Материалы Третьей Общероссийской конференции изыскательских организаций. Инженерные изыскания в строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

а территории Санкт-Петербурга действует

сеть тепловых электростанций, работавших в

прежние годы на каменном угле. Многочислен-

ные котельные города также работали в прошлом

на угле, а некоторые из них потребляют уголь и в

настоящее время. Кроме того, уголь использовал-

ся в технологических процессах ряда промышлен-

ных предприятий. Продукты сгорания угля – зо-

лы и шлаки вывозились за городскую черту и от-

сыпались на поверхность без всякой подготовки.

Золы и шлаки обычно характеризуются высоким

содержанием тяжелых металлов и других опасных

веществ. Вывозимые отходы загрязняли атмосфе-

ру, подстилающие грунты и подземные воды. На

месте отвалов золы и шлаков формировались гео-

патогенные зоны, представляющие опасность для

здоровья людей и не пригодные для жизни расте-

ний и животных.

В конце пятидесятых годов прошлого столетия,

когда началось массовое жилищное строительст-

во, отвалы золы и шлаков оказались в районах но-

вой застройки. Отвалы частично вывозились, час-

тично разравнивались и засыпались грунтом.

После возведения зданий и сооружений с поверх-

ности укладывался асфальт. Таким образом, вред-

ное воздействие отходов на атмосферу устраня-

лось. Благодаря покрытиям, атмосферные осадки

какое-то время не проникали в грунтовый массив

сквозь толщу отходов и не выносили загрязните-

ли в подземный поток, за исключением участков,

где устраивались газоны. В горизонтальном на-

правлении загрязнение подземного потока про-

должалось. Нередко асфальтовое покрытие

вскрывалось для ремонта и прокладки новых ком-

муникаций. В эти периоды происходила ин-

фильтрация атмосферных осадков через толщу

отходов. В покрытии со временем возникали тре-

щины, через которые происходила и продолжает-

ся инфильтрация атмосферных осадков.

Специалистам известно, что в подземном про-

странстве застраиваемой территории всегда фор-

мируется тепловое поле. Это обусловлено утепля-

ющим действием покрытий, строительством ота-

пливаемых зданий и сооружений, утечками горя-

чей воды из коммуникаций и пр. Повышение

температуры в толще отходов и грунтов способст-

вует активизации физико-химических процессов,

которые сопровождаются выделением тепловой

энергии, образованием газов, осмотическими яв-

лениями. Через трещины и нарушения покрытий

газы выходят на поверхность и загрязняют при-

земную атмосферу. Особую опасность для здоро-

вья людей представляют пары тяжелых металлов.

Иными словами, геопатогенные зоны продолжа-

ют существовать и на застроенной территории,

хотя и не столь явно, как до застройки.

В настоящее время в соответствии с требовани-

ями нормативных документов перед застройкой

загрязненных территорий выполняются инженер-

но-экологические изыскания, по результатам ко-

торых принимается решение о способе устранения

вредного воздействия отходов. Самый радикаль-

ный метод обезвреживания территории – это вы-

воз всех золошлаковых отходов и загрязненных

грунтов на специально подготовленные полигоны.

Однако строители считают, что это очень дорого-

стоящее мероприятие, требующее больших затрат

времени, а более эффективный способ – вывоз

только части отходов (или отказ от вывоза, в зави-

симости от объема отходов) и локализация остав-

шихся отходов и загрязненных грунтов на месте

путем создания системы инженерной защиты.

Инженерная защита предусматривает экрани-

рование загрязненного массива гидроизолирую-

ГЕОПАТОГЕННЫЕ ЗОНЫ ТЕХНОГЕННОГО

ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ

ГОРОДА

Архангельский И.В.

ООО «НПФ «НЕДРА», Санкт-Петербург

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 30

щими материалами с поверхности и устройство

«стенки в грунте» по периметру массива с заглуб-

лением нижней части стенки в водоупорный гли-

нистый горизонт.

В подземном пространстве, изолированном с

поверхности и на глубину, тепловое поле форми-

руется особенно интенсивно. Физико-химиче-

ские процессы, сопровождаемые выделением раз-

личного рода энергии, протекают еще активнее,

чем в пространстве, изолированном только с по-

верхности.

В результате энергетических воздействий в гид-

роизоляционных экранах появляются различные

дефекты: снижается прочность материала, появ-

ляются поры и трещины, через которые загрязни-

тели в твердом, жидком и газообразном состояни-

ях проникают в окружающую среду. Кроме того,

происходит диффузионный перенос загрязните-

лей через экраны. И конечно, велика вероятность

разгерметизации массива при прокладке и ремон-

те подземных коммуникаций.

Таким образом, действительная герметизация

отходов и загрязненных грунтов в черте города

практически невозможна. На месте локализован-

ных отходов продолжает существовать геопато-

генная зона, служащая источником загрязнения

окружающей среды и причиной заболеваний на-

селения. Поэтому, так называемая локализация

отходов в населенных пунктах должна быть запре-

щена в законодательном порядке. Отходы и за-

грязненные грунты должны вывозиться на специ-

альные полигоны.

Имеется еще один аспект, в котором можно

рассматривать опасные отходы. Это содержание

в них ценных компонентов. Иными словами,

многие отвалы золы и шлаков можно рассмат-

ривать как техногенные месторождения полез-

ных ископаемых. Локализация таких месторож-

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Таблица

СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗОЛЕ ПРИОЗЕРСКОГО ОТВАЛА

Символ Элемент Содержание, г/т Запасы, т

Ba Барий 1200 1044

Be Бериллий 8,5 7,4

As Мышьяк 100 87

P Фосфор 4500 3915

Ti Титан 8800 7656

Mn Марганец 1200 1044

Pb Свинец 32,5 28,3

Cr Хром 110 95,7

Ga Галлий 32,5 28,3

Nb Ниобий 35 30,5

Sn Олово 5,5 4,8

Ge Германий 2,3 2

Ni Никель 145 126,2

Mo Молибден 2,5 2,2

V Ванадий 250 217.5

Li Литий 130 113,1

Cu Медь 90 78,3

Ag Серебро 0,15 0,13

Y Иттрий 57 49,6

Zn Цинк 133 115,7

Zr Цирконий 900 783

Co Кобальт 42,5 37

Sr Стронций 3500 3045

Sc Скандий 31,3 27,2

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 31

дений на застраиваемых территориях закроет к

ним доступ. Вместе с тем, отходы, вывезенные

на полигон, могут быть использованы в недале-

ком будущем. Возможно их использование и в

настоящее время.

В качестве примера рассмотрим Приозерский

золоотвал, расположенный на северо-западном

берегу Ладожского озера. В течение многих лет

золоотвал является активным загрязнителем Ла-

дожского озера, подземных вод и атмосферы. В

нем находится около 900000 тонн золы и шлама,

которые образовались в результате сжигания при-

мерно 3500000 тонн угля. Зола и шлам доставля-

лись гидротранспортом с теплоэлектростанции

Приозерского МДК в течение 22 лет – с 1964 по

1986 годы.

В результате исследований, выполненных под

руководством проф. А.Н. Павлова (Санкт-Петер-

бургский Горный институт), было установлено со-

держание химических элементов в Приозерском

золоотвале (табл.).

Содержание ряда элементов значительно пре-

вышает минимальные промышленные содержа-

ния этих элементов для россыпей. Наиболее пер-

спективной для рассматриваемого золоотвала яв-

ляется добыча из золы скандия и титана.

Основная вмещающая масса золоотвала отно-

сится к алюмосиликатам – около 55% SiO

и 20%

. Силикаты представляют собой так называ-

емые микрошеллы – мельчайшие пустотелые

сферы, которые являются очень хорошим запол-

нителем для легких бетонов.

Отметим, что угольные золоотвалы занимают в

России огромные территории – более 20 тыс.га.

В отвалах накоплено не менее 1 млрд.т. золы и

шлаков. В настоящее время образование золоот-

валов в энергетической отрасли сократилось, по-

скольку для получения энергии сжигается не

только уголь, но также мазут и природный газ.

Однако, существующие с давних времен золоот-

валы, по-прежнему отравляют природу.

Вместе с тем, из угольной золы можно извле-

кать металлы и сплавы. Обезвреженный матери-

ал, остающийся после извлечения ценных эле-

ментов, может быть использован в промышлен-

ности строительных материалов, а также для от-

сыпки земляного полотна, возведения дамб.

Таким образом, переработка и утилизация золы

и шлаков позволит решить важную экологическую

проблему и получить прибыль. Кроме того, благо-

даря извлечению металлов из отходов и использо-

ванию основной массы золоотвала в качестве стро-

ительного материала, будут сбережены минераль-

ные ресурсы и сохранены природные ландшафты.

В странах, не имеющих природных ресурсов, или

стремящихся к сохранению минерального сырья,

широко применяется переработка отходов с извле-

чением из них ценных компонентов. Примером

могут служить Япония, США, другие страны.

В заключение еще раз вернемся к захоронению

отходов на территории населенных пунктов. К этой

проблеме должно быть привлечено внимание обще-

ственности. Недопустимо, заботясь об экономии

материальных средств, забывать о здоровье людей.

Захороненные продукты сгорания угля, а также дру-

гие производственные отходы, особенно радиоак-

тивные, способствуют развитию геопатогенных зон

и наносят ущерб здоровью населения. Привычные

бытовые отходы, будучи захороненными, становят-

ся причиной образования биохимических газов,

формирования теплового поля, загрязнения под-

земных вод. Иными словами, на месте захоронения

бытовых отходов также образуются геопатогенные

зоны. Таким образом, на территории городов захо-

ронения любых видов отходов и загрязненных грун-

тов должны быть исключены, несмотря на благо-

звучные названия мероприятий типа «локализация

отходов», «инженерная защита» и пр.

Кардинально, проблема отходов может быть

решена только путем утилизации, толчком к ко-

торой может послужить строгая экономия при-

родных ресурсов.

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 32

1. ПОСТРОЕНИЕ ГРАНИЦ ИНЖЕНЕРНО-

ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

асчет напряженно-деформированного состо-

яния (НДС) системы основание-фундамент-

сооружение (СОФС) в соответствии с действую-

щим Сводом правил [13] требует знания функций

пространственного распределения параметров

грунтов – модуля деформации (Е), удельного

сцепления (с), угла внутреннего трения (_), по-

верхности уровня подземных вод (УПВ) в осно-

вании фундаментов. Инженерно-геологические

изыскания позволяют получить значения этих

функций в ограниченном числе точек, поэтому

вышеупомянутые функции определяют аппрок-

симацией, при этом обычно сначала выделяют

инженерно-геологические элементы (ИГЭ), в

пределах которых Е, с, _ принимаются постоян-

ными. Границы ИГЭ вычерчиваются вручную

(субъективно) на нескольких разрезах, проходя-

щих через геологические выработки. Между ин-

женерно-геологическими разрезами границы

ИГЭ остаются неопределенными, и проектиров-

щики выбирают эти границы по своему усмотре-

нию, что увеличивает субъективизм численного

представления геомассивов.

Построение инженерно-геологических разре-

зов вручную, без применения персональных ком-

пьютеров (ПК) и специальных программ требует

значительных трудозатрат и большого опыта, а за

пределами разрезов часто оказывается невозмож-

ным, т.к. ИГЭ не всегда нумеруются на разрезах в

четкой последовательности, более того, выбор

границ ИГЭ между выработками может быть не-

однозначным в принципе. Пример такой неодно-

значности, показанный на рис. 1, общеизвестен.

Нередко линзы наносятся на геологические

разрезы субъективно.

2. ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЕ

ФУНКЦИИ

Построение границ слоев на разрезе можно авто-

матизировать, если воспользоваться двумерными

интерполяционными функциями Д. Шепарда

[17], которые являются обобщением известного

одномерного интерполяционного полинома Ла-

гранжа на случай функции двух координат:

(1)

где R

= (x-X

)

+(y-Y

)

; X

, Y

– координаты i-ой

точки, в которой функция F принимает заданное

значение F

; p – параметр формы функции F(x,y).

Применение функций Д. Шепарда дает возмож-

ность выполнить разделение геомассива на слои на

компьютере, но проблема неоднозначности оста-

ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ГЕОМАССИВОВ БЕЗ

ВЫДЕЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-

ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Барвашов В.А., Каширский В.И.

НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, Москва

Граница 1–2

Граница 2–3

? Граница 1–3 ?

ИГЭ-3

ИГЭ-2

ИГЭ-1

???

Граница 2–3

? Граница 1–3 ?

Рис. 1. Линзу, обозначенную ???, можно отнести

к любому из трех ИГЭ 1, 2 или 3

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 33

ется. Пример такой неоднозначности дан на рис. 2,

где показаны компьютерные графики функций,

построенные по одним и тем же заданным точкам,

но при различных значениях параметра p.

Анализ графиков показывает, что при p=0,5 гра-

ницы ИГЭ имеют разрывы производных в точках

коллокации, где интерполяционная функция име-

ет вид конических вершин, а такая форма малове-

роятна в натуре. Математическое моделирование

показало, что для границ ИГЭ целесообразно при-

нимать p=1–4, т.к. при р>4 возникает другая недо-

стоверность: построенный график функции имеет

ступенчатую форму вблизи точек коллокации.

Еще один пример существенной неоднознач-

ности показан на рис. 3. Где значения функции в

точках коллокации принадлежат одной плоско-

сти. При использовании формулы (1) получается

не плоскость, а криволинейная поверхность Z0.

Для сравнения по тем же точкам проведена плос-

кость Z1.

Если грунтовый массив характеризуется каки-

ми-либо глобальными трендами в виде падающих

слоев или клиноформ, то целесообразно сначала

выделить эти тренды, например, построить плос-

кости по методу наименьших квадратов, а потом

достраивать эти тренды по формуле (1). Эта про-

цедура подробно описана в [1].

Интерполяционную формулу (1) можно обоб-

щить на n-мерное пространство координат следу-

ющим образом:

(2)

где x

– i-ая координата n-мерного пространст-

ва координат (i=1, 2,.., n);

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Рис. 2. Z0 – поверхность при р=0,5, Z1 – поверхность при р=1

Рис. 3. Z0 – поверхность, построенная по формуле (1), Z1 – плоскость, проходящая через три точки

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 34

, X

– i-ая координа-

та j-го значения функции Fj из набора точек (i=1,

2,…, n); _i–параметр анизотропии, p и q – пара-

метры формы поверхности. Задавая _i=0 для v;

определенных i, можно моделировать формы ти-

па «хребтов», «впадин» и «русел» (это очевидно

для интерполяции функций двух переменных);

при _i=1, таких форм нет.

Интерполяционная функция F обладает следу-

ющими свойствами:

1) равна заданным значениям в заданных точках;

2) равна среднему арифметическому значению в

точках коллокации, в точке равноудаленной от

этих точек (если таковая существует) и на бес-

конечности;

3) если F

=const при всех j, то и сама функция

F=const всюду;

4) если p _ ∞, то функция F стремится к ступенча-

той функции;

5) если p=0, то функция F равна среднеарифмети-

ческому заданных значений всюду, кроме точек

коллокации, где она претерпевает устранимый

разрыв;

6) если известно, что интерполируемая функция

является всюду гладкой, значение p следует при-

нимать в виде целого числа большего единицы.

Функции распределения Е, c и _, зависят от

трех координат (x, y, z), т. е. n=3, формула (2) при-

обретает наиболее простой вид:

Наиболее просто формула (3) выглядит при р=1.

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

, (3)

Рис. 4. Визуализация слоистости на панорамном разрезе трехмерного распределения модуля

деформации E=E(x, y, z). Слева показано непрерывное распределение, а справа – то же самое

распределение с автоматическим выделением слоев с помощью цветовой палитры по дискретным

значениям

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 35

3. ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ГЕОМАССИВОВ

ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕРПОЛЯЦИИ

ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ БЕЗ

ВЫДЕЛЕНИЯ ИГЭ

Любая аппроксимация неоднозначна. Однако

опыт строительства показывает, что, несмотря на

неизбежные погрешности при интерпретации ин-

женерно-геологических данных, на неоднознач-

ность интерполяции границ ИГЭ и на использо-

вание различных расчетных моделей основания и

различных допущений, можно говорить о малой

чувствительности НДС сооружений к вариациям

многих исходных данных. Но к вариациям неко-

торых исходных данных система основание-фун-

дамент-сооружение (СОФС) обладает повышен-

ной чувствительностью [1, 3, 15].

В связи с вышеизложенным, численная геомет-

ризация геомассивов может быть существенно уп-

рощена за счет исключения операций, которые, не

повышая точности, усложняют процедуру в целом.

К таким операциям относится построение границ

ИГЭ на инженерно-геологических разрезах.

Гораздо проще выполнять геометризацию

массивов численно, без выделения ИГЭ. Для

этого можно рассчитывать пространственные

распределения характеристик грунта по дискрет-

ным значениям этих характеристик, получаемым

полевыми и лабораторными методами, исполь-

зуя интерполяционную формулу (3). Исходные

данные для такого расчета могут быть представ-

лены в электронном виде, например, в виде таб-

лиц Excel, которые можно сразу ввести в компь-

ютер. При этом ручные операции исключаются

дважды: при построении геологических разрезов

с выделением ИГЭ и при получении численного

материала из технических отчетов (заключений)

на этапе проектирования для выполнения расче-

тов оснований и фундаментов. Более того, мож-

но рассчитать распределения Е=Е(x, y, z), c=c(x,

y, z) и _=_(x, y, z) с помощью предлагаемой нами

численной модели, реализованной в компьютер-

ной программе [1]. Эти данные можно использо-

вать и в электронном виде для расчета оснований

и фундаментов в соответствии с действующими

нормативами без визуализации или распечатки.

При этом исключается еще один этап ручных

операций.

На рис. 4 приведены примеры цветовой визуа-

лизации непрерывного распределения E=E(x,

y, z). Границы слоев выделены на основе этого

распределения с использованием компьютерного

квантования по цветовой палитре. Аналогичную

визуализацию можно получить для распределе-

ний с и _. При этом границы слоев получаются

автоматически.

Есть еще одна возможность автоматического

построения границ слоев. Если предположить,

что конкретный вид грунта однозначно опреде-

ляется характерными значениями, например R

или Е, с и _ и другими характеристиками (коэф-

фициент пористости, показатель текучести и

т.д.), то, используя непрерывные распределения

этих характеристик, можно «распознать» вид

грунта в любой точке (x, y, z) геомассива и задать

соответствующий «цвет» этой точке (пикселю).

При этом получится цветовая визуализация с

границами слоев (или ИГЭ), которая всегда ис-

пользуется в инженерно-геологических отчетах,

но, на наш взгляд, имеет лишь иллюстративный

характер.

4. ОЦЕНКА НЕОДНОЗНАЧНОСТИ

ГЕОМЕТРИЗАЦИИ ГЕОМАССИВА

Для такой оценки необходимо определить, на-

сколько СОФС «чувствительна» к неизбежной

неоднозначности цифрового геомассива.

В конкретных случаях неоднозначность геоме-

тризации можно моделировать, варьируя свобод-

ные параметры в формулах (1-3). В простейшем

случае варьируется параметр формы р в формуле

(3). Если такие вариации приводят к существен-

ным изменениям НДС СОФС, то следует увели-

чить объем инженерно-геологических данных,

т.е. число геологических выработок, опытных по-

левых и лабораторных исследований, или провес-

ти дополнительные мероприятия для повышения

надежности сооружения, например, увеличить

прочность конструкций.

Этот вопрос проанализирован в работах [3, 15]

c помощью математического моделирования с ис-

пользованием эталонов (упрощенных моделей)

СОФС.

В связи с этим следует отметить следующий важ-

ный аспект рассматриваемой темы. В работах [2,

15] показано, что изгибающие моменты и попереч-

ные силы в фундаментных плитах существенно за-

висят от глубины развития зон разрушения грунта

(«пластических зон») под краями фундамента.

В действующих нормах проектирования [13] раз-

витие этих зон лишь ограничивается глубиной, рав-

ной одной четверти ширины фундамента, но в рас-

четах эта глубина не учитывается, что приводит к

значительному искажению расчетных результатов.

Для уточнения расчетов фундаментных плит

с учетом влияния «пластических зон» необхо-

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 36

димы данные о распределении прочностных

параметров с и _ под краями фундамента в

большем числе точек, чем обычно получают

при проведении обычных инженерно-геологи-

ческих изысканий. Но эти выработки должны

выполняться только в краевых зонах и на не-

большую глубину (например, до глубины, рав-

ной одной четверти ширины фундамента или в

пределах активной зоны).

5. ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ГЕОМЕТРИЗАЦИИ МАССИВОВ БЕЗ

ВЫДЕЛЕНИЯ ИГЭ НА ПРИМЕРЕ

ПОЛУЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТОВ ПО

РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ И

ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Широко используемое в практике инженерных

изысканий статическое зондирование является

весьма эффективным и оперативным методом ус-

тановления строения массива, приближенного

определения видов, разновидностей, плотности,

консистенции, предварительной оценки парамет-

ров прочностных и деформационных свойств

дисперсных грунтов путем использования корре-

ляционных зависимостей, установленных для

грунтов-аналогов, а также получения геотехниче-

ских параметров для проектирования свайных

фундаментов.

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Таблица 1

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВИДОВ ПЕСЧАНЫХ И СУПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ВЕЛИЧИНЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПОГРУЖЕНИЮ КОНУСА (Q

) И ПОКАЗАТЕЛЮ ТРЕНИЯ (R

) ДЛЯ ГРУНТОВ ТЕРРИТОРИИ МОСКВЫ

Сопротивление Показатель Виды грунтов на глубинах 2-18 м

погружению трения

конуса (q

), МПа R

, %

25÷35 0,5÷0,6 Гравийно-галечниковые грунты однородные

18÷25 0,6÷1,2 Гравийно-галечниковые грунты с песчаным заполнителем

16÷25 0,5÷1,0 Пески гравелистые

16÷22 0,5÷1,2 Пески крупные

10÷20 0,6÷2,0 Пески средней крупности

2,5 0,8 Пески средней крупности, рыхлые

3,5÷8 1,0÷1,8 Пески мелкие

1,1 - Пески мелкие, рыхлые (единичные значения)

2÷3 2÷3 Пески пылеватые

2 3,5 Пески пылеватые, рыхлые

1÷2 2÷3 Супеси пылеватые, пластичные

2÷3 1,2 Супеси песчанистые

0,5 1,4 Пески средней крупности, пропитанные горюче-смазочными

материалами (ГСМ)

26÷28 0,9÷1,2 Пески пылеватые и мелкие, на глубине 25 м очень плотные

(е=0,4-0,45) мелового возраста

Примечания:

1. Б

льшие значения R

характерны для песков разнородных, а мéньшие – для более однородных по грансоставу.

2. Мéньшие значения qc свойственны менее плотным разностям, а б

льшие – более плотным.

3. Пункты, кроме последнего, для грунтов четвертичных (аллювиальных и флювиогляциальных), последний пункт – для песков меловых

морских.

Таблица 2

ИДЕНТИФИКАЦИЯ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ПЕСЧАНЫХ

ГРУНТОВ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ

Разновидности Относительная

плотность I

Рыхлые 0–0,33

Средней плотности 0,33–0,66

Плотные 0,66–1,0

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 37

Вышеуказанные характеристики грунтов мож-

но получить без разделения на инженерно-геоло-

гические элементы, поскольку зарубежные, и

многие отечественные специалисты применяют

приближенные зависимости между параметрами

статического зондирования (сопротивлением

грунта внедрению конуса (q

), боковым трением

), показателем трения (R

) и характеристиками

исследуемых грунтов [6, 11, 18].

Оценка разновидностей песков по результатам

статического зондирования. Кроме определения

возможного вида грунта по результатам статиче-

ского зондирования, можно выделять в разрезе

разновидности песков (табл. 1), используя корре-

ляционные зависимости между этими результата-

ми и некоторыми параметрами структуры несвяз-

ных грунтов.

Плотность сложения является одной из основ-

ных характеристик структуры песчаных грунтов,

контролирующей их физико-механические свой-

ства. Поэтому определению плотности грунтов

всегда уделялось большое внимание.

Для характеристики плотности песков исполь-

зуют два показателя: коэффициент пористости и

относительную плотность песков.

Относительная плотность песков I

определя-

ется по формуле:

, (4)

где е

, е

max

, е

min

– коэффициенты пористости

песка в условиях естественного залегания, в наи-

более рыхлом и в наиболее плотном состоянии

соответственно.

По величине ID пески условно делят на три

разновидности (табл. 2).

Коэффициент пористости грунтов рассчитыва-

ют по формуле:

, (5)

где r

, r

– плотность минеральных частиц и

плотность сухого грунта соответственно.

По величине коэффициента пористости (е) пе-

ски делят на разновидности (табл. 3).

Однако, определение плотности песков в усло-

виях естественного залегания вызывает значи-

тельные трудности в связи со сложностью отбора

МАТЕРИАЛЫ III ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

Таблица 3

ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ОТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ

Плотность Коэффициент пористости, е

сложения песков Пески гравелистые Пески Пески

крупные, мелкие пылеватые

средней крупности

Рыхлые > 0,70 > 0,75 > 0,8

Средней плотности 0,55 – 0,70 0,60 – 0,75 0,60 – 0,80

Плотные < 0,55 < 0,60 < 0,60

Таблица 4

ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ОТ КРУПНОСТИ И ВЛАЖНОСТИ (ПО СН 448-72)

Пески q

, МПа Плотность сложения

Крупные и средней крупности более 15 плотные

15 – 5 средней плотности

менее 5 рыхлые

Мелкие более 12 плотные

12 – 4 средней плотности

менее 4 рыхлые

Пылеватые, маловлажные и влажные более 10 плотные

10 – 3 средней плотности

менее 3 рыхлые

Пылеватые, водонасыщенные более 7 плотные

7 – 2 средней плотности

менее 2 рыхлые

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 38

представительных образцов песка из массива. Это

же обстоятельство затрудняет установление дос-

товерных корреляционных связей, между сопро-

тивлением зондирования q

и плотностью песков

в условиях естественного залегания.

Чтобы установить связи между сопротивлени-

ем зондированию и плотностью песков и природ-

ным давлением, широко используются (особенно

в зарубежной практике) результаты опытов в ка-

либровочных камерах, в которых песок укладыва-

ется искусственно до заданной плотности и обжи-

мается всесторонним давлением, моделирующим

природное давление (или глубину залегания).

В СН 448-72 [14] приведена таблица, в которой

обобщены результаты сопоставительных опытов

для песков разной дисперсности и влажности

(табл. 4).

Следует отметить, что таблица составлена по

результатам применения зонда I типа (т.н. меха-

нического зонда), дающего более высокие значе-

ния q

по сравнению с зондами II типа (тензомет-

рическими зондами). Но, тем не менее, эта табли-

ца широко используется в практике изысканий

для оценки плотности песков по данным статиче-

ского зондирования [12].

В Белоруссии для аллювиальных и флювиогля-

циальных песков принято использовать иное де-

ление песков по плотности сложения [4] (табл. 5).

Приведенное в таблицах деление песков по плот-

ности сложения по результатам статического зонди-

рования не является идеальным, так как не учитыва-

ет глубину залегания песков (действующие природ-

ные давления), степень переуплотнения песков и

другие факторы, которые могут существенно умень-

шить результаты оценки плотности песков по qс.

В этой связи большой практический интерес

представляют исследования, опубликованные в

докладе М. Ямилковского и др. на XI Междуна-

родном конгрессе по механике грунтов и фунда-

ментостроению 1985 г. [16], в результате которых

получена формула:

, (6)

где q

– сопротивление зондированию, тс/м

;

– эффективное давление, т/м

; I

– относи-

тельная плотность, %.

Как отмечалось выше, подобные зависимости

(6) получаются при исследованиях в калибровоч-

ных камерах ограниченного размера, поэтому ре-

комендуется при определении относительной

плотности песков естественного сложения умень-

шать сопротивление конуса, определенные в по-

левых условиях (в массиве), на 12-23%.

Все исследователи отмечают, что полученные в

калибровочных камерах зависимости между q

, I

и d

являются приближенными и могут быть ис-

пользованы на практике с определенной осто-

рожностью, так как не учитывают такие факторы,

контролирующие свойства песков in situ, как на-

личие цементации (упрочнения во времени), ко-

торая существенно увеличивает сопротивление

погружению конуса. Поэтому при использовании

корреляционных формул, таблиц или графиков,

подобных приведенным выше, говорят о некото-

ром номинальном или эквивалентном значении

. Сопротивление погружению конуса q

зависит

также от степени переуплотнения песка.

И.А. Бусел, исследуя зависимость между плот-

ностью и сопротивлением зондированию, пред-

ложил связь между q

и е для песков без учёта их

Перспективы развития инженерных изысканий в Российской Федерации

Таблица 5

ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ОТ КРУПНОСТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ

СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ (ПО БУСЕЛУ И.А.)

Пески Плотность сложения

плотные средней плотности рыхлые

Крупные и средней крупности более 15 15 ÷ 2,8 менее 2,8

Мелкие более 8,3 8,3 ÷ 1,7 менее 1,7

Пылеватые более 8,3 8,3 ÷ 1,2 менее 1,2

Таблица 6

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПЕСКОВ

1235101520304050

МПа

е 0,83 0,73 0,69 0,64 0,58 0,53 0,51 0,49 0,47 0,45

Sbornic_New_1 01/12/2008 19:40 Page 39