3.2.3. Просадочность лёссовых грунтов

3.2.3.    Просадочность лёссовых грунтов

При увлажнении лёссового грунта происходят следующие явления: размягчаются и частично растворяются жесткие кристаллизационные связи, развивается расклинивающее действие пленочной воды, снижается прочность водно-коллоидных связей между частицами. Это при некотором давлении приводит к уплотнению грунтов, в т. ч. за счет заплывания макропор, приводящему к просадке. Просадочность грунта зависит от его состава, структуры и напряженного состояния, поэтому для каждого слоя лёссового грунта определяют относительную просадочность при давлениях, которые он будет испытывать в основании сооружения. Известны случаи, когда после замачивания сравнительно большой толщи лёссовых грунтов поверхность грунта проседала на 2...2,5 м.

Просадочность грунта оценивают относительной просадочностью ε_st, которую можно определить по данным компрессионных испытаний с подачей (при различных давлениях) воды в одометр. В результате таких испытаний строят график зависимости высоты образца от давления и характера деформации при замачивании (рис. 3.1,а), а затем находят относительную просадочность при данном давлении:

(3.1)

где h_n·р — высота образца грунта природной влажности при давлении, ожи­даемом на данной глубине после возведения сооружения; h_sat·р — высота образца после просадки от замачивания; h_n·g — высота образца при при­родном давлении р₁ =σ_z,g, на данной глубине z.

Рис. 3,1. Графики деформации лёссового грунта при замачивании
а — изменение объема (компрессионная кривая);  б — изменение коэффициента относительной просадочности

Условно грунт считают просадочным при ε_st≥0,01. Величина Bsi в значительной степени зависит от действующего давления. При малом давлении обычно ε_st<0,01, т. е. грунт можно считать практически непросадочным.
Если провести в компрессионных приборах серию испытаний лёссового грунта с замачиванием образцов при различных нагрузках, то нетрудно получить график зависимости коэффициента относительной просадочности ε_st от давления (рис. 3.1,6). Такие графики позволяют оценивать начальное просадочное давление p_st, при котором ε_st = 0,01. При меньшем давлении лёссовый грунт считают практически непросадочным. Однако более правильно определять начальное просадочное давление путем налива воды в опытный котлован. Для этого снимают растительный слой и им выполняют обвалование экспериментальной площадки. На вскрытый лёссовый грунт насыпают небольшой слой песка для исключения кольматации поверхности грунта. В центре площадки устанавливают глубинные марки и подают в котлован воду до тех пор, пока не будет промочена вся толща лёссовых грунтов. Размеры котлована в плане должны быть не менее величины просадочной толщи испытываемых грунтов.
По мере дополнительного увлажнения лёссовый грунт проседает не только непосредственно под дном котлована, но и за его пределами. Эта просадка сопровождается растяжением грунта с образованием трещин и уступов (рис. 3.2). Такого рода деформации отражаются на надземных сооружениях и подземных коммуникациях. Измерения с помощью глубинных марок вертикальных послойных перемещений позволяют установить глубину, ниже которой грунт начинает проседать под действием собственного веса. Это давление и является начальным просадочным давлением p_st. Чем больше p_st, тем устойчивее грунт при замачивании.

Рис. 3.2. Просадка поверхности лёссового грунта при замачивании
1 — поверхность грунта после замачивания; 2 — то же, до замачивания; 3 — подсыпка песка; 4 — замоченный грунт; 5 — непросадочный грунт

Этот же эксперимент позволяет установить тип просадочности грунтов лёссовой толщи:

• I    тип — когда под действием собственного веса грунта вся толща проседает не более чем на 5 см (в основном просадка грунта развивается при замачивании под действием внешней нагрузки) ;
• II    тип — когда под действием собственного веса грунта вся толща проседает более чем на 5 см.