Техногенные грунты

Выше, при описании горных пород, мы уже останавливались на искусственных, в том числе и техногенных, образованиях. Здесь же мы сосредоточимся на грунтоведческой характеристике техногенных грунтов.

На поверхности литосферы при проведении различных строи­тельных и горных работ, в результате производственной деятель­ности человека образуется достаточно большое количество отло­жений, представляющих собой или отходы хозяйственной деятельности человека (отвалы шахт, заводов, городские свалки и т. д.), или отложения, специально созданные человеком в строите­льных и производственных целях (намывные грунты, грунты об­ратной засыпки, насыпи дорог и т. д.). Эти образования получили название техногенных грунтов, иногда именуемых антропогенными.

В настоящее время именно под техногенными грунтами пони­мают естественные грунты и почвы, измененные и перемещен­ные в результате производственной и хозяйственной деятельно­сти человека, и антропогенные образования. Под антропогенными образованиями следует понимать твердые отходы производствен­ной и хозяйственной деятельности человека, в результате кото­рой произошли коренные изменения состава, структуры и тек­стуры природного минерального и органического сырья.

Наибольшая часть искусственных грунтов на Земле приуроче­на к промышленным и городским территориям. Особое беспо­койство при этом у человечества вызывают бытовые и производ­ственные отходы, которые занимают очень большие, непрерывно расширяющиеся площади и уже наносят серьезный вред жизнен­ной среде человека.

Большое количество искусственных грунтов образуется также в результате военных действий, что тоже значительно изменяет облик земной поверхности, существенно нарушает природные массивы горных пород, создает искусственные грунтовые накоп­ления как из природных минеральных масс, так и за счет разру­шенных зданий и сооружений.

Техногенные грунты используются в качестве оснований зда­ний и сооружений, а также материала для строительства различ­ных инженерных сооружений (земляных плотин, насыпей авто­мобильных и железных дорог и пр.). Глобальный объем техногенных отложений в различных сооружениях измеряется сотнями миллиардов кубических метров. Только при добыче, пе­реработке и сжигании твердого топлива каждые 5 лет в отвалах размещается около 40 млрд м³ пустых (для открытых разрабо­ток — вскрышных) пород и 2 млрд м³ золошлаков.

Нелишним будет указать на установленный факт: из 100 кг извлекаемого человеком для своих нужд сырья в окружающую среду возвращается 99 кг, но уже в виде отходов!

Классификация техногенных грунтов. Инженерно-геологические свойства техногенных грунтов определяются составом материн­ское породы или отходов производственной и хозяйственной де­ятельности и характером воздействия на них человека. По пет­рографическому составу техногенные грунты могут быть самыми различными. В соответствии с общепринятой классификацией грунтов ГОСТ 25100—95 «Грунты. Классификация» техногенные грунты выделены в отдельный класс.

Классификация техногенных грунтов (табл. 26) включает шесть таксономических единиц, выделяемых по следующим группам признаков:

• класс — по общему характеру структурных связей;

Классификация техногенных грунтов по ГОСТ 25100—95

Класс

Группа

Подгруппа

Тип

Вид

Разновидности

Скаль­

ные

Ска­

льные

Полу­

скаль­

ные

Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания

Измененные физическим воз­действием

Силикатные

Карбонат­

ные

Выделяются по:

1. пределу прочности на одноос­ное сжатие в водонасыщенном со­стоянии; .

2. плотности скелета грунта;

3. коэффициенту выветрелости;

4. степени размягчаемости;

5. степени растворимости;

6. степени водопроницаемости;

7. степени засоленности;

8. структуре и текстуре;

9. температуре

Пироксениты, габбро, базальты, сиениты, андезиты, граниты, липариты, гнейсы, сланцы, кварциты, песчани­ки, аргиллиты

Мраморы, рого­вики, известняки, доломиты, мела, мергели

Железистые

Железные руды

Кремни­

стые

Опоки, трепела, диатомиты

Сульфатные

Гипсы, ангидриты

Галоидные

Галиты,

литы

карнал-

Измененные физико-химиче­ским воздействи­ем

Силикатные

То же, что и для измененных физи­ческим воздействи­ем

Карбонат­

ные

Кремни­

стые

Сульфатные

Железистые

Галоидные

Класс	Группа	Подгруппа		Thn		Вид		Разновидности
Дис­ персные	Связ­ ные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим воз­действием		Минераль­ные: силикат­ные, желези­стые, полими- неральные		Глинистые грунты		Выделяются по: гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пес­ки); числу пластичности и грануло­метрическому составу (глинистые грунты и илы); степени неоднородности гра­нулометрического состава (пески); показателю текучести (глини­стые грунты); относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); относительной деформации просадочности (глинистые грунты); коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пес­ки); коэффициенту пористости; степени плотности (пески и крупнообломочные грунты); коэффициенту выветрелости; коэффициенту растворимости; относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты, торфы); степени разложения; степени зольности; степени засоленности; относительной деформации пучения; температуре
			Измененные физико-химиче­ским воздействи­ем		Органоми­ неральные		Илы, сапропели, заторфованны е грунты
					Органиче­ ские		Торфы и др.
	Не­ связные	Природные перемещен­ные образо­вания	Насыпные, на­мывные		Минераль­ные: силикат­ные, карбо­натные, по- лиминераль- ные		Крупнообломоч­ные грунты, пески

		Антропо­генные обра­зования	Насыпные, на­мывные		Отходы производст­венной деяте­льности	Бытовые отходы, промышленные от­ходы (строительные отходы, шлаки, шламы, золы, зо- лошлаки и др.)
Мерз­ лые	Ска­ льные, полу­ скаль­ ные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим (тепловым) воз­действием		Ледяные минеральные	Все виды скаль­ных и полускаль- ных грунтов	Выделяются как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техноген­ных грунтов и кроме того по: льдистости за счет видимых ле­дяных включений; температурно-прочностным свойствам; степени засоленности; криогенной текстуре
			Измененные хи­мико-физическим воздействием
	Связ­ные, не­связ­ные, ле­дяные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим (тепловым) воз­действием		Ледяные минеральные. Ледяные ор­ганоминера­льные	Все виды природ­ных дисперсных грунтов
		Природные перемешен­ные образо­вания	На­ сып­ ные, намыв­ ные	Изме­ненные физиче­ским (тепло­вым) или хими­ко-физи­ческим воздейст­вием	Ледяные органические, льды	Бытовые отходы, промышленные от­ходы (строительные отходы, шлаки, шламы, золы, зо- лошлаки и др.). Ис­кусственные льды
		Антропо­генные обра­зования	На­ сып­ ные, намыв­ ные, намо­ рожен­ ные

• группа — по характеру структурных связей (с учетом их проч­ности);

• подгруппа —по происхождению и условиям образования;

• тип — по вещественному составу;

• вид — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);

• разновидность — по количественным показателям веществен­ного состава и структуры грунтов.

К недостаткам данной классификации относят отсутствие в классификации техногенных грунтов указаний на источники и способы формирования этих грунтов, на планомерность или не- планомерность отсыпания (намыва) грунтов, целенаправленно или случайно изменены грунты и др. В связи с этим специали­стами ряда организаций предложен несколько другой подход к классификации техногенных грунтов (табл. 27). Однако и данная классификация не лишена недостатков и требует дальнейшего уточнения.

Инженерно-геологические особенности техногенных грунтов будут рассмотрены ниже на третьем уровне их подразделения (подгруппа) в соответствии с классификацией ГОСТ 25100—95.

8 К скальным грунтам относят горные породы, состоящие из одного или нескольких кристаллических минералов (твердых частиц) в виде сплошного или трещиноватого массива. Прочность связей в скальных грунтах равна или больше прочности самих твердых частиц.

В группе скальных выделяют магматические (эффузивные и интрузивные), метаморфические и осадочные грунты.

Если прочность скального грунта на одноосное сжатие R_c<5 МПа, то его называют полускальный. В полускальных грунтах жесткие структурные связки цементационного типа. В группе полускальных различают магматические и осадочные грунты.

К классификационным показателям скальных грунтов относятся: предел на одноосное сжатие R_c

R_c= N_max / A,

где N_max — максимальные разрушающие нагрузки;

A — площадь начального поперечного сечения образца.

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк). Класс включает в себя две группы грунтов : 1) скальные, куда входит три подгруппы пород - магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные 2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление этого класса на типы основано на особенностях минерального состава, например, силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам : по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный; по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известня- неводостойкий.

ИНЖЕНЕРНО – ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ.

Скальные грунты-структуры с жесткими кристаллическими связями (гранит, известняк).Класс включает в себя две группы грунтов : 1) скальные, куда входит три подгруппы пород- магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные 2) полускальные в виде двух подгрупп- магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление этого класса на типы основано на особенностях минерального состава, например, силикатного типа –гнейсы, граниты, карбонатного - мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновидности проводится по свойствам: по прочности - гранит – очень прочный, вулканический туф - менее прочный; по растворимости в воде – кварцит - очень водостойкий, известняк - неводостойкий.

Класс скальных грунтов включает в себя группу скальных и полускальных грунтов и объединяет магматические, метаморфические и осадочные породы. На равнинах скальные грунты обычно располагаются на некоторой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко. Широкое развитие эти грунты имеют в горных районах, где располагаются на поверхности земной коры. Скальные грунты обладают монолитностью, находятся в плотном состоянии и имеют высокую прочность за счет кристаллических структурных связей. Верхняя часть массивов, контактирующая с атмосферой, обычно бывает разрушена вследствие воздействия процесса выветривания. Эта разрушенная зона называется корой выветривания и характеризуется величиной k - степень выветрелости, которая определяется сопоставлением плотности выветрелого скального грунта с «материнской (невыветрелой ) частью скального массива.

Скальные грунты в силу глубокого залегания в земной коре редко служат основанием сооружений. Когда это происходит, то объект лучше опирать на материнскую породу т.е. фундаменты должны прорезать кору выветривания. Фундаменты можно опирать и на кору выветривания, но для этого ее следует упрочнять каким-либо методом технической мелиорации грунтов.

При возведении сооружения на скальных грунтах следует учитывать: а) скальные грунты при небольших нагрузках например от гражданских зданий, практически на сжимаются, но под действием очень больших нагрузок и в течение длительного времени они могут проявлять реологические свойства;

б) для скальных грунтов способных к растворению в воде, необходимо установить степень растворимости: труднорастворимые - известняки, доломиты, известковые конгломераты и песчаники; среднерастворимые - гипс, ангидрит; легкорастворимые - каменная соль.

в) прочность скальных грунтов изменяется в широких пределах и зависит от того находятся эти породы в виде монолита или являются трещиноватыми. Трещиноватость снижает прочность скальных пород. К снижению прочности всех магматических пород приводит наличие слюд, в особенности биотита. Базальты отличаются высокой плотностью ( до 3-3.3 г/см) и прочностью Rс до 300-350 МПА. Однако прочность резко падает у базальтов с пузырчатой текстурой, пористость которых может составлять до 50%.