Устройство для определения просадочных свойств грунта

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для определения просадок грунтов от собственного веса. Устройство для определения просадочных свойств грунта включает котлован уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта. По периметру котлована выполнены прорези в виде сплошных щелей на глубину нижней границы (Н_sl) просадочного грунта посредством бурения часто расположенных буросекущих пересекающихся в плане скважин. Таким образом, заранее сформирована поверхность скольжения обуренного буросекущими скважинами целика-столба грунта по поверхности массива окружающего грунта. Щели могут быть выполнены с помощью погружения специального ножа путем его забивки, а также с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи (jet-технология). Для исключения увлажнения окружающих грунтов в щелях котлована уменьшенных размеров (перед его замачиванием) выполнена противофильтрационная и антифрикционная завеса. Щель заполнена гидроизолирующим антифрикционным материалом - например, бентонитовым раствором, исключающим замачивание окружающих грунтов и создающим антифрикционную смазку по боковой поверхности отрезанного целика-столба грунта. Внутри котлована уменьшенных размеров встроены поверхностные и глубинные марки, по которым определяют просадку грунта по глубине и на поверхности котлована уменьшенных размеров, а также в средней части дна котлована выполнены дренирующие скважины. Устройство для определения просадочных свойств грунта дополнительно снабжено по крайней мере одним манжетным инъектором, выполненным в виде перфорированной трубы с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами, и установленным в скважину пробуренную в центральной части котлована, при этом, манжетный инъектор снабжен разжимным пакером.

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для определения просадок грунтов от собственного веса.

Известны устройства, а именно - опытные котлованы для замачивания просадочных грунтов с целью определения фактической ожидаемой просадки грунтов [1, 2] от собственного веса грунта при проведении инженерно-геологических изысканий. Величина фактической ожидаемой просадки необходима для проектированияи расчета зданий и сооружений на просадочных грунтах.

Обычно опытное замачивание производят непрерывно в течение нескольких месяцев в прямоугольных котлованах значительных размеров со сторонами не менее величины просадочной толщи (20-40 м). Большие размеры котлована вызваны необходимостью получения максимальной ожидаемой просадки грунта от собственного веса на исследуемой площадке. Максимальная просадка от замачивания развивается в центральной части опытного котлована, где наблюдается одноосное напряженное состояние грунта и его одномерное сжатие под действием напряжений. Касательные напряжения от сил трения между увлажненным проседающим и не увлажненным грунтом, находящимся за пределами котлована минимальны или отсутствуют в центральной части большого котлована, т.е. здесь наблюдается одноосное напряженное состояние. О максимально возможной величине просадки судят по измеренной просадке в центральной части котлована, где просадочный грунт претерпевает одномерное сжатие. Просадку измеряют с помощью глубинных и поверхностных марок, установленных в котлован перед его замачиванием. Данный способ определения просадки весьма дорогостоящий, трудоемкий и длительный. Для его проведения требуется 3500-10000 м3 воды, 3-5 месяцев непрерывного замачивания, 0,5-2 га свободных от застройки площадей, работа квалифицированного инженерного персонала в течение всего времени замачивания.

Известно также устройство (3) для определения просадочных свойств грунта, включающее котлован уменьшенных размеров для ускоренного опытного замачивания просадочного грунта и проявления максимально возможной просадки. Ускорение сроков проведения опытного замачивания (продолжительность составляет 1-2 недели) и сокращение объема требуемой воды (объем воды составляет всего 100-250 м3) достигаются уменьшением диаметра опытного котлована до величины, равной 0,1-0,4 величины просадочной толщи. Уменьшение сроков замачивания котлована происходит за счет уменьшения объема необходимого для появления просадки массива увлажненного грунта и сокращения пути фильтрации воды в грунт внутри котлована. Для того, чтобы в центральной части котлована уменьшенных размеров напряженное состояние приближалось к одномерному и было подобно напряженному состоянию грунта в центре большого котлована, в котловане уменьшенных размеров по периметру пробурены часто расположенные скважины, ослабляющие контакт с окружающими грунтами (эффект перфорации).

Сумма диаметров часто расположенных скважин составляет 0,4-0,5 периметра котлована, что уменьшает площадь контакта увлажняемого массива грунта и окружающего грунта и касательные силы трения между замоченным, склонным к просадке грунтом и грунтами, окружающими котлован. В результате замачивания уменьшенного котлована, просадочный грунт, находящийся внутри котлована (в виде обуренного часто расположенными скважинами столбика-целика грунта), стремится просесть и по линии бурения скважин по ослабленному сечению между скважинами происходит сдвиг проседающего грунта в котловане относительно окружающего массива. Известное устройство для определения просадочных свойств грунта имеет недостатки. При сдвиге касательные напряжения в самом столбике-целике грунта уменьшаются. Однако из-за наличия промежутков грунта между скважинами, касательные силы трения не уменьшаются до минимально возможных значений и в результате внутри столбика-целика не развивается вертикальное максимальное напряжение, что приводит к уменьшению и искажению просадки, т.е. напряженное состояние в целике-грунта не соответствует одномерному.

Недостатками данной конструкции являются:

- периметр котлована не полностью отделен от окружающего массива грунта, что искажает одноосное напряженное состояние и величину просадки внутри котлована;

- происходит увлажнение массива грунта, окружающего котлован, что увеличивает сроки замачивания, количество воды для замачивания и искажает просадку грунта в котловане;

- отсутствуют необходимые устройства для измерения просадок грунта по глубине массива увлажненного просадочного грунта;

- процесс замачивания просадочного грунта происходит медленно через дренирующие скважины.

Технической задачей полезной подели является устранение вышеперечисленных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения просадочных свойств грунта включающем котлован уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта с выделенным по его периметру целиком-столбом грунта, выполненным посредством пробуренных и часто расположенных скважин, согласно полезной модели, по периметру котлована, до глубины нижней границы просадочного грунта, выполнены прорези в виде щелей с помощью бурения буросекущих скважин, причем, в прорези встроены противофильтрационная и антифрикционная завеса путем заполнения щелей гидроизолирующим антифрикционным материалом, исключающим замачивание окружающих грунтов и облегчающим скольжение целика-столба грунта по окружающему котлован грунту, а внутри котлована установлены глубинные и поверхностные марки для определения просадки грунта по глубине и на поверхности, кроме того, в средней части дна уменьшенного котлована выполнены дренирующие скважины, кроме этого, устройство дополнительно снабжено по крайней мере одним манжетным инъектором, выполненным в виде перфорированной трубы с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами, и установленным в скважину пробуренную в центральной части котлована, причем, манжетный инъектор снабжен разжимным пакером. В устройстве для определения просадочных свойств грунта прорези могут быть выполнены на глубину нижней границы просадочного грунта путем забивки специального ножа или с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи.

Техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема устройство для определения просадочных свойств грунта, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - схема манжетного инъектора.

Устройство для определения просадочных свойств грунта включает котлован 1 уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта. По периметру котлована 1 выполнены прорези в виде сплошных щелей 2 на глубину нижней границы (Н_sl) просадочного грунта посредством бурения часто расположенных буросекущих пересекающихся в плане скважин 3. Таким образом, заранее сформирована поверхность скольжения обуренного буросекущими скважинами 3 целика-столба грунта 4 по поверхности массива окружающего грунта. Щели 2 могут быть выполнены с помощью погружения специального ножа путем его забивки, а также с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи (jet-технология). Для исключения увлажнения окружающих грунтов в щелях 2 котлована 1 (перед его замачиванием) выполнена противофильтрационная и антифрикционная завеса. Щель 2 заполняют гидроизолирующим антифрикционным материалом - например, бентонитовым раствором, исключающим замачивание окружающих грунтов и создающим антифрикционную смазку по боковой поверхности отрезанного целика-столба грунта 4. Внутри котлована 1 встроены поверхностные 5 и глубинные 6 марки, по которым определяют просадку грунта по глубине и на поверхности котлована уменьшенных размеров. Замачивание котлована может производиться через дренирующие скважины 7, устроенные в его средней части, если продолжительность испытания допускается до 2-3 недель. Это время необходимо для промачивания обуренного целика грунта через дренажные скважины. Если же требуется проведение опыта в кратчайшие сроки: 2-3 дня, то для ускорения процесса увлажнения обуренного целика грунта его замачивание водой производится принудительно по глубине через предварительно установленный в котловане глубинный манжетный инъектор 8 с расчетным количеством воды. Манжетный инъектор 8 представляет собой перфорированную трубу с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами (на чертеже не показаны) и установленный в скважину, пробуренную в центральной части котлована. В манжетный инъектор 8 помещен разжимной пакер 9. Для замачивания грунта через отверстия разжимного пакера 9 подают воду под избыточным давлением. При подаче воды манжеты манжетного инъектора 8 разжимаются и в просадочный грунт обуренного целика столба грунта 4 поступает вода. Вода подается последовательно в отдельные зоны; размеры зон, последовательность, давление и количество подаваемой воды определяются заданием на проведение опыта. Благодаря избыточному давлению воды сокращается время фильтрации и обуренный целик-столб грунта 4 водонасыщается гораздо быстрей, чем через дренирующие скважины.

Устройство для определения просадочных свойств грунта работает следующим образом.

При поступлении воды в углубление котлована 1 происходит водонасыщение внутреннего целика-столба 4 просадочного грунта по глубине с помощью дренажных скважин. В случае применения глубинного манжетного инъектора 8 водоносыщение грунта производится гораздо быстрее, как описано выше. Отделенный от окружающего грунта часто расположенными буросекущими скважинами 3, заполненными антифрикционным гидроизолирующим материалом - например бентонитовым раствором, водонасыщенный просадочный грунт в виде обуренного целика-столба 4 начинает проседать от собственного веса и происходит его сдвиг по щели 2 относительно неподвижного массива окружающего грунта.

Благодаря тому, что окружающий массив грунта не увлажняется и сохраняет неподвижное состояние, а также наличию смазки по поверхности щели происходит максимальное скольжение и снятие касательных сил трения между проседающим и окружающим неподвижным грунтом. При этом в целике-столбе 4 наблюдается одномерное напряженное состояние, просадка в котловане проявляется в полной мере и равна максимально возможной просадке для данной площадки. Просадка измеряется по поверхностным 5 и глубинным 6 маркам. По результатам опытного замачивания строятся графики развития просадки в котловане по поверхностным маркам, графики развития просадки по глубине - по глубинным маркам, графики скоростей замачивания грунта и проявления просадки по глубине и в плане.

Источники информации:

1. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83), М., Стройиздат, 1986 г.

2. Рекомендации по ускоренному замачиванию опытных котлованов в просадочных грунтах, М., НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 1982 г.

3. Авторское свидетельство СССР 850799, кл. Е02D 3/10, БИ 28, 1981 год.

1. Устройство для определения просадочных свойств грунта, включающее котлован уменьшенных размеров для ускоренного замачивания грунта с выделенным по его периметру целиком-столбом грунта, выполненным посредством пробуренных и часто расположенных скважин, отличающееся тем, что по периметру котлована, до глубины нижней границы просадочного грунта, выполнены прорези в виде щелей посредством бурения буросекущих скважин, причем в прорези встроены противофильтрационная и антифрикционная завеса путем заполнения щелей гидроизолирующим антифрикционным материалом, исключающим замачивание окружающих грунтов, а внутри котлована установлены глубинные и поверхностные марки для определения просадки грунта по глубине и на поверхности, кроме того, в средней части дна уменьшенного котлована выполнены дренирующие скважины.

2. Устройство для определения просадочных свойств грунта по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено по крайней мере одним манжетным инъектором, выполненным в виде перфорированной трубы с отверстиями, закрытыми эластичными манжетами, и установленным в скважину пробуренную в центральной части котлована, при этом манжетный инъектор снабжен разжимным пакером.

3. Устройство для определения просадочных свойств грунта по п.1, отличающееся тем, что прорези выполнены путем забивки специального ножа на глубину нижней границы просадочного грунта.

4. Устройство для определения просадочных свойств грунта по п.1, отличающееся тем, что прорези выполнены с помощью контролируемой направленной высоконапорной струи.