книги из ГПНТБ / Климов О.Д. Основы инженерных изысканий учеб. пособие

Простой и достаточно точный способ наблюдений за оползнями — способ продольных и поперечных створов (рис. 14). Этот способ применяется для наблюдений за оползневыми массивами и за ополз­ нями, на которых оказываются такие сравнительно легкие соору­ жения, как автомобильные и железные дороги.

1 Ж Ш

Рис. 14. Определение сме­ щения оползней створным методом

Наблюдения по продольным створам (I —Г , I I —II', I I I —ІІГ ) ведут в основном линейными промерами (рулеткой, лентой) между

выполняют створным визированием при помощи теодолита. Вели­ чину нестворности точки на оползне в этом случае находят как отсчет по горизонтально расположенной рейке, пятка которой совме­ щена с центром наблюдаемой точки (рис. 15).

Если применение створного метода затруднено из-за отсутствия видимости или по другой причине, можно применять аналитические сети и различные виды геодезических засечек (рис. 16).

При наличии в сети двух измеренных базисов и углов можно определить в условной системе координаты всех точек наблюдений. Из сопоставления координат пунктов в двух циклах можно найти смещение точек оползня. Для исследования оползневых явлений применяются также фототопографические методы съемок — наземная стереофотограмметрическая съемка и аэрофотосъемка.

41

Наблюдения за осадками промышленных и гражданских соору­ жений, расположенных на оползнях, ведутся преимущественно при помощи геометрического нивелирования. При этом точность нивелирования зависит от назначения сооружения и его конструк­ тивных особенностей. Применяется нивелирование IV, III и II клас­ сов.

Методика ведения наблюдений в основном аналогична той, кото­ рая рекомендуется инструкцией по нивелированию, однако в нее вносят специфический элемент, присущий данному виду работ, т. е. придают методике максимальное однообразие во всех циклах наблю­ дений. С этой целью, в частности, желательно, чтобы один и тот же наблюдатель вел наблюдения в примерно равных внешних условиях, одним комплектом инструментов.

Более подробные сведения о наблюдениях за оползнями можно найти в работе [2].

§15. БОЛОТА — ТОРФЯНИКИ

Бо л о т о м называют участок земной поверхности, подвер­ гающийся избыточному увлажнению и перекрытый слоем торфа или мха.

Необходимость изучения этого физико-геологического явления диктуется тем, что болота широко распространены на территории нашей страны и занимают большие площади. При освоении этих территорий (строительстве дорог и других сооружений) изыскателям, проектировщикам и строителям приходится решать сложные про­ блемы по преодолению недостатков этого вида грунтов. Для успеш­ ного строительства сооружений на торфяных грунтах необходимо хорошо знать их свойства.

Причинами заболачивания местности могут быть ухудшение фильтрации воды в грунт, уменьшение испаряемости ее с поверх­ ности водоема, старицы, западины, выходы на поверхность (раз­ грузка) подземных вод. Все это способствует зарастанию водоема различного вида мхами. Болотные растения (осока, камыш, мхи) постепенно заполняют водное пространство водоема. Из отмирающих растений образуются слои грунта, различные по составу и плотности. Сверху обычно находятся рыхлые слаборазложившиеся раститель­ ные остатки, ниже — более перегнившие и плотные, представляющие собой торф.

По местоположению и условиям питания болота подразделяют на верховые, приуроченные к водоразделам, склонам или террасам речных долин, которые питаются в основном атмосферными осад­ ками, и на низинные, располагающиеся в поймах рек, по побережьям озер, у подошв склонов, и питающиеся грунтовыми, речными или озерными водами.

Мощность торфяников может достигать 6—7 м. Торф обладает специфическими свойствами, которые должны учитываться при строительстве сооружений. Несущая способность торфа крайне низкая. Он сильно сжимается под нагрузкой и при высыхании;

42

при строительстве насыпей и дамб дает большую осадку, измеряемую дециметрами и даже метрами. При этом грунт в основании соору­ жения не только уплотняется, но и образует валы выпирания. По­ этому при строительстве сооружений такой грунт должен быть рас­ чищен. Например, при строительстве дорог в условиях верховых болот по строительным нормам требуется отсыпку насыпей делать, предварительно удалив торфяной слой плотной консистенции на глубину 1—2 м. Если же строительство ведется на болотах низинного типа, то насыпь делают на минеральном грунте, полностью удалив торф.

Значительна осадка торфа при высыхании; при осушении она достигает 1/3—1/5 от мощности торфяного слоя.

Водопроницаемость торфа зависит от его состава и степени раз­ ложения растительных остатков. Малоразложившийся рыхлый торф хорошо водопроницаем, а хорошо разложившийся (аморфный) практически водонепроницаем и такой торф может употребляться как материал для борьбы с фильтрацией при строительстве гидро­ технических сооружений.

Торфяные грунты, обладая низкой несущей способностью, соз­ дают трудности и при закладке геодезических центров.

§ 16. ПРОМЕРЗАНИЕ ГРУНТА

По температурному режиму грунтов территорию суши делят на три зоны: 1) с положительной температурой верхних и глубинных слоев; 2) с положительной и отрицательной температурой верхних слоев и с положительной температурой нижних слоев, так назы­ ваемых сезоннопромерзающих грунтов; 3) с переменной температу­ рой (полояоттельной или отрицательной) верхних слоев, а нижних только с отрицательной — зона вечной мерзлоты.

Территория нашей страны расположена преимущественно во второй и третьей зонах.

Температура верхних слоев грунта зависит главным образом от температуры воздуха и глубины залегания грунта. Однако если амплитуда колебаний температуры воздуха может достигать 60°, то в грунте эти колебания в зависимости от глубины намного меньше. По данным измерений А. В. Голубева, на одной из площадок Москов­ ской области наблюдались следующие годовые амплитуды темпера­ тур: 18,5; 13,8; 11,5; 9,1; 7,7; 4,2; 3,2° при глубине соответственно 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 3,5 м.

Если бы наблюдения велись еще и на больших глубинах, то можно было бы установить место, в котором годовая амплитуда температур равна нулю. Пояс постоянной температуры для назван­ ного выше места располагается на глубине 20 м и равняется +4°. Это необходимо знать при решении некоторых задач, например, при установлении глубины закладки якоря специального репера, который должен находиться в условиях минимального изменения температур.

43

Само изменение температуры грунта практически не ведет к его деформации, но влияет на его влажностный режим, что может вы­ звать заметные деформации, поскольку такие широко распростра­ ненные грунты, как глины и суглинки, могут при увеличении влаж­ ности набухать, а при высыхании давать усадку, что в конечном счете может привести к деформации верхних слоев грунта на не­ сколько миллиметров.

Деформации грунта происходят и в связи с колебанием уровня грунтовых вод. Повысившийся уровень грунтовых вод ведет к взве­ шиванию частичек грунта, а так как они при этом становятся легче, грунт становится менее плотным — разуплотняется. При понижении уровня происходит обратный процесс. По данным М. С. Успенского, в условиях Московской области, в месте, где колебания уровня грун­ товых вод достигали 1—2 м, поверхность грунта испытывала коле­ бания на 2—3 мм.

Изменение уровня грунтовых вод может носить сезонный харак­ тер или быть единовременным, например при сработке уровня воды в водохранилище или откачках ее из горных выработок или арте­ зианских скважин. Поскольку последние более значительны по ве­ личине, то и влияние их на деформацию грунтов более значительное.

Отмеченные процессы могут вызывать смещение грунта и легких сооружений; на устойчивость тяжелых сооружений эти воздействия не распространяются.

Более существенны деформации, связанные с промерзанием грунта. Глубина промерзания грунта зависит от ряда причин, особенно от местоположения участка, состава и состояния грунтов, глубины залегания грунтовых вод, характера зимы и т. д. Величина и характер распределения глубин промерзания грунтов по терри­ тории Советского Союза показаны на рис. 17.

Максимальные глубины промерзания грунтов на территории

СССР достигают 2,5—3,5 м; последние приурочены главным образом к юго-восточным районам страны.

Итак, промерзание грунта ведет к его деформации. Известно, что при замерзании воды объем образующегося льда на 10 % больше объема воды. Поэтому замерзание воды, оказавшейся в трещинах скальных пород, может привести к расширению и разрушению по­ роды. Мягкие грунты, содержащие воду в порах, не испытывают явного разрушения, но промежутки между частицами грунта увели­ чиваются, что в свою очередь ведет к общему увеличению объема грунта. Такое увеличение грунта в объеме вследствие замерзания называют п у ч е н и е м . Пучение больше у глинистых пород и меньше у песчаных. Весьма интересно, что в ходе постепенного про­ мерзания грунта от поверхности вглубь в нем накапливается льда больше первоначального количества содержавшейся в грунте воды. Причина этого состоит в том, что к фронту промерзающего грунта из нижних слоев дополнительно поступает (мигрирует) вода. И эта миграция происходит с тем большей интенсивностью, чем ближе рас­ положен уровень грунтовых вод. Величина пучения зависит не

44

только от состава и состояния (влажности) грунта, но и от положения водоносного горизонта: чем ближе последний расположен к поверх­ ности земли, тем больше пучение.

Пучение прекращается к концу зимы, а по мере наступления теплого периода происходит обратный процесс — оттаивание грунта и возвращение его к первоначальному объему. Таким образом замер­ зание — оттаивание является процессом обратимым.

Если основание легкого сооружения заложено в промерзающий грунт, то в результате пучения оно будет приподнято и, как правило, на неодинаковую величину. К категории легких специальных соору­ жений следует отнести и геодезические центры. Для предотвращения смещения их, как известно, закладывают ниже границы максималь­ ного промерзания грунта. Тяжелые сооружения обычно не реаги­ руют на морозное пучение в силу своего большого веса и обогрева грунта, на котором они стоят. К промерзанию особенно чувствительны водопровод и канализация, поэтому указанные подземные комму­ никации всегда закладывают в незамерзающие грунты.

§17. ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА

Кв е ч н о м е р з л ы м относят грунты, имеющие постоянно отрицательную температуру. Значительная часть территории СССР

расположена на вечной мерзлоте (см. рис. 17). Большая часть огром­ ной площади занята сплошной мерзлотой. У южной границы терри­ тории сплошность мерзлоты нарушается и на общем фоне мерзлого грунта встречаются острова талого или, наоборот, мерзлого грунта среди талого.

На вертикальном разрезе участка с вечномерзлым грунтом (рис. 18) различают деятельный слой 1, слой вечной мерзлоты 2, талый грунт коренных пород 3. Д е я т е л ь н ы м называют верх­ ний слой вечной мерзлоты, который в теплый период года приобре­ тает положительные температуры — оттаивает. Мощность деятель­ ного слоя колеблется (в зависимости от территориального располо­ жения и местных условий) от нескольких дециметров до нескольких метров. Если в холодное время года деятельный слой промерзает полностью и смыкается с вечномерзлым, то мерзлота называется с л и в а ю щ е й с я , если же полного промерзания не происходит, то мерзлота называется н е с л и в а ю щ е й с я .

Мощность мерзлого грунта бывает от нескольких метров до сотен метров, его температура колеблется от нуля до минус 10—15°.

Строительные свойства вечной мерзлоты находятся в прямой зависимости от ее состояния. В мерзлом состоянии вечная мерзлота

ц и е й. На крутых склонах при оттаивании мерзлого грунта про­ исходят оползневые явления.

46

Движение грунтовых вод в условиях вечной мерзлоты весьма затруднительно и все же оно часто происходит по прослойкам талого грунта.

Резкое изменение свойств вечной мерзлоты в зависимости от тем­ пературного состояния приводит к необходимости отнести ее к классу пород с особыми свойствами, отнюдь не определяемыми свойствами входящих в ее состав пород, а именно: илов, суглинков, супесей.

Вечная мерзлота, как и сезоннопромерзающие грунты, подвер­ жена пучению. Величина и сила пучения зависят от мощности и влажности деятельного слоя, от возмож­ ности миграции влаги к фронту промер­ зания, а также от того, каков характер залегания вечной мерзлоты. Так, в усло­ виях сливающейся мерзлоты сила пучения больше, чем при несливающейся.

Строительство сооружений на вечно­ мерзлых грунтах сопряжено со многими трудностями, но и построенное сооружение не гарантировано от разрушения, если при строительстве в его конструкции не предусмотрены специальные меры для борьбы с «капризами» вечной мерзлоты. Жилые, промышленные и другие здания обогревают грунты основания сооружения

итем самым нарушают естественный Рис. 18. Схематический

отрицательный температурный режим разрез вечной мерзлоты; несущая способность грунта при этом резко падает. Начинаются

неравномерные осадки, часть грунта выпирает из-под сооружения. При этом возможен и прорыв грунтовых вод в подвальные помещения. Все это обычно ведет к недопустимым деформациям и последующему разрушению сооружения. Более легкие — дорожные сооружения, опоры контактной сети железных дорог и другие в период оттаи­ вания деятельного слоя обычно также испытывают неравномерные осадки, а в период замерзания грунтов неравномерно пучатся, что также приводит к расстройству работы сооружений.

Борьба с особенностями вечной мерзлоты возможна только на основе детального изучения ее свойств и условий залегания. Для этого, в частности, должны быть выяснены такие основные клима­ тические характеристики места, как продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, количество и сроки выпадения осадков, толщина снегового покрова, характер расти­ тельности и др.; характер грунтов, слагающих вечную мерзлоту; изменения температуры грунта по глубине; форма залегания (слои­ стая или сплошная) и отметка вечномерзлого слоя; мощность дея­

тельного слоя.

Основная предпосылка, обеспечивающая прочность сооружения на вечной мерзлоте, — сохранение естественного теплового режима

4?

грунта в основании сооружения и предотвращение поступления влаги к фронту промерзания. При строительстве зданий это может быть достигнуто применением свайных оснований. Сваи, хорошо смерзшиеся с грунтом, способны выдержать большие нагрузки; в летний период оттаивание деятельного слоя происходит на неболь­ шую глубину, так как подполья делают проветриваемыми, а ниж­ ние этажи неотапливаемыми, поэтому прочность свайного основания не нарушается. Дренажные системы и осушение влажных грунтов электропрогревом — одно из эффективных средств повышения проч­ ности вечномерзлых грунтов в основании зданий.

Проблема строительства сооружений на вечной мерзлоте столь актуальна и обширна, что ею занимается ряд организаций под общим руководством Института по изучению вечной мерзлоты при АН СССР. Перед этими организациями стоит еще много научных и практиче­ ских проблем по дальнейшему изучению свойств вечной мерзлоты.

§ 18. ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Деформации земной коры, обусловленные внутренними (эндо­ генными) силами, возникающими в недрах земли, называют т е к т о ­

и б ы с т р ы е — с е й с м и ч е с к и е .

Медленные подъемы или опускания земной коры обычно захва­ тывают значительные площади — целые страны и континенты. Ско­ рость современных вертикальных движений земной коры в равнин­ ных областях составляет 1—5 мм/год; на возвышенных платформах 10—20 мм/год. В СССР поднятия испытывают: берега Балтийского моря, Кольского полуострова, Кавказ, Тянь-Шань, Памир, Алтай, Саяны, Становой хребет; опускаются восточный берег Азовского моря, северо-западный берег Черного моря, Прикаспийская низмен­ ность, Кара-Кумы, Ферганская долина.

Медленные вертикальные движения больших участков земной коры практически безвредны для строительства и прочности соору­ жения, кроме мест тектонических нарушений (сдвиги, сбросы и др.), где может происходить неоднородный подъем или опускание сосед­ них (краевых) участков, где даже скальные породы могут быть ослаблены вследствие перетирания пород при смещении блоков, где в плоскости нарушения часто содержатся большие запасы под­ земных вод.

Сейсмические явления распространены в определенных областях земной поверхности. В СССР они приурочены к горным участкам альпийской складчатости: Крымским горам, Кавказу, Закавказью, горной части Туркмении, Прибайкалью, Дальнему Востоку, Кам­ чатке, Курильским островам.

Ежегодно происходит до 100 000 землетрясений, из них около 100 разрушительных. На территории Советского Союза наиболее сильными за последние двадцать лет были землетрясения в Средней Азии: в Ашхабаде в 1948 г. и Ташкенте в 1966 г.

48

специальных антисейсмических поясов прочности, применение вы­ сококачественных строительных материалов.

При строительстве водоудерживающих сооружений в условиях сейсмичности района проектируются не бетонные плотины, а камне­ набросные. Такие плотины более устойчивы при подземных толчках.

При изысканиях дорог рекомендуется избегать прокладывания трасс через крутые косогорные участки, осыпи, обрывы, закарстованные пространства. В насыпях и выемках с крутизной откосов более 1 : 2 должны устраиваться подпорные стенки.

Максимальная балльность района строительства определяется по карте сейсмического районирования СССР, помещенной в СНиП. Там же даются указания о порядке нахождения поправочных коэф­ фициентов за состав грунта, его трещиноватость, за глубину распо­ ложения уровня грунтовых вод, за ответственность сооружения.

При геодезических наблюдениях за деформациями сооружений, расположенных в сейсмической зоне, необходимо предусматривать проведение срочных циклов измерений непосредственно после под­ земных толчков; в этом случае может быть применена сокращенная программа наблюдений.

Г л а в а V

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

§ 19. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

Общая задача инженерно-геологической съемки — оценка инже­ нерно-геологических условий места предполагаемого строительства. Основной итоговый документ съемки — инженерно-геологическая карта, но одновременно с получением карты съемка позволяет более рационально решить ряд важных проблем, как, например, выбор состава, методики и последовательности проведения разведочных работ, полевых и лабораторных испытаний грунтов и др.

По степени детальности инженерно-геологические съемки можно разделить на обзорные масштабов 1 : 200 000 и менее, мелкого мас­

масштаба зависит от типа сооружения, стадии проектирования, сложности и размеров участка съемки.

Геодезическая основа инженерно-геологической съемки — топо­ графическая карта того же масштаба, что и масштаб съемки или более крупного, или аэросъемочные материалы (фотосхемы, фотопланы). Геологическая основа обзорных и мелкомасштабных инже­ нерно-геологических съемок — общегеологическая карта.

Н а з е м н а я и н ж е н е р н о - г е о л о г и ч е с к а я с ъ е м к а ведется путем проложения маршрутов, равномерно покрывающих

50