ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НИИОСП ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н.М. ГЕРСЕВАКОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ

СУФФОЗИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ЗАГИПСОВАННЫХ ГРУНТАХ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО НРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЯ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ кием И.М. ГЕРСЕВАНОВА ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ

СУФФОЗИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ЗАГИПСОВАННЫХ ГРУНТАХ

МОСКВА-1983

Отметка поверхности ^природного рельефа

Отметка подоа/бы

1 $ ЩЩг . п п 1т ^Смщ р/Г /Нижняя границе L Яыщеяачиоаемоа ЗОНЫ / FL- Ж (рн'*р«М	?*Р
драница деформируемой зоны

Авгатмпшг⁸*⁸ Р^асчем Д*Фор*иЦ*й при вертикальное

Приложение!

ИЬатаие векоциимт« яп дпсеимянив относительного стййозионного сжатия &ь и начального давления суйЬоаиониой

SSBBL&

Параметры и Р_е следует определять по реаультатам лабораторию компрессионно-фнльтрафонных испытаний* которые проводятся по двум схемам.

Оря испытаниях по схеме I производят рассоление образца загипсованного грунта, загруженного заданной постоянной нагрузкой

Р~ Const    и предварительно замоченного. В процессе испытаний

определяют деформацию образца и количество выщелоченного гипса. Степень выщелачивания jb на расчетный момент времени испытаний определяется по формуле

A* ft •    ^ал)

где ^4" количество ввделоченного ив образца гипса на расчетный момент времени испытаний, г; и₀ - исходное содержанке гипса, г;

Относительное суффоэионное сжатие <$£ на расчетный момент времени кспытаний определяется.оо формуле

где А деформация образца на расчетный наиент времени испытаний, мы;

По - начальная высота образу, ш.    .

В цроцесее испытаний строят трафик аавискмостх Ос (рыс.1.1).

По данному графику может быть определено относительное суффо-еяояяое сжатие, соответствующее любой степени выщелачивании при одной заданной нагрузка.

При испытаниях по схеме Q производят рассоление образца без нагрузки, затем загружает его ступенями го 0,02 МПа. Относительное суффоэионное скатив определяется по формула

где Апр- деформация образца после очередной ступени нагрузки.

15

По результатам испытаний строится график зависимости Sc-f(P) (рисЛ .2) , с помощью которого определяется относительное суффоэион-ное сжатие 6$ » соответствующее степени взделатеэанжя J0*I, при различиях давлениях! а также начальное давление суффознонной осадки.

За начальное давление суффоаионной осадки следует прини -нать давление* при котором 0^ «0,01.

Для щюдаарителышх расчетов суффоэионной осадки основания вна-»вне относительного суффозионного сжатия <$Jj глинистых грунтов при различной степени ввделачивания может бить определено с помощью эмпирической зависимости

S_t-K_{d,    «•«

где Kj - эмпирический коэффициент (зависящий от вида грунта» содержания гипса и давления)» значения которого приведены в табл. I Л;

d_Q - начальное содержание гипса в грунте, доли ед.; начальная плотность сухого грунта, г/см⁹;

& - плотность частиц гипса, г/см³;

jb- степень выщелачивания, доли ед.;

fl - эмпирический коэффициент (для суглинков К «I, для супесей /t*I/3).

Таблица 1Л

Вид груша	Содержание гипса, доли ед.	Значения коэффициента Kj при давлении, МПа
		0,1	0,2	0,3	0,4
Супесь	0,1	0,86	0,70	0,52	0,43
V	0,2	0,95	0,90	0,83	0,76
щ	0,3	0,97	0,95	0,90	0,85
Сугинок	0,1	0,08	0,15	0,30	0,46
■	0,2	0,15	0,27	0,50	0,84
Щ	0,3	0,45	0,60	0,80	0,10
ш	0.4	0,85	0,96	1,07	1,30
*	0.S	1,08	1,15	1,22	1,38

16

Приложение 2

Определение коэффициента растворения £

Коэффициент растворения ^ рассчитывается на основе решения обратных задач по данным полевых испытаний»

Ддя этого на предполагаемой площадке строительства осуществляется фильтрация воды иди раствора через выделяемый участок исследуемого основания площадью не менее 4 лГ. Фильтрацию следует проводить иэ шурфа глубиной 10-15 см, заполненного щебнем, непрерывно в течение времени t равного 20-30 сут, После этого на глубине £ от поверхности грунта, равной 15-30 см, отбирается 8-10 проб грунта для определения средней загипсованности <t .

Коэффициент £ рассчитывается по формуле

УфМ(Сн~Со) “Г    [р Т)

*-~Td₀Jh:    ^Т’

где Iftp -скорость фильтрации в эксперименте, м/сут;

i -глубина определения загипсованности, м;

Т-безразмерный коэффициент.

Остальные обозначения, те же, что и в п.2.4.

Значения коэффициента Т определяются иэ уравнения

Те~^т=а    (2.2)

или ло номограмме (рис.2.1).

Значение CL следует определять по формуле

^а’    ^jks3^d~    '    ■    ⁽²-^3>

Необходимо отметить, что уравнение (2.2) имеет решение только при СС <6“^ (где 6~' =0,37). Это означает, что если при обработке экспериментальных данных получается    ,    то    эти    дан    -

ные ошибочны, так как количество растворенных солей ограничено концентрацией предельного насыщения и объемом профильтровавшей воды. Пример расчета.Исходные данные: грунт - суглинок, начальное содержание гипса do*30£» плотность сухого грунта =1,45 г/см?, скорость фильтрации Щ> *=0,35 м/сут, концентрация предельного насыщения Cif =2,2 г/л. Со*0, ^*0,1, время фильтрации t =20 сут.

После выщелачивания содержание гипса на глубине 2 =0,15 м d = 27*.

УДК 624Л5.044:539.375

В настоящих Рекомендациях изложен метод расчета суффозионных деформаций оснований, сложенных загипсованными суглинками, супесями и лесками. При расчете учитывается схема фильтрационного потока, начальная эагипсованность грунта, степень выщелачивания солей и давление. Рекомендации разработаны кандидатами техн.наук В.П.Пет-рухкным и С*В.Альперовичем на основе исследований, выполненных в НИИОСП им. Н.М.Герееванова Госстроя СССР при участии кацд.техн. наук Н.Л.Куракова (ВОДГЕО Госстроя СССР), одобрены секцией Научно-технического совета НИИОСП и рекомендованы к изданию. Предназначены для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций строительного профиля*

Замечания и предложения по содержанию Рекомендаций просьба направлять по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д.6.

Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский

институт оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герееванова,

1983

Приложение 3

Примеры расчета суффозионных осадок Пример I. Определить суффоэионную осадку основания фундамента при вертикальной фильтрации (схема I) через пять лет после начале эксплуатации сооружения»

Основание сложено однородным грун-т о м (d_Q - const ).

Исходные данные: размер фундамента в плаке 3x3 м, давление по по-дошве фундамента р «0,3 МПа, грунт основания - суглинок с содер -манием гипса fl£*0,3_f фильтрующая жидкость - вода, начальное давление суффозионной осадки р_с «0,1 МПа, деформируемая зона flqtp *=

* 6 м.

Величины, входящие в расчетные формулы, имеет следующие значе

^*1,45 т/м³. S' *2,32 т/м⁸,    ^-1,6    .    ИЗ®    Т/сут    (из    примера

приложения 2), Ji* 0,1,    ^«0,35    м/сут,    Сц *2,2 • КГ® т/м, С_ст0.

Порядок расчета:

а)    определяем % общее для всех слоев по формуле (2)

Т ₌ I|6. I0'^3s“ . 1820 = 29;

0,1 >

б)    определяем Jдля каждого слоя по формуле (3)

Лс * b^⁰"³ • i_L - 0,0046 Zc

для I-го слоя ^ Yj р»Ю; для 5-го слоя * W,QI3;

в)    определяем ^ для каждого слоя по формуле (4)

^    ^{    *    °’²⁵^и⁾"    ^30    (0’⁵£^*    *

* 0.25 dofc+ij )

ДМ 1-го слоя <j^»30* (0 + 0,25 . 0,3) » 2,25, дм 2-го слоя    >30 • (0,5 ‘ 0,3 + 0,25 ‘ 0,3) в 6,75,

ДМ Ъ-го слоя ^з=30 ' (2*0,5 * 0,3 0,25/0,3) »П,2, для В^го слоя =30 ■ (7 • 0,5*» 0,3 * 0,25* *'о,3)'«’33,8;

г)    определяем &.дм каждого слоя по формуле (I). Дм 1-го

слоя

^" ”^-~e^,zg26=z.^,z5-70-i!,2a

IЛ* Настоящие Рекомендации составлены в развитие раздела 9 главы СНиП Q-I5-74 и распространяются на проектирование оснований» сложенных суглинками, супесями и песками, находящимися в естественных условиях в воздушно-сухом (необводненно») состоянии и содержа -щими гипс в любом количестве, & также примеси легкорастворимых со -лей в количестве не более

1.2* Расчет оснований по деформациям (второму предельному состоянию) следует выполнять с учетом следующих условий:

в результате фильтрации воды или растворов происходит растворение и выплачивание гипса из массива грунта;

длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (выщелачиваемая зона), ограничена условием предельного насыщения фильтрующейся жидкости гипсом;

в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е* увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;

суффозионные деформации основания имеют место только в пределах выщелачиваемой зоны и нарастают по мере ее развития.

1.3. При расчете деформаций основания необходимо учитывать схему фильтрации водного потока в основании фундамента (рисЛ):

схема I - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность (имеет место при одновременном и равномерном замачивании всей подошвы фундамента и его окрестности);

схема 2 - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины (имеет место при наличии слоя засоленного грунта, подстилаемого относительным водоупором);

схема 3 - фильтрация от местного источника замачивания (имеет место при частичном замачивании основания фундамента).

2. ПРОЩЕНИЕ РАСЧЕТА

2Л. Расчет суффоэионных деформаций оснований по схеме I следует начинать с определения состояния выщелачиваемой зоны, т.е. ее длины и распределения в ней гипса в расчетный момент времени. Для этого в пределах деформируемой зоны основания выделяют слои с различным содержанием гипса (рис.2а). При этом начальное распределение гипса d₀ в грунте представляется ступенчатой функцией do ( 2    ).

В свою очередь выделенные слои разбиваются на более мелкие, толщи -

3

ки ре ■

Значение р_с определяется по данным лабораторных испытаний. Методика определения р_е приведена в приложении I.

2.3.    После разбивки основания на слои следует определить количество оставшегося в твердой фазе гипса на расчетный момент времени последовательно в каждом слое, начиная с верхнего. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному содержанию, является нижней границей выщелачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса не проводится.

. Если на расчетный момент времени длина вщелачиваемой зоны меньше 7t ftp * определяемой по указанию п.2.2, расчет деформаций производится только в пределах выщелачиваемой зоны. Если длина выщелачиваемой зоны {\ больше jt ftp » расчет деформаций производится в пределах декретируемой зоны.

2.4.    Количество оставшегося в твердой фазе гипса d*_L в о-он слое на расчетный момент времени £ следует определять по формуле

о

где doi - начальное массовое содержание гипса в с^-ом слое, доли

«д.;

2^ - координата середины 6.-го слоя, м;

Ъ- приведенное время;

XL - приведенная координата для середины 6-го слоя;

- приведенная масса.

Значения X , Х[ , ^ следует определять по формулам

" Ъф/(с_н - с_н)    ^ +⁰,&4_о(к+1)₉

где £ - время эксплуатации сооружения, сут; fi'ac" плотность сухого грунта, т/м®;

S' - плотность гипса, т/м^{1 2} (принимается равной 2,3 т/м®);

/- коэффициент растворения, сут Jt - недостаток насьщения, доля ед.;

скорость фильтрации, м/сут;

£# - концентрация к&сьадения фильтрующей воды гипсом, т/м® j Со - концентрация гипса в воде на участке входа ее в загипсованный грунт, т/м®;

/С- число слоев, лежащих выше i-го слоя;

Методика определения коэффициента растворения приведена в приложении 2.

Для определения недостатка насыщения рекомендуется эмпирическая зависимость

)Хш 0,13 + 0,7 Со К<р;    (5)

где Кр- коэффициент фильтрации, м/сут.

Недостаток насыщения Ji имеет следующие ориентировочные значения; для песков, у которых 4^0,1; 0,2 и 0,5 мм ( -диаметр частиц грунта, содержание которых по массе составляет 50JI - соответственно равно 0,18; 0,25 и 0,28, для супесей - 0,05-0,015, для суглинков - 0,01-0*1.

2.5.    После определения щ следует определить степень выщелачивания для каждого слоя по формуле

^<6)

Далее для каждого расчетного слоя определяется значение относительного суффоэионного сжатия , соответствующее данной степени выщелачивания.

Методика определения приведена в приложении I.

2.6.    Суффозионная осадка основания на расчетный момент времени при фильтрации по схеме I определяется по формуле

^ - относительное суффозионное сжатие £~го слоя при давлении в этом слое от нагрузки, передаваемой фундаментом, и от собственного веса грунта и при степени выделачивания, определяемой по формуле (6).

Распределение напряжений в грунте от веса фундамента (сооружения) принимается до схеме лшейно-деформируемого слоя конечной толщины. Пример расчета суффоаионной осадки -основания при вертикальной фильтрации (схема I) приведен в приложении 3.

2.7. Расчет деформаций оснований при фильтрации по схеме 2 следует производить с учетом развития во времени выцедачиваемой зоны в горизонтальном направлении и изменяющейся неоднородности деформационных свойств грунтов основания в пределах площади фундамента.

Вначале необходимо установить состояние выщелачиваемой воны в основании фундамента на расчетный момент времени. Для установленного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундаменте и его крен.

2.8.    При расчете состояния вщелачиваемой зоны начальное со -держание гипса в грунте следует считать постоянным (d₀ = ton si ) как по глубине загипсованной толщи» так и по площади фундамента и в его окрестности (рис.4) и равным среднему значению эагипсованности толщи.

Разбивку основания на вертикальные слои витриной по 0,5 м следует производить в пределах от 2 *-0 до 2» С + 2£ +1, где С - расстояние от входного участка фильтрационного потока до фундамента (м), ZL - ширина фундамента (м). Входным участком фильтрационного потока (    2    «0)    считается    вертикальная.плоскость,

примыкающая к источнику замачивания.

Расчет состояния выщелачиваемой зоны следует производить в соответствии с указаниями п,п. 2*3-2.5, при этом направление формирования и перемещения вщелачиваемой зоны принимается горизонтальны*.

2.9.    Для расчета осадок сторон фундамента рекомендуется применять метод расчета конструкций на основании, характеризующемся переметом коэффициентом постели. Расчетная схема предусматривает наличие двух участков в основании фундамента (рие.&), где участок J" равен длине вщелачиваемой зоны. Коэффициент постели на этом участке изменяется от Стел под стороной фундамента, ближайшей к источ -нику замачивания, до Стах ^ш гР^аниЧ^е вщелачиваемой зоны (точкав). ³

Участок П равен длине невыцелоченной воны. Коэффициент постели на этой участке постоянен и равен Ста*.

Закон изменения коэффициента постели принимается в виде

c(?Hiч-кЮ,

где % -относительная координата, равная x/L;

С- среднее значение коэффициента постели основания, определяемое по формуле    у

c=£jc(tyd$_t    (9)

ft -коэффициент, характеризующий степень неоднородности основания

. _ С мах- С mitt

^Л" CmvtCMin •    ⁽¹⁰⁾

Расчет прогибов производится с помощью уравнения

^ш>

где коэффициенты (L* f определяются решение» системы уравнений» отражающих условие равновесия

(12)

Осадка любой точки абсолютно жесткого фундамента цри различных состояниях вицелачиваемой аонн определяется при помочи формулы, полученной решением системы уравнений (12) путем раздельного интегрирования на участке I (от -I до ) и участке П (от до I):

У* г •

Для расчета среднего коэффициента постели основания следует использовать формулу

(ft,/,    W

2.10. Значения С_ав^ соответствуют коэффициенту постели иеинце-лоченного водонасщенного грунта, Спик - полностью выщелоченного грунта.

Определение значений С то* и Сци* производится по формуле

С(15)

7

где Р- давление во подсеве фундамента, МПа;

£ - расчетная осадка фундамента, см.

Расчетная осадка для анчясжепш Стах определяется методом пословного суммирования с использованием формулы

S-V& #'<

где S - конечная (стабилизированная) осадка неввделоченного грунта, см;

Щ - числа слоев, на которые разделена по глубине деформируемая зона основания, определяемая согласно п.2 Л;

- толщина 6-го слоя грунта, см;

Ei - модуль деформации 6-го слоя грунта, МПа;

Pi - среднее дополнительное давление в L-ом слое грунта,

МПа.

Расчетная осадка для вычисления Сит определяется по формуле (7). При этом деформируемая зона принимается равной мощности я загипсованного грунта (см. ркс.4), а относительное- суффозионное ска -тие ffci , определяемое по результатам лабораторных испытаний, соответствует степени выщелачивания «I*

Пример расчета суффоамонной осадки при горизонтальной фильтрации (схема 2) приведен в приложения 3.

2.11.    Расчет деформаций основания при фильтрации по схеме 3 (рис.6) следует производить с учетом развития во времени выцелачи-ваемой зоны в вертикальном направлении при отклонении ее боковой границы от вертикали, проходящей через край фундамента под углом

Ж , принимаемым для супесей и суглинков равным 30°, для песков 20°, а также изменяющейся неоднородности деформационных свойств грунта в пределах площади фундамента.

Вначале необходимо установить состояние вшдел&чиваемой зоны и положение ее границ в основании фундамента на расчетный момент времени. Дм установленного состояния вщелачиваемой зоны следу -ет определить осадку сторон фундамента.

2.12.    Состояние выщелачиваемой зоны следует определять в соответствия с указаниями n.n. 2,1-2.5. При этом входами участком фильтрующего потока следует стать уровень заложения фундамента.

2.13.    Расчет осадок сторон фундамента следует производить в соответствии с указаниями п.с.^л При этом границей между участками

I н П является вертикальная плоскость, проходящая через точку й пе-

8

ресечения нижней, определяемой расчетом, и боковой (наклоненной под углом <£    ) границей вытачиваемой зоны (см.ряс.6).

Значения Спил и Ста? следует определять в соответствий с указаниями п.2.9.

Пример расчета суффозионной осадки при фильтрации по схеме 3 приведен в приложении 3.

9

1

L~i

где ti - число слоев в пределах толщи, равной длине выщелачиваемой зоны & на расчетный момент времени (рис.З);

2

5

3