Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология
.pdfлитологии отложениями. В одних случаях подстилающие слои представлены водопроницаемыми породами (пески, галечники и т. п.), в других — водоупорными глинами.
Толщина лессовых отложений колеблется от нескольких до десятков метров, а в отдельных случаях даже более 100 м (Восточное Предкавказье).
Наиболее распространенная толщина лессовых отложений 10—25 м,
максимальная встречается, как на водоразделах, так и в понижениях рельефа.
В лессовых толщах всегда встречаются погребенные почвенные горизонты,
разделяющие толщи на ярусы по возрасту.
Лессовые породы представлены суглинками, реже—супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки
(переотложенные первичные образования). Гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому в строительном деле целесообразно пользоваться единым названием «лессовые фунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины. Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород.
Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде,
высокая пылеватость (содержание фракции 0,05—0,005 мм более 50 % при небольшом количестве глинистых частиц), невысокая природная влажность
(до 15—17 %); пористая структура (более 40 %) с сетью крупных и мелких пор, высокая карбонатность, засоление легко водорастворимыми солями.
Природная влажность лессовых грунтов связана, в основном, с
климатическими особенностями районов. В областях недостаточного увлажнения влажность составляет не более 10—12 % (Восточное Пред-
кавказье и др.). В более влажных районах она достигает 12—14 % и более.
Для лессовых толщ характерна анизотропность фильтрационных свойств.
Водопроницаемость лессовых пород по вертикали нередко в 5—-10 раз
превышает значения водопроницаемости по горизонтали. При поступлении воды в лессовые толщи образуются скопления верховодок (или грунтовых вод) куполообразного залегания. Такая форма подземных вод в настоящее время свойственна многим участкам, где постоянно происходят утечки промышленно бытовых вод (Ростов-на-Дону, Таганрог и др.).
В лессовых толщах природная влажность распределяется довольно закономерно. У поверхности располагается зона сезонных колебаний влажности, ниже —зона относительно постоянной влажности и далее влажность изменяется в сторону увеличения или уменьшения, что зависит от характера подстилающих пород. При водоупорах природная влажность нарастает и переходит в фунтовую воду. При водопроницаемых породах природная влажность изменяется мало или даже с глубиной понижается.
Изменение влажности лессовых грунтов по сезонам года серьезно сказывается на основных строительных свойствах — сжимаемости,
просадочности и сопротивлении сдвигу.
Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные.
Набухающие лессовые породы встречаются редко. Обычно эти плотные и наиболее глинистые разновидности с содержанием в составе фракции менее 0,005 мм гидрофильных минералов типа монтмориллонита.
Величина набухания структурных образований достигает 1-3%, реже—5-7%.
Непросадочные лессовые породы при замачивании и приложении нагрузок просадочных свойств не проявляют. Такие породы свойственны пониженным частям рельефа и наиболее северным районам распространения лессовых отложений. Непросадочными также являются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение.
Просадочность — явление, характерное для многих лессовых пород.
На рис. 131 показан наиболее характерный случай геологического строения лессовой толщи, в верхней части которой залегают грунты, обладающие просадочными свойствами. Просадка связана с воздействием воды на
структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой. Форма опускания зависит от особенностей источника замачивания. При точечных источниках (прорыв водопроводной сети, канализации и т.д.) образуются блюдцеобразные понижения.
Важное значение в проявлении просадочного процесса имеет структврная прочность сессовых грунтов. При слабых и легко водорастворимых структурных связях просадка возникает через несколько часовя, что характерно для грунтов I типа. Структруры грунтов I типа обычно более прочные. Кроме длительного, в течение ряда дней, воздействия водой для их разрушения необходимо более высокое давление (собственный вес грунта и вес здания, стоящего на нем). Из этого следует, что просадочный процесс возникает при некотором для данного грунта давлении.
Это давление назвали «начальным просадочным давлением» (PSL). Для пород I типа оно составляет 0,13—0,2 МПа, для II типа —0,08—0,12 МПа Значение начального просадочного давления определяет деформируемые зоны в лессовой просадочной толще. В этих зонах происходит просадочное уплотнение пород. На рис. 135 показано, где образуются деформируемые зоны в породах I и II типа.
Впервом случае просадочная деформация возникает под фундаментом
взоне 1. Во втором случае, кроме зоны 1, просадка возникает еще в зоне 3,
где она проявляется под действием собственного веса породы В ряде случаев зона 2 вообще отсутствует и зона 1 сливается с зоной 3.
За количественную характеристику просадочности принимают ве-
личину относительной просадочности породы (PSL), которую определяют в лаборатории по отдельным образцам, взятым из лессовой толщи. Образцы отбирают через 1 м или из различных слоев породы с сохранением структуры
иприродной влажности. Величины PSL получают по результатам
лабораторных компрессионных испытаний
PSL=hi - hi1 / h0 ,
где hi — высота образца при принятом давлении; hi1— высота образца в замоченном состоянии при том же давлении; h0 —высота образца
при давлении, равном природному. При значениях PSL ≥ 0,01 породу относят к просадочной. По величине PSL отдельных образцов определяют общую величину просадки Snp данной лессовой толщи.
В полевых условиях величину Snp определяют методом штампа,
который размещают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Такого .типа определения дают наиболее точные результаты.
Тип грунтовых условий (I или II) устанавливают на основе лабо-
раторных испытаний по расчетной величине Snp, но более точные результаты можно получить лишь в полевых условиях путем замачивания лессовых толщ в опытных котлованах и наблюдением за просадкой по реперам (рис.
136).
При определении величины просадочной деформации породы не следует забывать об осадке. Под весом сооружения грунт несколько уплотняется, происходит осадка сооружения. Величина осадки в зна-
чительной степени зависит от природной влажности грунта — чем больше влажность фунта, тем больше он сжимается и тем больше величина осадки.
Просадка проявляется уже как дополнительное к осадке уплотнение. Таким образом,деформация породы складывается из «осадки — просадки». Для конкретных условий эта величина обычно постоянная. Соотношение между осадкой и просадкой может меняться. В более сухих грунтах осадка будет уменьшаться, а просадка возрастать, и наоборот.
Строительство на лессовых просадочных породах. В состоянии
природной влажности и ненарушенной структуры лессовые породы являются достаточно устойчивым основанием. Однако потенциальная возможность проявления просадки, что приводит к деформациям
зданий и сооружений, требует осуществления различного рода мероприятий.
В настоящее время применяют комплекс методов. Это связано с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один из методов не может считаться универсальным. Современные способы строительства на лессовых породах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений, особенно в породах I типа. Наибольший эффект борьбы с просадочностью достигается при комбинировании 2—3 различных мероприятий.
Выбор мероприятий производят на основе технико-экономического анализа, в число факторов которого входят:
•тип просадочности;
•мощность просадочных пород и величина просадки;
•конструктивные особенности зданий и сооружений.
Все методы подразделяют на три группы: 1) водозащитные; 2)
конструктивные; 3) устраняющие просадочные свойства пород.
Водозащитные мероприятия предусматривают планировку строи-
тельных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов,
устройство водонепроницаемых полов, покрытий, отмосток и т. д.
Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособление объектов к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение
свайных, а также уширенных фундаментов, передающих давление на грунт меньше, чем PSL. Маломощные просадочные грунты (HSL) прорезаются глубокими фундаментами, в том числе свайными.
Наибольшее число методов связано с устранением просадочных свойств. Их подразделяют на две группы:
• улучшение пород с применением механических методов;
•физико-химические способы улучшения.
Механические методы преобразуют породы либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой (рис. 137), замачиванием под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение производят с помощью грунтовых свай (песчаных,
известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с
последующим взрывом под водой и т. д. Находят применение также песчаные и грунтовые подушки, грунто-цементные опоры.
К физико-химическим способам относят: обжиг грунтов через сква-
жины, силикатизацию, пропитку цементными и глинистыми растворами,
обработку различными солями, укрепление органическими веществами
(битум, смолы и др.).
ГЛАВА 31
ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД НАД ПОДЗЕМНЫМИ ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ
Горные породы в земной коре находятся в естественно напряженном состоянии, вызванном гравитационными силами. Проходка подземных горных выработок (туннелей, штолен, штреков и т. д.) вызывает в массиве пород перераспределение напряжений, причем на одних участках возникает повышенное сжатие, на других — растягивающие силы.
При концентрации напряжений возникает горное давление, воздей-
ствующее на крепь подземных выработок. Горное давление можно понимать,
как силу давления на крепь, вызванную движением горных пород в сторону выработки. Горное давление зависит от геологического строения массива и свойств пород, глубины заложения и особенностей самой выработки. Оно колеблется от 0 до 1200 МПа.
Горное давление приводит к ряду инженерно-геологических явлений,
возникающих вокруг подземных выработок и на поверхности земли, —
горные удары, выбросы пород, пучение, обрушение, сдвижение массива пород и т. д. Эти явления развиты не только на обширных пространствах горно-промышленных районов, таких как Донбасс, Урал, Кузбасс, где добывают полезные ископаемые подземным способом. Они могут возникать в городах и рабочих поселках, где в строительных целях выполняют различные подземные выработки типа тоннелей, коллекторов, штолен и
других подземных сооружений.
Сдвижение горных пород. Наиболее крупные деформации зданий и сооружений возникают при сдвижении массивов горных пород. Под сдвижением обычно понимают деформацию пород, залегающих не-
посредственно над горными выработками (или выработанными про-
странствами). На этом участке в массиве происходит изгиб пластов или беспорядочное обрушение пород, а поверхность земли искривляется и опускается вместе с сооружениями. Участок земной поверхности,
подвергшийся сдвижению, называют мульдой сдвижения.
Развитие процессов сдвижения зависит от свойств пород, слагающих толщу над горной выработкой, и прежде всего от их прочности и способности к пластическим деформациям. В таких прочных, но непластичных породах как песчаники, известняки, конгломераты, сдвижение происходит при значительной выработке пространства по площади, но зато оно будет развиваться быстро в форме обрушения с образованием трещин и провалов ни земной поверхности. В пластияных породах (глины, глинистые сланцы аргиллиты и т.п.) сдвижение начинается при значительно меньших размерах выработанного простаранства. На поверхности земли это выражается в виде плавного прогибания, причем оно происходит постепенно, длительное время без каких-либо трещин на поверхности.