ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НИИОСП ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДПОСТРОЕЧНОМУ УПЛОТНЕНИЮ СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ ВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЕНТОЧНЫХ ДРЕН
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ■меняН.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДПОСТРОЕЧНОМУ УПЛОТНЕНИЮ СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ ВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЕНТОЧНЫХ ДРЕН
МОСКВА 1985
где д/74. - конечное сжатие каждого практически однородного сдоя, слагающего основание, определяется по формуле:
7А7 еар(-ЬРс)_
i+~i^a- "rf-tfP.- -M} (8>
где л - объемный вес воды;
^ нагрузка от насыпи, окружающей основание;
/>;- природное давление на кровле рассматриваемого i -го слоя; far о Схемный вес грунта л-го слоя в водонасыденном состоянии (без учета взвешивающего действия воды);
Л; - толщина рассматриваемого /-го слоя;
параметры компрессионной кривой (см. рис Л) с -го слоя грунта.
Примечание. Формула (8) учитывает природное давление в каждой точке основания, которое не вызывает сжатия слоя.
Нагрузка ф от насыпи, окружающей основание, определяется приближенно, исходя из конечной осадки насыпи, по формуле:
<р *(ко~к{)(fa-A)+kj^ J (9)
где h0 - толщина слоя насыпи;
hf* - глубина уровня воды от поверхности насыпи; faM - объемный вес грунта насьши в водонасыденном состоянии; fH - объемный вес грунта насыпи природной влажности.
При отсутствии воды на поверхности основания нагрузка ^ опре-деояется по формуле:
(Ю)
2.3.4. Толщину слоя насыпи , служащую для планировки терри тории, следует определять, полагая толщу слабых грунтов однородной, путем решения трансцендентного уравнения методом итераций:
к0 =[i- еар[~с (K-k)(&-b)-C.kfjj >
10
Ьъ -- y - + Л* ,
i+ 7ГК **?[-£(fw ~й)И}_
где параметры компрессионной кривой Д р I и С , а также Yw принимаются средневзвешенными для всей толии обжимаемых слабых грун-
- _ &Л- . Y «5* _ 2L Oiki -jp {r/lhi
O' “ # У = // ; ^~ /-/ S в w~ N s
/lt - расстояние от поверхности планировки до отметки дневной поверхности перед отсыпкой насыпи;
// - толщина всего слоя слабых грунтов.
Значения hc и ht определяются в соответствии с требованиями, обусловленными проектом инженерной подготовки территории.
Решение уравнения (II) может производиться графоаналитическим методом. Пример решения дан в прил.З.
2.4. Методы расчета консолидации оснований без дрен и с ленточнши дренами
2.4.1. Уплотнение слабого основания временной нагрузкой с применением вертикальных дрен происходит эь счет откатил норовой воды в дрены и дренирующие слои.
2.4.2. Вертикальные дрены следует доводить до дренируете го слоя или практически несжимаемого водоупора. Дрены следует располагать в плане по треугольной или квадратной сетке, которая дает сотовую или квадратную формы зон влияния <рис. 2).
Зоны влияния дрен следует заменить круговыми с эквивалентными диаметрами, соответственно равными:
dt-loTA, (12)
ciA~JfJ3cL) (13)
где d - расстояние между осями дрен (шаг дрен).
II
|
|
Рис.2. Расчетные схемы консолидации оснований с вертикальными дренами:
а - расположение дрен по квадратной сетке; б - расположение дрен по треугольной (триангулярной) сетке; в - сечение а-а |
Примечания: Для расчетов консолидации поверхность цилиндра , ограничивающая зону влияния дрены, приниыа-ется водонепроницаемой. Водопроницаемость ленточных дрен зависит от их конструкции: ленточные дрены из нетканого материала рассматриваются как идеально водопроницаемые в поперечном направлении и обладают гидравлическим сопротивлением в продольном направлении; комбинированные дрены с фильтрующей оболочкой из простой бумаги рассматриваются как идеально водопроницаемые в продольном направлении и обладающие гидравлическим сопротивлением в поперечном направлении; комбинированные дрены с фильтрующей оболочкой из синтетической бумаги март МШС рассматриваются как идеально водопроницаемые в продольном и поперечной направлениях.
2.4.3. В приводимых методах расчета консолидации оснований коэффициенты консолидации и cv следует принимать различными по величине, но постоянными во всей области уплотнения. Для расчета многослойного основания рекомендуется использовать приведенные коэффициенты консолидации, определяемые по следующим формулам:
|Д
г коэффициент консолидации при вертикальном фильтрационном потоке во всей консолидируемой области при двухстороннем дренировании; толщина многослойного основания; толщина г-го слоя; коэффициент консолидации *-го слоя;
2
ь/КП2'
- коэффициент консолидации при вертикальном фильтрационном потоке во всей консолидируемой области при одностороннем дренировании;
- толщина многослойного основания, а остальные обозначения имеют прежний смысл;
/• — 2Z А:
ц'г(иу— 2 И '
где коэффициент консолидации при радиальном фильтрационном по
токе во всей консолидируемой области 2Н ;
Ox- - коэффициент консолидации i -го слоя.
Примечание. При одностороннем дренировании в формулу (1б)вместо 2И подставляется толщина дренируемого слоя И .
2,4.4. Для расчета консолидации основания без дрен, что соответ ствует одномерной задаче теории консолидации, когда фильтрационный поток вертикален, степень консолидации # при увеличении нагрузки по ли не Ян ому закону ^ » oCt^ до значения t , после которого нагрузка остается постоянной = cti ), определяется по формулам:
при If
-т.щг,>ы^4 »
Определение Ср. и Съ- производится в соответствии с указаниями п.2.1.5 как среднеарифметических величин для каждого практически однородного сдоя.
mTt t-Ty
_-«й
где Tt - ~~jfr t и Ту.--t - факторы времени, соот-
ветсвующие любому заданному времени tw времени прекращения возрастания нагрузки i , определяемому графиком производства работ.
Коэффициент возрастания нвгруэки оС определяется приближенно исходя из нагрузки у , определяемой по формуле (9).
Протекание осадки основания во времени определяется по формуле:
St =&г4. , (19)
где £ - конечная осадка, определяемая по формуле (7),
Oiy- степень консолидации, определяемая формулами (17) и (1Ь). Для расчета консолидации рекомендуется пользоваться табл Л и графиком (рис.З) на основании формул (т.7) и (13) в безразмерных переменных.
Пример расчета времени консолидации приведен в прил.4.
2.4.6. Для предварительных расчетов времени консолидации осно-
14
Рис* 3. Графики для определения степени консоли -дяции слабых грунтов без дрек с учетом линейного возрастания уплотняпцей нагрузки
вания при его предлостроечном уплотнении или инженерной подготовке территории, когда сроки устройства огрузочной насыпи еще не определены, допускается определять протекание осадок во времени по формуле (19), полагая, что нагружение основания происходит мгновенно ( О, a cO/vrf ) и степень консолидации определяется формулой:
Для расчета рекомендуется пользоваться табл.1 или графиком (рис. 4) на основании формулы (20) в безразмерных переменных. Промежуточные значения по табл.1 определяются линейной интерполяци
ей.
Рис.4. График для определения степени консолидации слабых грунтов без дрен для случаев мгновенного приложения упяотняю-пей нагрузки
УДК 624.138.34
В Рекомендациях рассмотрены основные вопросы, связанные с применением ленточных дрен для ускорения консолидации слабых водонасы -ценных грунтов.
Описаны конструкции ленточных дрен и их технико-экономические показатели, а также конструкции и технические характеристики оборудования для изготовления и погружения дрен.
Изложены требования к инженерно-геологическим испытаниям грунтов при определении расчетных характеристик для проектирования и предлостроечного уплотнения слабых грунтов.
Приведены формулы для расчета конечной осадки и степени консолидации уплотненных грунтов с вертикальными ленточными дренами.
Опытное внедрение ленточных дрен в 1980-1904 гг. позволило сэкономить более 300 тыс.руб.
Рекомендации разработаны: д-ром техн.наук А.С.Строгановым, кандидатами техн.наук Е.В.Светинским, А.В.Бредчевым, инж.М.С.Гайдай при участии каяд.техн.наук Б.В.Бахолдина (НИИ оснований и подземных сооружений) и инж. Г.Б.Чижевского (трест "Калининградоргтехстрой" Минстроя СССР).
Рекомендации одобрены Научно-техническим советом НИИ оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова.
Рекомендации составлены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, испольэуших при строительстве предпостроечное уплотнение слабых водонасыценных грунтов с применением вертикальных ленточных дрен.
Все замечания и предложения по Рекомендациям просьба направлять по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д.6, НИИ оснований и подземных сооружений имени Н.М. Герсеванова.
(С) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений имени Н.М. Герсеванова,
I9b5
I. ОНЦИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
I Л. Рекомендации составлены в развитие главы СНиП 2.02.01-03 "Основания зданий и сооружений "(раздел 2,5).
1.2. Настоящие рекомендации предназначены для проектирования и производства работ по предпостроечному уплотнению оснований, сложенных слабыми грунтами в водонасдаенном ( G =0, 65) состоянии, временной нагрузкой с применением дрен заводского изготовления. К сла-бш грунтам относятся грунты малой степени литификации, т.е. глинистые отложения в начальной стадии формирования (илы, салропели, ленточные глины и суглинки, текучепластичные глинистые грунты) и грунты, образовавшиеся в условиях переменного режима увлажнения (торф, заторфованный грунт).
1.3. Яредпостроечное уплотнение производится в тех случаях, когда по результатам расчетов естественные основания не удовлетворяют требованиям главы СНиП 2.02.01-83, а применение свайных фундаментов либо других способов инженерной подготовки площадки строительства (например вьггорфовка с заменой минеральном грунтом и др.) оказывается неэффективным в технико-экономическом отношении.
Примечание . Для технико-экономического сравнения проектных вариантов фундирования можно использовать "Методические рекомендации. Выбор рациональных конструкций свайных фундаментов жилых зданий, возводимых на слабых грунтах Ленинграда" ( Ленинград, Лен-НИИпроект, 1977).
1.4. Предпостроечное уплотнение рекомендуется применять при строительстве сооружений, имеющих развитую площадь опирания на грунт, - резервуаров, элеваторов, зданий на фундаментных плитах, полов про мышлению: сооружений с большими эксплуатационными нагрузками и т.п. Причем в качестве конструктивных схем зданий и сооружений могут быть приняты любые, в том числе особо чувствительные к неравномерным осадкам.
Фундаментные конструкции этих сооружений следует рассчитывать с учетом значительно пониженной деформируемости и повышенной прочности оснований, обеспеченных предлостроечным уплотнением.
1.5. Ленточные дрены рекомендуется применять также для ускорения процесса уплотнения указанных грунтов при инженерной подготовке территорий намывом или подсыпкой. Ускорение уплотнения слабых оснований при инженерной подготовке территорий рекомендуется применять ь
3
целях обеспечения надежности коммуникаций, жестких дорожных покрытий, а также для снятия отрицательных сил трения со свайных фундаментов существующих сооружений.
1.6. Ленточные дрены рекомендуется использовать при наличии в основании слоя слабых грунтов толщиной более 3 м. Возможно также уплотнение временной нагрузкой основания большей толщины без применения дрен. Выбор варианта уплотнения определяется на основе техникоэкономических расчетов и сроков строительства. Максимальная глубина уплотнения устанавливается в процессе проектирования на основе данных инженерно-геологических изысканий и требований к предельным осадкам сооружений после предпостроечного уплотнения в соответствии с главой СНиП 2.02.01-63.
Примечание. При выборе вариантов устройства основания рекомендуется также рассматривать возможность замены слабых грунтов (выторфовки). При этом следует предусматривать обязательный открытый водоотлив или глубинное водопонижение в целях контроля качества выторфовки.
1.7. Уплотнение слабых оснований с применением ленточных дрен производится в соответствии с рабочим проектом и проектом производства работ при постоянном контроле качества уплотнения.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРВДЮСТРОЕЧЮГО УПЛОТНЕНИЯ ОСНОВАНИЯ С ШМННН1ИЕМ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН
2.1. Инженерно-геологические исследования
2.1.1. Инженерно-геологические исследования оснований, сложенных слабыми грунтами, должны проводиться в соответствии с требованиями главы СНиП П-9-78 "Инженерные изыскания для строительства", государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.
2.1.2. Объем инженерно-геологических исследований грунтов оснований должен быть достаточным для всестороннего рассмотрения любых возможных вариантов фундирования. Назначение числа испытаний и количество образцов определяются в соответствии с требованиями глав СНиП 2.02.07-63, СНиП П-17-77 "Свайные фундаменты" и СНиП П-9-76.
2.1.3. Дополнительно должны быть определены для каждого практически однородного слоя грунта:
коэффициенты консолидации Cv и 0^ при фильтрации поровоя воды в вертикальной и горизонтальном направлениях, т.е. поперек и вдоль слоистости;
компрессионные свойства грунтов при первичном и вторичном нагружениях и соотвествуггаих разгрузках - декомпрессии.
2.1.4. Компрессионные исследования грунтов следует проводить в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 239Ш-79. "Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости’'(У., Изд-во стандартов,
Т980).
Ветви первичного нагружения компрессионных испытаний следует обрабатывать в виде:
е =cl+ Setp(-cy), (и
где dy , 6? и С - параметры осредненной компрессионной кривой;
б? - коэффициент пористости, соответствующий заданной нагрузке ty ;
64Ср - экспоненциальная функция ( - ).
Для нахождения параметров компрессионной кривой выражение (I) логарифмируется:
и выравнивается способом наименьших квадратов. Для определения пара
% и % 31/2 ( fc ♦ <к >•
соответствующие км , S.
метра Си выбираются значения Q,s * и 0^ - заданы произвольно, и
£>л . ло позволяет получить
- е, е,-е/
Ъ*
Параметры 6 и С определяют по формулам:
л.i- (ft(ел-а,) - 2 Е ^ Сл(.е„-а.) ,
М---'
n,YLo,„ 6n.(e„-aj - ел(ел-л) (М
где - соответствующие осредненные значения, полученные
при компрессионных испытаниях, гъ - число экспериментальных точек.
5
Значение б определяется по таблицам натуральных логарифмов.
2.1.5. Коэффициенты консолидации С^. и С^, рекомендуется определять путем обработки кривой консолидации по методу Тейлора - квадратный корень из времени". Кривая консолидации строится по данным испытаний грунта ненарушенной структуры в компрессионном приборе под постоянным заданным давлением. Отбор образцов с ненарушенной структурой для проведения компрессионных и консолидационных испытаний следует проводить в соответствии с ГОСТ 12071-66. "Грунты. Отбор, упаковка, хранение и транспортирование образцов"( М., Иэд-во стандартов, 1967).
Перед испытанием образцы грунта малой степени литяфикации уплотняются нагрузкой, эквивалентной природной ("структурная проч -ность"), которая соответствует началу сжатия образца в компрессионном приборе и определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 23908--79. "Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости" (Ы., Изд-во стандартов, I960).
После приложения нагрузки, эквивалентной природной, образцы выдерживаются до условной стабилизации (0,01 мм за 12 ч наблюдений) под этой нагрувкой.
Опыты для определения коэффициентов консолидации рекомендуется проводить при одной ступени нагрузки (сверх эквивалентной природной), равной временной нагрузке, принятой для предпостроечного уплотнения основания, и прикладываемой мгновенно. Величины сжатия грунта после приложения этой нагрузки рекомендуется записывать через 5,15,30 сек; 1,2,3,5,10,15,30 и 60 мин, далее черев I ч в течение рабочего дня и затем два раза в сутки.
Для определения Су или строится кривая консолидации в системе координат dh и ft , где лк - осадка (сжатие) образца грунта в мм; at- время в мин, соответствусчее данной осадке (рис.1).
На полученном графике проводится прямая, совпадающая с практически прямолинейным участком кривой консолидации. Пересечение этой прямой с осью ординат дает точку А, из которой проводится вторая прямая АС с абсциссами, равными 1,15 абсцисс первой прямой. Точка пересечения второй прямой В с экспериментальной кривой дает /^0 , соответству-
ювес 90% степени консолидации.
Коэф)фициенты консолидации Су и С^ определяют по формуле:
|
|
Рис.I. График для определения коэффициента консолидации |
где Т9о • 0,M" фактор времени по Тейлору, соответствующий 90% степени консолидации;
tA - экспериментальное время, соответствующее 90% степени кон-
00
солидации и найденное по методу Тейлора;
Н - половина начальной толщины образца в компрессионной приборе (одометре ) при двухсторонней фильтрации. Пример определения коэффициента консолидации дан в прил.1.
2Л.6. В целях определения способа погружения дрен в грунт (вдавливанием, вибро вдавливанием или вибрацией обсадной иглы) и уточнения границ расположения слоев слабого грунта рекомендуется использовать статическое зондирование (ГОСТ 20069-81. "Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием". М., Иэд-во стандартов, 1901). Оборудование для статического зондирования грунта может быть выбрано по прил.2 в зависимости от требуемой глубины погружения дрен.
2.1.7. Для определения изменения прочностных характеристик грунта до и после уплотнения рекомендуется его испытывать методом вращательного среза (ГОСТ 21719-60. "Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве". М., Изд-во стандартов, I960) или статическим зондированием (см.п.2.1.6).
7
2.2. Требования, предъявляемые к проекту предпостроечного уплотнения
2.2.1. Проектирование предпостроечного уплотнения оснований проводится в одну стадию, причем прежде всего устанавливается целесообразность предпостроечного уплотнения на основе вариантного проектирования.
Данные, полученные при проведении испытаний грунтов (зондированием и методом вращательного среза) после уплотнения, используются для корректировки проекта фундаментных конструкций.
2.2.2. При проектировании инженерной подготовки территории устанавливается необходимость применения дрен.
2.2.3. В проекте предпостроечного уплотнения грунтов основания сооружения должны быть указаны:
а) величина временной нагрузки;
Примечание. Временная нагрузка может превышать эксплуатационную в целях ускорения сроков консолидащи или уменьшения осадок сооружений;
б) форма и размеры временной нагрузочной насыпи,которые должны соответствовать по верху форме и размерам фундаментной плиты или сооружения в плане, причем откосы насыпи следует определять в соответствии с действующими нормативными документами по расчету устойчивости откосов, основанием которых служат слабые грунты в нестабилизи-рованном состоянии;
в) план расположения дрен (в вершинах квадратов или равносторонних треугольников) с указанием расстояния между их осями и план расположения поверхностных и глубинных марок или приборов других систем для изиерения осадок основания; юаг дрен устанавливается расчетом на основании ааданного времени при степени консолидация основания, равной 90% (см.2.4);
г) разрезы по уплотняемому основанию с указанием его геологического строения с нанесенными на них дренами, причем допускается отметку низа дрены назначать на глубине не менее 90% величины толом слабого грунта при наличии дренирующего подстилающего слоя;
Примечание. При значительных толщах слабых грунтов, деформационные свойства которых, как правило, с глубиной улучшаются, и отсутствии подстилагщего дренирующего слоя глубина погружения дрен может назначаться с таким расчетом, чтобы при эксплуатации сооруже-
8
ния его осадки, состоящие из осадок предварительно уплотненного, дренированного слоя и не дренированного слоя, который практически не обжинается (вследствие краткости времени), не превдаали предельных;
д) расчетная конечная осадка от временной нагрузки насыпи, а также величина упругого подъема основания после снятия нагрузки, определяемые по ветвям нагрузки и разгрузки компрессионных кривых;
е) модуль деформации основания, определяемый по ветви вторичного нагружения основания, необходимый для вычисления вероятной осадки сооружения и расчета фундаментных плит, днищ резервуаров и т.п. на стадии проекта;
ж) схема производства работ по погружению дрен, устройству и снятию временной насыпи с указанием необходимого оборудования и ка-дендарый план производства работ. Проект должен содержать поясни -тельную записку с расчетами и технологическими схемами.
2.2.4. В проекте инженерной подготовки территории должен указываться объем песка для планировки территории с учетом необходимого строительного подъема в соответствии с указаниями п.2.3.4.
2.2.5. При проектировании следует учитывать осадку территории, окружала ой площадку, где уплотняется грунт, во избежание развития недопустимых осадок существующих зданий, расположенных вблизи уплотняемого основания.
2.3. Расчет конечных осадок оснований насыпей при предлостроеч-ном уплотнении и инженерной подготовке территорий
2.3. Г. Для определения осадок оснований, сложенных слабым грунтами, при их предпостроечном уплотнении иди при инженерной подготовке территорий рекомендуется пользоваться в качестве расчетной схемы условием вертикального сжатия без возможности бокового расвире няя и данными компрессионных испытаний.
2.3.2. Определение конечных осадок и их протекание во времени рекомендуется производить по вертикалям, задаваемых в процессе проектирования уплотнения основания или инженерной подготовки территории в зависимости от степени однородности геологического строения, свойств грунтов, толщины насыпей и других факторов.
2.3.3. Конечная осадка основания, состоящего из о -слоев, определяется по формуле:
(7)
9
