При строительстве 16-этажного жилого дома №6 в VI микрорайоне Арбеково г. Пензы взамен составных призматических свай предложен вариант фундаментов на закрепленном основании. Закрепление грунта осуществлялось путем применения технологии раскатывания скважин с последующим заполнением скважин щебнем. Рассматриваемый объект расположен в юго-западной части микрорайона № 6 г. Пензы. Здание односекционное башенного типа имеет прямоугольную конфигурацию в плане с основными размерами в осях 19,38х25,72 м, с высту­пающими пилонами лоджий. 
Инженерно-геологические изыскания были проведены ОАО ПензТИСИЗ в соответствии с требованиями нормативных документов. В геоморфологиче­ском отношении участок располагается в пределах долины ручья. Рельеф уча­стка застройки практически ровный, с общим уклоном на восток. Физико-гео­логические процессы неблагоприятные и проявляются в заболачивании мест­ности во влажные периоды года в пониженных местах из-за затрудненного стока поверхностных вод. 
В геологическом строении площадки до разведанной глубины 42,0 м принимают уча­стие четвертичные аллювиальные отложения (aQ) и отложения маастихтского яруса верх­него отдела меловой системы (K₂m), выветре­лые в верхней части. Коренные отложения представлены глиной темно-серой, слюдистой, местами маргелистой. Вскрытая мощность ко­ренных глин составляет 13,1 – 19,9 м. Подземные воды вскрыты на глубине 2,1-2,5 м. Несущий слой для рассматриваемого фунда­мента находится в слое ИГЭ-3: глина аллюви­альная, мягкопластичная с показателем текучести Y_L=0,56ч0,71, непросадочная, сред­непучинистая. 
Глина однородна по всем фи­зико-механическим характеристикам и залегает непосредственно под почвенно-расти­тельным слоем. Вскрытая мощность слоя 0,8-2,3 м.Нормативное значение модуля деформации для этого слоя – 5,5 МПа (рис.1).

Рис. 1. Характерный геологический разрез

Испытания велись с использованием круглого жесткого штампа площадью 20 000 см². Проведено три статических испытания грунтового основания, закрепленного щебнем в раскатываемых скважинах. Для загружения использовался домкрат марки ДГ-200. Схема нагружения включала металлическую ферму, реперную систему, пригрузы и гидравлический домкрат ДГ-200. Контроль за перемещением осуществлялся с помощью двух прогибомеров с ценой деления 0,01 мм.
Испытание грунта штампом проводят для определения предельного сопротивления Р_и и модуля деформации Е грунтового основания. В рассматриваемом случае основание подготовлено путем закрепления щебнем в раскатанных скважинах. Глубина закрепления щебнем составляет 4,5 м, диаметр 0,25 м.

Характеристики определялись по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой с помощью штампа. Конструкция установки должна обеспечивать возможность нагружения штампа ступенями давления по 0,05 МПа, центрированную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления нагрузки на штамп.

Рис. 3. Конструктивная схема установки испытания статической нагрузкой. Штамп №1
Рис. 4. Испытание статической нагрузкой. Штамп №1

Тип и площадь штампа мы назначили в зависимости от испытываемого грунта (табл.5.1 ГОСТ 20276-99). В данном случае испытания проводились жесткими штампами круглой формы диаметром около 1597 мм с плоской подошвой, площадью А=20000 см²=2,0 м². Штампы №2 и №3 были заглублены на глубину 1,0 м.

 
  а)                                                                                       б)                                         

Рис. 5. Фрагменты схемы установки статической нагрузкой на глубине 1,0 м. Штампы №2 и №3

Нагружение производилось ступенями. Величина ступеней загружени­я – 50 кН. Переход к последующему этапу нагружения соверша­лось после достижения условной стабилизации осадки штампа. За крите­рий условной стабилизации деформации основания принимали скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за последние 2 часа наблюдения (время, указанное в табл. 5.2-5.4 [1]). 
При испытании глинистых грунтов, контроль за осадками осуществляемся через каждые 15 минут в течении первого часа, 30 мин в течении второго часа, далее через час до условной стабилизации деформации грунта. Для контроля перемещений штампа использовались два прогибомера (цена деления 0,01мм).
По полученным в ходе испытаний результатам построили график зависимости осадки штампов от давления.

На основе анализа графиков (рис.6) определены значения модулей деформации. При статических испытаниях штампа №1 по осям «6-7» была достигнута средняя осадка 39,45 мм. Усилие в домкратах, составляет при этом 400 кН.
Как видно из графика в диапазоне нагрузок до 400 кН зависимость осадки от давления s = f (P) носит практически линейный характер. При указанной нагрузке давление под подошвой штампа составляет:

 (1)

где А – площадь подошвы штампа, равная 2,0 м².
Осадка при давлении Р=200 кПа составляет 39,45 мм. Предельное сопротивление соответствует осадке 54,40 мм и составляет

.

Для линейного участка зависимости s = f (P) модуль деформации грунта определяется по формуле (5.2) [1]

 (2)

где γ - коэффициент Пуассона, для глин принимается равным 0,42;

K_p - коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа и при h/D=0 равен 1,0;
K₁ - коэффициент, принимаемый для жесткого круглого штампа равным 0,79м;

D- диаметр штампа равный 1,597 м;

ΔP- приращение давления под штампом в пределах линейной зависимости s = f (P) в диапазоне давлений от 0 до 200 кПа;
ΔS – приращение осадки, обусловленное изменением давления ΔP и равное 0,039 м.

Следовательно, по результатам данного нагружения модуль деформации составляет

По значению модуля деформации грунтовое основание на испытываемом участке следует отнести к повышенно сжимаемому.
По аналогии обработаны результаты штампов №2, №3 и внесены в таблицу 1.

Осредненное значение модуля деформации грунта под штампом принимаем Е=5,3МПа.
По результатам трех испытаний принимаем наименьшее значение предельного сопротивления грунтового основания под штампом Р_и = 200 кПа согласно п.5.7.2. [2] при расчете оснований по несущей способности давление под подошвой фундамента Р не должно превышать расчетно-допускаемого Р_р.д.. Последнее определяется из формулы (5.27)

где _с - коэффициент условий работы, принимаемый для глинистых грунтов равным 0,9;
_n - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,15.
Следовательно:

Результаты проведенных статических испытаний позволяют сделать вывод, что улучшение (закрепление) слоя водонасыщенной мягкопластичной глины путем устройства скважин по технологии раскатывания с последую­щим заполнением скважин щебнем практически не дает эффекта. Наряду с низкими значениями модуля деформации весьма мало предельное сопро­тивление «закрепленного» слоя.

1. ГОСТ 20276-99. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости., М., 1999г.
2. СНиП 20201-83*. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция. М., 2011 г.

Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»