Засоленность является важнейшим фактором, оказывающим влияние на прочность мерзлого грунта.
Различают два типа засоления грунтов:
В отличие от морского (хлоридное) засоления мерзлых грунтов, обычное засоление (континентальное, техногенное) характеризуется иным составом поровых растворов (сульфатным, гидрокарбонатным) и, соответственно, другими показателями прочностных характеристик. Хлоридное (морское) засоление в наибольшей степени понижает температуру начала замерзания и прочность мерзлых грунтов по сравнению с сульфатным и гидрокарбонатным. Поэтому для регионов с морским засолением и обычным засолением расчетные характеристики мерзлых грунтов берутся из разных нормативных документов.
Расчетные характеристики с морским типом засоления определяются по «Рекомендациям по определению прочности мерзлых грунтов с морским типом засоления».
Расчетные характеристики с обычным типом засоления определяются по СНиП 2.02.04-88 (1990) «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».
По степени засоленности грунты подразделяют Таблица Б.31 (ГОСТ 25100).
Для практических целей установлен пороговый критерий засоленности для пылеватых песков с морским типом засоления, равный 0,05 %, что можно считать приемлемым, так как такая величина поддается определению техническими средствами.
Экспериментальные данные по содержанию незамерзшей воды Ww в рассматриваемых грунтах с различной засоленностью, а также данные по прочности R этих грунтов в зависимости от температуры позволили установить критерии перехода пластичномерзлого состояния грунтов в твердомерзлое.
Для грунтов с морским типом засоления
Суммарное содержание легкорастворимых солей, % от массы сухого грунта
Под засоленностью понимается содержание в грунте водорастворимых солей, выраженное в процентах к массе абсолютно сухого грунта (включая и массу водорастворимых солей).
Засоленность грунтов определяют методом водной вытяжки. Для ее приготовления можно использовать монолиты или грунты нарушенного сложения с влажностью, близкой к естественной, или подсохшие до воздушно – сухого состояния.
Для приготовления водной вытяжки отбирается навеска с таким расчетом, чтобы в ней содержалось 100 г скелетных частиц.
Поэтому нужно предварительно определить влажность грунта, лучше методом средней пробы, и рассчитать навеску сырого грунта по формуле:
где gв, gс – масса соответственно влажного и сухого грунта, г;
W – влажность грунта, доли единицы.
Навеску грунта переносят в широкогорлую стеклянную колбу или склянку объемом 1000 см 3 и приливают пятикратное количество дистиллированной воды, т. е. 500 мл. Вода не должна содержать углекислоту, так как в присутствии СО2 происходит растворение карбонатов кальция и магния, что ведет к увеличению сухого остатка, т. е. к завышению засоленности грунтов и искажению результатов анализа. Колбу или склянку с суспензией плотно закрывают резиновой пробкой и энергично взбалтывают в течение 5 мин, после чего вытяжку фильтруют через сухой складчатый фильтр. Фильтр помещают в воронку диаметром 15 – 20 см так, чтобы он лежал на 0,5 – 1,0 см ниже края воронки; под складной фильтр подкладывается беззольный фильтр диаметром 9 см. Однако нельзя допускать, чтобы фильтр был выше воронки, в этом случае раствор поднимается по капиллярам бумаги, образует «выцветы» солей на краю фильтра, что снизит концентрацию их в фильтрате.
Перед тем как вылить вытяжку на фильтр, колбу с суспензией встряхивают, чтобы взмутить навеску, и на фильтр стараются перенести по возможности весь грунт. Грунт забивает поры фильтра, задерживает коллоидные частицы, тем самым способствуя получению прозрачного фильтрата.
Поскольку первые порции фильтрата обычно бывают мутными, их нужно перефильтровывать; для этого первые мутные порции собирают в ту же колбу, в которой проводили взбалтывание. Для этого, как только суспензия будет вылита на фильтр, нижний конец воронки трубки закрывают пальцем и подставляют под нее ту же колбу, из которой вылили вытяжку с грунтом. Фильтрат собирают в колбу до тех пор, пока он не пойдет совершенно прозрачным. Прозрачный фильтрат собирают в чистую плоскодонную колбу объемом 500 – 700 мг, а мутный фильтрат из первой колбы выливают на фильтр, т. е. присоединяют к общей вытяжке. Во время фильтрования вытяжку следует закрывать покровным стеклом. Прозрачный фильтрат переносят в предварительно взвешенную фарфоровую чашку объемом 200 – 300 мл и выпаривают на водяной бане, при этом нужно следить за тем, чтобы фильтрат не кипел и не разбрызгивался. С целью ускорения выпаривания фильтрат можно разлить на три – четыре чашки.
Чашки с сухим остатком вытирают снаружи полотенцем. Высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 в течение 3 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Все взвешивания грунта, чашек и сухого остатка производятся на технических весах с точностью до 0,01г. в соответствии с табл. 3.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)
____________________________________________________________________ Текст Сравнения ГОСТ 25100-2020 с ГОСТ 25100-2011 см. по ссылке; Текст Сравнения ГОСТ 25100-2011 с ГОСТ 25100-95 см. по ссылке. — Примечание изготовителя базы данных. ____________________________________________________________________
Дата введения 2013-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и МСН 1.01-01-2009 «Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения»
Сведения о стандарте
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (МНТКС) (приложение Д к протоколу N 39 от 8 декабря 2011 г.)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа государственного управления строительством
Агентство по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства
Министерство строительства и регионального развития
Департамент регулирования градостроительной деятельности Министерства регионального развития
Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 июля 2012 г. N 190-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 25100-2011 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2013 г.
6 ИЗДАНИЕ (июль 2018 г.) с Поправками (ИУС 5-2015, 9-2015)
Введение
В настоящем стандарте приведена классификация скальных грунтов как по результатам испытания образца, отобранного из массива, так и классификация для скального массива в целом.
Учитывая различия в указанных выше классификациях в наименованиях грунтов, а также в методиках определения отдельных характеристик, в настоящем стандарте приведены:
— основные термины, используемые в [1]-[4], а также их определения (см. приложение Д);
— соответствие наименований дисперсных грунтов, используемых в настоящем стандарте, и в [1] и [2] (см. приложение Е);
— методики пересчета результатов определений гранулометрического состава дисперсных грунтов и характеристик пластичности глинистых грунтов (см. приложение Е) для перехода из одной классификации в другую.
Приведенное в настоящем стандарте сопоставление классификаций грунтов даст возможность использовать (в случае необходимости) международные классификации.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию, применяемую при производстве инженерных изысканий, проектировании и строительстве зданий и сооружений.
К наименованиям грунтов и их характеристикам, предусмотренным настоящим стандартом, допускается вводить дополнительные наименования и характеристики, если это необходимо для более детального подразделения грунтов с учетом природных условий района строительства и специфики отдельных видов строительства.
Дополнительные наименования и характеристики грунтов не должны противоречить классификации настоящего стандарта и должны учитывать частные классификации, установленные в отраслевых нормативных документах.
В настоящем стандарте грунт рассматривается как однородная по составу, строению и свойствам часть грунтового массива.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 10650-72 Торф. Метод определения степени разложения
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ
ГОСТ 25584-90 Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации
ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества
ГОСТ 28622-90 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.2 блок: Совокупность скальных грунтов, отделенная от соседних блоков разрывами или трещинами (тектонический блок, оползневой блок, блок отдельности).
3.3 блок отдельности (отдельность): Часть массива скальных грунтов, ограниченная трещинами, свойства которой могут быть охарактеризованы лабораторными исследованиями образца скального грунта.
3.4 вещественный состав грунта: Химико-минеральный состав вещества твердых, жидких, газовых и биотических (живых) компонентов грунта.
3.5 водопроницаемость: Способность грунта фильтровать воду.
3.6 глинистый грунт: Связный грунт, состоящий в основном из пылеватых и глинистых (не менее 3%) частиц, обладающий свойством пластичности ( 1%).
3.7 гранулометрический состав грунта: Процентное содержание первичных (не агрегированных) частиц различной крупности по фракциям, выраженное по отношению их массы к общей массе грунта.
3.8 грунт: Любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.
3.9 дисперсный грунт: Грунт, состоящий из совокупности твердых частиц, зерен, обломков и др. элементов, между которыми есть физические, физико-химические или механические структурные связи.
3.10 засоленность: Характеристика, определяемая количеством водорастворимых солей в грунте.
3.11 заторфованный грунт: Песчаный или глинистый грунт, содержащий в своем составе от 3% (для песка) и от 5% (для глинистого грунта) до 50% (по массе) торфа.
3.12 ил: Современный нелитифицированный морской или пресноводный органо-минеральный осадок, содержащий более 3% (по массе) органического вещества, как правило, имеющий текучую консистенцию 1, коэффициент пористости 0,9 и содержание частиц размером менее 0,01 мм более 30% по массе.
3.13 криогенная текстура: Совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентацией, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.
3.14 криогенные структурные связи грунта: Связи, возникающие в дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате цементирования льдом.
3.15 крупнообломочный грунт: Несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером более 2 мм составляет более 50%.
3.16 ледогрунт: Грунт, содержащий в своем составе более 90% льда.
3.17 липкость, прилипаемость (предел адгезионной прочности глинистых грунтов): Способность грунта прилипать к различным материалам при соприкосновении.
3.18 литифицированные глинистые грунты: Глинистые грунты дочетвертичного возраста, прошедшие в своем развитии стадию позднего диагенеза и обладающие преимущественно контактами переходного типа.
3.20 минеральный грунт: Грунт, состоящий из неорганических веществ.
3.21 морозный грунт: Скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.
3.22 набухающий грунт: Грунт, увеличивающий свой объем при замачивании водой и имеющий относительную деформацию набухания 0,04 (в условиях свободного набухания) или развивающий давление набухания (в условиях ограниченного набухания).
3.23 несвязный грунт: Дисперсный грунт, обладающий механическими структурными связями и сыпучестью в сухом состоянии.
3.24 органическое вещество: Органические соединения, входящие в состав грунта.
3.25 органо-минеральный грунт: Грунт, содержащий от 3% до 50% (по массе) органического вещества.
К засоленным относят дисперсные грунты пустынных и полупустынных, реже степных районов с повышенным содержанием водорастворимых минеральных солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и др.).
Основная специфическая особенность засоленных грунтов — развитие в них суффозионной осадки,которая возникает в результате выщелачивания из них солей при длительной фильтрации воды. Следствием суффозионной осадки являются большие и неравномерные деформации грунтовых оснований различных зданий и сооружений. За счет выщелачивания и растворения солей значительно повышаются агрессивность подземных вод к бетону и коррозионная активность грунтов к подземным металлическим конструкциям.
Засоление грунтов обусловлено влиянием климатических, геолого-гидрогеологических, геоморфологических и других факторов. Определенное значение имеет эоловый перенос солей. В современный период возрастает воздействие хозяйственной деятельности человека (вторичное засоление на орошаемых площадях и др.).
В засоленных грунтах соли находятся как в твердом состоянии в виде отдельных крупных кристаллов, друз (скоплений), тонкодисперсных кристаллов, рассеянных по всей массе, так и в поровых водах. Меняется окраска пород, появляются солевые корки, пятна и налеты солей, в том числе на плоскостях трещин.
Основными типами засоленных глинистых грунтов являются солончаки, солонцы, такыры и др.
Солончакиотличаются повышенным содержанием легкорастворимых натриевых солей и формируются на отрицательных формах рельефа — низменностях, поймах, дельтах, берегах соленых озер и лиманов и т. п. Солончаки бывают:
1) корковые, покрытые с поверхности солевой коркой;
2) пухлые с наличием рыхлых солей типа Na2S04хН20 и
3) мокрые, адсорбирующие пары воды из воздуха. Для всех видов солончаков характерно близкое залегание грунтовых вод (1—3 м).
Солонцы(луговые или степные) залегают на более повышенных участках рельефа, чем солончаки. Как и все другие виды засоленных грунтов, в сухом состоянии отличаются значительной твердостью, а при увлажнении размокают, набухают, становятся пластичными и липкими. В глинистой фракции солонцов преобладают обменные катионы натрия, поэтому размокший солонец просыхает очень медленно.
Такыры— участки с засоленными глинистыми грунтами в пустынных зонах, с исключительно гладкой поверхностью, лишенные растительности и разбитые трещинами усадки на небольшие полигональные отдельности. В сухое время года такырные грунты очень твердые, но после увлажнения становятся вязкими и липкими, что весьма затрудняет проезд транспорта.
Для инженерно-геологической характеристики засоленных грунтов используют следующие количественные показатели:
—степень засоленностиDsol — отношение массы водорастворимых солей к массе сухого грунта (в %);
—абсолютное и относительное суффозионное сжатие(соответственно Δhsf и εsf), т. е. показатели способности грунтов к уменьшению объема, вследствие химической суффозии (выноса). Наиболее достоверно определяются в полевых условиях методом статической наuhузки с длительным замачиванием;
—степень выщелачивания солейβ — отношение массы выщелоченных из грунта солей к их начальной массе;
—начальное давление суффозионного сжатияРsf— минимальное давление, при котором проявляется суффозионное сжатие грунта.
Строительство на засоленных грунтахбез учета их специфических особенностей (степени засоленности и выщелачивания, состава водорастворимых солей, солевого и влажностного режима и т. д.) приводит к развитию неравномерной суффозионной осадки и коррозии строительных конструкций (рис. 23.16).
Для предотвращения или устранения возможных деформаций при строительстве на засоленных грунтах различных объектов применяют следующие мероприятия:
—прекращение или замедление движения фильтрационного потока (глинистые, битумные, цементные водонепроницаемые завесы);
—прорезку толщи засоленных грунтов свайными и иными фундаментами, с установкой их на незасоленные грунты;
—частичную или полную срезку засоленных грунтов и устройство подушек из песка и суглинка;
—предпостроечное рассоление и последующее уплотнение грунтового основания;
—химическое закрепление (особенно для загипсованных песков и супесей).
При устройстве дорожных насыпей для нейтрализации вредного действия солей (например, Na2S04 и MgS04, препятствующих уплотнению) вводят различные добавки (гранулометрические или химические).
В перечень требований, предъявляемых к строительству зданий и сооружений на засоленных грунтах, входит применение водозащитных и конструктивных мероприятий. Особое внимание следует уделять антикоррозионным мерам для защиты подземных строительных конструкций от агрессивного действия подземных вод и коррозионной активности засоленных грунтов.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Рекомендации Рекомендации по определению прочности мерзлых грунтов с морским типом засоления.
ФГУП ПНИИИС ГОССТРОЯ РОССИИ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРОЧНОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ С МОРСКИМ ТИПОМ ЗАСОЛЕНИЯ
Приведена методика определения прочности засоленных мерзлых песчано-глинистых грунтов, их фазового состава, расчетных значений прочностных характеристик мерзлых грунтов с морским типом засоления и примеры расчета несущей способности свай в подобных грунтах.
Предназначены для проектно-изыскательских и строительных организаций.
Рекомендации составлены сотрудниками ФГУП ПНИИИС к. т. н. В.И. Аксёновым (отв. исп.) при участии д. г. м. н. Г.И. Дубикова, к. г. м. н. Н.В. Ивановой, к. т. н. И.В. Шейкина, зав. группы Г.И. Клиновой.
ВВЕДЕНИЕ
Многолетнемерзлые грунты, характеризующиеся морским типом засоления, занимают обширные территории Арктического побережья России. Особенности физико-механических свойств этих грунтов определяют специфические требования к изысканиям и проектированию сооружений на таких грунтах.
Использование накопленного опыта изысканий, проектирования и строительства на засоленных мерзлых грунтах имеет первостепенное значение. Вместе с тем, такой опыт слабо освещен в периодической отечественной и зарубежной литературе, а региональные особенности засоленных мерзлых грунтов Арктического побережья не получили должного отражения в нормативных или инструктивных материалах.
В настоящих рекомендациях рассматриваются возможность применения стандартных лабораторных методов к испытаниям засоленных мерзлых грунтов, даны таблицы уточненных нормативных и расчетных значений прочности мерзлых песчано-глинистых грунтов с морским типом засоления, а также примеры использования данных таблиц при расчетах несущей способности свай в таких грунтах.
При подготовке рекомендаций систематизирован и проанализирован обширный фактический материал по исследованиям физико-механических свойств мерзлых песчано-глинистых четвертичных отложений п-ова Ямал и Югорского п-ова, содержащийся в многочисленных научных и технических отчетах и публикациях по итогам работ за последний тридцатипятилетний период. Основой для рекомендаций послужили результаты полевых исследований и лабораторных испытаний засоленных мерзлых грунтов на прочность, изложенные в работах Ю.Я. Велли (1973), В.И. Аксенова (1980), Яркина А.Н. (1986), Брушкова А.В. (1998) и научно-технических отчетах ПНИИИС, а также методические разработки ЛенЗНИИЭП, ПНИИИС и НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.
В рекомендациях учтены замечания и предложения, сделанные по первой редакции документа геологическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, Фундаментпроектом, Ленаэропроектом, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, МГСУ им. В.В. Куйбышева и Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СОРАН.
Авторы выражают благодарность администрации Надымгазпрома, работникам ВНИИГАЗа, Ленгипротранса, Южниигипрогаза за помощь и содействие в проведении полевых исследований по этой актуальной для практики проблеме. Экспедиционные и экспериментальные полевые и лабораторные исследования, сбор материалов, использованных при подготовке настоящих Рекомендаций, и их опубликование оказалось возможным благодаря финансовой поддержке ООО «ВНИИГаз».
Авторы признательны главному научному руководителю по проблемам освоения Ямала ООО «ВНИИГаз» д.т.н. проф. Одишария Г.Э. за поддержку в разработке Рекомендаций.
Авторы выражают благодарность бывшим сотрудникам Андерминской мерзлотной станции д.г-м.н. Брушкову А.В., инженерам Николаеву А.А., Петрухину Ю.С., Цыбиной Н.Ф., Ленинских Г.В. за участие в экспериментальных исследованиях.
Просьба замечания и предложения присылать по адресу: 105187, Москва, Окружной пр., 18, ФГУП ПНИИИС.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Несущую способность мерзлых грунтов ( Fи ) оснований столбчатых фундаментов и свай определяют по значениям расчетных давлений ( R ) и сопротивлений сдвигу ( Raf ), получаемых по данным полевых и лабораторных испытаний грунтов для выделенных инженерно-геологических элементов.
1.3. Для оценки достоверности полученные в лабораторных условиях значения характеристик прочности засоленных мерзлых грунтов были сопоставлены нами с данными полевых испытаний свай, установленных в мерзлых грунтах с аналогичным типом засоления. Сопоставление лабораторных данных определений прочности с данными полевых испытаний свай показало их удовлетворительную сходимость (расхождения составили не более 10 %).
В то же время, расхождение величин несущей способности опытных свай с расчетом СНиП 2.02.04-88 достигает 50 %. Это обусловило необходимость разработки предлагаемых ниже новых таблиц прочностных свойств мерзлых грунтов с морским типом засоления.
1.4. Данные предлагаемых таблиц отражают региональные особенности исследованных грунтов и предназначены для использования в изыскательской и проектной практике при освоении арктических районов. В них учитывается вид грунта, его влажность, льдистость, засоленность и температура.
1.6. Данные таблиц применимы для грунтов с морским (хлоридным) типом засоления, которые распространены на арктических островах, вдоль побережья и на шельфе арктических морей Российской Федерации (северные районы Мурманской, Архангельской и Тюменской областей, Красноярского края, Якутии-Саха, Магаданской области).
2. РЕГИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ С МОРСКИМ ТИПОМ ЗАСОЛЕНИЯ
2.1. Засоленные мерзлые грунты занимают большие пространства на Арктическом побережье России (рис. 1) и прибрежных участков арктических морей. Засоление отмечается в четвертичных отложениях морского, гляциально-морского и аллювиально-морского генезиса и относится к морскому типу. Засоленные породы представлены разнообразными по составу грунтами от песков до тяжелых глин.
2.2. Распространение засоленных грунтов определяется тремя факторами: развитием морских четвертичных трансгрессий, когда отложения пропитывались солеными иловыми водами, последующим промерзанием отложений после отступания моря и возможным рассолением верхнего горизонта морских пород при их оттаивании в эпохи потеплений климата.
В отличие от морского засоления мерзлых грунтов, другие типы засоления (континентальное, техногенное) могут характеризоваться иным составом поровых растворов (сульфатным, гидрокарбонатным) и, соответственно, другими показателями прочностных характеристик.
Хлоридное засоление в наибольшей степени понижает температуру начала замерзания и прочность мерзлых грунтов по сравнению с сульфатным и гидрокарбонатным. Поэтому для регионов с неморским засолением мерзлых грунтов разработанные рекомендации применимы ограниченно.
При экспериментальных исследованиях прочностных свойств были выбраны наиболее типичные для Арктического побережья засоленные мерзлые грунты: песок мелкий, песок пылеватый, супесь, суглинок легкий, суглинок тяжелый, глина.
3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЗАСОЛЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
3.1. Общие требования к испытаниям
3.1.2. Выбирать методы и приборы для проведения лабораторных испытаний следует, исходя из наличия и конструкции холодильных камер, возможности размещения в них необходимых приборов, длительности испытания грунтов, а также обеспечения заданной отрицательной температуры.
3.1.3. Состав определяемых характеристик засоленных мерзлых грунтов устанавливается заданием или программой на инженерные изыскания.
3.1.4. Испытания грунтов производят на образцах ненарушенного сложения, либо в соответствии с техническим заданием на образцах нарушенного сложения.
3.1.6. Для предохранения образцов мерзлых засоленных грунтов от выветривания и потери исходной влажности и засоленности используют эластичную резину, полиэтиленовую пленку, различные гидрофобные обмазки, обкладку снегом.
3.1.7. Приборы и оборудование, используемые в лаборатории для испытания засоленных грунтов, должны иметь надежные антикоррозийные покрытия и требуют тщательного ухода после каждой серии испытаний.
3.1.8. Общим требованием является обязательная тарировка приборов при заданной отрицательной температуре. Вносимые в камеру и используемые в опыте приспособления (штампы, обоймы, измерительные устройства) должны заранее выстаиваться при отрицательной температуре.
3.2. Подготовка образцов к испытаниям
3.2.1. Отбор образцов грунтов из скважин и горных выработок, упаковка и транспортировка монолитов ненарушенного сложения для последующих испытаний должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12071-72. Недопустимо даже кратковременное растепление и оттаивание грунтов, приводящее к изменению их криогенной текстуры и перераспределению влаги.
3.2.2. Образцы нарушенного сложения готовятся из отобранного для испытаний грунта, который высушивается до воздушно-сухого состояния, измельчается, просеивается через сито 1 мм, тщательно перемешивается и из которого методом квартования отбираются средние пробы.
Подготовленный сухой грунт замешивается с раствором морской соли или NaCl определенной концентрации. Количество безводной соли рассчитывается, исходя из навески сухого грунта и требуемой засоленности. Объем воды назначается, как правило, исходя из влажности грунта на пределе текучести или полной влагоемкости.
3.2.4. Изготовление образцов с необходимой криогенной текстурой (слоистой или сетчатой) достигается за счет варьирования влажностью, температурой и положением фронта промерзания. Для получения текстурированных образцов обоймы с грунтом помещают в гнезда контейнера из теплоизоляционного материала и обеспечивают промораживание с торцевых сторон.
3.2.8. Необходимо вести контроль влажности и засоленности до опытов и после испытания. Засоленность можно контролировать с помощью кондуктометрического солемера по концентрации соли в водной вытяжке.
3.2.9. Для контроля идентичности изготовляемых образцов в каждой серии могут быть привлечены геофизические методы (например, 2-х электродное измерение электрического сопротивлений или измерение скорости прохождения упругих волн).
3.3. Испытание шариковым штампом
3.3.3. Для лабораторных испытаний засоленных мерзлых грунтов диаметр шарикового штампа рекомендуется брать равным или больше 2,3 см.
3.3.4. Величина нагрузки F на шариковый штамп назначается путем подбора так, чтобы осадка штампа S за выбранный интервал времени лежала в следующих пределах (Аксенов, 1990):
Если при принятой нагрузке F осадка S превышает рекомендуемое значение, то F следует уменьшить, и наоборот.
3.3.5. Предельно длительное значение эквивалентного сцепления определяют по формуле:
(2)
3.4. Испытание на одноосное сжатие
3.4.2. Нагрузку на образец прикладывают плавно, увеличивая ее равными ступенями нагружения. На каждой ступени осевое напряжение в образце должно быть постоянным, а продолжительность действия каждой ступени нагружения должна составлять 24 часа (для пластичномерзлых засоленных грунтов трое суток). На каждой ступени нагружения периодически регистрируют величины деформаций образца.
Испытание продолжают до тех пор, пока процесс деформирования образца не перейдет в стадию незатухающей ползучести или относительная продольная деформация образца достигнет 0,2 (длительность испытаний может составлять от 10 до 30 суток).
Предельно длительное значение прочности на одноосное сжатие R с у засоленного грунта вычисляют по формуле:
(3)
3.4.3. Помимо требования к параллельности торцов образца приборы для сжатия должны обеспечивать строго вертикальную передачу нагрузки на образец, что может быть обеспечено за счет применения направляющих или приспособлений, исключающих перекос образцов под нагрузкой.
3.4.5. В некоторых случаях у пластичномерзлых засоленных грунтов под нагрузкой не устанавливается стадия пластического течения вплоть до величины деформации 20 % и более от первоначальной высоты образца. Во всем диапазоне испытаний таких грунтов проявляется стадия затухающей ползучести, что не позволяет оценить величину длительной прочности. Расчет оснований представленных такими грунтами следует вести по деформации.
3.5. Срез по поверхности смерзания
3.5.1. Определение сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания с материалом фундамента Raf проводится в соответствии с ГОСТ 12248-96. Испытание образцов засоленного мерзлого грунта на срез можно проводить в одноплоскостных срезных приборах (конструкция Садовского А.В.) с фиксированной плоскостью среза.
3.5.2. Для испытаний используются мерзлые образцы нарушенного сложения, приготовленные из талого грунта. Образцы грунта и материала фундамента должны иметь форму цилиндра диаметром 71,4 мм и высотой 35 мм. К образцу грунта, (смерзшегося) с фрагментом фундамента прикладывается касательная нагрузка с одновременным приложением нормальной к плоскости среза сжимающей нагрузки от динамометра.
Собранный образец выставляется в морозильную камеру на всестороннее промораживание при заданных температурах.
3.5.5. Предельно-длительное значение сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания Raf определяется как наибольшее касательное напряжение, при котором еще происходит стабилизация деформации. За критерий стабилизации деформации принимается приращение ее, не превышающее 0,01 мм за 12 ч.
Испытание заканчивается, когда деформирование развивается с постоянной или увеличивающейся скоростью.
4. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТОВ
4.1. Одной из важнейших составных частей строительного проектирования объектов, возводимых на многолетнемерзлых грунтах, является прогноз температурного режима этих грунтов на период строительства и эксплуатации каждого объекта.
Прогноз выполняется на основе теплотехнических расчетов температурных полей в грунтах оснований с учетом теплового взаимодействия сооружения с этими грунтами, теплообмена поверхности грунта с внешней средой в условиях освоения территории (изменения снегоотложений, растительного покрова, мелиорации территории и т.п.). Далее, на основе анализа температурных полей, в мерзлых грунтах оснований выбирается наиболее неблагоприятный случай распределения температур и он принимается за расчетный. На основе этих температур определяются значения прочностных и деформационных характеристик мерзлых грунтов основания конкретного фундамента. В ряде случаев рассматриваются варианты с инженерными мероприятиями, способствующими повышению прочности мерзлых грунтов оснований.
4.2. Для выполнения теплотехнических расчетов определяются теплофизические характеристик грунтов основания сооружения: теплопроводность ( l ), теплоемкость (С), температура начала замерзания (Тbf ) и влажность за счет незамерзшей поровой влаги ( Ww ). («Руководство. » 1973).
4.5. Состав и сложение мерзлого грунта, во многом предопределяют его физические, теплофизические и физико-механические свойства. Каждому термодинамическому условию существования мерзлого грунта соответствует равновесный фазовый состав поровой влаги, зависящий также от вида грунта и свойств порового раствора. Фазовый состав влаги в грунте выражается количеством льда ( Wi ) и незамерзшей влаги ( Ww ) при данной температуре и давлении. При этом должно сохраняться равенство:
В состав незамерзшей влаги включают и влагу, прочно связанную с поверхностью частиц скелета грунта и не участвующую в фазовых переходах «лед-вода» до глубоких отрицательных температур. Ориентировочно ее величина равна Wp / 4 и зависит от минерального состава пылеватых и глинистых частиц, а также вида ионов порового раствора.
Величины Wi и Ww определяются в лабораторных условиях, например, калориметрированием образцов грунта по ряду точек в интересующем диапазоне отрицательных температур. По результатам измерений строятся кривые льдосодержания Wi = f ( T ) и содержания незамерзшей влаги Ww = f (Т). Пример кривых содержания Wi и Ww = f (Т) в засоленных глинах приведен на рис. 2.
На основе многочисленных испытаний засоленных мерзлых грунтов п-ва Ямал можно рекомендовать разработанные ПНИИИС формулы для расчета фазового состава влаги в засоленных грунтах:
Приведенные формулы справедливы для концентраций, не превышающих концентраций насыщения поровых растворов и для температур выше эвтектических.
Рис. 2. Содержание незамерзшей влаги в мерзлой засоленной глине
Рис. 3. Зависимость прочностиRзасоленного мерзлого мелкого песка от количества незамерзшей воды
5. КРИТЕРИИ ЗАСОЛЕННОСТИ И СОСТОЯНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
5.1. Засоленность является важнейшим фактором, оказывающим влияние на прочность мерзлого грунта.
Для практических целей установлен пороговый критерий засоленности для пылеватых песков с морским типом засоления, равный 0,05 %, что можно считать приемлемым, так как такая величина поддается определению техническими средствами.
С позиции проектировщика этот критерий состоит в том, что при твердомерзлом состоянии грунта расчет устойчивости оснований и фундаментов, ограничивается только расчетом по прочности мерзлого грунта, а при пластичномерзлом состоянии грунта устойчивость оснований следует рассчитывать по деформациям, развивающимся за период эксплуатации сооружения.
На величину коэффициента сжимаемости влияют вид грунта, его влажность, температура и засоленность, предопределяющие фазовый состав и степень цементации грунта поровым льдом. Поэтому границу перехода твердомерзлого состояния грунта в пластичномерзлое состояние целесообразно связывать с фазовым составом влаги в грунте.
Экспериментальные данные по содержанию незамерзшей воды Ww в рассматриваемых грунтах с различной засоленностью, а также данные по прочности R этих грунтов в зависимости от температуры позволили установить критерии перехода пластичномерзлого состояния грунтов в твердомерзлое.
Суммарное содержание легкорастворимых солей, % от массы сухого грунта
в течение 3 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Все взвешивания грунта, чашек и сухого остатка производятся на технических весах с точностью до 0,01г. в соответствии с табл. 3.
0,04 (в условиях свободного набухания) или развивающий давление набухания (в условиях ограниченного набухания).
(2)
(3)