Полевое экспериментальное исследование работы вертикальной дренажной прорези, применяемой для сокращения сроков консолидации водонасыщенных глинистых грунтов, впервые было осуществлено в районе г. Унеча.

Геологическое строение участка было представлено следующим напластованием грунтов: супесь желтого цвета слоем толщиной 0,8-4,7 м; супесь серого цвета с линзами глины, местами переходящая в суглинок, слоем толщиной 0,9-5,2 м; глина желтая пластичной консистенции слоем толщиной 0,5-4,8 м. Ниже залегает слой среднезернистых водонасыщенных песков.

Физико-механические свойства грунтов приведены в табл. V.3.

Дренажную прорезь длиной 15, шириной 0,8 и глубиной 2,2 м отрывали экскаватором, смонтированным на базе трактора «Беларусь». Как показало опытное рытье котлованов, грунты достаточно хорошо сохраняли вертикальные откосы, поэтому дренажные прорези устраивали с вертикальными откосами без крепления.

В качестве дренирующего материала применялась песчано-гравийная смесь со следующим гранулометрическим составом: частиц диаметром от 20 до 2 мм - 63%, от 2 до 0,1 мм - 27% и менее 0,1 мм - 12%. Песчано-гравийную смесь укладывали в дренирующую прорезь слоями по 0,4-0,5 м и уплотняли поверхностными вибраторами, применяемыми для уплотнения бетона.

После заполнения прорези дренирующим материалом (до устройства пригрузочной насыпи и песчаной подушки) на поверхности грунта на различном расстоянии от прорези устанавливали марки.

Пригрузочную насыпь возводили также из песчано-гравийной смеси, что позволило обойтись без устройства песчаной горизонтальной дренирующей подушки под насыпью. Пригрузочная насыпь (рис. V.13) имела размеры поверху 20X4,5 м, а в основании - 7,5X18 м.

Контрольная нивелировка марок после их установки была проведена и после окончания устройства пригрузочной насыпи высотой 2,2 м (нагрузка от насыпи составляла 0,45 кгс/см²). В последующем нивелировка головок стержней (марок) проводилась периодически через 15-30 дней в течение девяти месяцев.

Результаты наблюдения за осадками головок стержней всех марок показывают, что грунты основания деформировались достаточно равномерно как вблизи дренажной прорези, так и вдали от нее. В зимний период (период промерзания верхнего слоя грунта) консолидации грунтов не наблюдалось.

Рис. V.13. Схема полевого экспериментального исследования вертикальных дренажных прорезей

Для установления изменения влажности в основании дамбы во времени и распределения влажности в зависимости от расстояния точки до вертикальной дренирующей прорези и горизонтальной дренирующей подушки после окончания опытов из тела пригрузочно-дренирующей дамбы и песчаной прорези были отобраны образцы.

Для этого в трех местах по длине прорези были отрыты траншеи-шурфы глубиной 3,5 м в перпендикулярном прорези направлении. На фиксированных расстояниях от прорези (0,25; 0,75; 1,75 и 3,25 м) были отобраны образцы грунта через 0,5 м по глубине (рис. V.14). Всего было отобрано 90 образцов из основания.

Для каждого образца были определены значения удельного и объемного весов и влажности. Ряд образцов был использован для полного определения физико-механических, прочностных и деформативных характеристик грунтов.

Результаты распределения влажности в грунтах основания после окончания экспериментов приведены на рис. V.15 и в табл. V.4.

На этом рисунке цифрами указана весовая влажность в точках основания, а сплошными линиями - расчетные кривые одинаковой влажности.

Рис. V.14 План расположения шурфов-котлованов для отбора монолитов под телом пригрузочной насыпи (■ - место отборов монолитов)

Рис. V.15 Сопоставление расчетных и фактических значений влажности вокруг дренажной прорези

Для сравнения опытных данных о распределении влажности в грунтах основания для случая применения дренажных прорезей с расчетными данными, полученными по разработанному нами методу для случая равных деформаций, использовалась методика, предложенная Н. Н. Масловым. По начальной влажности грунта и расчетной степени консолидации можно получить расчетное распределение влажности в основании (см. рис. V.15).

Как видно из графиков (рис. V.15), результаты расчетов по предложенным формулам достаточно хорошо согласуются с результатами полевых экспериментов. Сравнение прочностных и деформативных характеристик грунтов основания до устройства пригрузочно-дренирующей насыпи и прорези и после их устройства говорит о том, что искусственное уплотнение грунтов значительно увеличивает прочностные и деформативные их характеристики. Это подтверждает эффективность применения вертикальных дренажных прорезей для уплотнения основания из сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов.