Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

обратный процесс — «рассоление».

Водорастворимые соли в определенной мере упрочняют грунты, так как являются их цементирующей составляющей, но грунтовые основания зданий и сооружений никогда не остаются сухими. В период эксплуатации основания объектов, как правило, обводняются, возникает постоянная фильтрация воды. Все это приводит к растворению солей, рассолению фунтов оснований, т. е. к выщелачиванию солей. В отличие от механической суффозии это чисто химический процесс. При растворении солей изменяются свойства оснований и, в первую очередь, их физико-механические:

прочностные и деформационные показатели, а также пластичность,

пористость, фанулометрический состав. Вначале вымываются легкорастворимые соли, после этого, в результате уже длительной фильтрации воды, выносятся средне- и даже труднорастворимые соли.

Растворение и вынос гипса из суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов может происходить в сроки, соизмеримые с периодом эксплуатации зданий и сооружений.

Сфоительство на засоленных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы сфоительства:

•прорезка фундаментами зданий слоя засоленного грунта;

•водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

•прекращение фильфации подземной воды устройством дренажей И непроницаемых завес;

•отсыпка на засоленный грунт безсолевых грунтовых подушек из песка или суглинков;

•предпосфоечное рассоление и уплотнение грунтового основания;

•искусственное закрепление засоленного массива грунта методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильфационной способностью).

Выбор того или иного приема зависит от геологического строения и гидрогеологии сфоительной площадки, типа и вида грунтов оснований,

характера засоления, конструкций объекта и технических возможностей строительной организации.

Природные мерзлые грунты

Мерзлые грунты в технической литературе часто именуют «крио-

генными» (криос —холод, лед). Для грунтов этого класса характерны структуры с криогенными связями, т. е. структуры, скрепленные ледяным цементом. Мерзлое состояние грунтов, т. е. в условиях отрицательных температур, бывает временным и постоянным (вечным).

Временное мерзлое состояние. На территориях, где бывает зима с отрицательными температурами, грунты у поверхности земли промерзают.

Это так называемая «сезонная» мерзлота. Скальные грунты при этом получают отрицательную температуру, а дисперсные и техногенные замерзают за счет перехода в порах грунтов жидкой воды в твердое состояние (лед). В скальных грунтах вода замерзает в трещинах и активно их разрушает за счет расклинивающего действия образующегося льда

(увеличение объема льда достигает 9,1 %).

В процессе сезонного промерзания дисперсные связные и несвязные грунты за счет ледяного цемента приобретают повышенную прочность,

несколько увеличивают объем и становятся водонепроницаемыми. Предел прочности при сжатии мерзлых суглинков и глин достигает 6 МПа и более,

что создает большие трудности при механической разработке. При небольшой влажности, что может быть в песках, свойства фунтов при переходе от положительной к отрицательной температуре практически мало меняются.

В весеннее время года лед в грунтах растаивает. Дисперсные грунты теряют прочность, становятся водонасыщенными. Особенно сильно это сказывается на органоминеральных и органических грунтах, которые могут переходить в разжиженное состояние с весьма малой несущей способностью.

Такие грунты могут выдавливаться из-под фундаментов сооружений.

В строительстве сезонное промерзание грунтов всегда учитывается,

определяется глубина промерзания df, которая зависит от климата и литологических особенностей грунтов. Величина df колеблется от нескольких сантиметров до 2—3 м и определяется:

•по карте СНиПа, где показывается среднее значение по каждой местности;

•по расчетным формулам;

•по итогам многолетних наблюдений (более 10 лет) за глубиной промерзания в данной местности. Искомое значение используют при проектировании зданий и сооружений.

Вечная мерзлота. Иногда грунты постоянно (тысячи лет) находятся в мерзлом состоянии. Их изучает наука «Геокриология». Территорию, которую они занимают, именуют криолитозоной. Происхождение вечной мерзлоты связывают с периодом оледенений северного полушария Земли, оно было

10—15 тысяч лет назад.

ным районам), несливающиеся (рис 35) В первом случае деятельный слой в зимнее время полностью промерзает и сливается с вечной мерзлотой,

на которой лежит При несливающемся деятельном слое между ним и вечномерзлои толщей остается слой незамерзшего грунта Это бывает связано лишь с теплой зимой, либо характером деятельного слоя

Для решения строительных задач важно знать мощность деятельного

слоя Эту мощность можно определить

•при инженерно-геологических изысканиях,

•по многолетним (более 10 лет) наблюдениям заданным районом,

•расчетным способом, при котором учитывается тепловое влияние будущего здания или сооружения

В деятельном слое располагается надмерзлотная вода (грунтовая),

залегающая на вечной мерзлоте, как на водоупоре Строительство в области вечной мерзлоты во многом зависит от

характера деятельного слоя — мощности, физических и физико-меха-

нических характеристик грунтов, поведения надмерзлой воды С этим слоем связаны земляные работы и многие негативные процессы, приводящие к деформации объектов

Вечномерзлая толща по своему строению бывает двух видов 1) неп-

рерывная, т е в виде сплошного массива из мерзлого грунта, 2) слоис тая — в

виде чередования мерзлых слоев со слоями (прослоями) талых грунтов или чистого льда Наличие талых грунтов связано с циркуляцией межмерзлотных

(межпластовых) напорных подземных вод В долинах рек Лены, Енисея и других мерзлота отсутствует Это объясняется притоком тепла от речных вод В южной зоне мерзлота постепенно оттаивает за счет теплого климата и в настоящее время сохраняется только на отдельных участках («островная» мерзлота) В мерзлых толщах очень часто содержится чистый лед (слои,

прослои линзы) Наибольшие мощности льда (до 20 м) отмечены на севере Сибири Такой лед называется «погребенным»

В вечной мерзлоте присутствуют все виды грунтов Грунты скального класса занимают незначительное место Основную массу мерзлых толщ составляют дисперсные грунты (супеси, суглинки, глины, пески и т д)

По физическому состоянию вечномерзлые грунты разделяют на три

вида

• твердомерзлые, например, сцементированный песок, который ведет себя как скальный грунт,

постоянных профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Техногенные грунты

Ниже рассматриваются искусственные техногенные грунты, а также образования, которые нередко называют антропогенными.

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 фунты,

грунты обратной засыпки, насыпи дорог и т. д.). Эти образования получили название техногенных грунтов.

В настоящее время под техногенными грунтами понимают естест-

венные фунты и почвы, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и анфопо-генные образования. Под антропогенными образованиями следует понимать твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в

результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального и органического сырья.

Наибольшая часть искусственных фунтов 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 фунтов образуется также в результате военных действий, что тоже значительно изменяет облик земной поверхности, существенно нарушает природные массивы горных пород,

создает искусственные фунтовые накопления, как из природных минеральных масс, так и за счет разрушенных зданий и сооружений.

Техногенные фунты используются в качестве оснований зданий и

сооружений, а также материала для сфоительства 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. м пустых (для открытых разработок — вскрышных) пород и 2 млрд. м3 золошлаков.

Классификация техногенных грунтов. Инженерно-геологические свойства техногенных грунтов определяются составом материнской 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 фунтов ГОСТ 25100—95 «Грунты. Классификация» техногенные грунты выделены в отдельный класс.

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

•класс — по общему характеру структурных связей;

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

;, • подфуппа —по происхождению и условиям образования; * «тип —

по вещественному составу;

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

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

К недостаткам данной классификации относят отсутствие в клас-

сификации техногенных фунтов указаний на источники и способы формирования этих фунтов, на планомерность или непланомерность отсыпания (намыва) фунтов, целенаправленно или случайно изменены фунты и др. В связи с этим специалистами ряда организаций (ПНИ-ИИС, МГУ,

МГСУ, ВНИИОСП и др.) предложен несколько другой подход к

классификации техногенных фунтов (табл. 27). Однако и данная классификация не лишена недостатков и требует дальнейшего уточнения.

Инженерно-геологические особенности техногенных фунтов будут рассмотрены ниже на третьем иерархическом уровне их подразделения

(подфуппа) в соответствии с классификацией ГОСТ 25100—95.

Природные перемещенные образования. К природным перемещенным образованиям относятся природные фунты, изъятые из мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в этом процессе. Природные перемещенные образования формируются, как правило, из дисперсных связных и несвязных грунтов. Скальные и полускальные фунты сначала подвергаются дроблению (например, взрывам)

иперемещаются уже как дисперсные крупнообломочные фунты. То же относится и к классу мерзлых грунтов

Природные перемещенные образования по способам укладки делят на насыпные и намывные.

Насыпные грунты по технологии своего образования подразделяют на планомерно и непланомерно отсыпанные. В свою очередь их можно разделить на строительные и промышленные. К насыпным строительным фунтам следует отнести, в первую очередь, грунты насыпей, автомобильных

ижелезных дорог, плотин и дамб, насыпи под основания зданий и сооружений, грунты обратной засыпки при строительстве подземных линейных сооружений. К промышленным— выработанные породы горно-

рудной промышленности, вскрышные породы, горные выработки.

Насыпные грунты формируются из грунтов соседних выемок или за счет материала, доставленного из специально закладываемых котлованов,

карьеров и разрезов к месту строительства. Структура грунтов в насыпях будет иной по сравнению со структурой их в естественном залегании;

водный и воздушный режим тоже будет отличаться от природного воздушного и водного режима почв и грунтов данного района.

К характерным инженерно-геологическим особенностям фунтов

насыпей и отвалов относятся:

•нарушенность структуры фунта в теле насыпи, обуславливающая снижение прочности (по сравнению с естественным залеганием);

•фракционирование грунтов и самовыполаживание отвальных от-

kogob;

•существенное изменение прочности насыпных грунтов во времени

(сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается при увлажнении фунтов насыпи);

• возникновение в водонасыщенных глинистых грунтах насыпи порового давления, являющегося существенным фактором развития оползней различных типов.

В процессе подготовки грунтов к выемке и при выемочно-пофу-

зочных, транспортных и отвальных работах происходит разрыхление грунтов. Коэффициент разрыхления песков (отношение плотности в Условиях естественного залегания и в насыпи) составляет 1,1—1,25; у глин он может увеличиваться до 1,6.

В зависимости от литологического состава различают однородные и неоднородные насыпи. Неоднородность насыпи может быть вызвана естественным фрационированием грунтов в процессе их отсыпки. При этом мелкие и крупные фракции грунтов концентрируются соответственно в верхней и нижней частях насыпи. Такое сложение насыпи Происходит и в случае отсыпки разнородных по составу грунтов, например песков и глин.

Песчаная масса при этом концентрируется в верхней части насыпи, а куски и комки глины скатываются вниз. То Же происходит при наличии в песках включений крупнообломочного Материала.