ных участков местности на протяжении четвертичного периода.

Это достаточно четко проявляется и в случае так называемых

спондиловь~ глин.

Рассматриваемые отложения являются фацией относительно

глубокого (до 500 м) моря платформенного типа. Основным про­

цессом в их литификации в условиях опускания морского дна яви­

лось постепенное гравитационное уплотнение под действием веса

накапливающихся выше осадков. В четвертичную эпоху к весу

этих отложений добавлялось и давление ледника. В среднечетвер­

тичную эпоху условия развития спондиловь~ глин на различнь~

участках территории дифференцируются. В результате врезания

речнь~ долин в дочетвертичные отложения возникают естествен­

ные области разгрузки, которые затрагивают и спондиловые гли­ ны. Наиболее глубокие размывы, вызвавшие почти полную раз­

грузку палеогеновь~ глин от давления перекрывавших их пород,

происходили в позднечетвертичное время. В приуроченных к реч­

ным долинам областях разгрузки спондиловые глины подвергались

разуплотнению и выветриванию в климатических условиях, кото­

рые практически отвечали современным. Итогом этих весьма

сложных процессов (но, конечно, не самых сложных, которые воз­

можны при формировании геологических тел) явилось то, что в

указанных районах спондиловые глины имеют повышенные влаж­

ность, пористость, трещиноватость и поиижеиную прочность. Ука­

занные изменения физического состояния и прочностнь~ пара­

метров прослеживаются практически по всей мощности толщи

спондиловь~ глин. Сформировавшиеся различия свойств палеоге­

новых глин, залегающих в пределах междуречных плато (на глуби­

нах 50-75 м) и речных долин, обусловливают их различное пове­ дение в горных выработках: горное давление в спондиловь~ глинах в области разгрузки проявляется более интенсивно и более

длительное время по сравнению с глинами областей, где измене­

ний во внешней нагрузке на них не было.

ПРИРОДНЫЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ

К органоминеральным грунтам относятся илы, сапропели и

заторфонаиные земли.

Органаминеральные грунты представляют собой своеобразные осадочные образования, которые часто занимают большие, но локальные площади. Своим происхождением они обязаны во­

дной среде и располагаются в речных долинах, на низких берегах

морей, озер, водохранилищ, в поиижеиных частях рельефа, на территориях с высоким положением уровней грунтовь~ вод, на-

242

пример в тундре. Органаминеральные грунты наиболее типичны для территорий, где развиты болота.

Все органаминеральные грунты высокопористы и водонасыще­

ны. В их составе: 1) песчано-пылевато-глинистые частицы; 2) ор­ ганический минерал; 3) воды, которые присуrствуют обязательно

и в большом количестве. Во многих этих грунтах воды бывает

больше, чем минеральной и органической частей (рис. 56) . Орга­

нический минерал содержится в следующих количествах: илы - в

основном гумус и в количестве не менее 10 %; сапропелидо

30% гумуса с примесью растительных остатков; заторфонаиные

грунты - до 50 % растительных остатков с примесью гумуса.

Оценка органоминеральных грунтов производится по следую-

щим характеристикам:

•природная влажность W;

•плотность грунта и частиц;

•содержание органических веществ;

•полная влагаемкость Wn;

•коэффициент фильтрации kФ;

•модуль деформации Е.

Ил - водонасыщенный современный (или древний) осадок

дна водоемов в виде песчано-пылевато-глинистых масс с органи­

ческим перегноем (гумусом). Окраска черная, масса рыхлая, ко­ личество воды превышает содержание минеральной части (за

исключением древнего ила). Ил следует считать начальной ста­

дией формирования глинистой осадочной породы. Мощность

слоев илов колеблется от сантиметров до нескольких метров.

Модуль деформации Е колеблется от 0,1 до 2 МПа. Коэффици­ ент пористости для илов супесчаного состава составляет 0,8-1 ,2;

суглинистого 0,9-1,6 и глинистого 1,2-2. Илы практически не

держат нагрузки, под нагрузкой легко вьщавливаются, при дина­

мическом воздействии переходят в разжиженное состояние. Не-

1

Рис. 56. Сравнительное соотношение количества воды (1), минеральной и органической частей (2) в органаминеральных грунтах

243

большую нагрузку вьщерживают лишь древние илы, особенно ес­

ли они перекрыты какой-либо толщей глинистых отложений.

Сапропелиэто рыхлые водонасыщенные песчано-пылева­

то-глинистые отложения, содержащие органический материал.

Мощность слоев сапропелей от 1 до 20 м. Более или менее уплот­

ненный сапропель называют сапроколом.

Почвы. К органоминеральным грунтам следует отнести почвы,

которые практически повсеместно (кроме пустынь и отчасти по­ лупустынь) залегают непосредственно на дневной поверхности земли и генетически являются элювиальным образованием.

Различают почвы песчаные, супесчаные, суглинистые и гли­

нистые. Все они, как и грунты, имеют особенности своей струк­

туры и содержат органический материал в виде перегноя (гумуса)

в количестве от 3 до 12% и корни травяной, кустарниковой и древесной растительности. Мощность слоев почв колеблется от 0,3-0,5 до 1,5, редко до 3 м. Почвы необходимы сельскому хо­

зяйству и поэтому их следует сохранять. Перед производством

строительных работ слой почвы необходимо срезать, складиро­

вать и использовать по своему назначению в местах, где почвен­

ный слой отсутствует. Уничтожать почву запрещено законом.

В толщах лессовых отложений присутствуют слои «погребен­ НЫХ>> почв. Это древние почвы, имеющие небольшую мощность

и по физико-механическими свойствами мало чем отличающиеся

от вмещающих их грунтов.

Строительство зданий и сооружений на органоминеральных и

органических грунтах представляет собой сложную задачу, по­

этому осуществляется по специальным нормативам.

В каждом случае используются разные мероприятия по предо­

твращению возможных деформаций оснований и повышению их несущей способности: 1) для илов и сапропелей; 2) для торфов и

заторфованных грунтов.

Илы и сапропели. При строительстве следует помнить, что слой ила на дне водоемов всегда обладает худшими свойствами, чем слой погребеиного ила. При использовании илов в качестве оснований необходимо различать условия их залегания: ил зале­

гает на дне водоема и подстилается глиной и песком или слой

ила залегает между слоями глин и песков. Для улучшения

свойств оснований, сложенных илами, возможно:

•заменять ил на другой грунт;

•прорезать слой ила сваями и опираться на прочные грунты;

•на ил накладывать наброску камня, т. е. фактически заменять

ил каменным массивом;

• на ил намывать слой песка, который хорошо воспринимает

нагрузки от объектов и в последствии обеспечивает свободный вы-

244

ход воды из ила, заключенный между пьmевато-глинистыми грун­

тами, предварительно должен уплотняться за счет оттока воды че­ рез дренажные скважины; это одновременно сокращает сроки

уплотнения грунтов.

Заторфованные грунтыэто песчано-пьшевато-глинистые во­ донасыщенные грунты, но с большим содержанием органических

веществ (до 50%) в виде остатков корней растений с примесью гумуса. При оценке свойств этих грунтов большое значение име­ ет степень разложения растительных остатков Яр. По этому при­

знаку их разделяют на четыре разновидности Яр: от О до 15 %;

16-30 %; 31-50 %; более 50%.

Наиболее типичным представителем органических грунтов яв­

ляется торф, сложенный из неполно разложившихся болотных растений. Окраска чаще всего темно-коричневая. В торфах всегда имеется примесь песка, пьmеватых и глинистых частиц. Растения

создают волокнистый каркас, что является его структурой. Боль­

шинство торфов сформировалось в древние времена и на сегодня меЖду собой различаются по степени разложения растительных

остатков и геологическому строению. На рис. 57 показаны раз­

личные случаи геологического строения торфяников. Слой торфа

может JVJавать на воде, либо лежать на сапропеле или непосред­

ственно на минеральном дне, т. е. на слое глины. В зависимости от этого мощность слоев торфа бывает различной - от несколь­

ких сантиметров до десятков метров.

2

Рис. 57. Варианты геологического строения толщ из заторфованных rрунтов:

1- спои заторфованных rрунтов; 2- слои nесчано-пылевато-глинистых rрунтов

245

Все органоминеральные и органические грунты содержат во­

ду, которая обладает агрессивными свойствами по отношению к

строительным материалам. В связи с непрерывным гниением растительных остатков их свойства очень изменчивы во времени.

Модуль деформации Е обычно меньше 5 МПа. Лучше всего на­

грузки держат древние, более плотные торфы.

Торфы являются полезными ископаемыми (энергоносители, удобрение и сырье для химической промышленности) и поэтому рассматривать этот грунт только как основание объектов нецеле­ сообразно. Строительство на заторфованных грунтах в зависимо­

сти от их свойств, мощности слоев осуществляется в двух на­

правлениях: 1) без специальных мероприятий с применением только конструктивных строительных решений в зданиях и соо­ ружениях; 2) с использованием специальных строительных работ.

Специальные строительные работы очень разнообразны и рас­

падаются на ряд видов в зависимости от вариантов геологического

строения заторфованных толщ. Для каждого варианта рекоменду­ ются свои специальные работы, которые могут быть в виде:

•прорезки (полной или частичной) слоя заторфованного грун­

та фундаментами, в том числе свайными;

•частичной или полной срезки (выторфовка) заторфованного

грунта с последующей засыпкой, планировкой площади песчаны­

ми (гравийным, щебеночным) материалами;

•предварительного уплотнения заторфованных грунтов, в том

числе с помощью дренажных скважин.

При выборе вида специальных строительных работ необходи­

мо учитывать свойства и мощность слоев песчано-пылевато-гли­ нистых грунтов, которые подстилают или перекрывают заторфо­

ванные грунты.

Основные инженерно-геологические особенности торфов. Отли­

чительной чертой торфов является их чрезвычайно высокая влажность в естественном залегании. В массиве она может до­

стигать 500-1000 и даже 2000% и более (по отношению к весу

сухого вещества).

Плотность скелета торфоввеличина более чем малая, в

основном 0,07-0,2 гjсмЗ, очень редко отмечены значения 0,5 r/см3 .

Соответственно пористость чрезвычайно высока. В условиях есте­

ственного залегания влажность торфов в соответствии с их огром­ ной влагоемкостью практически всегда выше влажности верхнего

предела пластичности, т. е. торф практически находится в скры­

то-текучей консистенции. В естественных условиях торф обладает

весьма низкой способностью к набуханию, при высыхании же его наблюдается значительная усадка. Торф - порода водопроницае­

мая, оказывает достаточно сильное влияние на водопроницае-

246

мость, в первую очередь, степень разложения органических остат­

ков, а также обладает такой особенностью, как анизотропия свойств, которая обусловлена слоистостью, образовавшейся в про­

цессе формирования торфяных залежей.

Отличительной чертой торфов является их исключительно

сильная сжимаемость под нагрузкой, значени~ которой в десятки

и сотни раз выше, чем у обычных (минеральных) грунтов. При этом в торфах, как и в других rрунтах, наблюдаются как остаточ­

ные, так и упругие деформации, причем остаточные имеют зна­

чительные величины. При снятии нагрузки nроисходит некото­

рое увеличение пористости уnлотненного торфа, что обусловлено

упругими свойствами структуры торфа и небольшим всасыванием

воды. При нарушении первоначальной струКтуры торфа уплотня­

емость его увеличивается на 10-30 %.

Результаты исследований прочностных характеристик торфов

свидетельствуют о значительных величинах сцепления и угла

внутреннего трения при сравнительно высоких значениях влаж­

ности (200-1000 %). При дальнейшем росте влажности сцепле­

ние и угол внутреннего трения постепенно сиижаются и падают

до нуля при влажности около 1500 %. Например, при влажности

300% угол внутреннего трения равняется 24-30°, а сцепление

родны по своему генезису, составу, строению и состоянию, что

естественно влечет за собой очень широкий диапазон изменения

их инженерно-геологических характеристик. Торфы обладают

огромной влажностью, значительной пористостью и, как следст­

вие этого, очень сильной сжимаемостью. Неоднородность строе­

ния и состава торфяной залежи и сильная сжимаемость торфа

могут привести к значительным неравномерным осадкам возво­

димых на них сооружений. Эти осадки обычно протекают в тече­ ние длительного периода времени. Кроме тоrо, следует иметь в

виду, что торфяным грунтам в отличие от минеральных свойст­

вен еще один вид доуплотнения , происходящего под влиянием

микробиологических процессов, протекающих в веществе торфа

исопровождающихся его минерализацией.

Синженерно-геологической точки зренюr при оценке пло­

щадки строительства сооружения следует в значительной мере

опасаться наличия линз и прослоев торфа в толщах минеральных

грунтов, что может привести к повышенной неоднородности и

сильной сжимаемости всего основания в сму указанных выше

причин. Инженерно-геологические изыскания на торфяных грун­ тах требуют особой тщательности.

Засоленные грунты. К дисперсным зас()ленным относятся

грунты, содержащие значительное количество водорастворимых

247

солей. В литологическом отношении это могут быть пески, супе­

си, суглинки, глины и в некоторых случаях даже крупнообломоч­ ные грунты. Засоленные грунты типичны для поверхности земли

и свойственны районам с засушливым климатом. Появление со­

лей в грунтах связано со многими причинами:

•жаркий климат, при котором испарение преобладает над ко­

личеством выпадающих атмосферных осадков;

•бессточный для воды рельеф местности;

•подтопление территорий грунтовыми водами, вызванное не­ правильной эксплуатацией человеком оросительных систем;

•попадание определенной части водорастворимых солей в грунты при их формировании.

Соли в грунтах присутствуют в различных формах:

•в виде отдельных крупных кристаллов;

•в виде мелких рассеянных кристаллов по всей массе грунта;

•в форме больших скоплений (друз), разбросанных по всему

массиву грунта.

В грунтах обычно присутствуют все эти формы солей, но в

силу каких-либо причин одна из них занимает основное место.

Среди водорастворимых солей в грунтах находятся легко- и

среднерастворимые соли. К легкорастворимым относятся: хлори­ ды (типа минерала галита) и кислые соли угольной кислоты; к среднерастворимым-сульфаты (типа гипса). Карбонаты (типа

кальцита) тоже растворяются в воде, но к числу водораствори­

мых их можно относить с известной условностью. Их растворе­

ние происходит длительное время и при наличии в воде агрес­

сивной углекислоты.

Количество солей, оказывающих влияние на изменение свойств, в различных грунтах неодинаково и колеблется от 0,3 до 5 % и больше (к весу грунта). Вот некоторые примеры грунтов,

которые считаются засоленными при следующем количестве со­

лей: пески- 0,5% и более; пьшевато-глинистые грунты- 5% и

более; крупнообломочные грунты- 2% и более.

К основным типам засоленных глинистых грунтов относятся

солончаки, солонцы и такыры. Солончаки формируются в доли­

нах рек, соленых озерах, лиманах и содержат серно-кислые соли

натрия, хлориды кальция и магния. Солонцы располагаются на высоких участках рельефа местности и содержат карбонаты на­ трия (соду), сульфаты натрия и гипс. Такырыбольшие равнин­

ные площади, покрытые глинистыми грунтами твердой конси­

стенции и разбитые сетью трещин усадки. Такыры содержат гипс, карбонаты и небольшое количество легкорастворимых со­ лей. Количество солей и их состав в грунтах определяются хими­ ческими лабораторными анализами.

248

В природных условиях, например, при неправильном ороше­

нии сельскохозяйственных полей нередко происходит «засоле­ ние>> почв и грунтов. В районах строительства на территориях,

где эксплуатируются здания и сооружения с большим водообме­ ном, обычно наблюдается обратный процесс- «рассоление>>.

Водорастворимые соли в определенной мере упрочняют грун­

ты, так как являются их цементирующей составляющей, но грун­ товые основания зданий и сооружений никогда не остаются су­

хими. В период эксплуатации основания объектов, как правило, обводняются, возникает постоянная фильтрация воды. Все это

приводит к растворению солей, рассолению грунтов оснований,

т. е. к выщелачиванию солей. В отличие от механической суффо­ зии это чисто химический процесс. При растворении солей из­ меняются, в первую очередь, их физико-механические свойства оснований: прочностные и деформационные показатели, а также пластичность, пористость, гранулометрический состав. Вначале

вымываются легкорастворимые соли, после этого, в результате

уже длительной фильтрации воды, выносятся средне- и даже

труднорастворимые соли. Растворение и вынос гипса из суглин­ ков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов может проис­ ходить в сроки, соизмеримые с периодом эксплуатации зданий и

сооружений.

Строительство на засоленных грунтах имеет свои трудности и

осуществляется по своим нормам и правилам. При возведении

объектов используются различные приемы строительства:

•прорезка фундаментами зданий слоя засоленного грунта;

•водазащита оснований от проникновения в них атмосферных

итехнических вод;

•прекращение фильтрации подземной воды устройством дре­ нажей и непроницаемых завес;

•отсыпка на засоленный грунт безсолевых грунтовых подущек

из песка или суглинков;

• предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового осно­

вания;

• искусственное закрепление засоленного массива грунта мето­

дами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

Выбор того или иного приема зависит от геологического

строения и гидрогеологических условий строительной площадки,

типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструк­

ций объекта и технических возможностей строительной органи­

зации.

249