом
случае должны находиться ниже зоны сезонных изменений
влажности грунта. После возведения здания на замоченном
основании следует устраивать отмостку шириной не менее
2 — 4 м. 'Вокруг здания не допускается высаживать деревья на
близком расстоянии.
2,	КОНСТРУКТИВНЫЕ И ВОДОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Проектирование сооружений в рассматриваемых грунтовых
условиях производится в предположении, что грунт набухает в
пределах всей набухающей зоны. При этом наряду с полным
устранением возможного влияния набухания грунта на сооруже¬
ния (например, при полной замене грунта, прорезке грунта глу¬
бокими фундаментами) возможны случаи, когда подъем соо¬
ружений -неизбежен. В этих случаях следует предусматривать
мероприятия конструктивного характера, позволяющие избе¬
жать существенных деформаций, нарушающих нормальную
эксплуатацию сооружений. С другой стороны, опыт эксплуата¬
ции показывает, что наибольшие деформации конструкций на¬
блюдаются при локальном замачивании грунтов, т. е. при утеч¬
ках воды из трубопроводов. Применение водозащитных меро¬
приятий позволяет устранить згу причину. Однако водозащит¬
ные мероприятия должны применяться и с целью уменьшения
возможности замачивания атмосферными водами. Конструк¬
тивные мероприятия осуществляются для восприятия допол¬
нительных усилий, возникающих в конструкции при набухании
грунта основания, или, наоборот, при их осуществлении приме¬
няются решения, позволяющие переносить неравномерные подъ¬
емы. Цель водозащитных мероприятий заключается в ликвида¬
ции замачивания грунтов внешними водами (или другими жид¬
костями) . Как правило, зги мероприятия проводятся в соче¬
тании с методами подготовки оснований или при частичной
прорезке набухающих грунтов фундаментами. Однако встреча¬
ются случаи, когда конструктивных и водозащитных мероприя¬
тий оказывается достаточно при строительстве на набухающих
грунтах.
К числу конструктивных мероприятий откосится увеличе¬
ние жесткости и прочности путем разбивки здания на отдельные
отсеки осадочными швами. В этом случае каждый отсек должен
иметь в плане правильную геометрическую форму и по воз¬
можности одинаковую высоту. Увеличение прочности достигает¬
ся введением железобетонных непрерывных поясов, устраивае¬
мых по высоте на нескольких уровнях. Эти пояса должны быть
устроены таким образом, чтобы вся конструкция здания была
299

вовлечена в работу, Железобетонные пояса целесообразно распо¬
лагать на уровне перекрытий с одновременным соединением
плит перекрытий анкерами. Монолитные перекрытия должны
пояность® перекрывать наружные стены. Допускается устрой¬
ство поясов на уровне верха проемов, при этом их совмещают
с оконными перемычками. Высота попса назначается консгрык»
тивно, но должна быть яе менее 15 см. Количество арматуры в
поясах должно определяться расчетом. Однако' вс всех случаях
в поясе должна быть уложена арматура в два ряда, - соединяемая
хомутами в каркасы. Сечение арматуры должно быть не менее
14 мм, а вдело стержней - не менее восьми.
Пс высоте здания должно быть устроено ие менее двух по¬
ясов. В этом случае их целесообразнее размешать в фундаменте
и в верхней части здания. Однако в отдельных случаях пояса мо¬
гут располагаться в пределах фундамента; нижний — в верхней
части ленты, а верхний — на уровне обреза фундамента.
_ Железобетонные пояса следует предусматривать при частич¬
ной замене набухающего грунта ненабухающим; в случае приме¬
нения компенсирующих подушек; зри предварительном замачи¬
вании набухающих грунтов и т. д/
В отдельных случаях, применяя железобетонные пояса и
ленты, можно увеличить жесткость каркасного здзяия; при этом
появляется возможность применения компенсирующей подуш¬
ки. Такое решение было принято, в частности при проектирова¬
ния одного мз цехов завода фосфорных удобрений. Этот цех ре¬
шен в виде каркасов с отдельно стоящими фундаментами.
Конструктивно фундаменты были решены в виде оплошкой про- -
дольной железобетонной ленты, на которую опирались столбча¬
тые фундаменты. Для увеличения жесткости фундаментные
балки соединены между собой, это позвонило создать непрерыв¬
ный пояс на уровне верха столбчатых фундаментов. Кроме того,
была применена песчаная компенсирующая подушка, верх кото¬
рой располагался на уровне кровли хвалынских шин.
Крупнопанельные здания, наиболее чувствительные к нерав¬
номерным подъемам при возведении следует разделять осадоч¬
ными швами на отсеки длиной не более 30 м. В эхом случае сле¬
дует применять монолитные фундаменты, имеющие продольное
армирование на уровне низа и обреза фундамента. Рабочая про¬
дольная арматура^ размещается в стеновых панелях. Арматура
отдельных панелей должна быть надежно сварена между собой
в местах жестких стыков.
Решение фундаментов определяется общей конструктивной
схемой здания к только г отдельных -случаях может быть изме¬
нена исходя из условий набухания грунта. Для каркасных
промышленных зданий основным гидом фундаментов являются
отдельные фундаменты. Под несущие стены, как правило, следу¬
ет применять ленточные фундаменты, избегая устройства столб¬
чатых фундаментов. Самонесущие стены опираются на фунда¬
ментные балки или ленточные фундаменты. При использовании
набухающих грунтов в качестве естественных оснований необ¬
ходимо во всех случаях проектировать фундаменты с наиболее
возможным давлением по их подошве. Поэтому устройство
фундаментов в виде плит и перекрестных лент следует преду¬
сматривать только в тех сооружениях, где это вызвано их кон¬
структивными особенностями (например, отстойники и резерву¬
ары, дымовые трубы и т. д.).
Под несущие стены можно применять не только монолит¬
ные, но и сборные фундаменты. Но при. этом следует предусмат¬
ривать два монолитных железобетонных пояса и обращать вни¬
мание на соблюдение перевязки швов становых фундаментных
блоков. Применение пустотелых блоков в этом случае так же,
как и арочных фундаментов, не рекомендуется.
Фундаменты иод оборудование устраивают с учетом возмож¬
ного их подъема при набухании грунта. Поэтому в эхом случае
следует предусматривать меры, аналогичные тем, которые
предусматривают при устройстве несущих конструкций. Исклю¬
чение составляет оборудовние, подъемы фундаментов которого
не нарушают технологического процесса.
Опыт эксплуатации показал, что полы, устраиваемые но
грунту, во всех случаях имеют существенные повреждения, осо¬
бенно бетонные или железобетонные. В настоящее время отсут¬
ствует надежное решение конструкции полов, способных перено¬
сить неравномерные подъемы яри набухании грунта. По-вяднмо-
му, наиболее целесообразно устраивать полы из штучных эле¬
ментов с тем, чтобы при подъеме грунта можно было произво¬
дить частичную их замену в отдельных местах. Кислотоупорные
талы должны устраиваться на подвесных перекрытиях; иногда
при их устройстве в случае небольшой толщины грунта произво¬
дят его замену. Такое решение может оказаться целесообразным
и при установке легкого оборудования, не допускающего пере¬
мещения.
Особое внимание в таких грунтовых условиях должно быть
уделено опиранию несущих конструкций покрытий и перекры¬
тий на стены и колонны. Опорные площадки должны иметь
достаточные размеры, чтобы при возможном смещении конст¬
рукций было обеспечено достаточное опираю» балок или тшит.
При этом плиты покрытий следует анкерить с несущими конст¬
рукциями.
Наибольшие деформации наблюдаются в случае использова¬
ния -малопрочиых стеновых материалов и растворов, поэтому в
основном следует применять кирпич и раствор повышенных ма¬
рок. Применение облегченных кладок в этом случае не допуска¬
ется.
Конструкция подкрановых путей должна обеспечивать воз¬
301

можность рихтовки рельсов на величину не менее 50 мм в вер¬
тикальном и горизонтальном направлении.
Как уже отмечалось, водозащитные мероприятия имеют
целью предотвратить локальное замачивание грунтов основания
атмосферными или производственными водами, В первом слу¬
чае предусматривается планировка территории,, обеспечивающая
надежный сток атмосферных вод в дождевую канализацию от¬
крытого ши закрытого типа. Особое внимание следует уделить
отводу вод с кровли здания. С этой цель» должна быть устроена
отмостка такой ширины, чтобы она перекрывала на 30 - 50 см
пазухи засыпанных котлованов. Отмостка должна быть выпол¬
нена по подготовке. В качестве материала следует применять ас¬
фальт, асфальтобетон или бетон с устройством поверх него це¬
ментной стяжки. Отмостка должна иметь уклон не менее 3 %.
Вода с отмостки должна попадать в специальные кюветы, через
которые отводится в ливнесточную сеть. Кюветы должны устра¬
иваться из бетона с небольшим армированием сетками. Лотки
открытой юга закрытой дождевой канализации устраиваются
из железобетона с надежной гидроизоляцией.
Наибольшее внимание следует уделять вводам и выпускам
воды и канализации из зданий. Отверстия зля вводов и вы¬
пусков при этом необязательно располагать выше подошвы
заложения фундамента. Наиболее целесообразно устрашать
вводы (выпуски) в железобетонных лотках, соединяемых со
смотровыми и контрольными колодцами. Соединение стоя¬
ков с водоводами внутри зданий осуществляется в специальных
приямках. Внутренние трубопроводы должны быть доступны
для осмотра. В цехах со смывом полов следует предусматривать
песчаную подсыпку, обеспечивающую сброс воды в дождевую
канализацию.
Имеющийся s настоящее время опыт эксплуатации показы¬
вает, что существенных деформаций внешних водоводов не
наблюдается. Это можно объяснить особенностями деформаций
массива грунта при набухании, так как в случае небольшой ши¬
рины замачиваемой площади подъем грунта, будет минималь¬
ным. Однако в эхом случае не исключается проведение опреде¬
ленных мероприятий. При прокладке водоводов в лотках под
днищами последних следует предусматривать песчаную дренаж¬
ную подготовку. Через 50 - 150 и по длине дренажа необходи¬
мо устраивать ответвления для сброса воды в дренажную трубу.
Аналогичный пластовый дренаж следует предусматривать арк не¬
посредственной прокладке трубопроводов в грунте. Сооруже¬
ния, несущие воду (градирни, отстойники ж т. д.), должны иметь
пластовый дренаж с обязательным выпуском воды в дождевую
канализацию.
302
з. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
Нормальная эксплуатация сооружений, возводимых на на¬
бухающих грунтах, может быть обеспечена при применении
оазличных мероприятий. Однако дать какие-либо определенные
пекомендации по выбору варианта устройства основании л
фундаментов в условиях набухающих грунтов не представляет¬
ся возможным. 'Разнообразие конструктивных, решений соору¬
жений и технологических схем, сложность грунтовых условии,
различие в свойствах грунтов приводят к необходимости в каж¬
дом конкретном случае решать задачу выбора того или иного
мероприятия. При этом, как правило, представляется возмож¬
ным применять несколько технических равноценных решении..
Поэтому окончательный выбор варианта должен оазироваться
на технико-экономическом расчете; при этом необходимо
иметь в виду условия его осуществления. ^
В качестве примера рассмотрим случай выбора варианта
под один из корпусов завода, возводимого на хваяынских
глинах. Наружные несущие стены выполнены аз кирпича толщи¬
ной 380 мм. Погонная нагрузка составляет 230 кН. Инженерно-
геологические условия площадки строительства следующие:
с поверхности слоем толщиной 10 м залегает слой тугашаетич-
ной набухающей глины.
В этом случае были рассмотрены три варианта, Лсрвыи со¬
стоял в применении компенсирующей песчаной подушки вы¬
сотой 120 и шириной 150 см, фундамент выполнен ленточным
бетонным с продольным армированием. Согласно второму вари¬
анту, предусмотрены предварительное замачивание грунта че¬
рез дренажные скважины я ленточный бетонный фундамент ши¬
риной 2,4 м. В этом случае прочностные характеристики значи¬
тельно уменьшаются и поэтому расчетное сопротивление основа¬
ния принято равным 0,15 МПа. И, наконец, по третьему варианту
предусмотрены сваи, располагаемые в один рад. Сваи приняты
сечением 30x30 см и длиной 8 м. Стоимость каждого варианта,
руб., составляет (на 10 м стены): первого 922, второго - U0J и
третьего - 1405. Таким образом, в данном случае наиболее эко¬
номичным является устройство компенсирующей песчаной
подушки.
Были проведены сопоставительные расчеты различных ва¬
риантов устройства фундаментов на Хвалынск®! глинах, В ка¬
честве примера приведем сопоставление стоимости вариантов
устройства фундаментов под здание каркасного типа с сеткой
колонн 6x6 м. Вертикальная нагрузка на фундамент составля¬
ет 26 кН. На данном участке с поверхности залегают покровные
суглинки слоем в 0,7 м, подстилаемые хвзяынскйми глинами,
толщина слоя которых равна 3,5 м, ниже залегают легкие гли¬
ны. Так. если при полной прорезке набухающего грунта с огшра-
нием на глины стоимость составляет 100%, то при частичной
303

ярорезке с отаранием на набухающие глины толщиной ! м -
, /0> ПРИ данных фундаментах, прорезывающих набухающие
1рунты, - 1П; при песчаной подушке с полной прорезкой набу¬
хающего грунта - 93, при песчаной подушке с частичной поорез-
кои набухающего грунта - 74%, Видно, что для данного случая
наиболее экономичным решением являются частичная прорезка
набухающего грунта и устройство песчаной подушки.
4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА НАБУХАЮЩИХ
ГРУНТАХ, И МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ
ЗДАНИЙ
Обеспечение нормальной эксплуатации зданий обеспечивет-
ся комплексом мероприятий, предусмотренных проектом. В
случаях когда применяются методы, исключающие возмож-
ность прт^ешш набухания грунта, здания эксплуатируются
как на ооычных грунтах. Во всех остальных случаях необходи¬
мо организовать наблюдения за состоянием конструкций со¬
оружении и трубопроводов.
Наблюдения за состоянием сооружений осуществляются
путем систематических визуальных наблюдений за конетрук-
цнямн, а также путем нивелировки специальных маток. Ни¬
велирные наблюдения за движениями зданий устанавливаются за
всеми ответственными сооружениями с мокрым технологичес-
~Им процессом, дымовыми трубами и другими сооружениями,
ь этой целью на здания устанавливают специальные марки
позволяющие фиксированно устанавливать нивелирную рейку’
Наблюдения следует производить' прецизионным нивелиром с
использованием инварной рейки относительно неподвижных ре¬
перов. Последние должны прорезать набухающую зону и заме¬
ряться в слоях грунта, набухание которых исключается. Как
правило, длина репера не превышает 15 - 20 м. Число и распо¬
ложение реперов в плане зависят от числа наблюдаемых объек¬
тов и расстояния между ними. При этом во всех случаях должно
рыть не менее двух реперов. Конструкция реперов принимается
такой же, как и на обычных грунтах. 'Число циклов наблюдений
определяется характером и интенсивность развития подъемов
но составляет не менее двух в год. Следует отметать, что еще
существует неправильное отношение к наблюдениям за движе¬
ниями здании и во многих случаях их не проводят. Однако имен-
но отсутствие таких данных не позволяет обоснованно назначать
в Деформирующих зданиях необходимые мероприятия, связан¬
ные с восстановлением конструкций. Поэтому такие наблюдения
должны обязательно производиться, нс юная с возведения фун¬
даментов или по крайней мере после окон'.ания строительства
здания.
Деформации конструкций проявляются в виде трещин в сте¬
нах и панелях, оползания балок и пиит перекрытий и покрытий,
а также кренов высоких сооружений. Для наблюдения за величи¬
ной раскрытия трещин используются маяки в .виде двух пласти¬
нок, устанавливаемых с каждой стороны трещины. Эти пластин¬
ки перекрывают яруг друга. По величине перемещения пласти¬
нок судят о величине раскрытая трещин. Наблюдения за раскры¬
тием трещин должны производиться одновременно е нивелиро¬
ванием марок.
Кроме инструментальных наблюдений, должны произво¬
диться тщательные осмотры состояния трубопроводов. Возмож¬
ные утечки воды должны непременно устраняться. Элементы
ливневой канализации должны своевременно очищаться от му¬
ра и грязи. Все контрольные колодцы следует систематически
проверять, при обнаружении в них воды следует устанавливать и
ликвидировать источники утечек.
В процессе эксплуатации зданий, возведенных на набухаю¬
щих грунтах, должна вестись документация, отражающая харак¬
тер деформаций конструкций, данные о движении марок, состо¬
яние водоводов ит. д.
В случаях когда деформации отдельных конструкций до¬
стигли недопустимых величин, следует принять меры, направлен¬
ные на обеспечение устойчивости сооружений. При использова¬
нии плит или балок необходимо увеличить размеры опорных
площадок. При этом колонны должны быть усилены металли¬
ческими или железобетонными рубашками. При опираю® плит
на несущие стены должны быть устроены дополнительные пи¬
лястры, по которым в продольном направлении устанавлива¬
ются балки под плитами.
В жилых зданиях, как правило, устраиваются металлические
бандажи. Институт Укргорстройпроект применил для восстанов¬
ления деформированных зданий в Керчи укрепление стен напря¬
женными металлическими поясами. Этот метод заключается в
том, что стены здания крепятся только поясами с последующим
механическим и тепловым напряжением. При этом напряженное
состояние стены изменяется. В ней образуются сжимающие уси¬
лия, которые устраняют растягивающие усилия от внешних на¬
грузок и подъема грунта, в результате чего частично уменьшает¬
ся неравенство сжимающих и растягивающих напряжений.
Возможные неравномерные подъемы и осадки в усиленных
зданиях не вызывают деформаций в стенах, так как увеяичиваю-
ся пространственная жесткость и прочность здания.
Усиление выполняется как на стенах, имеющих трещины,
так и на стенах, у которых трещины не обнаружены. Если стены
зданий имеют большую величину раскрытия трещин, то необхо-
дано произвести ремонт и перекладку стены либо качественную
зачеканку трещин. Одновременно должны быть выполнены весь
комплекс работ по защите грунтов основания от замачивания, а
также общестроительные работы по ремонту здания.
305

Для усиления деформированных зданий устанавливаются
металлические конструкции после строительных и ремонтных
работ {кладка дополнительных стен, расчистка трещин и г. п.).
Сначала устраивают металлические уголки по углам здания, за¬
тем навешивают на стены тяжи из полосовой стали, устанавли¬
вают вертикальные стойки из швеллеров и тяжи, соединяющие
их. Наружные металлические пояса крепят к стойке с помощью
сварки. К другой стойке этот пояс крепят с помощью круглого
тяжа, пропущенного через отверстие в стойке, и затягивают
гайкой.
Предварительное натяжение поясов производится путем на¬
тяжения гайки, установленной на тяже. Натяжение поясов следу¬
ет начинать с нижнего пояса, расположенного на уровне цоколя.
Все металлические части поясов я тяжи, а также сварные швы
должны быть покрыты антикоррозионным составом.
Работы по электротермическому натяжению производятся
в следующем порядке. Один конец пояса приваривают к стойке,
другой оставляют свободным. На пояс приваривают контакты и
подают ток, в результате чего стержень нагревается и удлиняет¬
ся. Время нагревания стержня 5—15 мин..
Устройство металлических поясов позволяет устраивать воз¬
можность нарушения статической устойчивости, но не ликвиди¬
рует причины появления деформаций. Так, при изменении влаж¬
ностно-температурного режима на поверхности под воздействи¬
ем климатических факторов процессы набухания — уеадкя
грунта будут вызывать подъем и осадку фундаментов, что мо¬
жет вновь привести к нарушению конструкций. Поэтому в этом
случае необходимо предусматривать другие мероприятия.
В качестве одного .из таких мероприятий может быть увели¬
чение давления по подошве фундамента путем надстройки зда¬
ний. Экспериментальная проверка этого метода бьша осущест¬
влена в Керчи при надстройке одним этажом двухэтажного жи¬
лого дома. Инженерно-геологические условия площадки, где
расположен экспериментальный дом, следующие: под раститель¬
ным слоем залегают серовато-бурые глины твердой и полутвер¬
дой консистенции слоем толщиной 5,5 — 6,5 м. Эти глины обла¬
дают способностью к набуханию. Давления набухания составля¬
ют около 0,2 МПа. Глины подстилаются споем 2 — 3-метровым
рыхлого песчаника, ниже которого расположен слой плотной,
глины.
Фундаменты экспериментального дома бутобетонные, лен¬
точные, шириной 50 см и глубиной 1,1 м. Наружные фундаменты
находятся в зоне цикличных восходящих и нисходящих движе¬
ний, связанных с сезонными изменениями влажности. В резуль¬
тате этих движений в стенах зданий появились многочисленные
трещины, которые периодически в течение года раскрывались и
закрывались.
306
до^
стен были частично разрабошгь- •	еоекрытия второго эта-
процессе надстройки здания _ ’ -	^	^ пояс по всем сте-
» был У«РО«	и-адстроеняо-
ве Фуад*»»™¥“нм шиш® ташдаш давления на основа-
поверхностиi грунтач иопри ^	«ыпв Уд¬
ружено. После этого eoaiщ с	увлажнение грунта.
рового фасада до 8^м* бданьшй мзркамй показало, что до
глубшьГб'м произошло
S к
другая час®	М2епа адакоиеремеияые двнже-
ASSESSES
3S|s=|=E=5
да в летнее время. В то	в освовашш находится в
ния ожида*ь не придется, щи к - РУ ■	ом разуплотнения
таком напряженном состоянии, щм ко«оро Р г устрМена
se:««л».
шл: повсеместно залегают деяюъыльнью	ад
307

яшмД° ГЛ¥бГЫ 15 м‘110 данным мшера-
!2а“0 й ™МЗЙ 3	фракции преоОпадают монтмо¬
риллонит и гидрослюды. Свободное набухани-юпио 7Ф
давление набухания - около 0 2 МПа	У р2Ьг1° 6%> а
чеч11а5^Д“ 32 «“яш! ряда зданий показали, что в те-
j£SH~=3=r—-да
SJ «о ЖлГ SZET™* °ат' “”!>« "Р»Ф
вой цикл повторяется %	3 Начинается подъем й ™до-
==i~iS
£sS53HSK=s^
* «•**« ««с»»»»—^sar-* “ ”•
.	шбухавм ^ "*■»Г»™
бьиа рврабопнР грамм* rmSSS, "'Гв»“®13 »
фундамента. На высоту 0,5 wi /М Ниже К°Д°™Ь1
нем, а затем произведена обратная засьпад гр^м^т?”8*18 Щеб:
стороне'а до w rmm..»»	грунтом. По внешней
яических уголков,	гемовые марки из метал-
г?уИ1а “тау
ки. Кроме того и	«в”‘1ИСз поверхностные мар-
муки Т
ssHSk^^SS:
подъем имели марки усшювлаш^-Тня «Рй Э-Т°М наибол“™*
За 1.5 года замачивашм	на ЮЖНОи стороне здания,
HCSc\3B^Sr2T^a “ГрК
■=:
изменяется незначетельно	Р И стоР°нь? влажность грунта
Подъем поверхностных марок протекал более интенсивно,
308
чем стеновых марок. Это объясняется тем, что набухаете грунта
в массиве происходит под действием напряжений от собственно¬
го веса, в то время как в основании фундаментов действуют на¬
пряжения от внешней нагрузки. При этом поверхностные марки,
овспояожекяые с семерной стороны здания, поднялись зяалите.д,-
яо меньше чем те, которые расположены с южной стороны. Глу¬
бинные марки, расположенные нз различной глубине между
траншеей н зданием, при замачивании непрерывно поднимались.
Это показывает, что грунт замачивался но глубине, при эхом на
глубине около 5 м подъем слоев не происходил. Глубинные
марка., расположенные за пределами траншеи, имели иной ха¬
рактер движения. В период с октября по апрель происходил их
подъем, после чего марки начади спускаться. Ори этом марка,
расположенная в непосредственной близости от траншеи, опусти¬
лась яа меньшую величину, чем расположенная на расстоянии
4 м. Это объясняется частичным прониканием влаги из траншей.
В целом эти марки имеет восходящие и нисходящие движения,
обусловленные сезонным изменением влажности под действием
климатических факторов.
Эксперимент показал, что систематическое замачивание при¬
вело к подъему здания, при этом стабилизация его наступила
через 1,5 года. Циклические движения здания отсутствовали.
Таким образом, увлажнение грунта основания позволяет избе¬
жать проявления восходящих и нисходящих движений здания и
устранять причины, приводящие к деформациям конструкций.
Следует отметить, что этот метод не требует постоянного увлаж¬
нения грунта. После завершения набухания грунта замачивание
его можно производить далее через год и только в летним пе¬
риод.
И, наконец, для уменьшения величины я неравномерности
циклических движений зданий необходимо применять otm.octk.it
шириной 5 — 7 м, что существенно уменьшает движения наруж¬
ных стен. Однако устройство отмостки не ликвидирует пол¬
ностью сезонных движений фундаментов. Этот метод целесооб¬
разно применять з сочетании с замачиванием грунта основания.

СПИ СО К ЛИТ Е РАТ У Р Ы
1.	Бондаренко Н.Ф., Коваленко Я.П., Невзоров кЛ. Термодинами¬
ческий подход яри исследовании процесса набухания трунтов//Ииж. ге¬
ологам. - 1982. - № 6. - С. 52 - 58.
2.	Герсеваиов Н.М. Собрание сочинений. Т, 2, - М,; Стройвоекмор-
издат, 1948, 250 с.
3.	Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. - М.: Огройиз-
дат, 1973.
4.	Дерягин Б .В., Нерпин С.В. Поверхностные явления в механике
грунтов//Исследовашя в области поверхностных сил. - М.: Изд. АН
СССР, 1961.
5.	Лыков А,В. Явление переноса в кааююярно-пористых телах. ~
М.: Гостезшздат, 1954.
6.	Муегафаев А,А., Габвбов Ф.Г., Ергашаков А.П. Расчет балочных
фундаментов на набухающих трутах! }Оснсттш, фундаменты к меха-
кика грунтов. 1985. - № 1. — С. 8 — 10.
7.	Месчян С.Р., Айрояк С.Г. Сопротивление сдвигу набухающего
грунта, уплотненного .при природной влажности н после водоиасышр-
шя//Основання, фундаменты я механика грунтов. - 1987, - № 4. —
С. 19 - 21.
8.	Передельский Д.В., Ананьев В.П. Набухание к усадка глинистых
грунтов/Рбстов. ивж.-стронт. ия-т. - Ростов-на-Дону, 1987. - С, 127.
3. Рыжков 8.М. О расчете напряжений в основании и перемещений
фундаментов при. увлажнении набухающего грунта//С5, трудов/ НИИ
основание и подземных сооружений. - М.: Сгройиздат, 1980. — N® 71. -
С. 107-113.
10.	Сорочан Е.А., Дьяконов В Л. Совместная работа фундамента и
основания при набухании грунта//Тр. Австршшйско-Новозеяандской
конф. по геотехнике. - Австралия, 1975. - С, 37 — 49.
11.	Цытовнч Н.А„ Тер-Мартиросяи З.Г. Основы прикладной геоме-
хашкя в строительстве, - М.: Высшая школа, 1981, 3.17 с.
О Г Л А В Л Е Н И Е
гК a°i. Закономерности набухании я	чаб^хаиия * от
1.	Зависимость набухания и	_ _ _ _ <	4
состава и состояния грунта . ...	Структуриая
2.	Зависимость кайухяюи от «авленья.	ти # ,	17
связность Грунта при набухании	t ‘	35
3.	Горизонтальное Давящие ^	различными
4.	Набухшие грунта при замачивали ыс t < _ t _ . , ,	40
жидкостями	'	....	44
г,,., I:	■ —■* Т: «
кабухшиигрд^^	вда«ом*,м«в«	^
А Деформщии гружга'оттшшя^^т^штщш зам*
, .............	55
*а ВОНШШ клжшятвкхх ^
f"SSS iliiiiiliiHMi* W>™' Ф»«“™
и перераспределение контактных давлений в прессе ^
Глава If Ш^крнЬ-геологаческие изыскания a ршояах рае- ^
«ой^аиабухшдах * * ' ’ ' ш
'	2УУл2>раторные и долевые исследований набухающих ^
	 132
Глав® ^Ккшровак^' ^рушт^паш4ушшт% грунтах . . 141
1 Основные щшнцнпы проектирования .....
2’ Деформации сооружеш!й, возведенных на набухал ид ^	^
А'^Раяет подъема массива и фундамента при набухания
Гпява 5? Свайные фундаменты в набухающих грунтах .......	1|6
1. Особенности работы свай в набухающих унтах . . ■ __
■	'	2 Исследование деформаций и несущей спосоояосги ш
r<sssssss^sss^^^ т
жеяных одиночных свай и свайных фундаментов ...... ^
4.	Проектирование свайных фундаментов	*
5.	Производство работ по устройству ^вайкых фу Ш- jyg
Глава б. Методы строительства на	284
L Подготовка основания из шбухающ.х грунтов . .
з Конструктивные и водозащитные мероприятия ..... *
3.	Технико-экономическое сравнение вариа^в ....... Ш.
4.	Эксплуатация зданий, шстроешмх
грунтах, и методы восстановления деформированы-».. ^
зданий 				’ ' ' ’ ‘	4J0
Список литературы

Производственное издание
Соротаи Евгений Андреевич
СТЮИТЕЯЬСГВО СООРУЖЕНИЙ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
Редактор СМ, Погудит
Художественный редактор Л,Ф, Егоренко
Технический редактор Н.Е. Цветова
Корректор В.И. Галюзова
Оператор Г.А. Максимова
ИБ Г 4906
Подписано в печать 06.07.89 Т - 11740 Формат 84хШ8 1/32 Бумага
офсетная , Печать офсетная Уел. кеч. я. 16,38 Уел. кр.-отт. 16.38
Уч.-изд, л. 18,59 Тираж 6000 экз. Нзд, № АУШ-2703 Заказ № 397.
Цена 1р.40к.
Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23а
Тульская типография Союзполиграфпрома яри Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии
к книжной торговли
300600, ГСП, г. Тула, проспект Ленина, 109