5.4. Морозное пучение.

В областях, где зимой температура воздуха ниже нуля, почвы и лежащие ниже их горные породы промерзают на некоторую глубину, а в теплое время года оттаивают. Это явление называют сезонным, или зимним, промерзанием. Глубина зимнего промерзания зависит от климата, плотности и мощности снежного покрова, характера зимы, состава пород, их физического состояния и влажности. Поэтому в разных областях она различна и колеблется от нескольких десятков сантиметров до 4 м. Промерзание пород начинается с поверхности и распространяется вглубь, содержащаяся в них вода переходит при этом в лед, увеличивая свой объем. Внешне этот процесс, называемый морозным пучением, выражается в поднятии дневной поверхности породы за счет увеличения ее в объеме. Оттаивание весной вызывает разжижение пород и деформацию построенных на них сооружений. Следовательно, в областях, подвергающихся сезонному промерзанию и оттаиванию, дневная поверхность пород испытывает вертикальные, а иногда и горизонтальные смещения.

С наступлением весны сезонно промерзающий слой земляного полотна избыточно увлажняется, его несущая способность резко снижается. В результате основная площадка земляного полотна деформируется, разжижившийся грунт при этом вытекает или выдавливается на поверхность в виде грязевого потока.

В основе морозного пучения лежат следующие явления: миграция воды в замерзающих породах, сопровождаемая выделением льда за счет перехода в него свободной или рыхло связанной воды. Отметим, что факторов, определяющих льдонакопление в породах, очень много: одни из них определяются составом, состоянием, степенью водонасыщенности пород, другие- их температурой и температурой наружного воздуха, третьи – близостью к дневной поверхности горизонта грунтовых вод, в том числе и верховодки, и т.п. Однако при прочих равных условиях главным фактором является гранулометрический состав пород. Грубообломочные породы, чистые пески, насыщенные водой вспучиваются лишь за счет воды, переходящей в лед. Иное происходит в глинистых породах, где морозное пучение сказывается гораздо сильнее. Промерзание глинистых пород и образование льда сопровождаются миграцией физически связанной воды под влиянием молекулярных сил от более толстых оболочек к более тонким, фронту промерзания, т.е. туда, где начинается кристаллизация воды. Одновременно происходит перераспределение влаги.

Появление в породах льда вызывает увеличение их объема. Это и есть то, что выше было названо морозным пучением. Интенсивность этого процесса определяется влажность глинистых пород, если она будет значительно меньше их полной влагоемкости, возможность пучения будет сведена к минимуму. Наибольший эффект морозного пучения наблюдается в пылеватых породах.

Для борьбы с морозным пучением устраивают поверхностный отвод атмосферных и производственных вод, предохраняя породы от увлажнения; устройство дренажей; созданием прослоек, чтобы исключить капиллярный подъем воды.

Морозное пучение в районе практики встречаются на высокой пойме по обеим берегам реки Иня. Высокая пойма сложена пылеватыми глинистыми потенциально пучинистыми грунтами. Уровень грунтовых вод здесь наиболее близко приближается к дневной поверхности.