Применение динамического и статического зондирования для оценки состава и свойств лессовых грунтов Северо-Кавказского региона Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 553

ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО И СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТАВА И СВОЙСТВ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ СЕВЕРО-КАВКАЗСКОГО РЕГИОНА

© 2007 г. Е.Ю. Григорян

Results of researches reflected in article allow to define structure and properties loessial soils the North-Caucasian region according to sounding.

На территории Сверенного Кавказа основным типом грунтовых оснований являются лессовые грунты. Они занимают 80 % площади, на них ведется массовое строительство зданий и сооружений различного назначения. На лессовых просадочных грунтах возведены взрывоопасные сооружения крупнейшего в мире Прикумского завода пластмасс в г. Буденновске (ныне ОАО «Ставролен Локойл»), уникальные объекты Атоммаша в г. Волгодонске. На просадочных грунтах большой мощности построена крупнейшая в России гидромелиоративная система большого Ставропольского канала (БСК).

Повышение эффективности и качества строительства в значительной степени зависит от правильной оценки свойств грунтовых оснований и выбора фундаментов зданий и сооружений. Особые трудности возникают при проектировании зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах. Надежное возведение зданий на этих грунтах относится к одной из наиболее сложных проблем современного строительства.

Действующий Свод правил СП 11-105-97 не разрешает методами зондирования определять характеристики специфических лессовых грунтов по нормативным таблицам [1]. В то же время ГОСТ 19912-2001 рекомендует количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводить на основе статистически обоснованных зависимостей между показателями сопротивления грунта внедрению зонда и результатами определения характеристик другими стандартными методами [2].

Взаимосвязь динамического и статического зондирования Изыскательские организации, как правило, не имеют полного комплекта установок для динамического и статического зондирования. Поэтому важно сравнить оба эти метода на объектах Северного Кавказа. Анализ данных динамического и статического зондирования показал, что оба метода являются взаимозаменяемыми, так как между ними существует тесная связь, описываемая уравнением N = 0,46qc+0,574 с коэффициентом корреляции г = 0,86, где N уд/дм -сопротивление динамическому зондированию, характеризуемое числом ударов стандартного молота установки УБП-15 на 1 дм погружения зонда; qc, МПа -удельное сопротивление конусу при статическом зондировании стандартной установкой.

Взаимосвязь бокового трения и лобового сопротивления при статическом зондировании

лессовых грунтов Между боковым кПа) трением и лобовым сопротивлением МПа) для всех лессовых грунтов

региона установлена линейная зависимость 18=26^с--3,6 с коэффициентом корреляции г = 0,73.

Выявленная зависимость между параметрами статического зондирования позволяет отказаться от применения зондов II типа (без муфты трения) и нацеливает на изготовление более простых установок статического зондирования. С другой стороны, знание отношения между показателями зондирования позволяет определить вид лессового грунта без отбора проб и их испытания в лабораторных условиях.

Определение вида лессового грунта по данным статического зондирования

ГОСТ 19912-2001 «Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием» рекомендует применять методы полевых испытаний грунтов зондированием для ряда инженерно-изыскательских работ, в которые не входит определение вида грунта [2]. Указанная выше зависимость значительно улучшается, если грунты разделить на две группы:

1) типичные лессы и легкие лессовидные суглинки;

2) средние и тяжелые лессовидные суглинки и глины.

В результате обработки около 10 тыс. парных определений показателей статического зондирования (рис. 1) нами получены следующие уравнения связи:

- для лессов и легких лессовидных суглинков: 1 = = 31^с+12,9 при г = 0,86;

- для средних и тяжелых лессовидных суглинков и глин: = 14,52qс при г = 0,79.

6 8 qc, МПа

- лессовидные суглинки и глины

Рис. 1. Зависимость между боковым трением кПа) и лобовым сопротивлением (цс, МПа) в лессовых грунтах разных литологических типов

Типичные, сильно просадочные лессы и близкие к ним легкие лессовидные суглинки в виде мощных просадочных толщ II типа распространены в восточных районах Предкавказья (восточное Ставрополье, предгорные республики Восточного Предкавказья).

Более глинистые лессовидные средние и тяжелые суглинки и глины распространены в основном в западных районах Предкавказья (бассейн р. Кубани и юг Ростовской области). На основе полученных зависимостей появилась возможность определить вид лессового грунта непосредственно в полевых условиях и независимо от его состояния.

Важно отметить, что полученные зависимости не зависят от консистенции и плотности лессовых грунтов.

Указанная зависимость была проверенна для нелессовых грунтов по данным табл. 7.17 Свода правил СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» [3]. Здесь также отмечается тесная связь между лобовым сопротивлением зонду qC и средним значением расчетного сопротивления по боковой поверхности сваи Л с коэффициентом корреляции г = 0,99. Этот федеральный норматив для свайных фундаментов установил практически функциональную зависимость между боковым трением и сопротивлением по торцу сваи.

Определение пористости лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования

Нами установлено, что свойства лессовых грунтов зависят в основном от трех внутренних факторов:

1) литологического состава, который характеризуется гранулометрическим составом, точнее - содержанием глинистой фракции, или более простым нормативным показателем - влажностью на границе те-

Определение консистенции (показателя текучести) лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования

Консистенция (показатель текучести) считается важным нормативным показателем, определяющим многие расчетные характеристики грунтов, приведенные в СНиП и Своде правил. Показатель текучести аккумулирует в себе литологию и влажность глини-

кучести зависящей от содержания глинистой

фракции;

2) пористости (п), или функционально связанной с нею плотности сухого грунта (скелета - ра);

3) влажностью которая характеризует консистенцию грунта (1Ь).

Пористость - очень важный и чувствительный показатель, сильно влияющий на оценку просадочности лессовых грунтов. Исследования Северо-Кавказского филиала ПНИИИС (г. Ставрополь) показали, что даже незначительное уплотнение лессовых грунтов и уменьшение их пористости (на 2-4 %) при отборе грунтоносами приводит к такому же снижению про-садочности. Из практики изысканий известны случаи, когда из-за уплотнения монолитов пробоотборниками просадочные грунты II типа превращались в I тип с соответствующими недостаточными противопроса-дочными мероприятиями.

Нормативные значения пористости лессовых грунтов Северо-Кавказского региона можно определить по данным динамического и статического зондирования с учетом вида грунта (по влажности на границе текучести и его влажности

На основе обработки материалов СевКавПНИИИС (г. Ставрополь) была составлена таблица для определения нормативных значений пористости лессовых пород Северного Кавказа по данным зондирования, с учетом вида лессового грунта (по границе текучести и его влажности Таблица составлена по результатам исследования около 1000 образцов, отобранных с глубины от 2 до 20 м (выше уровня грунтовых вод) из лессовых толщ Краснодарского и Ставропольского краев и ЧИАССР. Среднеквадратичная ошибка определения пористости по таблице составляет 4 %, что сопоставимо с ошибкой воспроизводимости прямых методов определения пористости.

стого грунта. Учитывая важность этого показателя, мы провели исследование его зависимости от показателей зондирования и, в первую очередь, от лобового сопротивления конусу.

Между показателем текучести (У и лобовым сопротивлением конусу МПа) для всех лессовых грунтов Северо-Кавказского региона наблюдается надежная линейная зависимость (г=-0,84), выражаемая уравнением !ь= -0,228qс +0,79.

Нормативные значения пористости лессовых грунтов Северного Кавказа в зависимости от влажности на границе текучести %), влажности (^ %) и сопротивления при динамическом (К, уд/дм)

и статическом (дс, МПа) зондировании

WL, %

20-24 24-28 28 32 32- 36 36-40 40-44 44-48

^уд/дм W, % qc, МПа

6- 9- 12- 6- 9- 12- 15- 15- 18- 15- 18- 15- 18- 15- 18- 18- 21-

9 12 15 9 12 15 18 18 21 18 21 18 21 18 21 21 25

0-2 - - - 54 52 - - - - - - - - - - - - 0-2,5

2-4 50 47 45 52 50 49 46 47 46 48 47 49 48 - 49 50 - 2,5-3,5

4-6 49 46 44 50 48 46 44 45 44 46 45 47 46 48 47 48 - 3,5-4,5

6-8 48 45 43 49 46 44 - 44 43 45 44 46 45 47 45 47 46 4,5-5,5

8-10 46 43 - 47 45 - - 43 41 44 42 45 44 46 45 46 45 5,5-6,5

10-14 45 42 - 45 44 - - 42 - 43 - 44 43 45 44 45 44 6,5-8,0

14-18 43 - - 43 - - - 41 - 42 - 44 42 44 43 44 43 8,0-9,5

18-22 41 - - 43 - - - 40 - 41 - 43 42 43 42 - - 9,5-11,0

Определение прочностных характеристик лессовых грунтов по данным статического и динамического зондирования

При проектировании любых фундаментов исключительно большое значение имеет определение прочностных характеристик грунтов, на основе которых рассчитывается максимально допустимое давление на грунты основания. Расчетное сопротивление основания под фундаментами мелкого заложения напрямую зависит от прочностных характеристик грунта - сцепления (С, кПа) и угла внутреннего трения (ф ).

Для определения С по данным зондирования получено эмпирическое уравнение С = 11,27qc + 6,5 при г = 0,83.

График зависимости между ними показан на рис. 2. Коэффициент корреляции между лобовым сопротивлением зонду и сцеплением грунта составил г = 0,83.

0 2 4 6

qc, МПа r = 0,83

Рис. 2. Зависимость между удельным сцеплением грунта и лобовым сопротивлением зонду в лессовых грунтах Северного Кавказа

Анализ фондовых материалов изыскательских организаций Северо-Кавказского региона позволил обнаружить другую, весьма полезную зависимость между прочностными характеристиками лессовых грунтов с коэффициентом корреляции г = 0,69. Уравнение связи имеет вид ф = -1,024С +46,04.

Выполненные нами исследования показывают, что состав и свойства специфических структурно -неустойчивых лессовых грунтов Северо-Кавказского региона можно определять с известной точностью с помощью методов статического и динамического зондирования, используя для этого любые зондиро-вочные установки, имеющиеся в распоряжении изыскательских организаций.

Рекомендуемые нами зависимости и уравнения следует дополнительно проверить в проектно-изыскательских организациях Юга России. Затем они могут быть утверждены в качестве региональных строительных норм для практического использования.

Автор благодарит Северо-Кавказский инженерно-геологический центр Госстроя РФ, ОАО «Ставро-польгражданпроект», ОАО «СтавропольТИСИЗ» и научного руководителя д.г.-м.н., проф. Б.Ф. Галая за помощь при выполнении данной работы.

Литература

1. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства.

2. ГОСТ 19912-2001. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.

3. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство свайных фундаментов.

Северо-Кавказский государственный технический университет_12 декабря 2006 г.