Раздел б основы грунтоведения

Глава V предварительные понятия

§ 14. Горные породы как грунты и их классификация

Строительство, в том числе и гидротехническое (создание шлю­зованных соединительных каналов, обширных водохранилищ, уве­личение длины и глубины морских каналов), выдвинуло дополни­тельные требования к инженерной геологии. В частности, потребо­валось более точное определение деформаций горных пород, возникающих под влиянием статических и динамических нагрузок и вызывающих осадки сооружений, установление устойчивости от­косов при строительстве крупных судоходных и ирригационных каналов в глубоких выемках и в оползневых склонах. Выдвинутые требования вызвали появление и быстрое развитие новой отрас­ли инженерной геологии — грунтоведения. В грунтоведении все горные породы, входящие в состав коры выветривания, получили название грунты. Они и являются предметом изучения примени­тельно к практическим задачам инженерного строительства.

Внутренние связи в твердых и рыхлых грунтах оказывают со­противление при нагрузках. При сжатии деформация пород явля­ется следствием взаимного перемещения элементарных частиц или зерен, слагающих грунт. В грунтах с жесткой связью (твердых грунтах) в сцеплении между частицами превалируют прочные свя­зи между зернами. Связи между зернами в породе и являются тем сопротивлением, которое они оказывают внешним механическим условиям. В грунтах без жесткой связи, но при наличии пласти­ческих связей между частицами, сопротивление деформирующим усилиям также обусловливается силой сцепления. В продолжении всего процесса деформации силы сцепления, изменяясь, не унич­тожаются. По окончании деформирующих усилий внутренние свя­зи восстанавливаются, но не доходят до состояния, которое было до начала деформации. Развивающиеся при процессе деформации

силы трения обычно невелики. Сопротивление грунта при отрыве его черпаком обусловливается преимущественно силами сцепле­ния. Силы трения возникают между внешней поверхностью чер­пака и грунтом. При работе землесоса с механическим разрых­лителем сопротивление грунта отрыву от массы тоже возникает от сил сцепления.

По составу и механическим свойствам грунты подразделяют­ся на:

глинистые связные грунты, для которых число пластичности больше единицы;

песчаные, сыпучие в сухом состоянии грунты, не обладающие свойством пластичности, содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм;

крупнообломочные, несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломки кристаллических или осадочных по­род с размерами более 2 мм;

скальные (изверженные, метаморфические и осадочные поро­ды), с жесткой связью между зернами (спаянные и сцементиро­ванные), залегающие в виде сплошного массива или трещинова­того слоя, образующего подобие сухой кладки. Скальные грунты при пределе прочности менее 50 кг/см² называются полускальными (мергелями, окремненными глинами, гипсами и др.).

Пески чаще распространены в прибрежной зоне, залегая по­лосой различной ширины до глубины 15—20 м. На глубинах они залегают на разных по величине площадях, вытянутых вдоль бе­рега. Крупнообломочные породы — глыбы, валуны, галька — наи­более распространены в зоне прибоя.

Основные положения из инженерно-геологической классифи­кации грунтов В. А. Приклонского, построенной на основе клас­сификации Ф. П. Саваренского, с некоторыми уточнениями авто­ра для морских грунтов приведены ниже.

1. Грунты с жесткой связью тверды, практически несжимаемы, водопроницаемы только по трещинам, преимущественно кристал­лические. Разработка этих грунтов земснарядами может произво­диться только с рыхлением взрывными работами.

2. Грунты связные имеют внутренние связи пластичными. Прочность их невысокая и меняется, как и сжимаемость, в зави­симости от степени увлажнения. Практически водонепроницаемы или проницаемы слабо. К ним относятся:

1. глины (жирные, неслоистые, тощие, песчанистые) с содер­жанием глинистых фракций (меньше 0,005 мм) свыше 30% и вы­соким содержанием коллоидов. Капиллярность и влагоемкость их очень высоки, пластичность также; тонкозернисты, с различной степенью уплотненности, коэффициент крепости 0,8—1,0. Аллюви­ального и делювиального происхождения;

2. глины морские, слоистые представляют собою продукты размыва и переотложения первичных глин. Содержание глинистых фракций (меньше 0,005 мм) немного больше 30% с преимущест­венным содержанием пылевато-илистых фракций (0,05—0,005 мм).

Тонкодисперсны и тонкослоисты, часто имеют прослои ракуши. Все морские глины прошли стадию илистых образований. Вышедшие из-под уровня моря глины уплотнены и обычно тугопластичны. Коэффициент крепости 1—1,5 (мезозойские и третичные глины). Глины, лежащие под уровнем моря (четвертичные глины), обычно пластичны и мягкопластичны с коэффициентом крепости 0,5—0,8;

а) глины жирные пластичны, обладают липкостью, т. е. спо­собностью прилипать к внутренним поверхностям черпаков и грун­товым трюмам землесосов и шаланд;

б) глины тощие, песчанистые обладают часто значительной мощностью и большой площадью распространения. Обычно серые, зеленовато-серые и темно-серые. Пластичность их средняя, лип­кость невысокая;

3. суглинки и песчаные глины с содержанием глинистых фрак­ций (меньше 0,005 мм) 10—30%. Капиллярность и влагоемкость их высока, пластичность средняя:

а) суглинки аллювиальные и делювиальные тонкопористы. Размокаемость их обычно сильная;

б) суглинки ледниковые, элювиальные сравнительно с суглин­ками группы «а» более грубы на ощупь. Суглинки ледникового происхождения иногда могут быть переполнены значительным количеством валунов разных размеров. Захваченные при черпании имеете с грунтом валуны должны быть из черпаков удалены;

4. лёссы и лёссовидные грунты с преобладанием пылеватых частиц (0,05—0,01 мм). Глинистых фракций (меньше 0,005 мм) они содержат обычно 10—30%. Для этих грунтов характерны крупные поры, за счет уменьшения которых происходит дополни­тельная осадка (просадочные грунты). Сильно размокают. Типич­ные лёссы отличаются однородностью и неслоисты. Лёссовидные суглинки и глины различной мощности при увлажнении дают дополнительные осадки;

5. илистые грунты различной мощности отлагаются в мор­ских и озерных водоемах и реках. Состоят из пылевато-илистых фракций с примесью растительных и животных организмов:

а) илы жидкие и текучепластичные минерального и органи­ческого состава, недавно отложенные. Липкость у них отсутствует. Затонувшие предметы легко погружаются в эти илы. Как основа­ния для сооружения они непригодны. Благодаря отсутствию струк­турности грунт не заполняет черпака «шапкой»;

б) илы мягкопластичные и пластичные имеют тот же состав, что и группы «а», но несколько уплотнены. Они структурны, лип­кость имеют довольно высокую. В этих илах сваи могут работать защемлением. При работе черпаки многочерпаковых снарядов за­полняются полностью. Самоотвозные землесосы (з/с «Черное море» и др.) в пластичных илах работают довольно эффективно.

III. Рыхлые сыпучие грунты практически внутренних связей не имеют. Под статической нагрузкой они почти несжимаемы, но уплотняются при встряхивании и вибрации. К этим грунтам отно­сятся:

1. рыхлые породы, не проявляющие плывунных свойств, с по­ристостью 30—40% и коэффициентом крепости 0,5—1,5:

а) крупнообломочные рыхлые породы с очень высокой водо­проницаемостью. Допускаемая нагрузка 2,5—6,0 кг/см² (углова­тые: щебень осыпей и россыпей, дресва; окатанные: валуны, галь­ка и гравий);

б) средние и мелкозернистые рыхлые породы, сыпучие в сухом состоянии. Допускается нагрузка для их мелких разностей 0,5— 2,5 кгс/см², средних 1—3 кгс/см², крупных 3,5—4,5 кгс/см². Пески, залегающие на дне моря, водонасыщены и могут обладать плы­вунными свойствами;

2. рыхлые породы, перенасыщенные водой. Средние, но пре­имущественно мелкозернистые и тонкозернистые пески, обладаю­щие плывунными свойствами, являются тяжелыми грунтами для дноуглубительных работ.

При дноуглублении черпание в основном производится в грун­тах, имеющих внутренние пластичные связи, и в рыхлых грунтах без жесткой связи. В последующем этим грунтам и уделяется осо­бое внимание.