Одной из особенностей насыпных грунтов является способность давать осадку под действием собственного веса. Осадки насыпных грунтов сопровождаются уплотнением составляющих их материалов, главным образом под влиянием собственного веса, внешней нагрузки на них, в том числе динамической, а иногда изменения влажности, глубины расположения уровня подземных вод.

Величины осадок, длительность процесса самоуплотнения насыпи зависят в основном от составляющих ее материалов: минимальные сроки самоуплотнения — в насыпях из сыпучих материалов; максимальные — в насыпях из высокодисперсных связных материалов (глинистые грунты, хвосты некоторых обогатительных фабрик с флотационным технологическим процессом) и в насыпях, содержащих органические включения и т.п.

Имеющиеся данные по наблюдению за осадками различных видов насыпных грунтов от собственного веса позволяют оценить величины осадок их.

Графики осадок некоторых видов насыпных грунтов построены на основе обработки материалов наблюдений за осадками различных насыйей, по маркам, установленным в основании и на поверхности насыпи. Хорошо уплотненные насыпи из крупнозернистого песка и обломочных материалов (кривая 7) дали осадку до 1 % первоначальной высоты, менее уплотненные насыпи из этих материалов (кривая 2) — осадку до 1,5 %, а неуплотненные пески (кривая 4) — до 2,5 … 3 %; осадки среднеуплотненных глинистых насыпей (кривая 3) составили около 2 … 2,5%, а неуплотненных (кривая 5) — до 10… 12%.

Наибольшие осадки от собственного веса наблюдались на городских и производственных свалках с содержанием большого количества легко сжимаемых органических включений в виде бумаги, опилок, стружки, щепы и т.п. Кривая соответствует осадке городских свалок Нью-Йорка, содержащих около 40 … 60 % органических материалов в виде бумаги и пищевых отбросов. Осадка насыпи от собственного веса в этом случае доходила до 28 … 30 % первоначальной высоты и происходила, главным образом, в результате уплотнения органических материалов.

Осадки дорожных насыпей от собственного веса, отсыпанных из супесей и суглинков слоями толщиной 0,2 … 0,5 м с последующим уплотнением взрывными трамбовками или падающими плитами, составляют около 1 % первоначальной высоты.

Результаты наблюдений за осадкой земляной плотины, возведенной намывным способом, приведены на рис. 1.3. Высота подводной части плотины доходит до 18, а надводной — 15 м. Плотина намыта преимущественно из мелких однородных песков. После намыва пески в теле плотины характеризовались плотностью в сухом состоянии, 1,48 … 1,75 T/MJ И коэффициентом пористости соответственно 0,79 … 0,514.

В процессе намыва в плотине были установлены глубинные марки для наблюдения за осадками от собственного веса на глубинах h = 10, 12, 14, 15 и 24 м. Осадка насыпи плотины продолжалась в течение 10 лет и составила 0,8 … 1,2 % высоты насыпи, т.е. близка к осадкам насыпей, возведенных с послойной отсыпкой и уплотнением.

Специальные исследования по изучению самоуплотнения насыпных грунтов проводились на строительстве прессоворамного цеха и цеха двигателей КамАЗа в пазухах, имеющих длину не менее 10 м, среднюю ширину не менее 6 м и глубину 8 … 8,5 м. Пазухи засыпались лессовидным суглинком с влажностью от 0,08 до 0,30 без уплотнения. После полной засыпки пазухи поверхность ее спланирована легким бульдозером. Плотность сухого грунта и влажность определялись методом радиоактивных изотопов. Первый цикл определений плотности и влажности проводился сразу же после окончания отсыпки, а последующие через 1, 2, 3 и далее через — 6 … 8 мес.

Результаты исследований самоуплотнения в условиях закрытого помещения показывают, что влажность грунтов в засыпках при низких ее значениях (0,08; 0,13; 0,18) в течение длительного времени (до трех лет) практически не изменяется. В случае отсыпки более переувлажненных лессовидных суглинков влажность их снижается до 0,21 … 0,22, т.е. происходит процесс консолидации грунта с оттоком избыточной воды.

Интенсивность самоуплотнения грунта в значительной мере зависит от величины пригрузки, создаваемой весом вышележащего грунта и его влажности. В верхних слоях до глубины 1 м самоуплотнение практически отсутствует, тогда как в нижних слоях на глубине 8 м плотность сухого грунта повышается на 10 … 15 %.

Наиболее интенсивно самоуплотнение происходит при высокой влажности грунтов, в данном случае равной 0,30. Если при начальной влажности 0,08 плотность сухого грунта на глубине 8 м повышалась до 1,39 т/м3, то при tv = 0,30 она возросла до 1,62 т/м3.’

Для лессовидных суглинков с начальной влажностью 0,08 … 0,24 наиболее интенсивно самоуплотнение во времени происходит в первые 2,5 … 3 года наблюдений и, по-видимому, полное самоуплотнение наступает через 4 … 5 лет. В лессовидных суглинках с начальной влажностью 0,30 в течение 3,5 лет не наблюдалось снижения интенсивности самоуплотнения во времени, что свидетельствует о более длительном процессе консолидации этих грунтов.

По результатам экспериментов составлены графики плотности в сухом состоянии суглинистых грунтов при их самоуплотнении в течение трех лет для засыпок глубиной до 8 м. График показывает, что наибольшее самоуплотнение достигается при повышенной влажности грунта, превышающей в 1,15 … 1,2 раза влажность на границе раскатывания. В опытах влажность, равная 0,21 … 0,22, оказалась критической; повышение влажности выше этого значения к увеличению самоуплотнения не привело. С другой стороны, повышение влажности выше критического значения замедляет процесс самоуплотнения.

Параллельно с исследованиями по изучению особенностей самоуплотнения грунтов в условиях закрытого помещения проводились опыты по изучению особенностей самоуплотнения при изменении влажности подстилающего грунта. Опыты проводились на строительных площадках, где, по данным инженерногеологических изысканий, уровень подземных вод располагался на глубине 8 … 10 м. Кроме того, площадки были выбраны в крайних пролетах, защищенных от атмосферных осадков, но подверженных влиянию температур и аэрации. Засыпка выполнялась из лессовидных суглинков влажностью 0,08, 0,18 и 0,30.

По данным этих экспериментов, близкое к поверхности расположение подземных вод способствовало постоянному повышению влажности грунтов в засыпке от 0,08 до 0,28, а затем цикличное изменение ее от 0,18 до 0,28 … 0,24 (рис. 1.4, d). Процесс самоуплотнения в этом случае завершился практически за 1,8 года.

Почти аналогичная картина самоуплотнения грунтов наблюдалась в насыпи из суглинков влажностью 0,18. В то же время самоуплотнение грунтов в насыпи из лессовидных суглинков влажностью 0,30 (рис. 1.4, е) происходило практически так же, как и в закрытом помещении (рис. 1.4, в, г). Характерным в этих случаях был замедленный процесс понижения влажности при незначительной цикличности ее изменения и замедленный процесс самоуплотнения грунта.

В данной серии опытов установлено, что интенсивность самоуплотнения глинистых грунтов в засыпках при влажности, равной влажности на границе раскатывания или ниже ее при последующем увлажнении, существенно выше интенсивности самоуплотнения переувлажненных или водонасыщенных глинистых грунтов. Это явление может быть объяснено влиянием на процесс самоуплотнения капиллярных сил. При низкой влажности грунтов в засыпках формирование и перемещение капиллярного горизонта происходит одновременно с уплотнением грунта, о чем свидетельствует влияние цикличности изменения влажности на интенсивность самоуплотнения. При повышенной влажности грунтов процессу самоуплотнения предшествует период формирования капиллярного горизонта, связанный только с понижением влажности.