CC BY
51
УДК 624.15
И.А. Ощепкова, Е.Н. Сычкина
Пермский национальный исследовательский политехнический
университет
ПРОБЛЕМЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУСКАЛЬНЫХ НИЖНЕПЕРМСКИХ ГРУНТОВ Г. ПЕРМИ
Представлен анализ инженерно-геологических условий г. Перми. Рассмотрены проблемы определения физико-механических свойств полускальных грунтов. Особое внимание уделено устройству фундаментов глубокого заложения на полускальных грунтах.
Ключевые слова: полускальные грунты, фундаменты глубокого заложения.
Территория г. Перми имеет сложные инженерно-геологические условия. Каждый из административных районов города в той или иной мере поражен опасными геологическими процессами, основным из которых является подтопление. Существующие тенденции застройки г. Перми сводятся к более рациональному использованию земель в пределах уже застроенных территорий, как следствие, возникает необходимость возведения высотных зданий и сооружений, а также сооружений повышенной сложности. Фундаменты таких зданий, как правило, глубокого заложения, опираются на полускальные и скальные нижнепермские грунты [1], залегающие на глубине 15-20 м.
Полускальные породы раннепермского возраста представлены толщей переслаивающихся песчаников, аргиллитов, алевролитов. Иногда встречаются маломощные прослои мергелей, известняков и конгломератов. Согласно анализу инженерно-геологических условий г. Перми [2] и классификации по ГОСТ 25100-95 [3] принимается, что толща сжимаемых грунтов основания, представленных аллювиальноделювиальными четвертичными отложениями, достигает 20 м [4]. Толща сжимаемых грунтов основания, как правило, подстилается по-лускальными либо скальными нижнепермскими грунтами (рисунок). Наиболее распространенной в пределах г. Перми является IV надпойменная терраса р. Камы.
Рис. Наиболее характерные для г. Перми типы оснований: а - 1-Ш надпойменная терраса р. Камы; б - IV надпойменная терраса р. Камы
В инженерно-геологическом разрезе г. Перми можно выделить два горизонта нижнепермских отложений. Первый представлен дисперсными четвертичными отложениями и выветрелыми, трещиноватыми, расцементированными полускальными грунтами и простирается до глубин 10-15 м. Модуль деформации Е в интервале 0,1-0,5 не превышает 5 МПа. Второй горизонт представлен полускальными и скальными нижнепермскими отложениями. Модуль деформации Е в интервале 0,1-0,5 колеблется от 15 до 100 МПа для различных литологических типов пород. В.А. Юминовым, М.Ш. Димухаметовым, В.Е. Малаховым было предложено при проведении изысканий под строительство с небольшими нагрузками на грунтовую толщу верхнюю наиболее выветрелую толщу коренных аргиллитов классифицировать как дисперсные грунты. При строительстве более ответственных объектов их следует относить к полускальным грунтам [5].
В связи с отсутствием региональных нормативных документов, учитывающих инженерно-геологические особенности г. Перми, большое внимание уделяется инженерно-геологическим изысканиям застраиваемого участка. Определение физико-механических свойств по-лускальных грунтов проводится на основании действующих ГОСТов
как для дисперсных, так и для полускальных грунтов. Основными являются испытания грунтов на прочность методами трехосного сжатия, одноплоскостного среза и на деформируемость (компрессия, трехосное сжатие) [4]. Для скальных и полускальных грунтов также определяется предел прочности на одноосное сжатие [6]. Однако, как показывает практика, не все перечисленные лабораторные методы удовлетворяют сегодняшним требованиям строительства. Проблемы расчета и моделирования оснований, сложенных полускальными грунтами, возникают при возведении высотных, массивных зданий и сооружений, в том числе и с развитой подземной частью, передающих значительные нагрузки на грунтовое основание. При взаимодействиях в системе «основание - фундамент - подземная и надземная части здания - окружающая застройка» в массиве грунта формируется сложное напряженно-деформированное состояние, которое трансформируется в пространстве и во времени в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Это обусловлено многочисленными факторами, и в первую очередь особенностями физико-механических свойств грунтов в массиве, к которым относятся: физическая и геометрическая нелинейность, неоднородность, анизотропность, пластичность и ползучесть, многофазность. При этом достоверная оценка напряженно-деформированного состояния системы существенно зависит от правильных оценок инженерно-геологических условий площадки строительства, в том числе от оценки физико-механических свойств грунтов, слагающих рассматриваемый массив, с учетом его исходного напряженно-деформированного состояния [7]. На глубине 20 м так называемое «бытовое» давление в грунте составляет до 500 кПа. Давление от высотных сооружений может достигать 500-600 кПа. В результате получаем нагрузки, необходимые для проведения лабораторных испытаний, порядка 1000 кПа. Данное давление возможно создавать и поддерживать далеко не во всех существующих лабораторных приборах. Кроме того, в настоящее время техника наиболее распространенных компрессионных испытаний такова, что не дает возможности избежать некоторых погрешностей в процессе работы. Наиболее существенными из них являются: а) нарушение структуры образца грунта при заполнении кольца компрессионного прибора (чем тоньше образец, тем больше сказывается это нарушение); б) наличие трения между образцом и стенками обоймы кольца прибора, что искажает результат компрессии; в) скорость загружения, которая особенно сказывается на
глинистых грунтах. Как итог - существенные различия в значениях модулей общей деформации, полученных в результате лабораторных исследований в компрессионных приборах (таблица).
Деформационные свойства полускальных нижнепермских грунтов
. о\ С ^ "В Краткая характеристика грунтов Г лубина залегания, м Модуль деформации Е в инт. 0,1-0,5, МПа, колеблется в пределах
і Глина полутвердая, Насыщенная водой 8,0 2,9
2 Глина твердая, влажная 28,0 2,8-4,7
3 Песчаник мелкий, однородный, влажный 12,0 4,1-6,4
4 Песчаник мелкий, однородный, насыщенный водой 13,0 26,7-76,6
5 Песчаник мелкий, однородный, влажный 14,0 4,7-14,9
Таким образом, существующие методы лабораторного определения прочностных и деформационных свойств грунтов не всегда эффективны при испытаниях полускальных нижнепермских грунтов. Наиболее существенные недостатки лабораторных исследований: 1) нарушение структуры образца грунта при заполнении кольца компрессионного прибора; 2) наличие трения между образцом и стенками обоймы кольца прибора; 3) скорость загружения, которая особенно сказывается на глинистых грунтах; 4) недостаточные напряжения, создаваемые в приборе (реальные нагрузки от здания достигают 1000 кПа). По мнению авторов, в связи с возрастающей ролью данных отложений в качестве оснований высотных зданий и сооружений повышенной сложности в г. Перми необходима разработка более эффективной методики лабораторных исследований механических свойств полускальных нижнепермских грунтов.
Список литературы
1. Ожгибесов В.П. Стратиграфия и геология Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Общие и региональные стратиграфические подразделения пермской системы: справ.-метод. материал для студентов, аспирантов и преподавателей геол. фак. / Перм. гос. ун-т. -Пермь, 2006. - 20 с.
2. Калошина С.В., Пономарев А.Б. Об инженерно-геологических условиях строительства г. Перми // Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях: тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию БашНИИстроя: в 3 т. - Уфа, 2006. - Т. 2 - С. 119-124.
3. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.
4. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.
5. Особенности классификации грунтов татарского яруса при инженерно-геологических изысканиях на нефтяных месторождениях ОАО «Удмуртнефть» / В.А. Юминов [и др.]. // Инженерные изыскания. - 2009. - № 6. - С. 16-21.
6. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии.
7. Тер-Мартиросян З.Г. Геотехнические проблемы высотного строительства // Геотехника. - 2010. - № 4. - С. 4-19.
Получено 12.09.2011
