1. Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.

Горной породой называют закономерно построенную совокуп­ность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.

Под составом подразумевают перечень минералов, составля­ющих породу. Структура — это размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц. Текстура — пространст­венное расположение элементов грунта, определяющее его стро­ение.

Термин «грунт» широко применяют в строительстве, заменяя более широкий термин «горная порода», который используется в геологии, географии, горном и геолого-разведочном деле. В ин­женерной геологии термин «горная порода» применяется при описа­нии геологической среды за пределами основания и на допроектных стадиях исследований.

Горная порода, а следовательно, и грунт представляют собой не случайное скопление минералов, а закономерную определенным образом построенную совокупность. Это имеет исключительно большое значение для строительства. Действительно, случайных совокупностей минералов может быть много. Закономерно по­строенных совокупностей горных пород в природе выделяется большое, но ограниченное количество. Инженерная геология из­учает закономерности образования и свойства горных пород как грунтов. Наличие в природе однотипных грунтов, широко рас­пространенных в разных частях Земли, служит основанием для разработки стандартных приемов строительства и применения типовых конструкций фундаментов. Так, существование слабых водонасыщенных грунтов — илов — уже в древности привело к идее устройства свайных фундаментов; особые свойства не менее широко распространенного лессового грунта потребовали раз­работки специальных способов строительства и т. п. В связи с этим, прежде чем рассматривать методы расчета и проектирова­ния оснований и фундаментов, необходимо изучить основные типы грунтов, их физические свойства, особенности строения оснований.

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В общем случае, с физических позиций, грунт состоит из трех компонент: твердой, жидкой и газообразной.

Твердая(кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.), жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства. В зоне влияния промышленных и гражданских сооруже­ний, т. е. на относительно небольших глубинах, в грунтах обычно присутствуют все три компоненты одновременно. На больших глу­бинах и в некоторых особых условиях грунт может состоять из двух и даже одной компоненты. Например, в зоне вечной мерзлоты в составе грунта может встретиться твердая и газообразная ком­поненты либо только твердая, если все пространство между части­цами заполнено льдом. В зоне положительной температуры ниже уровня подземных вод грунт обычно состоит из твердой и жидкой компонент. В механике грунтов такой грунт часто называют «грун­товой массой». Газ в условиях высокого гидростати­ческого давления полно­стью растворен в воде, но может выделиться из нее при понижении внешнего давления или повышении температуры. При внешних воздействиях, напри­мер, от строительства и эксплуатации зданий, однокомпонентная система гру­нта может переходить в двухкомпонентную,а двухкомпонентная — в трехкомпонентную. При этом, как правило, ухуд­шаются свойства грунта.

2. Характеристики плотности, влажности и пористости грунта. Сле­дуя рис. 1.2, представим себе некоторый объем V трехкомпонентного грунта массой М, разделенный на отдельные компоненты, где V_v m_lt V₂, т₂, V₃, т_ъ — соответственно объем и масса твердой, жидкой и газообразной компонент грунта (рис. 2.1). Тогда V=V_l + V₂+V₂; M=m₁+m₂+m₃ = m_i + m₂, так как масса газооб­разной составляющей ничтожно мала и не оказывает влияния на результаты определений. Отметим также, что V₂+ V₃ соответствует полному объему пор в грунте, частично занятому водой и частично газом. Теперь можно ввести определение важнейших физических характеристик грунта.

Плотность грунта (г/см³, т/м³) — отношение массы грунта к его объему:с=M/V

Для определения плотности грунта обычно способом режущего кольца отбирается известный объем грунта или парафинируется образец неправильной формы, объем которого определяется по объему вытесняемой им воды. Затем с помощью взвешивания находят массу грунта без учета массы кольца или парафина.

При расчетах нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса необходимо переходить к значению удельного веса грунта (кН/м³) y=pg. где g=9,81 м/с² — ускорение свободного падения. Удельный вес грунта зависит прежде всего от соотношения объемов, занятых твердыми частицами (V₁)и порами (V₂+V₃). Для наиболее рас­пространенных нескальных грунтов он составляет 13...22 кН/м³, для скальных — 18...30 кН/м³.

Влажность грунта — отношение массы воды к массе твердых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в процентах: w=m₂/m₁=(M-m_l)/m₁. Для определения влажности с помощью взвешивания устанавли­вают массу влажного грунта М. Затем выдерживают образец при температуре 105 °С до достижения им постоянной массы m_v равной массе твердых частиц (массе сухого грунта). Разница М—т₁ соот­ветствует массе испарившейся при нагревании грунта воды. Влаж­ность большинства рыхлых грунтов меняется в пределах 0,01...0,4, однако встречаются грунты (например, илы, торфы), у которых влажность может значительно превышать единицу.

Плотность частиц грунта (г/см³, т/м³) определяется как отноше­ние массы твердых частиц грунта к их объему: p_s=m₁/V₁ Плотность частиц зависит только от их минерального состава. Для скальных грунтов она обычно изменяется в пределах от 2,4 до 3,3 г/см³, для нескальных грунтов — 2,4...2,8 г/см . Наиболее часто встречающиеся значения р_я составляют (г/см³): для песков — — 2,65...2,67, для супесей — 2,68...2,72, для суглинков — 2,69...2,73, для глин — 2,71...2,76.

Удельный вес частиц у_s можно получить, умножив плотность частиц на ускорение свободного падения.

Приведенные выше основные физические характеристики грунта р, w, р₃ всегда определяются экспериментально. Они используются для расчета других указанных ниже характеристик.

Плотность сухого грунта p_d часто называют плотностью скелета грунта и определяют как отношение массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта: P_d=m₁/V.

Пористость грунта определяется как отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта: n=(V₂+V₃) /V

Коэффициент пористости грунта е равен отношению объ­ема пор к объему твердых частиц e = n/lm = n/(1 —п), откуда

Из определения коэффициента пористости грунта можно получить п=е/(1+е);т=1/(1+е).Коэффициент пористости грунта является одной из важнейших характеристик и непосредственно используется в расчетах. Для песчаных грунтов коэффициент пористости с достаточной точно­стью характеризует плотность их сложения (плотность взаимной упаковки частиц) и используется как классификационный показа­тель. Понятия «пористость» и «влажность» грунта определенным об­разом связаны между собой.

Введем понятие влажности, соответствующей полному водонасыщению грунта, т. е. случаю, когда все поры заполнены водой,— w_sat. Эта величина часто называется полной влагоемкостью грунта. Степень влажности (степень водонасыщения) S_r определяется как отношение объема воды в порах грунта к объему пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоемкости S_r =wс_s./eс_w Степень водонасыщения значительно сказывается на изменении свойств песчаных грунтов и используется как классификационный показатель.

3. Для определения характеристик механических свойств грунтов обычно проводятся лабораторные и полевые испытания. В лабора­тории испытываются образцы грунта относительно небольших раз­меров, отобранные на площадке строительства из шурфов и сква­жин. Особое внимание уделяется тому, чтобы образцы грунта по физическому состоянию соответствовали условиям естественного залегания. В этом случае они называются образцами ненарушен­ной структуры. При проектировании грунтовых сооружений ис­пытываются специально изготовленные образцы, состояние кото­рых должно соответствовать тому, которое грунты будут иметь в теле сооружения. Они называются образцами нарушенной стру­ктуры.

Полевые испытания характеристик механических свойств грун­тов обычно значительно более трудоемки и дорогостоящи. Они позволяют определять характеристики лишь при использовании самых простых моделей грунта. В то же время полевые испытания обеспечивают наиболее полное соответствие грунта условиям его естественного залегания. В ряде случаев (при невозможности от­бора образцов без существенного нарушения природного состоя­ния, например для водонасыщенных песков, глинистых грунтов текучей консистенции; при испытаниях трещиноватых скальных по­род в массиве и т. п.) они являются единственным способом опреде­ления характеристик механических свойств.

Необходимым требованием является также соответствие напря­женно-деформированного состояния и условий деформирования ис­пытываемого грунта тем, которые будут иметь место в основании или сооружении. Это достигается выбором соответствующих схем испытаний и режимов проведения опытов.

4. Все грунты разделяются на естественные — магматические, осадочные, метаморфические — и искусственные — уплотненные, за­крепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Магматические (изверженные) горные породы образуются при медленном остывании и отвердении огненно-жидких расплавов маг­мы в верхних слоях земной коры (интрузивные, или глубинные, породы — граниты, диориты, габбро и др.) также при быстром остывании излившегося на поверхность земли расплава (эффузив­ные, или излившиеся,— базальты, порфиры и др.).

Осадочные горные породы образуются в результате выветрива­ния, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадоч­ного происхождения, образовавшихся ранее. В зависимости от сте­пени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломи­ты, алевролиты и т. п.) и несцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые грунты, лёссы, илы, торфы, почвы и т. п.).

Метаморфические горные породы образуются в недрах из оса­дочных, магматических или метаморфических пород путем их пере­кристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов. Наиболее типичные метамор­фические горные породы — сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы.

Горные породы магматического, метаморфического происхож­дения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и агрегатами и относятся к классу скальных грунтов. Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу нескальных грунтов.

В самых верхних слоях земной коры, называемых зоной со­временного выветривания, под влиянием колебаний температуры, изменения состояния и химического состава воды, газов, деятель­ности растительных и животных организмов и т. п. развиваются процессы выветривания — физического, химического, органическо­го разрушения минералов и горных пород. Продукты разрушения верхних зон коры выветривания могут перемещаться водой или воздухом, переноситься на большие расстояния и вновь отклады­ваться на новых территориях. Различие условий происхождения и дальнейшего изменения являются причиной разнообразия стро­ения, состава, состояния и условий залегания грунтов в верхних слоях земной коры.

К искусственным скальным грунтам относятся все природные грунты любого происхождения, специально закрепленные матери­алами, приводящими к возникновению жестких связей (цементные и глинисто-силикатные растворы, жидкое стекло и т. п.). К классу нескальных искусственных грунтов относятся несцементированные осадочные породы, подвергнутые специальному уплотнению в при­родном залегании, насыпные, намывные грунты, а также твердые промышленные отходы (шлаки, золы и т. п.).

5. Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уров­нем грунтовых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвенным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков из поверхностных вод вглубь, в сторону зо­ны насыщения. Поры горных пород в зоне аэрации лишь час­тично заполнены водой, остальная часть их занята воздухом. Зо­на аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность, т.е. толщина зоны аэрации, колеблется от нуля в за­болоченных низинах до нескольких сотен метров в горных райо­нах с сильно расчлененным рельефом.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.

Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде верховодок, артезианских, грунтовых, трещинных и вод вечной мерзлоты. Верховодки – временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Верховодки образуются над локальными водоупорами (или полуводоупорами), которыми могут быть линзы глин или суглинков в песке, прослойки более плотных пород. При инфильтрации вода временно задерживается и образует своеобразные водоносные горизонты. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния, периодом дождей. В целом для верховодок характерно: временный (сезонный) характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность. Верховодки представляют значительную опасность для строи­тельства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооруже­ний (подвалы, котельные и др.), они могут вызвать их подтопле­ние, если заранее не было предусмотрено дренирование или гидроизоляция.

Грунтовые воды - постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности ‘выдержанном’ водоупоре. Они характеризуются 1. Грунтовые воды имеют свободную поверхность - они не перекрыты водоупорными слоями. Глубина залегания уровня от поверхности различна — от 1 до 50 м и более. Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности безнапорны. Иногда они могут проявить так называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины в уровне зеркала. 2. Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверх­ностных водоемов и рек. 3. Грунтовые воды находятся в непрерывном движении и, как правило, образуют потоки, которые направлены в сторону общего уклона водоупора. В отдельных случаях их залегание имеет форму грунтовых бассейнов, т.е. вода находится в неподвижном состоянии. 4 Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от геологических условий местности и климатических факторов. В практике строительства чаще всего приходится встречаться именно с грунтовыми водами и иногда с верховодкой. Они создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи, создают опасность оползания и оплывин в бортах котлованов и т.д.) и мешают нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Межпластовые подземные воды. Эти воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают безнапорными и напорными (артезианскими). Межпластовые ненапорные воды встречаются редко. Они связаны с горизонтально залегающими слоями, заполненными водой полностью или частично.

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.

Отдельные части водоносных слоев залегают на различных вы­сотных отметках, что и создает напор подземных вод. Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Каждый из них имеет область питания там, где водоносные слои выходят на по­верхность и имеют высокие отметки. Область питания, как прави­ло, не совпадает с площадью распространения межпластовых вод.

Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем.

Химический состав воды определяется количеством растворенных в ней солей. По этому показателю выделяются:-пресная(содержание солей не более 1г/литр), -солоноватая(10г/литр), -соленая(10-30г/литр), -рассолы(40г/литр), -рапа(более 40г/литр).

Агрессивность воды обусловлена содержащимися в ней солями. По агрессивности воды выделяют 3 группы:

-сильноагрессивная, -среднеагрессивная, -малоагрессивная.

Агрессивная вода в грунте негативно влияет на фундаментные конструкции.

На металлические конструкции: вызывает коррозию. Методы борьбы: лакокрасочное покрытие железа, электрохимическая защита, использование нержавеющей стали.

При воздействии на древесину применяют морение, при этом увеличивается ее стойкость к агрессивной воде.

При воздействии на бетон, железобетон, каменные конструкции вызывает коррозию 3х типов: 1)выщелачивание-вымывание частиц цементного камня.

2)магнезиальная - водородная коррозия.

3)кристалло-тригидратная

6. Режим подземных вод - это изменение во времени их уровня, химического состава, температуры и расхода. В естественных условиях для подземных вод характерен ненарушенный (естест­венный) режим, который формируется в основном под влиянием метеорологических, гидрологических и геологических факторов.

Метеорологические факторы (осадки, испарение, температура воздуха атмосферное давление) - основные в формировании ре­жима грунтовых вод. Они вызывают сезонные и годовые (много­летние) колебания уровня, а также изменения химизма, темпера­туры и расхода фунтовых вод.

Сезонные колебания уровня обусловлены неравномерностью выпадения осадков и изменениями температуры воздуха в тече­ние года. Наибольшие колебания уровней приходятся на перио­ды весеннего снеготаяния (весенний максимум) и осенних дож­дей (осенний максимум). Наиболее низкое положение уровня в годовом цикле отмечается в конце лета — в начале осени и в конце зимы. Разность между наивысшим и наинизшим горизонтом подземных вод называют максимальной амплитудой колебания уровня.

Обычно амплитуды сезонных колебаний грунтовых вод не превышают 2,5-3,0 м, а максимальные составляют 10-15 м (в долинах горных рек, сложенных галечниками и закарстованными известняками).

Уровень грунтовых вод колеблется не только по сезонам но и в многолетнем цикле. Это связано с ритмическими изменения климата и приурочено к различным циклям, среди которых наиболее четко фиксируется 11-летний цикл.

Гидрологический режим рек влияет на положение уровней подземных вод и их химизм в полосе шириной от 0,2—0,5 км (в песчано-глинистых отложениях) до 2—6 км в хорошо проницае­мых породах. Колебания уровня подземных вод в речной долине с некоторым отставанием отражают колебания уровня реки.

В районах морских побережий уровень грунтовых вод изме­няется под действием приливов и отливов.

Деятельность человека может проявляться в повышении и по­нижении уровня подземных вод, в изменении их химического состава. Она затрагивает все подземные воды, включая и глубокозалегающие.

Повышение уровня подземных вод возможно при строитель­стве водохранилищ и других искусственных водоемов, орошении и утечках воды из подземных водонесущих коммуникаций, про­мышленных бассейнов, водохранилищ. Под влиянием искусст­венных факторов уровни могут подниматься на 10—15 м. Понижение уровня подземных вод вызывается длительными откачками воды для водоснабжения, осушением заболоченных зе­мель, строительным водопонижением, дренажем и т. д. Чем интен­сивнее работы по отбору воды из недр земли, тем на большую глу­бину снижаются уровни подземных вод. В ходе режимных наблюдений установлено снижение уровней в районах крупных водозаборов до 100 м и более. Искусственные факторы интенсив­но воздействуют и на качество подземных вод. В первую очередь это отражается на питьевом водоснабжении.

Подтопление грунтовыми водами- это повышение уровня грунтовых вод от какой-либо отметки или появление воды там, где ее не было. Выделяют подтопления:

1) Естественного происхождения (причины: оползни, подвижки земной коры)

2) Техногенного происхождения

а) произошло при строительстве (нарушение поверхностного стока при больших перерывах в строительстве)

б) произошло при эксплуатации (-протечки инженерных коммуникаций

-изменение температурно-влажностного режима

-«барражный эффект» -когда здание служит загородкой и

как следствие происходит затопление подвалов.

Источники подтопления также подразделяются на естественные и искусственные. К естественным относятся осадки, грунтовые воды, поверхностный сток, а к искусственным - скопление воды в какой-либо емкости. В результате подтопления образуется «добавочная» вода

1-техногенный горизонт, Н₂О- «добавочная» вода

2-критический горизонт воды (УГВ касается поверхности земли)

3-специфические грунты (анизотропия), например лессовые

4-водоносный купол

Заболачивание - превышение критического уровня.

В качестве борьбы с подтоплениями устраивается кольцевой (пристенный) дренаж в период строительства.

7. Подземные воды могут передвигаться в горных породах как путем инфильтрации, так и путем фильтрации. При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяным паром(в зоне аэрации). При фильтрации - при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток. Фильтрационные потоки подземных вод различают по характеру движения и подчиняются двум законам. Если движение грунтового потока в водоносных слоях имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер, то он подчиняется закону Дарси. Ламинарный характер движения воды наблюдается также в трещиноватых породах, но при скорости движения не более 400 м/сут. При наличии крупных пустот и трещин движение воды в породах носит вихревой, или турбулентный, характер, но это наблюдается срав­нительно редко. Это второй закон, носящий более сложный ха­рактер.

Движение подземных вод может быть установившимся и неу­становившимся, напорным и безнапорным.

При установившемся движении все элементы фильтрационно­го потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени. Во многих случаях эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь.

Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат про­странства, но и от времени. Подземный поток становится пере­менным, т. е. приобретает неустановившийся характер движения под действием различных естественных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка во­ды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д.).

н=k∆/HL=ki

уравнение-закон ламинар­ной фильтрации Дарси: скорость движения воды в грунте прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.

Коэффициент пропорциональности k называется коэффициен­том фильтрации и является основной фильтрационной характеристикой грунта. Он численно равен скорости фильтрации воды в грунте при градиенте напора i=1 и имеет размерность см/с, м/сут или см/год. Коэффици­ент фильтрации грунта всегда определяется экспериментально и очень сильно зависит от гранулометрического и минерального состава грунта, а также его плотности. Поскольку диапазон изменения коэффициента фильтрации грунта очень велик, а точность экспериментального его определения от­носительно невелика, обычно его находят с точностью до порядка, т. е. значением а пренебрегают.

коэффициент фильтрации уже позволяет оценить скорость движения воды в грунте, а следовательно, и ее расход.

8. Выработанные практикой строительства различные способы за­щиты конструкций и подземных помещений от вредного воздейст­вия подземных вод и сырости можно разделить на три основные группы: борьба с проникновением атмосферных осадков в грунт путем отвода дождевых и талых вод с площадки строительства; устройство дренажей для его осушения; применение различных видов гидроизоляции.

Отвод дождевых и талых вод с площадки строительства произ­водится для защиты грунтов от переувлажнения. Для организации отвода осуществляется вертикальная планировка территории за­стройки, заключающаяся в придании местности определенных ук­лонов. Для эвакуации собравшейся воды предусматривается устройство на местности системы водоотливных канав, а на застро­енной местности, где применение открытой системы водоотлива затруднительно, устраивают закрытые лотки и ливневую канализа­цию. С этой же целью вдоль наружных стен зданий устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

Дренаж — это система дрен и фильтров, предназначенная для перехвата, сбора и отвода от сооружения подземных вод. Попавшие в дренажную систему грунтовые воды самотеком направляются к водоотводящим коллекторам или водосборникам насосных стан­ций. Дренажи могут устраиваться как для одного здания или соору­жения (кольцевой дренаж), так и для их комплекса в период ин­женерной подготовки территории (систематический дренаж), что более экономично, так как в этом случае дренажная сеть получается менее протяженной.

В современной практике строительства находят применение сле­дующие виды дренажей: траншейные, закрытые беструбчатые, трубчатые, галерейные и пластовые.

Траншейные дренажи (открытые траншеи и канавы) приме­няют для осушения территорий, предназначенных под застройку. Являясь эффективным средством водопонижения, они в то же время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют существенных эксплуатационных затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

Закрытый беструбчатый дренаж представляет собой тран­шею, заполненную фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень и др.) от дна до уровня подземных вод. Этот тип дренажа предназначен в основном для сравнительно недолго­временной эксплуатации.

Трубчатый дренаж является наиболее распространенным и пред­ставляет собой дырчатую трубу с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала. Для устройства трубчатых дренажей в агрессивной среде применяют керамические или чугунные трубы, при неагрессивной среде можно также использовать трубы из асбестоцемента, бетона, железобетона и т. д.

Дренажные галереи (галерейный дренаж) применяют только в наиболее ответственных случаях, например для особо надежной долговременной эксплуатации, в процессе которой переустройство дренажа в случае выхода его из строя будет невозможным. В дре­нажной галерее устраивают бетонный лоток или водоотводную канавку, высоту галереи принимают не менее 1,3 м, а уклон в сторону выпуска должен составлять не менее 0,003.

Пластовый дренаж представляет собой слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением. Вода из пластового дренажа отводится с помощью обычных трубчатых дрен. Пластовый дренаж состоит, как правило, из двух слоев: нижний слой из песка средней крупности, а верх­ний из щебня или гра­вия.

Пристенный (сопут­ствующий) дренаж пред­ставляет собой вертикаль­ный слой из проницаемого материала, устраивается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы.

9.Процессы, связанные с поверхностной гидросферой

Под ОГП (опасн. геолог. процессы) понимают такие процессы, которые происходят в относительно короткое время относительно геологии. Всегда задействована вода.

Оврагообразование (вытянутые депрессии) – струйная эрозия. Основная причина- движущаяся вода, вид рельефа и климат с короткими обильными дождями, характер растительности, сам грунт (рыхлый, малосвязный), деятельность человека.

Молодой овраг: быстро увеличивается, длинный и глубокий, следовательно обрушиваются стенки, растительность отсутствует.

Старый овраг (балка): не растет, широкий, глубина меньше.

Опасность- быстрый рост оврагов(песчаный может вырасти на 10 метров за месяц)

БОРЬБА:

1. Прекращение движения воды:

• Головной дренаж;

• Водоотводящий канал;

2. Бетонные лотки, трубы на склонах;

3. Озеленение склона (ива);

4. Профилактика: оценка во время изысканий поверхности и ограничить нарушение зеленого слоя.

Береговая или речная эрозия

Уменьшается по мере старения реки. Река МЕАНДРИРУЕТ- изменение русла реки.

БОРЬБА:

1. Струенаправляющие стенки;

2. Береговая защита

• Каменная наброска;

• Устройство набережных ( плиты, габионы- стенка с камнями, тетраподы- металлические ежи)

Селевые потоки

Сель- грязеводяной поток.

Виды:

• Связные;

• Несвязные ( только перемешаны, при уменьшении скорости происходит расслоение).

Причина: скопление воды на вершине и склонах.

Абразивная деятельность на берегах

Абразия- соскабливание (волны)

БОРЬБА:

Пассивные: укрепленное берегов;

Активные: буны и волноломы (высота соотв-т глубине,чуть-чуть выше)

Карст- размыв породы водой

Факторы:

• Вид породы (с содержанием извести, мела, солей);

• Циркуляция воды;

• Трещиноватость породы;

• Растворенные в оде соли;

• Температура.

Виды карстов:

1. Открытый:

• Полья (провал)

• Воронки

• Парры (мелкая волна, неровность)

2. Закрытый

• Каврны

• Пещеры

Главная опасность при строительстве:

Показатель активности карстообразования:

V₁- объем пород, которые были растворены в карсте за 1000лет ;

V- объем всех пород. A= 1%< уже опасно.

Меры:

• Поверхностная гидроизоляция

• Дренаж

• Избегать утечек коммуникаций

• Меры против фильтрации воды в грунте

-заделка, затампоновка, цементация трещин грунта

-строительство с особенностями ( членение здания на блоки, повышение жесткости)

10. При движении потока воды в порах грунта между ним и частицами возникают объемные силы взаимодействия. Равнодействующую этих сил в каждой точке можно разложить на две составляющие: направленную вертикально вверх и действующую по направлению движущегося потока. Первая составляющая называется взвеши­вающей силой (архимедовой силой) и оказывает выталкивающее воздействие на частицы грунта (взвешивание грунта в воде). Вто­рая — фильтрационная сила — приводит к гидродинамическо­му давлению движущейся воды на частицы грунта. Взвешивающие силы проявляются даже при отсутствии движения воды и обуслов­ливают уменьшение удельного веса грунта ниже уровня подземных вод. Фильтрационные силы возникают только при движении потока воды в грунте, и их интенсивность зависит от гидравлического градиента.

Движение воды в грунтах может приводить к развитию разнооб­разных процессов, осложняющих строительство. К ним, в частно­сти, относятся процессы механической суффозии и кольматации грунта. Суффозия заключается в том, что движущийся поток воды в крупных порах песчаных и крупнообломочных грунтов может увлекать мелкие частицы, которые оседают в каких-либо частях массива и кольматируют (закупоривают) поры или выносят­ся на поверхность. В результате начавшейся суффозии может проис­ходить увеличение пористости грунта, приводящее к возрастанию скорости фильтрации и дальнейшему развитию процесса. При этом скелет грунта оказывается ослабленным и может подвергнуться разрушению. При выходе потока воды на открытую поверхность (например, откос котлована) может развиваться поверхностная суф­фозия, приводящая к образованию воронок размыва и последующе­му разрушению (оплыванию) этой поверхности. Напротив, кольматация, т. е. отложение мелких частиц вблизи открытой поверхности, вызывает уменьшение пористости и сниже­ние водопроницаемости грунта. Кольматация бортов котлована уменьшает приток фильтрующей в него воды. В то же время кольматация дренажных устройств, используемых для отвода воды, приводит к постепенному их выходу из строя.

Суффозионная устойчивость грунта зависит от его грануломет­рического состава, градиента напора, скорости фильтрации, напря­жений в скелете грунта и определяется экспериментально. Одним из основных путей борьбы с суффозией грунта является уменьшение действующего напора.

В грунтах, содержащих большое количество растворимых мине­ралов (гипс, кальцит, галит и др.), движущийся поток воды может вызывать химическую суффозию — растворение и постепенное вымывание этих минералов. Эти процессы также сопровождаются увеличением пористости и ослаблением грунта. Наиболее опасным здесь является карстообразование. Карстом называют совокупность явлений, связанных с деятель­ностью воды и выражающихся в растворении горных пород с об­разованием в них пустот, а также своеобразных форм рельефа. При строительном освоении территорий наибольшее значение имеют такие формы проявления карста, как образование в земной коре внутренних пустот, так называемых карстовых полостей, и вызванных этим деформаций земной поверхности и находящихся на ней сооружений. Поверхностные карстопроявления делятся на следующие виды. Провалы (при видимой глубине деформаций более 0,25 м) и карстовые просадки обычно возникают внезапно и представляют главную опасность для сооружений. С течением времени они преобразуются в карстовые воронки в основном за счет оползания массива грунта вокруг провалов, имеющих в плане близкую к кругу форму. Проседания (при радиусе кривизны пове­рхности менее 1 км) и оседания (более 1 км) протекают без нарушений сплошности массива. Эти виды деформаций развивают­ся длительное время, достигающее для деформаций оседания не­скольких лет. Существуют также поверхностные и погребенные формы (воронки, впадины и т. д.) древнего происхождения, нередко заполненные рыхлыми отложениями.

11. Инженерно-геологическая съемка представляет собой комплексное изучение геологии, гидрогеологии. Эта работа дает возможность оценить территорию со строительной точки зрения. Масштаб инженерно-геологической съемки определяется детальностью инженерно-геологических исследований , от 1:200 000 до 1:10 000 и крупнее. Основой съемки служит геологическая карта данной территории. Районы, где наблюдается большое количество обнажений, на­зывают открытыми, при отсутствии их — закрытыми. В закрытых районах геологическое строение изучают с помощью разведочных выработок (буровых скважин, шурфов и т. д.). Выработки доку­ментируются. Одновременно из них отбирают пробы образцов пород для лабораторных исследований.

При инженерно-геологической съемке изучают гидрогеологи­ческие условия для выяснения обводненности пород, глубины за­легания подземных вод, их режима и химического состава; выяв­ляют геологические явления и процессы (обвалы, осыпи, оползни, карст и т.д.), которые могут негативно отразиться на устойчивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружении, изучают опыт строительства на данной территории и определяют физико-механические свойства пород полевыми методами, а также в специальных полевых лабораториях.

Буровые и горнопроходческие разведочные работы являются су­щественной частью инженерно-геологических и гидрогеологиче­ских полевых исследований. С помощью буровых скважин и гор­ных выработок (шурфов, штолен и др.) выясняют геологическое строение и гидрогеологические условия строитель­ной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов и подземных вод, проводят опытные работы и стационарные на­блюдения.

К главнейшим разведочным выработкам относят расчистки, канавы, штольни, шурфы и буровые скважины. При инженер­но-геологических работах наиболее часто используют шурфы и буровые скважины.

Расчистки — выработки, применяемые для снятия слоя рых­лого делювия или элювия с наклонных поверхностей естествен­ных обнажений горных пород. Канавы (траншеи) — узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью техники с це­лью обнажения коренных пород, лежащих под наносами. Штольни — подземные горизонтальные выработки, закладыва­емые на склонах рельефа и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива. Стены штольни, как правило, крепятся, если их проходят в нескальных породах. Шурфы — колодцеобразные вертикальные выработки прямо­угольного (или квадратного) сечения. Шурф круглого сечения называют “дудкой”. Шурфы помогают детально изучить геологическое строение участка, производить отбор любых по размеру образцов с сохранением их структуры и природной влажности. Недостаток - высокая стоимость и трудоемкость работ по отрывке шурфов. По мере проходки шурфа непрерывно ведут геологическую до­кументацию — записывают данные о вскрываемых породах усло­виях их залегания, появлении грунтовых вод; производят отбор образцов. По всем четырем стенкам и дну делают зарисовку и со­ставляют развертку шурфа. Это позволяет более точно определить мощность слоев и элементы их залегания в пространстве. По окончании разведочных работ шурфы тщательно засыпа­ют, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают. Буровые скважины представляют собой круглые вертикальные или наклонные выработки малого диаметра, выполняемые специ­альным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье, стенки и забой. С помощью бурения выясняют со­став, свойства, состояние грунтов, условия их залегания. Вся эта работа основывается на исследовании образцов пород, которые непрерывно извлекаются из скважины по мере ее углубления в процессе бурения. В зависимости от способа бурения и состава пород образцы могут быть ненарушенной или нарушенной струк­туры. Образцы ненарушенной структуры получили название керна.

Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах пород электрического поля Каждые породы, в том числе сухие и насыщенные водой, характеризуются своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разнятся эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки для данной строительной площадки. Наибольшее применение при инженерно-геологических исследованиях нашли электропрофилирование и вертикальное зондирование. При электропрофилировании на исследуемом участке погружа­ют в грунт серию электродов по намеченным створам и на каж­дом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов. Это дает сведения об изменении на участке удельного сопротив­ления, что может быть связано, в частности, с наличием пустот карстового происхождения.

Вертикальное электрич. зондирование(ВЭЗ)

1 потенциометр, 2источник питания, А- Г—электроды,

3 эквипотенциальные линии,

4 — линии тока

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) позволяет определять глубину залегания коренных пород и уровень подзем­ных вод, дна речных долин, выделять слои различного литологического состава, в том числе водопроницаемые и водоупорные пласты и т. д. Сущность этого метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами А и Б линии токов перемещаются в глубину. Глубина электри­ческого зондирования зависит от расстояния между точками А и Б и составляет в среднем ⅓ (или 1/4) этого расстояния. Измеряя силу тока между питающими электродами А и Б и разность потенциа­лов между приемными электродами В и Г, можно найти значения электрического сопротивления пород. По этим данным например, можно уже построить геолог ический разрез.

1. измерительный прибор; 2-5 –

12. Классификация агрессивных сред с точки зрения их воздействия на строительные конструкции.

Агрессивные среды подразделяются на 3 группы:

1. газо-влажные среды наиболее распространены, это среды, насыщенные агрессивными газами, с влажностью более 80%, они обладают высокой проникающей способностью, вызывают коррозию.

2. Жидкие среды – к ним относятся промышненные стоки, имеют высокий процент щелочей.

3. твердые среды – к ним относятся сухие минерализованные грунты, удобрения, производственная пыль.

1-воздействие воды,

2-твердая корочка,

3-интенсивная коррозия.

13. Выделяют 3 вида коррозии бетона.

1. Вызывается газо-влажной и жидкой средой. Соль переходит в растворенную форму, водой вымываются частички бетона, следствием является потеря сечения элемента.

2. Вызывается газо-влажной и жидкой средой. Происходит потеря вяжущих свойств цемента и, как следствие, потеря вяжущих свойств бетона.

3. Кристалло-гидратная (чешуйчатая), кристалло-гидраты имеют больший объем, чем исходный продукт. В результате происходит уменьшение сечения.

Происходит под действием агрессивных сред.

4. Три типа -гидратная (чешуйчатая), кристалло-гидраты имеют больший объем, чем исходный продукт. В результате происходит уменьшение сечения.

Происходит под действием агрессивных сред.

Три типа коррозии происходят одновременно. В результате происходит уменьшение сечения.

Борьба с коррозией бетона:

1. борьба с неплотностью бетона (чтобы агрессивные среды не проникали в бетон), повышением марки по водонепроницаемости(W), увеличение времени вибрирования(чтобы увеличить плотность бетона), применение бетона на расширяющемся цементе, применение добавок – пластификаторов (за счет их бетон укладывается без пор)

2. железнение поверхности, производится вручную или с помощью торкретирования.

1-фундамент, 2-корочка с большей плотностью, 3-агрессивные среды.

3. гидроизоляция: обмазочная(горячая мастика, холодная мастика - проникает в бетон за счет ПАВ), оклеечная (линолеум, рубероид)

14.28. Воздействие агрессивной среды на железобетонные конструкции может вызвать коррозию бетона, армату­ры и закладных деталей и привести к снижению несу­щей способности конструкции в целом. В связи с этим при обследовании необходимо определить участки кор­розионного повреждения бетона, арматуры и закладных деталей, характер, вид, степень и глубину коррозионных повреждений физико-химическим анализом проб бетона и арматурной стали.

При этом определяют: глубину нейтрализующего слоя бетона путем анализа реакции спиртового раство­ра фенолфталеина на свежеобработанный скол бетона защитного слоя; ожидаемую глубину карбонизации и нейтрализации бетона агрессивными газами; вид и от­носительное количество продуктов коррозии (гипса, кар­боната кальция, гидросульфоалюмината кальция и др.),

В процессе обследований необходимо установить степень и вид поражения металла коррозией: общая (равномерная) или местная (язвенная). Степень пора­жения материалов равномерной коррозией определяется сравнением поперечных сечений пораженных участков с проектными. При местной коррозии устанавливают размеры язв и их количество на единицу площади.

Коррозия арматуры чаще всего обнаруживается визуально по появлению продольных трещин и ржавых пятен на поверхности защитного слоя бетона, а также электрическим методом в соответствии с положениями «Методических рекомендаций по исследованию ингиби­торов коррозии арматуры в бетоне» (НИИЖБ Госстроя СССР. М.' 1980).

Проведение и анализ результатов физико-химических и электрохимических исследований осуществляется спе­циализированными организациями

17. Монолитный железобетон.

Минусы сборного железобетона:

• нужно строить завод

• омертвление металла

• пропарочные камеры

• расходы на транспорт

• нужны краны

Недостатки монолитного железобетона:

1. Преждевременное снятие опалубки

2. Образование пустот в монолитном железобетоне

3. Нарушение связи старого и нового бетона вибраторы: поверхностные, наружные, внутренние.

4. 5.

Недостаточная жесткость опалубки

Влияние низких температур

метод замораживания

устройство тепляков

метод термоса

электроподогрев бетона

паропрогрев

применение антиморозных добавок