ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 1, с. 66-79
ГРУНТОВЕДЕНИЕ
УДК 624.131
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОГО МОДУЛЯ ОБЩЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ПЕСЧАНОГО МАССИВА, УСИЛЕННОГО МЕТОДОМ
"ГЕОКОМПОЗИТ"
© 2014 г. Д. И. Могилевцева
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), Уланский пер., д. 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия. E-mail: dasha0330@mail.ru
Поступила в редакцию 20.12.2012 г.
После исправления 13.05.2013 г.
Представлена методика оценки эффективного модуля общей деформации песчаного массива, усиленного методом "Геокомпозит". Эффективный модуль общей деформации отдельных инженерно-геологических элементов оценивается на основании данных электродинамического зондирования толщи и аналитическим расчетом с применением обратного правила смеси. Для сравнения даны результаты определения эффективного модуля общей деформации грунта с помощью штамповых испытаний. Эффективный модуль общей деформации всего закрепленного массива оценивается двумя способами: сначала осуществляется расчет эффективных характеристик закрепленного массива с использованием эффективных модулей общей деформации с применением метода расчета осадок в программе "Foundation", а затем произведен аналогичный расчет с использованием фактических осадок, полученных в результате мониторинга осадок построенных сооружений. Полученные данные сопоставлены с результатами расчетов, полученных методом суперпозиции (последовательного применения сначала к отдельным ИГЭ обратного правила смеси, а затем для определения модуля общей деформации массива закрепленного грунта прямого правила смеси).
Ключевые слова: песчаный грунт, массив, композит, "Геокомпозит", эффективный модуль общей деформации массива, осадки сооружений.
ВВЕДЕНИЕ
Грунтовые массивы - сложные природные образования, которые могут быть крайне неоднородны по составу и строению. Часто грунты оснований представлены слоистой толщей, осложненной различными неоднородностями: наличием крупных включений, трещиноватостью и пр. Учет всех неоднородностей значительно затруднен, поэтому для расчетов грунтовая толща заменяется некоторой моделью, на основании которой определяются физико-механические характеристики неоднородного массива. В механике композитов определенные подобным образом характеристики называются эффективными [3].
На практике в геомеханике учет неоднород-ностей и тесно связанного с ним масштабного эффекта часто осуществляется путем введения поправочных коэффициентов, которые занижают значения показателей грунтов, создавая "запас прочности".
Рекомендованные в механике композитов методики расчетов также не лишены недостатков, связанных с представительностью объема исследуемых образцов. Кроме того, представительному объему должен соответствовать не только образец, но и измерительная база, а также учитываться неоднородность напряженно-деформированного состояния испытываемого объема массива [3].
Если массив претерпевает какие-либо технические преобразования с целью повышения его физико-механических свойств, то задача по оценке эффективных характеристик значительно усложняется, так как расчет показателей свойств армированного грунта становится еще более сложным. Поэтому разработка методов расчета общего модуля деформации массива, закрепленного методом "Геокомпозит", представляет в методическом и практическом отношении важную задачу.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились на территории бывших Люберецких полей аэрации. В настоящий момент на данной территории расположен новый жилой район, состоящий из нескольких кварталов. Геоморфологически площадка застройки распложена на III надпойменной террасе р. Москвы, имеющей достаточно ровный, нерас-члененный рельеф. Местность характеризуется спорадическим распространением верховодки на глубине от 3 до 8 м.
Основанием сооружений в данном районе служат песчаные грунты, в нижней части разреза представленные аллювиально-флювиогляци-альными песчаными отложениями московского горизонта среднего плейстоцена. Пески средней крупности, среднего и плотного, редко рыхлого сложения. Модуль общей деформации колеблется в пределах от 4 до 40 МПа, угол внутреннего трения - от 25 до 37°. Мощность изменяется от 3 до 15 м. Верхняя часть разреза в основном сложена насыпными песками. Мощность их варьируется от 0 до 6 м. Пески преимущественно рыхлого или среднего сложения, средней крупности. Модуль общей деформации насыпных грунтов изменяется в пределах от 4 до 25 МПа.
Район застройки характеризуется сложными грунтовыми условиями: резкие колебания мощности грунтов с низкими деформационными показателями даже в пределах площадки одного сооружения. На всех площадках были выделены инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Методом "Геокомпозит" были усилены основания 11 монолитных жилых зданий, этажностью от 17 до 22, каждый из которых состоял из нескольких блок-секций (от 2 до 6). Общее количество блок-секций составило 40. Укрепление грунтов проводилось в соответствии с проектом, где указана глубина инъектирования, объем закачиваемого раствора, количество инъекторов, законтурная обойма и пр. [10].
По итогам строительных и мелиоративных работ собрана следующая информация по каждой блок-секции: объем укрепляемого массива, количество инъекторов (за- и внутриконтурных), объем инъецируемого раствора, состав грунтов и пр. В каждой блок-секции проводились испытания динамическим зондированием до и после усиления "Геокомпозитом" [5, 8, 10]. Таким образом, получены данные по пористости, плотности и модулю общей деформации каждого ИГЭ до и после усиления. В общей сложности выделено 79 укрепляемых инженерно-геологических элементов.
В качестве примера на рис. 1 представлена схема ИГЭ для кв. 1 корпуса 1А, который состоит из четырех блок-секций. На схеме обозначены серым цветом укрепленные ИГЭ, их модули общей деформации до и через тире после усиления, а также объемная доля инъектируемого раствора. Белым цветом изображены ИГЭ, не затронутые усилением, с обозначенным естественным модулем общей деформации в МПа. Вертикальными черными линиями показана глубина усиления. Подобная схема ИГЭ была составлена для каждого корпуса.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Методика изучения массива, усиленного методом "Геокомпозит", в представленной работе разделена на две части. Необходимость такого разделения продиктована понятиями эффективных свойств усиливаемого ИГЭ и эффективных свойств усиливаемого массива в целом.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНЫХ МОДУЛЕЙ ОБЩЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ИГЭ
Оценка эффективного модуля общей деформации (ЭМОД) методом электродинамического зондирования. Сведения о физико-механических показателях грунтов до усиления брались из данных опорного бурения и предварительного электродинамического зондирования (ЭДЗ). На исследуемой территории было выделено 79 ИГЭ, среди которых 37 - насыпные грунты. Все ИГЭ близкого состава - это пески средней зернистости, рыхлые и средней плотности с модулем деформации до усиления 4-25 МПа. После усиления в каждой из 40 блок-секций проводили минимум по 4 испытания армированного грунта электродинамическим зондированием. Таким образом, получены и проанализированы около 160 точек ЭДЗ. Полученные данные сведены в схемы-ИГЭ, описанные выше (рис. 1) [8].
По результатам исследования армированного грунта методом ЭДЗ можно отметить значительное
Корп. 1А
0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0-9.0-10.0-11.0-
Блок-секции
№1 №2 №3 №4
25 27 38
12-45 0.08 11^1 0.06 16-47 0.07
15-37 0.04 38
36 36
36 21-36.5 0.04 17-38.3 0.04 18-38 0.04
37
32 33 28 20-38.4 0.05
1 ч I) 1)4 27
21
0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 -8.0 -9.0 —10.0 —11.0
Рис. 1. Схема ИГЭ кв.1 корп. 1А.
Е
90.00
80.00 70.00
| 60.00
а 5о.оо г
о.
о
й 40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
у = 238.76* + 32.249 о
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 Объемная доля инъецируемого цементного раствора
0.16
0.18
• Эффективный модуль общей деформации ИГЭ, рассчитанный по обратному правилу смеси Ф Эффективный модуль общей деформации ИГЭ, после усиления по данным динамического зондирования
--1 - Гиперболическая регрессия, полученная для эффективного модуля общей деформации, рассчитанного
по обратному правилу смеси
- 2 - Линейная регрессия, полученная для эффективного модуля общей деформации, рассчитанного
по обратному правилу смеси
— - - 3 - Линейная регрессия, полученная для эффективного модуля общей деформации, полученного по данным электродинамического зондирования
Рис. 2. Зависимость эффективных модулей общей деформации усиленных ИГЭ, рассчитанных различными способами, от объемной доли вводимого цементного раствора.
увеличение ЭМОД усиленных ИГЭ в основном за счет повышения их плотности и уменьшения пористости, их значения изменяются в пределах от 30 до 65 МПа и отображены на графике зависимости показателя от объема закачиваемого раствора на рис. 2 (линия 3).
Оценка эффективного модуля общей деформации (ЭМОД) методом обратного правила смеси. По результатам изучения армированных грунтов методом ЭДЗ можно проследить, как изменилась их плотность и модули общей деформации после усиления, однако этот метод никак не учитывает включения цементного камня в разрезе. Чтобы его учесть, по каждому ИГЭ необходимы были следующие данные:
• мощность,
• пористость,
• модуль деформации до и после усиления, полученные по результатам динамического зондирования,
• количество внутриконтурных инъекторов,
• объем закачиваемого раствора,
• объем укрепляемой части грунта, взятый из проектов.
Для расчета ЭМОД усиленного ИГЭ применялось обратное правило смеси, которое включает в себя долю цементного камня. Обратное правило смеси можно выразить следующим образом
[4, 11]:
1
'эф
1-а Е1
а Е 2
(1)
где Еэф - эффективный модуль общей деформации композита, МПа; модуль общей деформации (МПа): Е1 - цементного включения, Е2 - грунта после усиления; а - объемная доля цементного включения.
График зависимости значений ЭМОД, рассчитанных по обратному правилу смеси от объемной доли инъецируемого раствора, представлен на рис. 2 (линия 1). Гиперболическая зависимость (1) в пределах значений абсциссы от 0
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.