Ключевые слова: влагоперенос, ро лема модеформации, морозное пучение, пропучения мерзание грунтов грунтов и его воздействия на основания и фундаменты сооружений предусматривает решение комплекса взаимосвязанных задач, которые могут быть подразделены на пять направлений. В силу ограниченности объема статьи рассмотрим только два из них:

1) установление основных положений теории криогенного влагопереноса, кинетики и механизма морозного пучения с целью разработки методов расчета миграционного влагонакопления в промерзающих грунтах;

2) оценка пучинистых свойств различных видов грунтов с установлением критериев их морозоопасности по широко известным физико-механическим и водным показателям грунтов.

Наиболее точным способом определения относительной деформации пучинистого грунта является прямое испытание конкретного грунта в лабораторных (или полевых) условиях его промораживанием в специально изготовленных формах (Ю.М. Васильев). При этом автоматически учитываются природа грунта (минералогический состав глинистых фракций и состав обменных катионов, гранулометрический и микроагрегатный состав грунта, характер сложившейся структуры), его состояние (плотность и влажность). Кроме того, регулируя температуру в холодильной камере, можно создать необходимую скорость промерзания. В зависимости от расположения уровня грунтовых вод по отношению к подошве фундамента такие испытания можно проводить по открытой или закрытой схеме промерзания образцов грунта, установленных на поддон с водой или без нее. Наконец, испытания образцов можно выполнить под нагрузкой и без нагрузки. В связи с этим представляется, что основное направление исследований величины морозного пучения — проведение их в лабораторных условиях, совершенствуя оборудование и методику испытаний.

С целью дальнейшего развития ранее разработанного и испытанного оборудования и методики испытаний грунтов на морозное пучение под давлением и адаптации его к требованиям ГОСТ 28622-90 Р.Ш. Абжалимов разработал защищенные патентами на полезную модель и изобретение новую установку и способ определения величины морозного пучения от давления. Эта установка отличается от прежней габаритами холодильной камеры (размеры по внутренней поверхности 1,2 х 1,2 х 2,6 м) и позволяет промораживать грунт в автоматическом режиме до -25 °С. Поддон с водой для размещения 15 образцов с грунтом дополнен цилиндрическими кольцами высотой 50 мм с перфорированными днищами и внутренним диаметром 100 мм, герметично приварен и заполнен крупнозернистым песком согласно. Общая высота образцов увеличена с 140 до 160 мм. Механический динамометр сжатия заменен на электронный. Режим промерзания контролируется тремя датчиками температуры, установленными на верхнем и нижнем кольцах и на уровне низа цилиндрической обоймы с песком.

Всего установлено 45 датчиков температуры. Для обеспечения промерзания образцов грунтов сверху вниз пространство между металлическими цилиндрами и между установкой и внутренними стенами холодильника утепляли плитами из экструдированного пенополистирола толщиной 30 мм каждая, с предварительно вырезанными отверстиями для пропуска цилиндрических обойм суммарной высотой над поддоном с водой 210 мм, а за поддоном — 270 мм. Общий вид установки показан на рис. 1.

Шесть образцов с грунтом ненарушенной структуры нагружали цилиндрическими грузами для создания давления 20 кПа и столько же — давлением 50 кПа, а на трех образцах неподвижно закрепляли электронные динамометры сжатия и создавали давление, равное давлению на глубине отбора образца (36 кПа).

Величину морозного пучения грунтов при различных давлениях измеряли индикаторами часового типа ИЧ 25 с точностью до 0,01 мм. Последние предполагается заменить на датчики линейных перемещений ДЛП-10 для полной автоматизации контроля (с использованием компьютера) процесса промерзания и пучения грунтов.

Испытания на морозное пучение проводили в ОАО «ОмскТИСИЗ» в холодильной камере при температуре от (-4 °С) до (-6 °С), что обеспечило скорость промерзания грунта около 2 см/сутки. Промораживание длилось 8 суток при положительной температуре воды (без подогрева). Контроль за режимом промерзания образцов с грунтом и за нарастанием давления морозного пучения осуществляли в реальном масштабе времени с помощью компьютера по специальным программам.

Грунты по открытой схеме следует промораживать при + 2, где — уровень грунтовых вод от поверхности земли, м; <іу — нормативная глубина сезонного промерзания, м.

Образцы с грунтом ненарушенной структуры отбирали из шурфов в одном из строящихся микрорайонов г. Омска с глубины 1,8 м.

Примечание: ршах — среднее значение максимального давления морозного пучения при относительной податливости грунта под динамометром; а — расчетная доверительная вероятность, а = 0,95; в табл. 2 ршах принято с учетом предварительного обжатия не уплотняются.

Отклонения Є Jp, от фактических значений при p1 = 22,5 кПа иp2= 52,5 кПа, полученные по формуле (5), составили ±0,5%, а отклонения расчетных значений Єp, вычесленные по формуле (2), от фактических значений, приведенных в табл. 2, составили ± 16,3 %.

В процессе лабораторных исследований определяли миграционное водонакопление для этих грунтов при давлении p2= 52,5 кПа. Так, для мягкопластичного суглинка при природной влажности до промораживания W=21,1 % и степени влажности Sr = 0,91 влажность после промерзания составила W = 26,1 %, т.е. увеличилась на 24 %. Для тугопластичного суглинка при природной влажности до промерзания W=22,4 % и степени влажности Sr = 1,0 влажность после промерзания составила W =25,3 %, т.е. увеличилась на 13 %.

Очевидно, зависимость миграционного водонакопления от давления на грунт также будет экспоненциальной и по лабораторным испытаниям можно получить уравнения, подобные приведенным в, как показано на рис. 3.

Отклонения от экспериментальных нормативных значений составили: для мягкопластичного суглинка + 15,4 %, для тугопластичного суглинка + 2,4 %.

Известно (М.А. Малышев, В.В. Фурсов, О.Р. Голли и др.), что при промораживании мягко- и тугопластичных суглинков их осадки при оттаивании значительно превышают величину их морозного пучения, а время оттаивания в несколько раз короче, чем морозное пучение. Это приводит к более неравномерным деформациям системы основание — здание и его повреждению. Поэтому В.Д. Карлов предлагает ограничить для таких грунтов давление от фундамента до такого значения, при котором величина осадки основания при весеннем оттаивании не превышала бы величину морозного пучения грунта при промерзании.

Давление на основание, при котором достигается предельное сопротивление оттаявшего грунта срезу т;Л.и, следует рассматривать как предельное значение давления рЛ.и для сезонно-оттаивающего основания, т.е. условием расчета оттаивающих оснований по несущей способности может служить требованиер <рЛ.и-

Предлагается значение р{Л.и определять для оттаявшего грунта под образцами при давлении р2 = 52,5 кПа (после определения их морозного пучения) методом одноплоскостного среза в условиях неконсолидированно-недренированного испытания.

Как показывают исследования, с увеличением соотношения Л;Л/Б, где ЛЛ — глубина оттаивания, Б — диаметр штампа, предельное давление на основание увеличивается. В лабораторных исследованиях Л;Л/Б = 35/70 = 0,5, а в натурных условиях обычно (Л;Л/Б) > 1. С другой стороны, среднее давление на грунт от фундамента в процессе промерзания будет больше 50 кПа. В связи с этим и миграционное водонакопление будет меньше. Эти факторы предлагается учитывать введением коэффициента условий работы, полученных на основании мониторинга за осадками зданий и сооружений.

В табл. 3 приведены результаты опытов на срез в условиях неконсолидированно-недренированного испытания до промерзания и после оттаивания образцов под

давлением 52,5 кПа для мягко-тугопластичных суглинков. Отметим, что нагрузки на образцы с грунтом снимаются сразу же после отключения холодильника.