CC BY
30
УДК 624.131.23:624.15
ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВОГО МАССИВА И ПЕРЕДАВАЕМОГО НА НЕГО ДАВЛЕНИЯ НА РЕАЛИЗАЦИЮ ПРОСАДОЧНЫХ СВОЙСТВ ЛЁССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ И ФОРМИРОВАНИЯ СИЛ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ТРЕНИЯ Pn НА БОКОВУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТВОЛА СВАЙ И ДРУГИХ ВИДОВ ФУНДАМЕНТОВ БОЛЬШАКОВ В. I.1, д-р техн. наук, проф., МОТОРНЫЙ А. Н.2, магистр, МОТОРНЫЙ Н. А.3, канд. техн. наук, доц.
'Кафедра материаловедения и обробки материалов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернишевського, 24-а, Днипро, 49600, Украина, тел. +38 (0562) 745-23-72, e-mail: bolshakov@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0003-0790-6473
2Кафедра оснований и фундаментов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49600, Украина, тел. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua
3Кафедра оснований и фундаментов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49600, Украина, тел. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua
Анотация. Выполнен анализ материалов по формированию просадочных свойств эоловых отложений (Обручев, Абелев, Крутов, Мустафаев и др.) По выполненному анализу установлено, что физические свойства лёссовых просадочных грунтов, их региональные особенности (ese, Pse, Wse, Sse,g, Sse,p) зависят от генезиса этих осадочных отложений. В имеющихся литературных источниках (Ю. М. Абелев, В. И. Крутов ...ДБН) все региональные характеристики лёссовых просадочных грунтов принимаются по данным экспериментов, результаты которых приводятся в материалах инженерно-геологических изысканий или выполненных непосредственно авторами.
В данной статье делается попытка выразить основные и региональные характеристики просадочных грунтов аналитической зависимостью ese = f(Wt), где Wt - изменение влажности лёссового просадочного грунта во времени в процессе инфильтрации воды в лёссовый грунт; определиться с понятием прочность цементационных связей - «Ц» и зависимости этой прочности влажности Ц= f(W); показать зависимость изменения природного давления «Pg» от изменения влажности грунта: дать трактовку или обновить существующие высказывания ведущих специалистов по этому направлению о критической влажности W^ (W^) и о начальном просадочном давление Pse = Р кр; предложить аналитическую зависимость формирования сил отрицательного трения - Рп на боковую поверхность ствола свай в зависимости от изменения влажности проседающего грунта - Рп = f(W).
Даються предложения по вычеслению промежуточных значений прочностных и деформационных показателей (С, ф, Е) просадочного грунта находящихся в диапазоне влажности 0<W<Wsat. По вычеслинным промежуточным значениям Cw^w,Ew определять силы трения грунта на боковую поверхность ствола сваи. Принимая во внимание, что при определении несущей способности свай в лёссовых просадочных грунтах силы трения грунта передающиеся на ствол сваи «f» определяются при полном замачивании лёссового грунта, прорезаемого сваей и силы отрицательного трения грунта на боковую поверхность ствола сваи тоже
ее, ■ Wsat-Wp
определяются по характеристикам замоченого грунта, т.е. в первом случае г =rsat (при IL =--), во втором
■р
случае (T = asatzg - tg ф5а4 + Csat). Так как процесс передачи сил трения грунта на боковую поверхность ствола сваи отличается в этом случае только направлением передачи этих сил, то авторами предлагается: при вычисление несущей способности сваи в лёссовых просадочных грунтах силы трения грунта в пределах прорезаемой лёссовой просадочной толщи не учитывать f=0, что идет в резерв несущей способности сваи, а силы трения грунта на боковую поверхность ствола сваи при просадке толщи приравнять Рп = 0, так как f=0, а т = f. Тогда споров о действии сил отрицательного трения на боковую поверхность ствола сваи - Рп - и способов его вычисления (Рп = U £ t¡ h¡) не возникает, ведь существующая формула не отражает физический процесс проявления сил отрицательного трения - Рп. Авторами предлагается вычислять (при «необходимости») силы отрицательного трения при неполном замачивании толщи в зависимости от промежуточной влажности (W¡) вычислив предварительно промежуточное значения Cw и ф№
Ключевые слова: лёссовые просадочные грунты; относительная просадочность; просадочная толща; начальная критическая влажность; начальное просадочное давление; силы отрицательного трения; цементационные связи
ВПЛИВИ ЗМ1НИ РЕЖИМУ ВОЛОГОСТ1 ГРУНТОВОГО МАСИВУ I ПЕРЕДАВАНОГО НА НЬОГО ТИСКУ НА РЕАЛ1ЗАЦ1Ю ПРОСАДОЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛЕСОВИХ ПРОСАДОЧНИХ ГРУНТ1В I ФОРМУВАННЯ СИЛ НЕГАТИВНОГО ТЕРТЯ Pn НА Б1ЧНУ
ПОВЕРХНЮ СТОВБУРУ ПАЛЬ I 1НШИХ ВИД1В ФУНДАМЕНТ1В БОЛЬШАКОВ В. И.1, д-р техн. наук, проф., МОТОРНИЙ А. М.2, магястр, МОТОРНИЙ М. А.3, канд. техн. наук, доц.
'Кафедра мат^алознавства i обробки матеpiалiв, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна акадетя будшнидтва та архггектури», вул. Чернишевского, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, тел. +38 (0562) 745-23-72, e-mail: bolshakov@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0003-0790-6473
2Кафедра основ i фундамент, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академiя будiвництва та архггектури», вул. Чернишевского, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, тел. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua
3 Кафедра основ i фундаментов, Державний вищий навчальний заклад «Придшпровська державна академш будiвництва та архггектури», вул. Чернишевского, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, тел. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua
Аннотация. Виконаний аналiз матерiалiв по формуванню властивостей просадочних еолових ввдкладень (Обручев, Абелевий, Крутов, Мустафаев та ш.). По виконаному аналiзу встановлено, що фiзичнi властивостi лесових просадчих грунтiв, !х регiональнi особливосп (ese, Pse, Wse, Sse, g, Sse, p) залежать ввд генезису цих осадових ввдкладень. У наявних лiтературних джерелах (Ю. М. Абелев, В. I. Крутов ... ДБН) ус регiональнi характеристики лесових просадчних грунтiв приймаються за даними експерименпв, результати яких наводяться в матерiалах iнженерно-геологiчних дослвджень або виконаних безпосередньо авторами.
У цш статтi робиться спроба виразити основнi i репональш характеристики просадчних грунтiв аналiтичною залежшстю ese=f(Wt), де Wt - змша вологост лесового просадчного грунту в час в процес шфшьтрацп води в лесовий грунт; визначитися з поняттям мщшсть цементацiйних зв'язкiв - Ц, i залежностi ще! мщносп ввд вологостi Ц = f(W); показати залежнiсть змiни природного тиску Pg ввд змiни вологостi грунту : дати трактування або вцщовити iснуючi висловлювання провiдних фахiвцiв з цього напряму про критичну волопсть Wкр (Wnp) i про початковий просадчний тиск Pse = Ркр; запропонувати аналiтичну залежнiсть формування сил негативного тертя - Рп на бiчну поверхню стовбура паль залежно ввд змiни вологостi пpосiдаючого грунту - Рп = f(W).
Даються пропозицп з розрахунку пром1жних значень мщшстних i дефоpмацiйних показник1в (Сф, Е) просадного грунту, що знаходяться в дiапазонi вологостi 0 < W < Wsat. По розрахованим пром1жним значениям Cw, Ew визначати сили тертя грунту на бiчну поверхню стовбуру палi. Зважаючи, що при визначеннi несучо! здатносп паль, в лесових просадочних грунтах сили тертя грунту f, що передаються на стовбур палi, визначаються при повному замочуваннi лесового грунту, що пpоpiзаeгься палею i сили негативного тертя грунту на бiчну поверхню стовбуру палi теж визначаються за характеристиками замоченого грунту, тобто в першому випадку f = fsat (при h=Wsat - Wp), у другому випадку (T=CTSat,za-tg^Sat+CSat). Осшльки процес пеpедачi сил тертя грунту на бiчну поверхню стовбуру палi вiдpiзияeться в цьому випадку тшьки напрямом пеpедачi цих сил, то авторами пропонуеться: при обчислення несучо! здатносп палi, в лесових просадочних грунтах сили тертя грунту в межах лесово! просадочно! товщi, що пpоpiзаегься, не враховувати f = 0, що йде в резерв несучо! здатносл палi, а сили тертя просвдаючого грунту на бiчну поверхню стовбуру палi при тш, що пpосiла товщi пpиpiвияти Рп = 0, осшльки f = 0, а т = /. Тодi суперечок про дiю сил негативного тертя на бiчну поверхню ствола палi - Рп - i способiв його обчислення (Рп=^т^Ь не виникае, адже iснуюча формула не розкривае фiзичний процес прояву сил негативного тертя - Рп. Авторами пропонуеться обчислювати (при необхщностк) сили негативного тертя при неповному замочуваинi товщi залежно вiд пром1жно! вологостi (W ¡) вичисливши заздалепдь пром1жне значення C^ i q>w.
Ключевые слова: лесовг грунти просадчиюв; вгдносна просадочность; товща просадчика; початкова критична вологгсть; початковий тиск просадчика; сили негативного тертя; зв'язки цементацш
INFLUENCE OF CHANGES IN THE HUMIDITY CONDITIONS OF THE SOIL MASS AND PRESSURE TRANSMITTED ON IT FOR THE IMPLEMENTATION OF THE COLLAPSING PROPERTY OF THE LOESS COLLAPSING SOILS AND FORMATION OF NEGATIVE FRICTION
FORCES PN ON THE SIDE SURFACE OF THE PILE SHAFT AND OTHER
KINDS OF FOUNDATIONS
BOLSHAKOV V. I.1, Grand PhD in Technical Sciences, prof.,
MOTORNY A. N.2, Master,
MOTORNY N. A.3, Cand. Tech. Sci, Assoc.
department of Materials and Materials Processing, State Higher Educational Establishment «Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture», Chernyshevskogo str., 24-A, Dnipro, 49600, Ukraine, tel. +38 (0562) 745-23-72, e-mail: bolshakov@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0003-0790-6473
2Department of bases and foundations, State Higher Educational Establishment «Prydneprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernyshevskogo str., Dnipro, 49600, Ukraine, Tel. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua.
3Department of bases and foundations, State Higher Educational Establishment «Prydneprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernyshevskogo str., Dnipro, 49600, Ukraine, Tel. +38 (0562) 756-33-43, e-mail: A.motorchik@i.ua.
Abstract. It is executed the materials analysis on forming of collapsing properties of eolian sedimentations (Obrychev, Abelian, Krytov, Mustafaev and other). On the executed analysis is set, that physical properties of loess collapsing soils, their regional features (ese, Pse, Wse, Sse,g, Sse,p) depend on genesis of these basic sedimentations. In present literary sources (Abelian U., Krytov V... DBN) all regional descriptions of loess collapsing soils are accepted from data of experiments results over of which are brought in materials of engineer-geological researches or executed directly by authors.
In this article is given a shot to express basic and regional descriptions of collapsing soils analytical dependence of ese=f(Wt), where Wt - is time-history of humidity of loess collapsing soil in the process of infiltration of water in loess soil; determined with a concept durability of cementation connections - <<^> and dependences of this durability of humidity of ^ f(W); to show dependence of change of natural pressure of «Pg» on the change of soil humidity: to give interpretation or renew the existent utterances of leading specialists to this direction about critical humidity of WKp (Wnp) and about initial sagging pressure of Pse=PKp; to offer analytical dependence of forming of negative friction forces - Pn on the side of barrel of piles depending on the humidity change of collapsing soil - Pn= f(W).
It is given suggestions on calculation of intermediate values of strength and deformation indexes (C, ^,E) of collapsing soil being in the range of humidity 0<W<Wsat. On the calculated intermediate values Cw,9w,Ew determine the soil friction forces on the side surface of the pile shaft. Whereas, at determination of bearing strength of piles in loess collapsing soils of soil friction forces that is transmissible on a pile shaft of «f» are determined at the complete soakage of the loess soil cut through by a pile and negative friction forces of soil on the side of pile shaft are too
determined on descriptions of moistened soil, i.e. in first case f=fsat (under I]
_ Wsat-Wp
), in second case (т =
asat,zg ' tg 9sat + Csat). Because the process of transmission of soil friction forces on the side of pile shaft differs in this case only by the transmit-direction of these forces, then offered authors: at calculation of bearing strength of pile in loess collapsing soils of soil friction force within the limits of the cut through loess collapsing layer not to take /=into account 0, that goes to reserve of bearing strength of pile, and soil friction forces on the side of pile shaft at collapsing of layer to equate Pn=0, because /=0, and t=/. Then spores about operating of negative friction forces on the side of pile shaft - Pn - and the methods of its calculation (Pn = U £ t h;) do not arise up, in fact existent formula does not reflect the physical process of display of negative friction forces - Pn. It is suggested to calculate (if «necessary») forces of negative friction authors at the incomplete soakage of layer depending on intermediate humidity (Wi) calculating preliminary intermediate values Cw H
Keywords: loess npocadonHue soils; relative npocadouHocmb; npocadouHax layer; initial critical humidity; initial npocadoHHoe pressure; forces of negative friction; cementation connections
Введение. Согласно гипотезе ак. В. А. Обручева (эоловая гипотеза) лёссовые просадочные грунты образовались путем оседания кварцевой пыли переносимой ветром из пустынных областей по направлению действия ветра (муссоны), заполнениями этой пылью неровностей земной поверхности (ущелья, впадины и др.), частичное или полное промачивание осевшей (в ущелье или впадинах) пыли за один цикл (т. е. за пол года) толщиной
5 ^ 10 см дождевыми водами в которых присутствуют карбонатные, а может и в комплексе соли, (пыль) промачивается раствором солей чисто карбонатными, а после испарения влаги происходит цементация (карбонатными солями находившимися в дождевой воде) отложившейся за один цикл пыли (5 - 10 см за пол года) с образованием прочной «корки», практически рыхлой (естественное оседание пыли с пористостью равной 45 -
50 %, а может быть больше). Оседающая в последующих циклах пыль практически не влияет на деформацию сформировавшейся «корочки». Таким образом за четвертичный период Кайнозойской эры сформировалась толща сцементированной пыли (в зависимости от района земной поверхности, от интенсивности оседания пыли и существовавших «неровностей» земной поверхности) мощностью от 10 - 15 м до 100 ^ 150 м. Эта сцементированная пыль и сформировала верхние слои земной поверхности, называемой лёссами (первичные отложения) и лёссовые суглинки и супеси (вторичные переотложенные лёссы). В зависимости от состава цементационных солей и примесей к ним (карбонатные - растворимые в воде и с примесями к ним силикатных, слаборастворимых или не растворимых в воде) образовавшаяся толща лёссовых грунтов может иметь неодинаковую (неравномерную) размокаемость в воде, неодинаковую растворимость
цементационных связей.
Так как осевшая кварцевая пыль сцементировалась в процессе генезиса, растворимыми в воде карбонатными цементами, то при попадании воды в такой грунт, происходит растворение
цементационных связей, грунт (лёсс, лёссовый суглинок) становится
бесформенным, аморфным, потерявшим прочностные характеристики цементов и проявляет дополнительные деформации -просадки - при передаче на него нагрузки и от сооружения и собственного веса.
При действии постоянного источника замачивания массива грунта, в том числе лёссового массива, проявление просадочных деформаций протекает не сразу после замачивания толщи, а затрачивается определённое время на инфильтрацию воды в грунт, взаимодействие воды с минеральными частицами формирующими массив грунта, размокание цементирующих минеральные, частицы грунта вяжущих, проявление просадки, преодолевая при этом силы сопротивления перемещению замоченного грунта вниз (просадка) и
другие факторы (время замачивания). Все эти процессы зависят от физико-механических свойства лёссового грунта (природная влажность грунта W, плотность грунта р т/м3, плотность частиц грунта р8 (т/м3) и всех производных характеристик: плотность сухого грунта рd (т/м3), пористости грунта - «п», коэффициента пористости «е», степени водонасыщения Бг, влажности полного водонасыщения Wsat и механических характеристик исследуемого грунта: С(кПа), С^(кПа); ф(град), Ф^(градус); Е(МПа), Е^(МПа); ц, ц^, минералогического состава лёссового массива, и его взаимодействие с водой и влияние этого взаимодействия на гидрофильные и гидрофобные свойства минералов, формирующих иследуемый грунтовый массив. Это в свою очередь влияет на коэффициент фильтрации (от Ж0<Ж<Жха() грунта. Учесть все перечисленные факторы на проявление просадочных деформаций лёссового массива представляет определенные трудности. В связи с этим влияние изменения влажностного режима на проявление просадочных свойств грунтового массива будет рассматривается дискретно, считая остаточные деформации постоянными. При этом учитывая все влажностные показатели лёссового грунта, от твердого до текучего 0 < 11 < 1 и степени водонасыщения £г, для соответствующего состояния грунта, необходимо учитывать также и региональные показатели влажности - Жж, Ж^. А так как -влажность при полном водонасыщении (при =1), которая непосредственно зависит от коэффициента пористости е: = — ),
Рб
с увеличением плотности грунта - «е» уменьшается, влажность при полном водонасыщение уменьшается и может достичь состояния при котором Жзм < Жр, грунт при полном водонасыщении находится в твёрдом состоянии I < 0, грунт при полном водонасыщении является не просадочным.
В литературных источниках
специалистов и учёных, занимающихся просадочными грунтами за последние
20 - 25 лет подобные вопросы не рассматривались и на конференциях и семинарах не выносились для всеобщего обсуждения. В связи с этим авторами данной статьи выносятся следующие вопросы, затрагивающие проблемы зависимости изменения влажностного режима грунтового массива и предаваемого на него давления на реализацию просадочных свойств лёссовых
просадочных грунтов и формирование отрицательного трения Pn на боковую поверхность ствола свай и других видов фундаментов и подземных сооружений; а именно:
1. Взаимосвязь относительной просадочности ese и физико-механических характеристик лёссового просадочного грунта (С,^, Е,р,р).
2. Взаимосвязь относительной просадочности грунта ese и критериальной влажность лёссов в зависимости от его генезиса.
3. Влияние природного давления Pg на проявление просадочных деформаций лёссовых просадочных грунтов.
4. Взаимосвязь относительной просадочности лёссовых просадочных грунтов £se и начального просадочного давления Pse.
5. Цементационные связи и их роль в формирование прочностных показателей лёссовых просадочных грунтов.
6. Зависимость прочностных и деформационных С, ф, Е показателей лёссовых просадочных грунтов от влажности Wi и её влияние на формирование сил отрицательного трения Рп лёссового просадочного грунта на боковую поверхность ствола свай и других видов фундаментов и подземных сооружений.
1. Взаимосвязь относительной просадочности грунта и его деформационных характеристик (по данным ДБН и ДСТУ).
Согласно ГОСТ 23161-79
относительную просадочность ese лёссового просадочного грунта определяют в лабораторных условиях на компрессионном приборе по методу двух кривых: определяется деформация образца грунта на
компрессионном приборе при заданных сжимающих нагрузках с заданным интервалом АР=50кПа и строится график зависимости осадки образца от заданной нагрузки Ак=/(АР); при естественной влажности = Ж. Параллельно, на таком же приборе проводятся испытания образца грунта при таком же интервале нагрузки АР=50кПа, при условии полного водонасыщения - На том же
графике по координатах к, ^ АР, строится «кривая» осадки = Дк'=/(АР). Относительную просадочность = е8е определяют по соотношениям: дл' ДЬ
Ah'
h
h
где: — - относительная деформация
образца грунта от заданной нагрузки Р, для образца грунта в водонасыщенном состоянии Ж=
- относительная деформация образца грунта в компрессионном приборе при естественной влажности Ж = Ж,.
Согласно критерию (ДСТУ) определяется степень просадочности просадочного лёссового грунта - е^.
Учитывая, что деформационные характеристики грунтов определяется на таких же компрессионных приборах, то данные по определению относительной (просадочности) сжимаемости грунтов при естественной влажности = Ж и влажности полного водонасыщения = используются для определения
деформационной характеристики грунта -модуля деформации Е, по схеме:
Де ДЬ
а = — =--(1 + е);
ДР ПДР К ^
. Де' ДПг , ч
а' = — =--(1 + е);
ДР ПДР К ^
^ 1+е; 1+е
откуда получаем: Е1=-; Ь = —;
(1+еур =(1+еуП ДР р _ К ДК _ _ _ а Дй (1+е) _ ДП Р'
для водонасыщенного образца:
Е' =
Р (1+е) _ P (l+e) h AP _ h AP /3
Приравнивая
Aht(l+e)
Ahí
относительную Ah' Ah
и
деформацию — — „ „
^ ^ Е' E h-AP-p h-AP-p
Ah' Ah ,. „ . учитывая, что---= £se,¿ (ArJ получим:
1 1 _
Ei Е ~ с
Ei
se АР ■ р, откуда
■El _ 1 fAti АК\ E-Ei ■Е ~ АР В \ h h );
ЕьЕ АР-р (а'-а)АР
(Е-Е')АРВ
и £яр = -или £яр = ,
Е-Е1 1+е
где а - коэффициент сжимаемости (Мпа);
Де - приращение коэффициента пористости;
ДР - интервал нагрузки (кПа); ДЛ - деформация образца грунта (см) от давления ДР для грунта естественной влажности (Ж);
Е - модуль деформации образца грунта. Компрессионный при естественной влажности (Ж);
а', ДЪ!, Е', Де' - те же показатели при полном водонасыщении (Ж = Wsat);
Л. - высота образца грунта в компрессионном приборе (мм, см);
Р - безразмерный коэффициент, учитывающий невозможность проявления боковых деформаций в компрессионном 2-й2
приборе Р = 1 — ^^
д - коэффициент боковой деформации
/(1 + 0;
^ - коэффициент бокового давления
^ = ^■(45
^ - угол внутреннего грунта. 2. Взаимосвязь относительной
просадочности sse лёссового просадочного грунта и критериальной влажности Wi
2.1. Критериальные влажности (согласно ДСТУ и ДБН) и их роль в проявлении просадочных деформаций лёссовых просадочных грунтов.
Определение: Критериальная влажность - это такое количество воды в грунте, которое обеспечивает выполнение (проявление) отдельных природных физических и механических процессов в грунтах, используемых нами при реализации природных явлений, физических и механических проявлений происходящих с грунтами, при использовании их в строительстве как оснований зданий, наземных и подземных сооружений и как строительный материал.
(Предел раскатывания - Жр; предел текучести - IV - критическая влажность, контролирующая прочность грунта и непосредственно влияющая на прочностные характеристики грунта; Жкр - влажность которая обеспечивает проявление просадочных деформаций лёссовых просадочных грунтов.)
Рассмотрим одну из перечисленных выше критериальных влажностей -начальная критическая влажность - Жкр (критическая) - которая способствует проявлению просадочных деформаций лёссовых просадочных грунтов. По мнению авторов настоящей статьи:
1. Это влажность лёссового просадочного грунта, (л.п.г.) при которой начинает проявлятся относительная езе просадочность и равна £^=0,01, при передаче на лёссовый просадочный грунт заданного давления Р,. Критическая влажность обратно пропорциональная передаваемому на лёссовый просадочный грунт давлению = Р,.
2. По Н. Я. Денисову. Критическая влажность (Жкр) - это влажность грунта при которой возникает просадка, близкая, а иногда несколько ниже максимальной
молекулярной влагоёмкости Wu
W„.
3. Б. И. Чёрный указывает что просадки лёссовых грунтов г. Грозного проявляется при определённой величине влажности, которая зависит от давления на грунт.
4. В. И. Крутов утверждает, что начальная влажность тесно связана с начальным просадочным давлением [Ще =f(Pse)] представляет собой минимальное давление на грунт при максимальном значении начальной влажности.
5. Критическая влажность - Жкр - это влажность лёссового просадочного грунта, при которой начинают провялятся просадочные явления в лёссовом просадочном грунте с относительной просадочностью еве = 0,01 при передаче на грунт фиксированного давления Р^ При Р^^е грунт не просадочный при любом значении Ж. При 0<Р< Р, и Р< Р< Р, за критерий принимается - Ркрит = Рё и
получается, что давление - Рё - является критериальным, и грунт при Р < Рё не просадочный и за основу принимается Р, = Рё - нижняя эпюра суммарного давления (Рё + Р,), где дополнительное давление практически не влияет на проявление просадочных деформаций, а просадка проявляется только от Рё.
Трактовка проф. А. А. Мустафаева по вопросу Wкр. «Согласно исследованиям В. И. Крутова, начальная критическая влажность тесно связана с начальным просадочным давлением (Рзе) и обычно применяемое понятие начального давления при максимальном значении начальной влажности». Данная трактовка имеет нестыковку, а именно:
1. По В. И. Крутову «Начальное просадочное давление - Рпр. - представляет собой минимальное давление от фундамента или собственного веса грунта при котором начинает провялятся, при полном водонасыщении, просадка грунта».
2. По В. И. Крутову - «начальная просадочная влажность Wпр - это влажность, при которой просадочные лёссовые грунты, находящиеся в напряжённом состоянии от внешней нагрузки фундаментов или собственного веса начинают проявлять просадочные свойства».
Согласно данному определению (по В. И. Крутову) критическая влажность ^кр), никак не связана с «начальным просадочным давлением (Рн = Р5е), а просто связана с внутренним напряжением в грунте, возникающие в грунте при передаче на него нагрузки от «фундаментов или его собственного веса, обратно-
пропорциональной зависимостью ^ с увеличением напряжений в грунте уменьшается начальная критическая влажность ^кр=/(<г); Wкр|). Это
связано с процессом разрушения цементационных связей между пылеватыми частицами лёссового грунта, т.е. чем больше влажность лёссового грунта тем (сильнее) в большей мере «размокают»
цементационные связи между пылеватыми частицами, тем меньше требуется усилие
(напряжение) для их разрушения. Поэтому для каждого напряжённого состояния - oi -будет соответствовать «своя» критическая влажность (WKF,). Эти показатели связаны между собой обратно-пропорциональной зависимостью и «сообща» участвуют в проявлении просадочных деформаций лёссового просадочного грунта.
3. Взаимосвязь начальной критической влажности — Жкр и начального просадочного давления Рн = Pse
Следует оговорится, что речь идет в этом параграфе только о просадочных грунтах. Это свойство лёссовых грунтов определяется, предварительно, по показателю П, определяемому по формуле:
П =-или =-,
l+e ss 1+е'
где: е - коэффициент пористости грунта природного сложения;
eL - коэффициент пористости соответствующий влажности грунта на границе текучести, и определяется по формуле: eL = WL х —
Pw
Согласно руководству показатель «П» для заданного вида грунта, величина постоянная (П = const ), поэтому этот показатель используется только для предварительного отнесения данного вида грунта к просадочным или не просадочным.
Даже используя выражение «П» или «/55» для предварительной оценки просадочности лёссовых грунтов, мы заблаговременно вводим специалистов-проектировщиков в заблуждение, которое в последствии может привести к существенным ошибкам при
проектировании, которые могут привести в эксплуатационный период к значительным материальным и моральным потерям. Ведь коэффициент пористости «е» зависит от плотности упаковки отдельных микро и макрочастиц в массиве грунта в процессе его генезиса, и не зависит от влажности, а зависит от количества частиц уложенных природой в единицу объема формирующегося массива грунта. Поэтому для «предварительной» оценки показателя просадочности целесообразно использовать коэффициент пористости «е» и одну из
влажностей классификационных
показателей грунта или минерального состава грунта (например - число пластичности «Ip» или показатель текучести «il»).
А. А. Мустафаев увлажнение лёссового грунта представляет через источник замачивания в виде траншеи или котлована с сохранением постоянного уровня воды в траншее (котловане) (Я = const ).
Уравнение условия равновесия (баланса) воды в траншее (котловане) имеет вид:
dS(x, t)
dF~
Qtt) dy0(x,t)
— П(х, t) ■
s0(t)
~Уо(х, t)
dt
дЩх, t) dt
и с учётом, что увлажнение толщи просадочного грунта ведется при постоянном напоре «Н» в котловане и представляется уравнением:
ас ас _ ' При этом вся подаваема в траншею (котлован) вода идёт на инфильтрацию, поэтому:
ь(с) ас ' ' ас
Увлажнение толщи просадочного грунта ведется периодически = 0]
а5(х,с)
ас
aH(x,c)_n(x,t)ay0(x,c)
ас
-у0(х, t)
ап(х,с) ас .
ас
Влияние природного давления Рд на проявление просадочных деформаций лёссовых просадочных грунтов.
Необходимо сразу оговорится, а передается ли это давление = Рд = у - х с заданной глубины «г» на нижележащие слои грунта? Если передается, то как?, а если не передаётся, то почему?
Если давление от собственного вес массива грунта передается не через неограниченную в плане площадь массива грунта, ( 1 = Ъ ^ о»), а через реальную площадь массива на реальную площадь подстилающего слоя (А = I - Ъ ), то для того, чтобы собственный вес грунта фиксированной толщины передавался на фиксированную нижележащую
подстилающую толщу грунта, необходимо задать вертикальное перемещение фиксированного массива грунта заданной толщи к заданным характеристикам данного грунта с учётом сил сопротивления перемещению заданного грунтового массива = Я3 =и -/- г
где: и - периметр поперечного сечения выделенного нами массива грунта;
f - силы трения грунта по грунту: f = т = aZg.tg(p + C;
°гд - собственный вес выделенного массива грунта: а2д = у - г = Рд; у - удельный вес грунта; z - фиксированная толщина слоя грунта; С - удельное сцепление грунта (принимается по материалам изысканий).
Если силы сопротивления перемещению массива грунта = и - / - х, то для собственного веса передающегося на заданный подстилающий слой от сверху лежащего массива грунта будет равняться:
Рв =рд = У ~и -г -(.Ъд -Щ<Р + С)
Таким образом на выделенный нами массив подстилающего слоя грунта передаёться давление от вышележащего массива грунта в виде разности:
Рд = Рд~Рз, и теперь относительная просадочность лёссового просадочного грунта от нагрузки равной собственному весу будет определятся не от давления Рд =у - г, а от давления Рд =Рд , что конечно меняет относительную просадочность £'зе,д, которая конечно, (заранее можно сказать), будет на много отличатся в меньшую сторону и может оказаться, что на данный момент ^'зед будет меньше выбранного нормативными документами критерия (£'Бе,д =0,01) и грунт будет считаться не просадочным. А в особых случаях Рд на определённой глубине <«» Рд =Рд = 0, откуда и определяется нейтральная глубина, с которой начинается формироваться арочный эффект по М. М. Протодьяконову, по которому глубина ««» нейтральной зоны, вычисляется из условия равновесия массива грунта в пределах ограниченной площадки.
Условие равновесия перемещающегося столба грунтового массива имеет вид: (PZg■tg(p + Q■U-г = У-г-А или г ■tg<p + С) ■и ■И. = у ■И. ■А после раскрытия уравнения получаем:
и! ■у ■Щср + С = у ^А
откуда определяем глубину на которой уравновешиваются силы трения грунта перемещающегося столба грунтового массива весом перемещающегося массива грунта:
7 = _££)■_!_ =
V у / У■tgф
А С ,А С\ =---=(---
5. Взаимосвязь относительной просадочности — «8е» и начального просадочного давления — «Ряг».
Начальное просадочное давление - это такая нагрузка на лёссовый просадочный грунт - «Р» при действий которой начинают провялятся просадочные свойства лёссового грунта с значением относительной просадочности = 8^=0,01, при степени водонасыщения 0,8 < Бг < 1,0.
Для данного вида и состояния грунта начальное просадочное давление - Р^ -является величиной постоянной и используется при вычислении возможных просадочных деформаций при замачивании лёссовой просадочной толщи, как от передаваемого дополнительного давления = «Р0» и давления от собственного веса грунта. Рg - с учётом сил трения при передаче давления от собственного веса через «ограниченную» площадь:
Примером использования начального просадочного давления Р^ в расчётах может быть определение коеффициента условия работы основания «К^», при вычислении суммарных просадочных деформаций просадочной толщи при её замачивании и передаче на неё нагрузки от суммарного давления - Р0^ - или нагрузки от собственного веса грунта = Рg .
Суммарная просадка просадочной толщи согласно действующим ДБН вычисляется по формуле:
п
$ Бе ^ ' ¿^ед ■ ■КБе ¿=1
К5е = 0,5 + 1,5 ■ _ Рзе)/р0'
где: Р5е - начальное просадочное давление (по данным изысканий);
Р - среднее давление под подошвой фундамента, передаваемое на просадочный грунт;
Р0 - условное давление принимаемое равным = Р0=100 кПа.
При передаче на просадочный грунт только давления от собственного веса грунта и вычисления от его действия просадки от собственного веса при ширине фундамента Н^ < 15м К^ = 1. Следует оговорится, что коэффициент К^ не всегда отражает те функции которые ему предназначены, увеличивая величину просадки 55е до весьма больших значений, которые практикой не подтверждается (0,5 <55е< 1,5 - 2,0 м).
Поэтому целесообразно было бы принять в ДБН В.2.1-10-2009, (пункт Д.16), критерии Кзе одинаковыми как для нагрузки от собственного веса Рд. Ведь просадочной толще -«Н^» - пока не важно какая нагрузка передаётся на неё, главное что эта нагрузка создаёт напряжённое состояние внутри массива, которое принуждает деформироваться массив лёссового просадочного грунта при замачивании его водой с разрушением при этом цементационных связей между частицами грунта.
Прочность цементационных связей -это такая нагрузка передаваемая на лессовый просадочный грунт, создающая напряжённое состояние в массиве грунта, от действия которой цементационные связи начинают терять целостность с раскрытием микротрещин в сформированной (природой) структуре, которые ведут к разрушению структуры цементационных связей. Основным фактором влияющим на прочность цементационных связей сформированных природой карбонатными цементами (растворимыми в воде), является влажность грунта и химический состав
цементационных связей, их взаимодействие с водой (растворимые, слаборастворимые, и не растворимые). Эти показатели зависят от генезиса лёссовых грунтов, который (генезис) в свою очередь зависит от территориальных факторов и периода формирования лёссовой толщи, а также реологических свойств грунта.
Анализом материалов изысканий выполненных государственным и «частными»сертифицированными организациями на территориях сложенных лёссовыми просадочными грунтами установлено, что в зависимости от влажности лёссового грунта Ж» ШР изменяются (в определённой зависимости) прочностные С, ^ и деформативные Е пока что не увязаны аналитическими зависимостямми С= f(W), <р= /(1^), Е = /(УУ). Это требует аналитического определения зависимости изменения прочностных и деформационных
региональных характеристик лёссового грунта от изменения его влажности С(^),
Зная, по данным изысканий, исходные (начальные и конечные) значения прочностных и деформационных
характеристик С^ Сза1; ^^ (рзМ; Е^ ЕзМ, устанавливаются зависимости
промежуточных значений С, ф, Е от влажности С(]№),ф(]№),Е(]№).
Полученные зависимости дают возможность дифференциовать
распределение сил отрицательного трения грунта при просадке - Рп на боковые поверхности ствола свай, подпорных стенок и других подземных сооружений («стена в грунте», опускные колодцы, буровые опоры и др.)
Если продифинцировать силы трения на боковую поверхность ствола сваи при проявлении просадочных явлений в зависимости от влажности проседаемого грунта, увязав данное явление с зависимостью региональных прочностных характеристик лёссового просадочного грунта, от влажности С=/(Ж); (р = /(Ж), то выявляется что силы отрицательного трения «Рп» подчиняются обратно-
пропорциональной зависимости по отношению к изменению влажности лёссового просадочного грунта, т. е. с увеличением влажности Шзе <Wзat,
силы отрицательного трения «Рп» снижаются к значениям
Рп = и ^ т^ Хк1 =
= и К^гд,^ .^9 <Рзса + С5ас)- . Проф. А. А. Мустафаев лёссовый просадочный грунт рассматривает как сжимаемое упруго-вязкопластичное тело с квазиоднородной и квазиизотропной непрерывной структурой, уравнение состояние для которого имеет вид:
а = аП + ав = ау;е = еу + еП; еП = ев, где: индексы «У», «В», «П» при напряжениях и деформациях обозначают упругий, «вязкий» и «пластичный» состояния.
После соответствующих
преобразований и дополнений проф. А. А. Мустафаев получает результирующее напряженное состояние, которое имеет вид: о = С-рй{1 + е)у + Ш{у,2) +
Для варианта неполного замачивания лёссовой просадочной толщи до влажности ИКр <№ <Wзat, предварительно изменение прочностных и деформативных
характеристик лёссового просадочного грунта С(кПа),^(град),Я(МПа)
изменяющимся по закону (математической) кривой второго порядка, например: удельное сцепление изменяется по
закону:
Сщ = Сн-Сн-к(Шза1 -ЖО, где: Сн - значение удельного сцепления соответствующего природной влажности;
11,Шь,Шр,1р - принимаются по данным изысканий;
№за(: - влажность лёссовго просадочного грунта при полном водонасищении
е - коэффициент пористости лёссового
Р5~Ра
грунта: е =-;
Рл
Для примера опробуем данную зависимость Сщ = на массиве
суглинка лёссового со следующими физико-механическими характеристиками: - плотность частиц грунта -р5 = 2,68т/м3; - плотность грунта естественная -
р = 1,68т/м3; - природная влажность грунта -Ж = 0,16(д.е.);
- влажность на границе текучести -
И^ = 0,28(д.е.);
- влажность на границе раскатывания -
Щ = 0Д6(д.е.);
- число пластичности лёссового грунта
1Р = 0,12(д.е.);
- показатель текучести (консистенции)
к = ±0,00; - плотность сухого грунта р^ = 1,45т/м3;
- коэффициент пористости (Рз
е =
р*УРа ; е = 0,85;
- влажность водоначищенного грунта И^ = 0,32(д.е.)
- удельное сцепление
СН = (начальное сцепление);
СН = 25кПа;
- модуль деформации ЕН = 14,0МПа;
- угол внутреннего трения фн = 23 .
Соответствующие показатели
водонасищенного грунта: С5М = 15кПа (для водонасыщеного грунта) ф5а1 = 19 ; Е5аС = 5,2 МПа (для водонасыщенного грунта).
Подставляя в принятые зависимости Cw = Cн-Cн■ILi(2Wsat-W) значения приведённых показателей при заданной влажности «И^» получаем значение удельного сцепления Сщ, при заданных по данным изысканий Сн = 25кПа; С5М = 15кПа. Результаты вычислений для Сщ сведены в таблицу № 1.
Таблица № 1
Зависимость удельного сц епления С от влажности
w к= 1 1р 2Шзаг -Ш 1 - (-/^(2^ — W) Сцг
0 -1,333 0,64 1+0,8512 46,25
0,02 -1,166 0,62 + 1,7233 43,10
0,04 -1,000 0,60 + 1,6000 40,00
0,06 -0,833 0,58 + 1,4833 37,08
0,08 -0,666 0,56 + 1,3733 33,33
0,10 -0,500 0,54 + 1,2700 31,75
0,12 -0,333 0,52 + 1,1716 29,22
0,14 -0,1666 0,50 + 1,0830 27,08
0,16 ±0,000 0,48 ±0,000 25,00
0,18 +0,1667 0,46 -0,07767 23,08
0,20 +0,3333 0,44 -0,1466 21,33
0,22 +0,5000 0,42 -0,2100 19,75
0,24 +0,6667 0,40 -0,2600 18,50
0,26 +0,8333 0,38 -0,3165 17,09
0,28 +1,0000 0,36 -0,3600 16,00
0,30 +1,1667 0,34 -0,3964 15,09
0,32 +1,3334 0,32 -0,4266 14,33
0,34 +1,5000 0,30 -0,550
0,36 +1,6666 0,28 -0,333
Для случая, когда влажность грунта превышает влажность полного
водонасыщения W> Wsat образуется
свободная вода, которая формирует свободно фильтрующий слой воды не подчиняющийся приведённой выше
зависимости по изменению удельного численное определение значения угла
сцепления. внутреннего трения фщ, и представлено в
По указанной выше схеме для заданной нами зависимости изменения угла
внутреннего трения грунта от влажности
w
<Pw = (pH-<pJL(Wsat - —) выполнено
таблице № 2
Vw = 4>н
<ph/l (wsat - yj.
Зависимость угла внутреннего трения ф от влажности
Таблица 2
W W-Wp k= I Р 1Р 2Wsat -0.5Wi <P ' = <PH-k(Wsat-^r)
0 -1,3333 0,32 -9,32=10 33°
0,02 -1,1666 0,31 -8,30=8,0 31°
0,04 -1,0000 0,30 -6,90=7,0 30°
0,06 -0,8333 0,29 -5,60=6,0 29°
0,08 -0,6666 0,28 -4,30=4,0 27°
0,10 -0,5000 0,27 -3,10=3,0 26°
0,12 -0,3333 0,26 -2,00=2,0 25°
0,14 -0,1666 0,25 -0,96=1,0 24°
0,16 ±0,000 0,24 ±0,00 23°
0,18 +0,1666 0,23 +0,92=1,0 22°
0,20 +0,3333 0,22 +1,68=1,5 21,5°
0,22 +0,5000 0,21 +2,42=2,0 21,0°
0,24 +0,6666 0,20 +3,06=3,0 20,0°
0,26 +0,8333 0,19 +3,64=3,6 19,5°
0,28 +1,0000 0,18 +4,14=4,0 19,0°
0,30 +1,1666 0,17 +4,50=4,5 18,5°
0,32 +1,3333 0,16 +4,90=5,0 18,0°
Таблица 3
W h = wsat + 0.5 W Ew -
0 -1,3333 0,32 -5,95 20,0
0,02 -1,1666 0,33 -5,39 19,40
0,04 -1,0000 0,34 -4,76 18,75
0,06 -0,8333 0,35 -4,08 18,08
0,08 -0,6666 0,36 -3,36 17,36
0,10 -0,5000 0,37 -2,52 16,52
0,12 -0,3333 0,38 -1,78 17,73
0,14 -0,1666 0,39 -0,91 14,91
0,16 ±0,000 0,40 ±0,00 14,00
0,18 +0,1666 0,41 +0,956 13,05
0,20 +0,3333 0,42 +1,96 12,05
0,22 +0,5000 0,43 +3,01 10,95
0,24 +0,6666 0,44 +4,06 9,85
0,26 +0,8333 0,45 +5,25 8,75
0,28 +1,0000 0,46 +6,30 7,70
0,30 +1,1666 0,47 +7,513 6,50
0,32 +1,3333 0,48 +8,77 5,23
По данным изысканий на выбранной нами площадке, модуль общей деформации «E» при естественной влажности W = 0.16 составляет 14,0 мПа. Для случая неполного водонасыщения - Sr <1; W < Wsat для заданной нами зависимости
Ew = EH-EHIL(Wsat + 0.5W) -
изменения модуля деформации «Ew» от влажности W иллюстрируется расчетом.
Результаты вычисления модуля деформации при изменяющейся влажности сведены в таблице № 3.
Выводы. На основании выполненного анализа существующих теоретических исследований проявления особых региональных свойств эоловых отложений четвертичного периода Кайназойской эры (А. А. Мустафаев и весь коллектив исследователей под его руководством [7]; [9]), Бакинская школа полевых лабораторных исследователей того же коллектива; теоретические, лабораторные и полевые исследования професссоров Ю. М. Абелева, А. А. Мустафаева их последователей и учеников Крижановского, В. И. Крутова (Московская школа), А. М. Дранников, Г. Петренко, С. П. Клепикова, А. М. Литвинова (Киевская школа); коллектив под руководством проф. В. Н. Голубкова (Одесская школа); профессоров М. Н. Гольдштейна, М. И. Малышева, доцентов К. А. Книша, П. А. Гагарина, Аронова, Тубольцева (Днепропетровская школа) и отдельных современных разработок авторов данной статьи установлено:
- относительная просадочность £se лёссового просадочного грунта прямо-пропорциональна его сжимаемости и
, „ (Е-Е')ДРв
связана формулой: ase =--— или
Е-Е
_ (а'-а) ДР; £se ~ (1+е) ;
- критическая влажность лёссового
грунта WKp - зависит от действующего на
лёссовый слой давления и связаны между
собой обратно-пропорциональной
i
зависимостью: WKp =/(-);
- просадочная деформация просадочной толщи Sse при передаче на просадочный грунт давления от собственного веса через ограниченную в плане площадь, а также дополнительного давления от сооружения (фундамента), так же через ограниченную в плане площадь, с увеличением глубины, за счёт формирования арочного эффекта, снижается и стремится к нулю (Sse =4 0 );
- начальное просадочное давление — Pse - это такая нагрузка на лёссовый просадочный грунт, передаваемая через ограниченную в плане площадь, при которой грунт, находясь в водонасыщенном состоянии (Sr = 1), начинает проявлять просадочные свойства с относительной просадочностью £se = 0,01 прямо зависит от природных условий формирования данного грунта, а также прочности цементационных связей - "Ц", прочность которых (цементационных связей) в свою очередь зависит от гидрофильных и гидрофобных свойств минералов из которых формируется цементирующие связи. Согласно гипотезе В. А. Обручева в первичных лёссовых образованиях, цементационные связи сформированы из гидрофобных минералов (карбонатов);
- прочностные и деформативные характеристики лёссовых просадочных грунтов C,q>, Е, как и для других видов грунтовых отложений (аллювиальные, делювиальные, пролювиальные и даже элювиальные) непосредственно зависят от влажности грунта с обратно-пропорциональной зависимостью. В связи с этим в отчетах об инженерно-геологических изысканиях на строительных площадках сложенных просадочными грунтами, в таблицах (частные значения физико-механических характеристик или сводные таблицы), даются начальные характеристики соответствующие природной влажности грунта: Сн,^>н,Ен и показатели соответствующие состоянию водонасыщенного грунта - Wsat, т. е.
С = Сsat> Ф = Vsat> Е = Esat.
Промежуточные значения (Сн >Cj >
Csat; Vh^Vi^VsciO EH>Ei>Esat) в
отчётах не приводятся. Это затрудняет ориентироваться специалистам в
определении остаточной несущей способности оснований после проявления аварийных замачиваний лёссовых просадочных грунтов. В связи с этим, нами были проанализированы состояние замоченного лёссового просадочного грунта при разной степени водонасыщения при 5гн < < $Г5М т. е., при влажностях Шн <Wi <Wsat. После обработки материалов анализа установлено, что изменение прочностных (С, <р)
деформативных характеристик (Е) не полностью замоченного лёссового грунта соответствует, зависимости,
подчиняющейся уравнению кривой второго порядка:
- для удельного сцепления_Сш = Сн — Сн -¡ьС^зм -Щ), при чём кривая пересекает ординату «С» при влажности соответствующей границе раскатывания № = Щу, т. е. 1Ь = 0. Вычисленные промежуточные значения удельного сцепления согласно приведённой зависимости Сш = Сн — Сн-11(2Жза,- — вписывается в расхождение не превышающее 10 % к определённым лабораторным способом (согласно ГОСТ 12248-78) значениям удельного сцепления С = Сщ;
- для угла внутреннего трения
<Рш = (Рн-(Рнк(№5а1 - —), при чём кривая Фш = f(W) пересекает ординату ф при влажности Ш = ШР, т. е. /i = 0. Вычисленные промежуточные значения -Фм - угла внутреннего трения (согласно ГОСТ 12248-78) вписывается в расхождение не превышающее 10% к определенным лабораторным способом ф = фцг.
- для модуля общей деформации «Е» -Е№ = Ен —Ен11(№5ас + 0.5Ж) и аналогично С^,ф^кривая Еш = /(УК) пересекает ординату Е при влажности Ж = ШР, т. е. при ¡1 = 0, а вычесленые промежуточные значения Еш, согласно таблице № 3 вписываются в расхождения от реальных, не превышающих 10% к определённым
значениям модулям деформации согласно ГОСТ 20276-85 и ГОСТ 23908-79.
- определённые по указанным зависимостям = и =
позволяют вычислить силы отрицательного трения на боковую поверхность ствола свай при проявлении начальных просадочных деформаций не полностью водо-насыщенного лёссового грунта < Wsat. Учитывая, что силы отрицательного трения = , а =о!,дЩ(рш+ СШ
получаем, что в начальный момент проявления просадочных деформаций (при Wкр <Wi <Wsat), когда Сщ и имеют относительно к «Сза1» максимальные значения, силы отрицательного трения - Рп -будут максимальные, а несущая способность сваи (сваи забивные, набивные, буроиньекционные, за исключением выполняемым по технологии «пустотелого шнека») будет «минимальной» за эксплуатационный период.
В связи с этим, авторами данной статьи предлагается силы отрицательного трения на боковую поверхность ствола свай определять (если считать, что формула 8.5.5.3. Змша 1. ДБН В.2.1-10-2009 действительно отражает физический процесс формирования сил отрицательного трения грунта на боковую поверхность ствола свай, в чём авторы данной статьи сомневаются) определять по прочностным показателям для промежуточной
влажности на 5^10% превышающей Wкр, т. е. Wкр <№{< 1,10 Wкр. В этом предложении таится (кроется) резерв несущей способности свай в лёссовых просадочных грунтах. Несущая способность свай вычисляется по прочностным показателям (С,<р,^.,у ■■■) для обводненого (водонасыщенного) лёссового грунта когда \isat максимальное тах), - силы
трения грунта на боковую поверхность ствола сваи минимальное, а силы отрицательного трения грунта - «Рп» на боковую поверхность ствола сваи максимальные - максимальные).
В связи с возникающей неувязкой (расчётного сопротивления трения грунта на
боковой поверхности ствола сваи «Б» согласно таблице Н.2.2. Змша 1 ДБН В.2.1-10-2009, и касательного напряжения т^, для выравнивания условий работы не обходимо привести «Б» и «т» к одинаковому физическому смыслу: например
т = -^<Р + С и f = (JZg■tg(p + С, т. е / = т, тогда снимается вопрос несоответствия сил трения грунта на боковую поверхность ствола сваи и сил отрицательного трения на боковую поверхность ствола сваи при проявлении просадочных деформаций. А для отдельных случаев несущую способность сваи ) в просадочных грунтах второго типа грунтовых условий по просадочности вычислять без учёта сил трения грунта на боковой поверхности (/ = 0) ствола сваи в
пределах просадочной толщи, прорезаемой сваей. При этом случае силы отрицательного трения посадочного грунта на боковую поверхность ствола сваи не учитываются, так как / = т = 0.
В сложившейся ситуации авторы статьи предлагают вынести данный вопрос (/ = т) на рассмотрение учёного сонета НИИСК, а на обсуждение и возможного утверждения новой таблицы для определения сил расчетного сопротивления трению грунта на боковой поверхности ствола забивных и других видов свай., для глинистых (в т. ч. лёссовых просадочных грунтов).
Текст таблицы авторы рассчитывают и представляют в ученый совет по статистической обработке материалов.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Захист вщ небезпечних геолопчних процеав. Будинки i споруди на щдроблювапих територшх i проадних грунтах : ДБН В.1.1.-5-2000. - Введ. з 2000-07-01. - Вид. офщ. - Кшв, 2000. - Ч. 2 : Будинки i споруди на проадаючих грунтах. - 89 с.
2. Об'екти будiвництва та промислова продукщя будiвельного призначення. Основи та фундаменти будиншв i споруд. Основи та фундаменти споруд. Основш положения проектування : ДБН В.2.1-10-2009. - Введ. вперше 3i скасуванням на територiï Украши СНиП 2.02.01-83 ; чиннi вiд 2009-07-01. - Кшв : М^егюнбуд Украши, 2009. - 107 с. - (Державш будiвельнi норми Украши).
3. Основи та фундаменти споруд. Основш положения проектування : ДБН В.2.1-10-2009. Змша 1. - Введ. вперше 3i скасуванням на територи Украши СНиП 2.02.03-85 (^м розд^ 5) ; чинш ввд 2011-07-01. - Кшв : Мшрепонбуд Украши, 2011. - 55 с. - (Державш будiвельнi норми Украши).
4. Свайные фундаменты : СНиП 2.02.03-85 / Госстрой СССР. - Введ. 1987-01-01 ; взамен СНиП II-17-77. -Москва, 1986. - 47 с.
5. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01.83) / Науч.-исслед. ин-т оснований и подзем. сооружений им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. - Москва : Стройиздат, 1986. - 415 с.
6. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений : учеб. для вузов / Н. С. Булычев. - Москва : Недра, 1982. -270 с.
7. Мустафаев А. А. Основы механики просадочных грунтов / А. А. Мустафаев. - Москва : Стройиздат, 1978. -263 с.
8. Мустафаев А. А. Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах / А. А. Мустафаев. - Москва : Высш. шк., 1979. - 367 с.
9. Мустафаев А. А. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах / А. А. Мустафаев. - Москва : Высш. шк., 1989. - 590 с.
10. К вопросу учёта сил отрицательного трения на боковой поверхности буроиньекционных свай, изготавливаемых по технологии пустотелого шнека / Н. Моторный, В. Рубанский, В. Седин, А. Моторный, А. Климошенко // Theoreticd Foundаtions of Civil Engineering : proc. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference), Warsaw, September, 2011 / ed. by W. Szczesniak ; Warsaw University of Technology, Prydneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture. - Warsaw, 2011. - Vol. 19. - P. 295-302.
11. Моторный Н. А. Распределение напряжений в массиве грунта от собственного веса грунта, передаваемой по ограниченной горизонтальной поверхности / Н. А. Моторный // Theoreticаl йи^а^ш of civil engineering. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference), Warsaw, September, 2010 / ed. by W. Szczesniak. - Warsaw, 2010. - Vol. 18. - Р. 393-398.
12. Моторный Н. А. Обоснование работы свай в грунте и формирование несущей способности свай в процессе ее погружения и эксплуатации / Н. А. Моторный, А. Н. Моторный // Theoreticаl &иМа!юш of civil engineering. Polish-Ukrainian Transactions (conference), Warsaw, May, 2013 / ed. by W. Szczesniak. - Warsaw, 2013. - Vol. 21. - P. 501-508.
13. Моторный Н. Выбор рациональных методов мелиорации лессовых просадочных грунтов как оснований фундаментов зданий и сооружений / Н. Моторный, А. Моторный, Ю. Саенко // ^еогейса1 Foundаtions of Civil Engineering : proc. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference), Warsaw, May, 2007 / ed. by W. Szczesniak ; Warsaw University of Technology, Prydneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture. - Warsaw, 2007. - Vol. 15. - P. 479-489.
14. Большаков В. И. Обоснование сил трения грунта на боковую поверхность ствола cвай и подземных сооружений при изменении гидрогеологических условий подтопляемой строительной площадки / В. И. Большаков, А. Н. Моторный, Н. А. Моторный // Вюник Придншровсько! державно! академп будiв-ництва та архггектури : зб. наук. пр. - 2016. - № 7. - С. 10-20.
15. Большаков В. И. Анализ существующих расчетных схем и выбор оптимальных решений схемы работы свай в глинистых грунтах / В. И. Большаков, А. Н. Моторный, Н. А. Моторный // Вюник Придншровсько! державно! академп будiвництва та архггектури : зб. наук. пр. - 2016. - № 9. - С. 10-21.
16. Моторный А. Н. Современные представления несущей способности забивных свай (по результатам погружения и работе, свай в грунте) / А. Н. Моторный, Н. А. Моторный // Вюник Придшпровсько! державно! академи будiвництва та архггектури : зб. наук. пр. - 2014. - № 8. - С. 32-42.
17. Краев В. Ф. Инженерно-геологическая характеристика пород лёссовой формации Украины / В. Ф. Краев. -Киев : Наукова думка, 1971. - 227 с.
18. Крутов В. И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах / В. И. Крутов. - Киев : Будiвельник, 1982. -224 с.
19. Маслов Н. Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними) : учеб. пособие для вузов / Н. Н. Маслов. - Москва : Стройиздат, 1977. - 320 с.
20. Цытович Н. А. Механика грунтов / Н. А. Цытович. - Москва : Госстройиздат, 1963. - 636 с.
21. Корн Г. К. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. К. Корн, Т. К. Корн. -Москва : Наука,1973. - 831 с.
REFERENCES
1. Zakhyst vid nebezpechnykh heologichnykh protsesiv. Budynky i sporudy na pidrobliuvanykh terytoriiakh i prosidnykh gruntakh: DBN V.1.1.-5-2000 [Protection from dangerous geological processes. Buildings and structures on forged territories and collapsing soil: the State Construction Regulations V.1.1.-5-2000]. Budynky i sporudy na prosidaiuchykh gruntakh [Buildings and structures on sagging soils]. Kyiv, July 01, 2000, ^apter 2, 89 p. (in Ukrainian).
2. Obiekty budivnytstva ta promyslova produktiija budivelnoho pryznachennia. Osnovy ta fundamenty budynkiv i sporud. Osnovy ta fundamenty sporud. Osnovni polozhennia proektuvannia: DBN V.2.1-10-2009 [Objects of construction and industrial products for construction purposes. Bases and foundations of buildings and structures. Bases and foundations of structures. Main design points: the State Construction Regulations V.2.1-10-2009.]. Kyiv: Minrehionbud Ukrainy, July 01, 2009, 107 p. (in Ukrainian).
3. Osnovy ta fundamenty sporud. Osnovni polozhennia proektuvannia: DBN V.2.1-10-2009 [Bases and foundations of structures. Main design points: the State Construction Regulations V.2.1-10-2009.]. Kyiv: Minrehionbud Ukrainy, July 01, 2011, 55 p. (in Ukrainian).
4. Svajnye fundamenty: SNiP 2.02.03-85 [Pile foundation: the Construction Norms and Regulations 2.02.03-85]. Gosstroj SSSR [State Construction of USSR]. Moskva, January 01, 1987, 47 p. (in Russian).
5. Posobie po proektirovaniyu osnovanij zdanij i sooruzhenij (k SNiP 2.02.01.83) [Manual on the foundations design of buildings and structures (to the Construction Norms and Regulations 2.02.01.83)]. Nauch.-issled. in-t osnovanij i podzem. sooruzhenij im. N. M. Gersevanova Gosstroya SSSR [Scientific-research Institute of Bases and Underground Structures named after N.M. Gersevanov of the State Construction Committee of the USSR]. Moskva: Strojizdat, 1986, 415 p. (in Russian).
6. Bulychev N.S. Mexanika podzemnyx sooruzhenij [Mechanic of underground structures]. Moskva: Nedra, 1982, 270 p. (in Russian).
7. Mustafaev A.A. Osnovy mexaniki prosadochnyx gruntov [Mechanics fundamentals of collapsing soil]. Moskva: Strojizdat, 1978, 263 p. (in Russian).
8. Mustafaev A.A. Raschet osnovanij i fundamentov na prosadochnyx gruntax [Calculation of bases and foundations on collapsing soil]. Moskva: Vyssh. shk., 1979, 367 p. (in Russian).
9. Mustafaev A.A. Fundamenty na prosadochnyx i nabuxayushhix gruntax [Foundations on collapsing and swelling soil]. Moskva: Vyssh. shk., 1989, 590 p. (in Russian).
10. Motornyj N., Rubanskij V., Sedin V., Motornyj A. and Klymoshenko A., ed. by Szczesniak W. K voprosu ucheta sil otricatel'nogo treniya na bokovoj poverxnosti buroin'ekcionnyx svaj, izgotavlivaemyx po texnologii pustotelogo
shneka [On the issue of accounting of negative friction forces on the lateral surface of the drilling piles manufactured using hollow auger technology]. Theoretical Foundations of Civil Engineering: proc. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference). Warsaw University of Technology, Prydneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture. Warsaw, September, 2011, vol. 19, pp. 295-302. (in Russian).
11. Motornyj N.A., ed. by Szczesniak W. Raspredelenie napryazhenij v massive grunta ot sobstvennogo vesa grunta, peredavaemoj po ogranichennoj gorizontal'noj poverxnosti [The stresses distribution in the soil massif from the intrinsic weight of the soil transmitted along a limited horizontal surface]. Theoretical foundations of civil engineering. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference). Warsaw, September, 2010, vol. 18, pp. 393398. (in Russian).
12. Motornyj N.A. and Motornyj A.N., ed. by Szczesniak W. Obosnovanie raboty svaj v grunte i formirovanie nesushhej sposobnosti svaj v processe ee pogruzheniya i ekspluatacii [Piles work substantiation in soil and the bearing capacity formation of piles during its immersion and operation]. Theoretical foundations of civil engineering. Polish-Ukrainian Transactions (conference). Warsaw, May, 2013, vol. 21, pp. 501-508. (in Russian).
13. Motornyj N., Motornyj A. and Saenko Yu., ed. by Szczesniak W. Vybor racyonal'nyx metodov melioracii lessovyx prosadochnyx gruntov kak osnovanij fundamentov zdanij i sooruzhenij [The choice of rational methods of loess collapsing soils amelioration as bases of foundations of buildings and structures]. Theoretical Foundations of Civil Engineering: proc. Polish-Ukrainian-Lithuanian Transactions (conference). Warsaw University of Technology, Prydneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture. Warsaw, May, 2007, vol. 15, pp. 479-489. (in Russian).
14. Bol'shakov V.I., Motornyj A.N. and Motornyj N.A. Obosnovanie sil treniya grunta na bokovuyu poverxnost' stvola cvaj i podzemnyx sooruzhenij pri izmenenii gidrogeologicheskix uslovij podtoplyaemoj stroitel'noj ploshhadki [Substantiation of soil frictional forces on the lateral surface of the trunk of piles and underground structures while hydrogeological conditions of the underflooded construction site change]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2016, no. 7, pp. 10-20. (in Russian).
15. Bol'shakov V.I., Motornyj A.N. and Motornyj N.A. Analiz sushhestvuyushhix raschetnyx sxem i vybor optimal'nyx reshenij sxemy raboty svaj v glinistyx gruntax [Analysis of existing design schemes and choice of optimal solutions for pile work in clay soils]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2016, no. 9, pp. 10-21. (in Russian).
16. Motornyj A.N. and Motornyj N.A. Sovremennye predstavleniya nesushhej sposobnosti zabivnyx svaj (po rezul'tatam pogruzheniya i rabote, svaj v grunte) [Modern representations of bearing capacity of driven piles (on the results of immersion and work, piles in the ground)]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. 2014, no. 8, pp. 32-42. (in Russian).
17. Kraev V.F. Inzhenerno-geologycheskaya xarakteristika porod lessovoj formacii Ukrainy [Engineering-geological rocks characteristics of the loess formation of Ukraine]. Kiev: Naukova dumka, 1971, 227 p. (in Russian).
18. Krutov V.I. Osnovaniya i fundamenty na prosadochnyx gruntax [Bases and foundations on collapsing soil]. Kiev: Budivelnyk, 1982, 224 p. (in Russian).
19. Maslov N.N. Mexanika gruntov v praktike stroitel'stva (opolzni i bor'ba s nimi) [Soil mechanics in construction practice (landslides and their control)]. Moskva: Strojizdat, 1977, 320 p.
20. Cytovich N.A. Mexanika gruntov [Soil mechanics]. Moskva: Gosstrojizdat, 1963, 636 p. (in Russian).
21. Korn G.K. and Korn T.K. Spravochnik po matematike (dlya nauchnyx rabotnikov i inzhenerov) [Guidance of Mathematics (for scientists and engineers)]. Moskva: Nauka, 1973, 831 p. (in Russian).
Рецензент: Башев В. Ф .д-р фгз.-мат. наук, проф.
Надшшла до редколеги: 14.11.2017 р. Прийнята до друку: 24.11.2017 р.
