ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Целью исследований явилась проверка эффективности про­ведения предпостроечного локального электрооттаивания многолетнемерзлых элювиальных суглинков массивной криотекстуры.

Исследуемая площадка расположена на юго-западной окраи­не г. Читы. В геоморфологическом отношении площадка располо­жена на высоком эрозионное гребне, разделяющем долину реки Ингода и озера Кенон. В геологическом строении площадки участвуют элювиальные отложения, представленные продуктами глу­бокого выветривания алевролитов и песчаников (суглинками, песками средней крупности). Среди элювиальных отложений вст­речаются линзы и прослойки угля, не выдержанные как по мощ­ности, так и по простиранию. С поверхности до глубины 5.3 м элювиальные отложения перекрыты чехлом делювия, представленного суглинками коричневого цвета с неравномерной сортиров­кой обломочного материала.

Многолетнемерзлые грунты сливающегося типа распространены до глубины 18-22 м. Криогенная текстура многолетнемерзлых грунтов массивная, значительно реже сетчатая. Температура многолетнемерзлых грунтов на глубине нулевых годовых амплитуд сос­тавляет минус 0.1-0.2 °С. Грунты находятся в пластичномерзлом состоянии.

При проведении опытов использовались железобетонные призматические сваи квадратного сечения маркиc12-30. Пригруз свай выполнялся с помощью установки распорного типа. Четыре опытных сваи (№№ 51, 52, 53, 54) бы­ли испытаны с моделированном оттаивания многолетнемерзлых грунтов в процессе эксплуатации здания или сооружения. Пять свай (№№ 55, 56, 57, 58, 59) испытывались в предварительно локально оттаянных многолетнемерзлых грунтах.

Первая группа свай испытывалась по методике, в которой испытание расчленялось на два этапа. На первом этапе к свае прикладывалась первая ступень нагрузки, и одновременно прис­тупали к оттаиванию верхних слоев мерзлых грунтов. Оттаива­ние выполняли постепенно, слоями толщиной 1.0-1.5 м по нап­равлению сверху вниз. Радиус цилиндрической зоны из оттаявшего грунта соста­влял 6-10d(d- размер стороны поперечного сечения сваи), глубина оттаивания грунта превышала глубину погружения сваи на 5-7 м.

Первая ступень нагрузки назначалась равной 200 кН. Две последующие ступени были приняты по 100 кН, то есть загруз­ка сваи была осуществлена по схеме 200+100+100=400 кН в те­чение 2-х суток. Далее в течение всего этапа нагрузка на сваю поддерживалась постоянной, равной 400 кН. По окончании формирования вокруг сваи зоны указанных размеров из оттаяв­шего грунта и стабилизации осадки сваи под нагрузкой 400 кН первый этап испытаний заканчивался. Критерий условного зату­хания осадки принимался по ГОСТ5686-78* (1982) . Оттаивание многолетнемерзлых грунтов выполнялось электронагревателями, устанавливаемыми в трех скважинах.

Наблюдение за ходом оттаивания выполнялось при помощи ртутных почвенно-глубинных, заленивленных термометров и электрических термометров сопротивления. По окончании первого этапа испытаний приступали ко вто­рому, на котором осуществлялось дальнейшее загружение сваи ступенями по 50 кН до максимальной величины нагрузки, предусмотренной программой.

Измерение вертикальных и горизонтальных перемещений сваи велось прогибомерами системы Аистова. По результатам испытаний свай построены графики зависимости осадки сваи от нагрузки (рис. 1). Осадка свай № 51 и 52 в конце первого этапа испытаний составила 5.13 и 7.46 мм соответственно. В конце второго этапа значение осадки достигло 24.31 и 25.14 мм. Получены значения несущей способности оснований свай, которые равнялись 700 и 680 кН.

Во время испытаний свай велись наблюдения за осадкой уплотняющегося при оттаивании многолетнемерзлого грунта, окружающего сваю. Около опытной сваи № 51 было установлено четыре марки (рис. 2). Измерение перемещений поверхностных марок велось геометрическим нивелированием и с помощью прогибомеров.

По результатам наблюдений за перемещениями поверхност­ных марок построены графики изменения осадки марок во време­ни. Продолжительность наблюдений за перемещениями марок равнялась 51.4 сут. За период наблюдений вокруг сваи сформировалась зона из оттаявшего грунта диаметром 5.8 м. Глубина оттаивания грунта достигла 16.0 м. Суммарные зна­чения осадки поверхностных марок составляли: марка № 1 - 10.49 мм, № 2 - 16.42 мм, № 3 - 17.06 мм, № 4 - 13.42 мм.

Невысокие значения осадки марок свидетельствуют о низкой сжимаемости под собственным весом оттаивающих многолетнемерзлых грунтов, окружающих сваю, о медленном протекании проце­сса уплотнения при оттаивании элювиальных суглинков тугопластичной и твердой консистенции.

Нaданной площадке также проведены сопоставительные опыты по определению несущей способности оснований, двух свай (сваи № 53 и 54). Свая № 53 своим острием опиралась на прослойку бурого угля, выветрелого до состояния угольной крошки. Толщина угольной прослойки 0.3 м. Свая № 54 прорезала названную прослойку и на 0.2 м была заглуб­лена в многолетнемерзлый элювиальный суглинок массивной криоген­ной текстуры.

Испытание свай № 53 и 54 велось в два этапа. Осадка свай к концу первого этапа (оттаивающий грунт) составила со­ответственно 5.21 и 2.69 мм. На втором этапе испытаний (в оттаявшем грунте) при нагрузке 650 кН произошел срыв сваи № 53, в то время как у сваи № 54 при большей нагрузке (800 кН) срыва не произошло. Суммарное значение осадки сваи № 53 дос­тигло 47.41 мм, у сваи № 54 осадка составила всего лишь 16.02 мм (под суммарными нагрузками соответственно 650 и 800 кН).

По результатам испытаний свай №№ 53 и 54 можно сделать вывод о том, что выветрелый бурый уголь при оттаивании под острием свай обладает значительно меньшей несущей способно­стью (в 1.3-1.5 раза) чем элювиальный суглинок массивной криогенной текстуры с суммарной влажностью 0.150.

Сваи, входящие во вторую группу, были забиты в предварительно локально оттаянные многолетнемерзлые грунты. Радиус зоны из оттаянного грунта в плане составлял 2.4-3.0 м, глубина оттаивания - 16-17 и. Сваи были погружены на глубину 11.0-11.6 м. Испытание сваи велось в соответствии с действующими стандартами. На рис. 6.38 приведены графики зависимости оса­дки свай №№ 55 и 56 от нагрузки.

Максимальная нагрузка, приложенная к сваям, равнялась 900 кН, суммарная осадка сваи № 55 достигла 19.78 мм, у сваи № 56 она была несколько меньше -i5.94 мм. Получены значения несущей способности оснований, у сваи № 55 оно равнялось 750 кН, а у сваи № 56 - 840 кН.

Сравнивая несущую способность оснований свай (сваи №№ 51 и 52), испытанных с моделированием оттаивания многолетнемерзлых грунтов в процессе эксплуатации сооружений, и свай (сваи №№ 55 и 56), погруженных в предварительно оттаянный многолетнемерзлый грунт, нетрудно увидеть, что при значительных затра­тах материальных ресурсов и электроэнергии на предпостроечное оттаивание элювиальных суглинков массивной криогенной текстуры эффект от этого мероприятия незначительный. Так как значение несущей способности возросло лишь на 7 %, а осадка свай уме­ньшилась лишь на 17 % (на 4-9 мм).

В связи с изложенным, можно сделать вывод о том, что в условиях распространения многолетнемерзлых элювиальных суглинков массивной криогенной текстуры (с суммарной влажностью до 0.160) осуществлять предпостроечное локальное электрооттаивание грунтов в основании свай малоэффективно.

Иллюстрации

Рис. 1. Зависимость осадкиsсвай №№ 51, 52, 55, 56 от нагрузкиp

Рис. 2. Схема расположения опытной сваи № 51 и поверхностных марок