Вопрос 65. Инженерно-геологические явления

Естественная геологическая обстановка в освоенных районах изменена горными работами, городским строительством. Интенсивность и характер изменений в природной геологической обстановке зависит от особенностей самой геологической обстановки и вида инженерного воздействия. Поэтому явление искусственного изменения обстановки и есть инженерно-геологическое явление.

Многие инженерно-геологические явления аналогичны геологическим явлениям. Так, аналогами оползней береговых склонов являются оползни в карьерах, искусственных выемках. Обрушения и обвалы характеризуются быстрыми смещениями и падениями крупных блоков и пачек пород, оторвавшихся от уступов и бортов карьера.

Осыпи происходят в форме смещения и падения мелких обломков и зерен пород, отделившихся в результате выветривания и растрескивания. Явления абразии берегов морей и озер аналогичны явлениям переработки берегов водохранилищ.

По степени отличия от геологических процессов выделяются 3 категории инженерно-геологических явлений.

В первую категорию входят те явления, которые подготовлены геологическими процессами. Например, строительные работы на склонах без учета степени их устойчивости вызывают крупные деформации. Строительные работы здесь ускоряют начало и масштабы деформаций.

Во вторую категорию относят явления, которые создаются в массивах горных пород искусственно. Например, горно-геологические явления, возникающие под влиянием горных работ (выбросы угля, газов и т.д.).

В третью категорию отнесены экзогенные геологические процессы, измененные инженерными работами (планировка, дренажные работы и т.д.).

Изучение геологических процессов имеет большое значение для познания инженерно-геологических явлений и предупреждения опасностей, с ними связанных. Например: наблюдения в бортах интенсивно растущих оврагов позволяют установить, при какой глубине овражного вреза и при какой крутизне бортов начинаются те или иные виды разрушения бортов оврага.

В свою очередь, изучение инженерно-геологических явлений позволяет глубже понять многие геологические процессы, получить количественную характеристику этих явлений и процессов.

Вопрос 66. Уплотнения пород естественных оснований

Под нагрузкой грунт сооружения сжимается. Сжатие толщи грунтов основания с падением поверхности под возведенным сооружением или зданием называется осадкой. Неравномерная осадка, сопровождающаяся выдавливанием грунта из-под фундамента с образованием валов на поверхности, – выпором. Последний часто служит причиной разрушения сооружений. Величина, интенсивность и равномерность осадки сооружений зависят от веса сооружения, типа, размеров и глубины заложения фундаментов, условий залегания, состава, сложения, состояния и свойства грунтов основания.

Осадки происходят вследствие деформаций, проявляющихся внутри грунтов. Упругими называются деформации, возникающие в минералах грунта при перемещении узлов кристаллической решетки. Такие деформации обычны для скальных и полускальных пород и измеряются милли­метрами. Деформации, связанные с перемещением частиц грунта друг относительно друга, называются структурными. Они наблюдаются у гравийных и песчаных грунтов, а также у глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции. Структурные деформации достигают нескольких сантиметров. Структурно-абсорбционные – это деформации, связан­ные с изменением толщины водных пленок, обволакивающих глинисты частицы глинистых и некоторых полускальных пород. В зависимости от консистенции грунтов и величины действующих напряжений структурно-абсорбционные деформации толщи грунтов могут быть значительными (от сантиметров до десятков сантиметров).

Предельные допускаемые средние осадки зависят от приспособленности сооружений к деформациям и, по СниП, колеблются от 8 см для крупнопанельных и крупноблочных зданий до 3 0 см для сплошных железо­бетонных фундаментов. Особенно большими могут быть осадки зданий и сооружений при оттаивании мерзлых грунтов, о чем сказано в разделе «мерзлотно-динамические явления».

Развитие осадки во времени называется консолидацией. Длительность консолидации до затухания осадок зависит от сложения, состава, состояния и прочности грунтов основания сооружения. Упругие деформации скальных пород происходят практически мгновенно. Осадки гравийных и песчаных грунтов заканчиваются в период строительства. Осадки гли­нистых грунтов могут продолжаться в течение длительного времени в период эксплуатации сооружений.

В пластичных глинистых грунтах осадки связаны с отжатием воды из пор, поэтому скорость осадка зависит от водопроницаемости такого грунта. Время консолидирования грунтов твердой и полутвердой консистенции зависит от перестройки структурных связей. Размеры и скорость осадки пластичных глинистых грунтов могут быть подсчитаны по специальным формулам. Однако расчет не всегда согласуется с фактическими данными. Поэтому в слу­чаях, когда превышение осадки прогнозируемой величины может ока­заться опасным для сооружения, организуют специальные натурные наблюдения за развитием осадки во времени.

Осадки основания иногда происходят неравномерно под различными частями сооружения вследствие неоднородности грунтов и особенностей распространения давления под фундаментом. При этом сооружение может наклониться, прогнуться и даже разрушиться. Поэтому нормируется не только абсолютная величина, но и неравномерность осадки, т.е. разность деформаций между отдельными частями здания, фундаментами колонн и др.

Для правильного прогноза величины и длительности осадки необходимо тщательно изучить условия залегания, состав, сложение, состояние, прочность, сжимаемость и водопроницаемость грунтов.

Плывуны. Плывунностью называется способность некоторых водонасыщенных фунтов разжижаться при нарушении структурных связей. При трении такие фунты поднимаются в обсадные трубы («поддают») и образуют пробки, что аналогично заплыванию дна котлованов или забоя тоннельных и шахтных выработок.

Рыхлые водонасыщенные песчаные и глинистые грунты, выделяющие воду при ударах, потряхивании и вибрации, называются плы­вунами. В плывуны могут переходить пески разного гранулометри­ческого состава. Мелкие песчаные грунты, содержащие более 2-4% притягивающих влагу коллоидальных или глинистых частиц, – истин­ные плывуны. Ложные плывуны – различные пески, не имеющие струк­турных связей. Пористость плывунов высокая (до 43-45%, а у гли­нистых разностей и более). Находясь в покое, плывун слабо отдает воду и плохо водопроницаем. В состоянии покоя плывуны способны быстро восстанавливать структурные связи. Свая, забиваемая легки­ми ударами, легко погружается в плывун. При остановке уже через несколько часов свая схватывается с грунтом и не сразу погружается в грунт при повторной забивке.

Плывуны сильно осложняют строительство. В случае строительства зданий и сооружений на участках плывунов необходимо получить о них следующие сведения:

глубина и условия залегания;

геоморфология участка;

состав и физико-механические свойства;

4) гидрогеологические особенности, глубина залегания уровня и направление уклонов поверхности фунтовых вод и величина напора.

Борьба с плывунами сложна и не всегда принятые меры дают желаемые результаты. В таких случаях приходится отказываться от устройства котлованов и применять свайные фундаменты или подошву фундамента не доводить до кровли пласта плывуна. В выборе метода борьбы важней­шее значение имеет вид плывуна.

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на следующие четыре группы: 1) искусственное осушение плывунных фунтов в период строительства (открытая откачка из котлованов, иглофильтры и т.д.), 2) крепление плывунов с помощью специальных ограждающих крепей, опережающих забой, в сопровождении водоотлива или понижения уровня подземных вод; 3) закрепление плывунов путем изменения их свойств с помощью методов технической мелиорации (силикатизация, цементация замораживание, электрохимические способы и т.д.); 4) использование при проходке подземных выработок повышенного давления, уровновещи-вающего давления воды плывуна.

Для ложных плывунов применимы все способы борьбы. В борьбе с истинными плывунами можно использовать лишь ограждение, замораживание и электрохимическое закрепление. Возможность осушения плы­вунов зависит от коэффициента фильтрации. При Кф>1 м/сут откачку воды производят через скважины, при 1<Кф>0.2 м/сут – с помощью игло­фильтров и при Кф < 0.2 м/сут – с помощью иглофильтров в сочетании с электродренажем.

Широко используются шпунтовые крепи (стенки), перерезающие слои плывунов. Забивка деревянного шпунта ограничивается глубиной 6-8 м, а металлического – 20-25 м. При галечниках и прослоях плотных грунтов погружение шпунтов практически невозможно.

Замораживание плывунов является временным мероприятием. Для этого используют естественный мороз или специальные холодильные установки. Силикатизация производится лишь при достаточно высокой водопроницаемости плывунов (Кф>0.5 м/сут).