Лессовые просадочные грунты

Лессовые просадочные грунты широко распространены в Среднем и Нижнем Поволжье, Западной Сибири, на Северном Кавказе и в других районах страны.

В зависимости от увлажнения лессы различным образом ведут себя под действием внешней нагрузки. Так, в «сухом» состоянии (ω≤0,09) лессы отличаются значительной прочностью и относительно высокой несущей способностью. В таком состоянии они выдерживают давление на грунт Р≤0,4МПа при небольших осадках и способны сохранять достаточно большую высоту вертикального откоса.

Просадочные грунты характеризуются:

• относительной просадочностью ε_sl — относительным сжатием грунтов при заданном давлении после их замачивания (см. п. 4.10);
• начальным просадочным давлением Psl — минимальным давлением, при котором проявляются просадочные свойства грунтов при их полном водонасыщении;
• начальной просадочной влажностью ω_sl — минимальной влажностью, при которой проявляются просадочные свойства грунтов.

Относительная просадочность грунта определяется в компрессионных приборах по методу одной или двух кривых (ГОСТ 23161—78).
По методу одной кривой (рис. 5.18,а,б) испытывают пробу грунта естественной влажности при заданном давлении. После стабилизации осадки грунт насыщают водой, замеряя просадку, и испытание продолжают уже для водонасыщенного грунта.

По методу двух кривых (см. рис. 5.18,в) компрессионным испытаниям подвергают две пробы грунта: одну — при естественной влажности, вторую — при полном водонасыщении, после чего строят графики зависимости е, ∆h=ƒ(P). На кривых (см. рис. 5.18,а) различают три области деформирования просадочных грунтов: область ab, соответствующую сжатию грунта в ненарушенном состоянии; область bc, характеризующую просадку грунтов, и область cd — уплотнение грунта с ненарушенными структурными связями. По кривым e, Δh=ƒ(P) просадочных грунтов непосредственно определяют значение изменения коэффициента пористости грунта при просадке ∆ε_sl а также относительную просадочность ε_sl,по формуле (4.5).

Рис. 5.18. Компрессионные кривые просадочного грунта: а, б — по методу одной кривой, соответственно, пылевато-глинистых при замачивании и рыхлых песчаных при вибрации; в — по методу двух кривых; 1 — для грунта естественной влажности; 2 — для грунта, насыщенного водой

Согласно СНиП 2.02.01—83* расчетным состоянием просадочных грунтов по влажности является полное водонасыщение Sr> 0,8.

Относительная просадочность грунта при его неполном водонасыщении (ω_sl≤ω≤ω_sat) определяется по формуле

                      (5.34)

где ε_sl — относительная просадочность при полном водонасыщении

Начальное просадочное давление P_sl — это давление, при котором относительная просадочность e_sl = 0,01, т.е. при котором грунт считается просадочным. Если провести серию компрессионных испытаний лессового грунта с замачиванием образцов при различных нагрузках, то нетрудно получить график зависимости относительной просадочности от давления (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Зависимость относительной просадочности от нормального давления лессового суглинка Георгиевска (1) и Ростова-на-Дону (2) (по Я.Д. Гильману, 1991): Δ — метод одной кривой; х — метод двух кривых

За начальную просадочную влажность ω_sl по аналогии принимается влажность, при которой в условиях заданных давлений e_sl = 0,01.
Ее значения зависят от напряженного состояния грунта, природной плотности и прочности структурных связей. С увеличением давления на грунт начальная просадочная влажность уменьшается.

Значения модуля общей деформации лессового грунта изменяются в широком интервале. Это обусловлено тем, что они существенно зависят от исходной влажности и пористости грунта. В качестве примера в табл. 5.6 приведены систематизированные значения модуля деформации лессовых суглинков Ростовской области. Данными табл. 5.6 можно воспользоваться в том случае, когда отсутствуют результаты штамповых испытаний грунта с учетом прогнозируемой его влажности.

Таблица 5.6. Значения модуля деформации лессовидных суглинков в диапазоне нормативных давлений 0,1—0,3 МПа (по Я.Д. Гильману, 1991)

Просадка как деформация зависит (рис. 5.20) от минералогического и гранулометрического составов грунта, его влажности, плотности и напряженного состояния, поэтому для каждого лессового грунта определяют просадочность при давлениях, которые он будет испытывать в основании под сооружением.

Рис. 5.20. График зависимости относительной просадочности от I_p, е и S_r: а — от числа пластичности; б — от коэффициента пористости; в — от степени влажности