Строительство в зонах многолетней мерзлоты

ведется по трем принципам:

1. Без учета мерзлого состояния грунтов (на скальных грунтах).

2. При сохранении мерзлого состояния грунтов (для складских и неотапливамых помещений)

3. С предварительным оттаиванием грунта и заменой его грунтовыми подушками, (песчаными или щебенистыми).

Лекциия № 11

Объемные деформации грунтов Осадка, просадка, усадка, набухание, сдвижение.

1.Осадка – уплотнение грунтов оснований под воздействием увеличения нагрузки от строящихся и уже возведенных зданий и сооружений. Происходит в любых грунтах. Бытовая нагрузка – на глубине 10 м составляет 0,2 МПа.

Модуль осадки:

e_p = 1000h/ h₀ (мм/м) –

величина сжатия в мм слоя грунта высотой в 1 м при применении к нему дополнительной нагрузки р.

h – изменение мощности слоя грунта в мм при приложении к нему дополнительной нагрузки; h₀ - мощность слоя грунта в м.

ер, мм/м	характер сжимаемости грунта
< 1	несжимаемые – скальные грунты;
1 – 5	слабо сжимаемые – к/обл. грунты;
5 – 20	средне сжимаемые - песчаные и глинистые грунты;
20 – 60	повышенно сжимаемые – песчаные и глинистые грунты;
>60	сильно сжимаемые – торф и глинистые за торфованные грунты.

2. Просадка – уплотнение грунта при действии постоянной нагрузки р при замачивании или оттаивании.

Относительная просадочность:

_Sl = (h_p –h_p^” )/ h₀

Где h_p – мощность слоя (высота образца) грунта при принятом давлении «р»; h_{0 -} мощность слоя (высота образца) грунта при природном давлении; h_p^” – мощность слоя (высота образца) грунта при принятом давлении «р», при замачивании или оттаивании.

если _Sl < 0,01 – грунт непросадочный,

если _Sl > или = 0,01 – грунт относится к просадочным.

К просадочным грунтам относятся лессовые породы (лессы, лессовидные суглинки, супеси, глины) и мерзлые грунты. Просадочность в лессовых породах проявляется при их замачивании, а в мерзлых грунтах – при оттаивании.

Различают два типа просадочных грунтов. К первому типу относят участки, где просадка происходит только под действием дополнительной нагрузки от здания (соружения); ко второму типу относят участки, на которых просадка происходит при замачивании под действием собственного веса грунта.

3.Усадка – уменьшение объема грунта вследствие потери им влаги, высыхании. Высыхание грунта может происходить за счет испарения воды или вследствие отсасывания из грунта воды корнями деревьев, которые посажены слишком близко к зданию, и их корни проникают под фундамент. Усадка характерна для глинистых грунтов. В результате усадки появляются трещины, максимальная глубина которых может достигать 1 – 2 м. При этом грунт теряет монолитность, прочность. Здания, стоящие на этом месте, начинают деформироваться.

Величину относительной усадки (предел усадки) оценивают по формуле _{Sh =}= (h_n – h_d) / h_n

где h_n – высота образца грунта с w_max; h_d – высота образца после высыхания с влажностью на пределе усадки w_sh

Наибольшая величина предела усадки бывает в глинах, меньше – в суглинках, в супесях усадки не бывает.

4. Набухание – способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Это может происходить при подъеме уровня грунтовых вод, обильных атмосферных осадках, затоплении местности. Этот процесс происходит в глинах и тяжелых суглинках. Набухающие грунты обычно залегают слоями и нередко встречаются на поверхности земли в сухих районах. При увеличении объема грунта возникает давление набухания (P_sw), которое может достигать 0,8 – 1,2 МПа. Такая сила набухания может легко поднять и деформировать здание или сооружения.

Механизм набухания можно представить следующим образом: оно происходит при соприкосновении сухих или слабо влажных грунтов с водой, при этом вода проникает в грунт по капиллярам, пленки воды утолщаются, частицы грунта раздвигаются и его объем увеличивается. Наиболее сильно поглощает воду и «разбухает» монтмориллонит.

Способность глинистого грунта к набуханию оценивают по величине относительной деформации набухания без нагрузки - _sw ( ГОСТ 25100-95 ) или величине относительного набухания (Ананьев, Потапов, 2000):

_sw = ( h_нс - h ) / h,

где h – начальная высота образца грунта, h_нс – высота образца после набухания.

По этой величине выделяют следующие разновидности глинистых грунтов:

разновидность	sw, д.е.
ненабухающий	< 0,04
слабонабухающий	0,04 – 0,08
средненабухающий	0,08 – 0,012
сильнонабухающий	> 0,012

При строительстве на набухающих грунтах используют следующие мероприятия:

- Водозащита вокруг зданий для предотвращения проникновения в основания атмосферных и технических вод: вокруг здания делают широкие асфальтовые отмостки, канавы и лотки для отвода вод.

- Устранения свойств набухания грунта путем предпостроечного замачивания с использованием дренирующих скважин – грунт набухает и в таком состоянии находится весь период эксплуатации. На таком грунте можно строить только объекты с небольшими нагрузками, т.к. в грунтах понижаются деформативные и прочностные характеристики.

- Полная или частичная прорезка фундаментом слоя набухающего грунта.

- Полная или частичная замена набухающего грунта ненабухающим - применяется для набухающих грунтов с небольшой мощностью слоев.

- Увеличение давления здания на основание, чтобы оно было больше P_sw/.

5. Сдвижение массивов горных пород. Так называют деформацию пород, залегающих непосредственно над горными выработками или выработанными пространствами. Это происходит потому, что горные породы в земной коре находятся в естественном напряженном состоянии, вызванном гравитационными силами. Проходка подземных горных выработок (штолен, штреков, туннелей) вызывает в массиве пород перераспределение напряжений, причем на одних участках возникает повышенное сжатие, на других – растяжение. При концентрации напряжений возникает горное давление, действующее на крепь подземных выработок. Его величина меняется от 0 до 1200 МПа. В результате на поверхности земли и вокруг горных выработок возникают инженерно-геологические явления: горные удары, выбросы пород, пучение, обрушение, сдвижение массива горных пород. При сдвижении в массиве происходит изгиб пластов или обрушение пород, а поверхность земли искривляется и опускается вместе с сооружениями.

Участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению, называют мульдой сдвижения.

Рисунок – Мульда сдвижения: 1 - поверхность земли, 2 - поверхность мульды, 3 – деформирующийся массив горных пород, 4 – подземная выработка, 5 – угол сдвижения.

Величина осадки поверхности земли составляет 0,1 – 0,9 (обычно 0,6  — 0,7) от высоты подземной выработки. Глубина центральной части мульды колеблется от долей метра до 1 -0 2 м. Оседание земной поверхности может длиться месяцы и годы.

Лекция № 12