1.10. Мари и термокарсты

К марям относят болота, сложенные торфом и другими органоминеральными отложениями, мощность которых составляет от десятков сантиметров до нескольких метров. Принято, что деятельный слой в пределах марей находится от 0,5 до 1,0 м, ниже которого, как правило, залегает поверхность вечномерзлых грунтов [7]. Мари, как и обычные болота, широко распространены в Забайкалье, на Дальнем Востоке и встречаются на водоразделах, склонах, террасах, поймах рек, равнинах.

Растительный покров марей имеет свои особенности и характеризуется распространением зеленых и белых мхов, осоки различных видов. Наличие растительного мохово-торфяного покрова способствует понижению температуры вечномерзлого грунта в пределах марей.

Термокарсты распространены в форме понижений различной конфигурации и размеров, заполненных водой (термокарстовые озера), а также сухих, к которым относят воронки, ямы, плоские котловины – аласы и др. Они образуются в местах, где грунты включают в свой состав подземный лед, который отличается формой, объемом, глубиной залегания, текстурными и структурными особенностями.

К основным причинам, вызывающим термокарстовый процесс, относят удаление или нарушение растительного покрова в процессе строительства или другой деятельности человека, а также изменения гидрогеологического режима грунтов деятельного слоя и условий естественного стока поверхностной воды.

1.11. Морозное пучение грунтов

Под морозным пучением грунтов понимают увеличение их объема в процессе промерзания. Морозное пучение грунтов происходит за счет образования льда при замерзании воды, содержащейся в грунте и поступающей к зоне промерзания в результате ее миграции из нижележащих слоев [7].

В естественных условиях морозное пучение грунтов проявляется как неравномерное поднятие дневной поверхности при промерзании грунтов деятельного слоя. Неравномерность поднятия определяется неоднородностью грунтов, гидрогеологическими и другими природными условиями.

Механизм миграции воды при промерзании грунтов зависит от многих факторов. Согласно теории механики мерзлых грунтов [10], миграция воды в промерзающих влажных грунтах является процессом переноса влаги, постоянно возникающим при нарушении равновесного состояния фаз грунта и изменениях внешней среды.

При замерзании воды в грунтах изменяются их свойства, при которых увеличивается сцепление и сопротивляемость внешним силам. При этом увеличивается объем мерзлого грунта.

В случае, если увеличение объема грунта при промерзании происходит на большой площади равномерно в однородном по составу и влажности слое, то в грунте, как правило, не возникают внутренние усилия и происходит простое расширение промерзающего слоя грунта. Если созданы такие условия, при которых имеют место ограничения или невозможность расширения промерзающего слоя грунта, то могут сформироваться значительные по величине силы морозного пучения, оказывающие влияние на сооружения.

При промерзании водонасыщенного песчаного грунта и свободного оттока воды объем песка практически остается неизменным, поэтому морозного пучения не наблюдается.

При промерзании дисперсной глины наблюдается пучение грунта, которое происходит как в начальный период промораживания, так и при дальнейшем охлаждении грунта и замерзании новых порций рыхлосвязанной пленочной воды. Экспериментами установлено, что морозное пучение дисперсных глин продолжается при температуре минус 10 ⁰С и ниже [10].

При промораживании влажных пылеватых суглинков происходит интенсивное пучение грунта. Пылеватые суглинки являются наиболее пучинистыми грунтами, потому что они водопроницаемые, дисперсные и содержат коллоиды.

Силы морозного пучения, развивающиеся при промерзании грунтов, имеют различную величину и направление. В зависимости от воздействия сил морозного пучения грунтов на сооружения они подразделяются на два основных вида: нормальные и касательные.

На величину нормальных сил морозного пучения грунтов оказывают влияние свойства промерзающих грунтов, сжимаемость подстилающих слоев, внешнее давление на грунт и жесткость (деформируемость) конструкций, воспринимающих пучение.

Касательные силы пучения являются результатом действия грунтов, замерзающих у боковых граней фундаментов, и направлены по касательной к их поверхности, соприкасающейся с замерзающим грунтом.

Воздействие морозного пучения грунта в пределах сезонного промерзания (оттаивания) для сооружений на вечномерзлых грунтах, а также на пучинистых грунтах, сезоннопромерзающих на глубину свыше 2 м, принимают в виде приложенных по периметру фундамента (или свай) вертикальных касательных сил. Величины сил морозного пучения определяют в соответствии с требованиями СНиП 2.02.04-88 [13].

При проектировании искусственных сооружений морозное пучение грунтов оснований учитывают в расчетах на устойчивость.