 |  | |
 УДК 624.15 Использование палевых суглинков четвертичных отложений Донецкого бассейна при укреплении оснований зданий и сооружений
Кошелева Т.В., доцент, Степанов П. П., магистрант, Ангелев А. В., магистрант Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Четвертичные отложения Донецкого бассейна повсеместно включают в состав палевые и желто-бурые лессовые суглинки. Проведенные исследования позволили рекомендовать их к применению после проведения диспергации в инъекционных цементно-глинистых растворах при укреплении оснований зданий и сооружений
Донецкий бассейн представляет собой верхнепалеозойское складчатое сооружение, которое возникло в конце нижней перми в восточной части геотектонической структуры - Доно-Днепровский прогиб. Складчатое сооружение Донбасса с полным правом может рассматриваться как самостоятельная геоструктурная единица. Он имеет четкие географические и геологические границы, достаточно большие размеры, простую и ясную форму и свойственный только ему режим осадконакопления. Одной из основных черт этой складчатой структуры является накопление угля, нефти, газа, галогенов, карбонатов, а также единый тектонический режим. Донбасс в современном плане является крупнейшей молодой антеклизой, приподнятое палеозойское ядро которой окружено отложениями мезозоя и кайнозоя. В центральной части Донбасса располагается Донецкий кряж, являющийся наиболее возвышенным местом, абсолютные отметки которого достигают 369 м. Четвертичные (антропогенные) отложения расположены в Донбассе повсеместно. Наиболее мощные отложения встречаются в долине Северного Донца, где их мощность достигает 35…40 м. Наибольшее развитие имеют элювиальные, делювиальные и аллювиальные отложения. Антропогенные отложения имеют три отдела. Отложения нижнего отдела имеют небольшую, невыдержанную по высоте мощность (до 15…20 м). Наиболее часто встречаются отложения водоразделов, рек и временных потоков, другие же комплексы (кора выветривания, озерные, болотные и др. отложения) наблюдаются значительно реже. Отложения водоразделов в пределах Донецкого кряжа представлены тяжелыми красно-бурыми лессовидными суглинками мощностью 3…5 м с крупными известковыми и гипсовыми включениями. Отложения водоразделов на окраинах бассейна включают лессовидные суглинки мощность 5…7 м. Аллювий нижнечетвертичных отложений выражен слоистыми палевыми суглинками, супесями и песками с прослоями гальки палеозойских пород в основании. Мощность аллювиальных отложений от 5м до 15 м. К среднему отделу четвертичных отложений относятся лессовые породы, которые располагаются на лессовых отложениях нижнего отдела, иногда отделяясь от них гумусированным прослоем (погребенная почва). Отложения представлены лессовидными суглинками, внизу коричнево желтыми, вверху палево-желтыми, мощностью до 6 м. На пониженных участках мощность этих отложений достигает 12 м. На левобережье Сев. Донца отложения представлены галечниками и песками с прослоями серых глин и ила общей мощностью до 25 м. Верхний отдел антропогена представлен толщей лессовых пород, подстилаемых горизонтом аллювия. Лессовые породы выражены тяжелыми буроватыми суглинками мощностью 3…5 м со слоем погребенной почвы в основании мощностью 0,4 м. В пониженных местах желто-буроватые суглинки залегают часто непосредственно на коренных породах, имеют признаки делювиального отложения и мощность до 10…12 м. Суглинки верхнего отдела широко распространены на склонах балок, где их мощность составляет 1,5…6 м. К современному отделу антропогена относится почва, осыпи, делювии склонов, аллювии пойм рек и балочных террас, бугристые пески на террасах. Среди элювиальных образований следует отметить кроме почв элювий коренных пород, мощностью 0,7…0,8 м. Элювий часто имеет ряд признаков лессовых пород (суглинистый состав, палевую и желто-бурую окраску) и обогащен включениями карбоната кальция. Пойменные отложения имеют пылевато-глинистый состав и мощность до 5 м. Современные делювиальные отложения приурочены к подножью склонов и представлены лессовидными суглинками с вкраплениями щебня коренных пород. Мощность пластов может достигать 3…4 м. Таким образом, наиболее широкое участие в строении верхней зоны грунтовой толщи Донецкого бассейна принимают палевые и желто-бурые лессовидные суглинки. Сложность строительства и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых грунтах, обладающих просадочными свойствами, заключается в том, что даже после ряда лет их эксплуатации при обводнении грунтов основания могут произойти значительные и часто неравномерные дополнительные осадки (просадки). Неравномерные осадки фундаментов вызывают появление дополнительных усилий в несущих конструкциях зданий и сооружений, которые приводят к их разрушению и непригодности к дальнейшей эксплуатации. В число внешних факторов, вызывающих появление дополнительных осадок в лёссовых грунтах входит одновременное воздействие внешних нагрузок и воды [1]. Внешними нагрузками на грунтовое основание зданий и сооружений являются нагрузки от собственного веса фундаментов и надфундаментных конструкций. Основными источниками обводнения грунтов являются: подъем горизонта подземных вод, а также поступление воды с поверхности (инфильтрация атмосферных осадков, сброс промышленных вод, утечки воды из водопроводной или канализационной сетей и др). Анализ опыта строительства на лессовых просадочных грунтах показал, что наиболее часто встречающимися причинами аварий объектов строительства являются ошибки, допущенные при оценке инженерно-геологических условий строительства, при выполнении расчетов и проектировании, а также при проведении работ по устройству фундаментов. Решение вопросов совершенствования и дальнейшего развития методов, обеспечивающих повышение надежности работы зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, в частности, на лессовых просадочных грунтах, приобрело важное значение. Значительный научный вклад в становление и развитие науки о строительстве на просадочных грунтах внесли следующие ученые: М.Ю. Абелев, М.Н. Гольдштейн, В.Н. Голубков, А.А. Григорян, С.Н. Клепиков, В.И. Крутов, А.А. Мустафаев, Н.А. Цытович и др. Следует отметить, что, несмотря на значительные объемы и убедительные достижения в области изучения особенностей строительства и повышения надежности работы и долговечности эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах, многие вопросы нуждаются в дальнейших исследованиях. К числу таких вопросов относится и совершенствование методов инъекционного закрепления оснований и фундаментов, строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, растворами на основе неорганических вяжущих материалов. К числу универсальных и широко распространенных вяжущих материалов с широким диапазоном прочностных свойств и стоимостных характеристик относятся цементы. Применение цементов обеспечивает значительное повышение прочности, водостойкости грунтового массива, снижение стоимости и создание возможности ведение процесса закрепления грунтов и в зимних условиях. Основным недостатком цементных растворов является невысокая степень помола отечественных цементов, что не позволяет закрепляющим растворам на их основе проникать в мелкопористую структуру пылевато-глинистых грунтов на достаточную глубину [2].. В связи с этим область их применения долгое время оставалось ограниченной закреплением трещиноватых скальных, крупнообломочных и песчаных грунтов. Возможность закрепления цементными растворами пылевато-глинистых грунтов может быть обеспечена применением сравнительно новой технологии закрепления грунтов с использованием гидроразрыва .В основе способа лежит получение в грунтовом массиве направленной полости разрыва, заполняемой в дальнейшем раствором на основе цемента с требуемыми параметрами. Упрочнение грунта достигается как за счет его уплотнения при разрыве, так и за счет армирования жесткими элементами из отвердевшего цементного раствора. Глубинное закрепление грунтов с использованием гидроразрыва основано на создании в массиве давлением воды направленной трещины, которая в последующем заполняется раствором на основе цемента. После отвердения раствора в грунте образуется плоский армирующий элемент, обеспечивающий необходимую жесткость и устойчивость основания фундамента. Требования к закрепляющим растворам на основе цемента определяются возможностью их изготовления, нагнетания, получения достаточной проникающей способности и прочности после отвердения в грунтовом массиве [3] Учитывая седиментационную неустойчивость и высокую водоотдачу цементных растворов, затрудняющих процессы изготовления, транспортирования и проникновения в тонкие трещины, предпочтительным является применение цементных растворов с добавлением глинистого компонента и реагентов-структурообразователей (жидкое стекло; сульфатно-спиртовая барда и др.). Предложеная технология «позонного закрепления грунтового массива» предусматривает инъекционное закрепление грунта цементно-глинистыми растворами в любой зоне массива. Ведение работ производится с высокой скоростью в любом направлении. Глина, входящая в качестве компонента в цементно-глинистые растворы, является инертной по отношению к агрессии грунтовых вод. Грунтовые воды могут содержать соли различного состава. В качестве заменителя глин обоснованно рекомендуется использование местных палевого и желто-бурого лессовидных суглинков. Оптимальный гранулометрический состав лессовидных суглинков характеризуется получение высоких прочностных характеристик закрепляющего раствора при наименьшем расходе портландцемента. Анализ опыта использования глинистых грунтов показал, что для получения оптимального гранулометрического состава содержание частиц в глинистой компоненте раствора должно находиться в следующих пределах: глинистых частиц 5…30%; пылеватых частиц 45…75%; песчаных - до 10%. Применение цементно-глинистых растворов определяется дефицитом чистых глин в Донецком бассейне, широким распространением палевых и желто-бурых суглинков в юго-восточной части территории Донбасса, достаточно высокой стабильностью состава и свойств, отсутствием необходимости в дополнительных транспортных расходах и ограничений в объемах материала. В целях обеспечения возможности использования местных палевого и желто-бурого лессовидного суглинка производят его диспергацию кальцинированной содой. При этом микроагрегаты пылеватого размера грунта распадаются на отдельные глинистые частицы, которые обеспечивают исходному глинистому раствору получение необходимых свойств. Крупные и тяжелые частицы песка, имеющие определенный электрический заряд, в закрепляющем растворе увлекают за собой на дно глинистые частицы и частицы цемента, вызывая седиментацию раствора. Поэтому в число основных требований к глинистому грунту входит требование по ограничению песчаной фракции до 10%. Гранулометрический состав палево-бурого суглинка, найденный с использованием методов просеивания через набор сит следующий: глинистых частиц – 27%, пылеватых частиц – 71%, песчаных – 2. Это соответствует предъявляемым требованиям. Качественными характеристиками приготовленного раствора являлись плотность, определяемая с использованием ареометра АГ-ЗПП. водоотдача, определяемая прибором ВМ-6, и подвижность, определяемая по конусу АзНИИ. Характеристики полученного цементно-глинистого раствора были следующими: плотность – 13,2 кН/м3; подвижность – 16 см; водоотдача за 30 мин. – 0%. Прочность цементно-глинистого раствора с содержанием цемента 100 г/л на 28 сутки твердения составила 3,8 МПа. По результатам проведенного исследования рекомендуется к применению цементно-глинистый раствор следующего состава: глинистый раствор плотностью - 1,18 г/см3 … 1,2 г/см3 ; портландцемент марки 400 - 100 г/л; натриевое жидкое стекло - 10 г/л; кальцинированная сода - 2% от расхода глины по массе; поверхностно-активное вещество (ПАВ) – 20 г/л. Выводы. Результаты исследования могут быть использованы при укреплении оснований фундаментов строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях с применением инъекции цементно-глинистых растворов рекомендуемого состава.
Библиографический список 1.. Улицкий В. М. Геотехническое сопровождение развития городов (практическое пособие по проектированию зданий и подземных сооружений в условиях плотной застройки) / В. М. Улицкий, А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин // Геореконструкция. – Стройиздат Северо-Запад, СПб 2010. 2 . V. Yarkin, S. Polivtsev, H. Kukhar, T. Kosheleva. Interal Bed Soils Consolidation with A plication of Hardening Mortars- MODERN INDUSTRIAL AND CIVIL CONSTRUCTION 2014, ТОМ 10, НОМЕР 2 ,133-140. 3. Прядко Н.В. Обследование и реконструкция жилых зданий / Н.В. Прядко - Макеевка: «Норд компьютер», 2006 – 155 с. | ||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)