Набухающие грунты

К набухающим относят грунты, которые при замачивании значительно увеличиваются в объеме. При высыхании набухающие грунты уменьшаются в объеме, т.е. дают усадку, часто сопровождаемую образованием трещин усадки. Процесс набухания – усадки грунтов обратим: чем больше набухание, тем больше усадка.

В России набухающие грунты занимают значительные площади, в основном в южных районах страны, в том числе юго-запад Западно-Сибирской низменности.

Распространены набухающие грунты в равнинах, реже в предгорных районах, и приурочены к зонам сухих степей и полупустынь. Для районов развития набухающих грунтов характерно незначительное количество атмосферных осадков, общий дефицит влажности воздуха, продолжительные засушливые периоды в летнее время.

По условиям залегания набухающие грунты в отличие от лессовых пород могут занимать не только покровное положение, но и располагаться на значительной глубине от поверхности земли.

Мощность набухающих грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Наибольшим набуханием (а следовательно, и наибольшей опасностью при строительстве) обладают переуплотненные слабосцементированные глины, формирующиеся в условиях засушливого климата в мелководных бассейнах и содержащие в своем составе монтмориллонит – глинистый минерал с подвижной кристаллической решеткой.

Анализ деформаций различных зданий и сооружений, а также натурные наблюдения, проведенные в нашей стране и за рубежом, позволили установить, что набухание и усадка грунтов происходят в результате:

- техногенного замачивания (утечки из водонесущих коммуникаций, фильтрация воды из каналов);

- сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов;

- изменение условий испарения влаги после застройки и асфальтирования территории.

Для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяют комплекс различных мер:

- водозащитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания;

- замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности;

- применение компенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания;

- полная или частичная прорезка набухающего грунта фундаментами.

представляет собой отдельные железобетонные стержни (сваи) с ростверком, расположенные по всему контуру стен.

Органоминеральные и органические грунты

К органоминеральным грунтам относятся илы, сапропели и заторфованные грунты, а к органическим – торф.

Органоминеральные и органические грунты в генетическом отношении характеризуются общностью зарождения в водной и избыточно увлажненной среде с протеканием сложных микробиологических и биохимических процессов распада органических веществ и осадконакоплением в особых условиях.

На территории нашей страны органоминеральные и органические грунты широко распространены в тундровой, лесотундровой и таежных зонах Западной и Восточной Сибири, на северо-западе и севере европейской части страны, а также на Дальнем Востоке и в других районах, где развиты болота. Вдоль низменных побережий Черного, Азовского и Каспийского морей значительные площади занимают морские илы.

К специфическим особенностям органоминеральных и органических грунтов, которые позволяют считать рассматриваемые грунты малопригодными для строительства на них различных сооружений, относятся:

- малая прочность и большая сжимаемость с длительной консолидацией при уплотнении;

- высокая пористость и влажность;

- высокая гидрофильность и низкая водоотдача;

- склонность к разжижению при динамических воздействиях;

- разложение растительных остатков в зоне аэрации;

- наличие природного токсичного газа (метана);

- повышенная агрессивность к бетонам и коррозионная активность к металлическим конструкциям.

Большая и неравномерная сжимаемость органоминеральных и органических грунтов может приводить к значительным осадкам зданий и сооружений (в отдельных случаях до 1,0-2,0 м) и к их авариям.

Рассмотрим инженерно-геологические характеристики главнейших видов органоминеральных и органических грунтов.

Илы – водонасыщенные глинистые осадки морских и пресноводных водоемов, образовавшиеся при участии микробиологических процессов. В зависимости от происхождения различают илы морские, лагунные, болотные, озерные и речные. Отличительные особенности илов: высокая влажность, пористость, наличие органического вещества в идее гумуса (до 10%), гнилостный запах, темная окраска.

Ил – начальная стадия формирования глинистой осадочной породы. В процессе преобразования по мере погружения в толщу земной коры илы превращаются в пластичные и затем уплотненные глины.

Для илов характерны тиксотропные превращения, т.е. после механического воздействия структурные связи в грунтах разрушаются, однако с течением времени они могут восстанавливаться.

Сапропель – пресноводный озерный ил с большим содержанием органического вещества. В зависимости от его содержания различают сапропели органические (>70%), минерально-органические (50-70%), органоминеральные (30-50%) и минеральные (10-30%). По составу сапропели бывают известковые, кремнеземистые и детритовые. Для сапропелей характерно переслаивание органического материала с песком и глиной.

Мощность сапропелей в современных озерах может достигать 8-10 м, иногда 30-40 м. Наибольшее развитие они имеют в тундровой и таежной зонах, образуя слоистые толщи, нередко перекрываемые торфом.

Торф – порода темно-бурого и черного цвета с содержанием органического вещества более 50%. Образуется при отмирании и разложении болотной растительности, которая, падая на дно водоема, из-за недостатка кислорода не сгнивает, а постепенно накапливается. Когда мощность торфа достигает 0,5 м и более, территорию относят к торфяникам. Образование торфяников возможно и из сплавин, т.е. плавающего растительного ковра, возникающего при заторфовывании озер. Мощность торфов в таежной зоне может достигать 8-10 м и более.

Пористость торфов очень высока, плотность скелета грунта очень мала, поэтому в сухом состоянии торф может плавать по воде. При высыхании торф дает значительную усадку (40-50%). Показатели сжимаемости торфа в десятки и сотни раз выше, чем у обычных глинистых грунтов. Прочность торфов как и илов, целесообразнее с целью получения достоверных результатов определять в полевых условиях.

Строительство на органно-минеральных и органических грунтах. В последнее время, в связи с острой нехваткой пригодных для строительства земель, круг использования этих в принципе малопригодных грунтов, расширился. Особую актуальность этот вопрос приобрел в связи с освоением газовых и нефтяных месторождений в тундровой полосе севера России.

При проведении инженерно-геологических изысканий в этих районах помимо общепринятых исследований грунтовых условий территории прибегают, в частности, к детальному изучению:

1) рельефа минерального дна болот и свойств слагающих его отложений;

2) изменчивости деформационно-прочностных характеристик по глубине и при динамических воздействиях;

3) консолидационных и реологических характеристик грунтов.

Согласно СП 11-105-97, органно-минеральные и органические грунты могут использоваться в качестве основания сооружений, как правило, только после инженерной подготовки, которая может осуществляться двумя способами:

- предварительного осушения открытыми канавами или дренами, что позволяет за 6-12 месяцев уплотнить основание на 20-25%;

- предварительного уплотнения органических и других грунтов пригрузкой слоем минерального грунта для ускорения процесса консолидации основания.

После инженерной подготовки территории, сложенной органоминеральными и органическими грунтами, при строительстве на них различных зданий и сооружений используют:

- прорезку (полную или частичную) органно-минеральных и органических грунтов глубокими фундаментами, в том числе свайными (например, Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге возведен на органоминеральных грунтах с помощью глубоких свайных фундаментов);

- полное выторфовывание с заменой изъятого грунта минеральными грунтами (песком, гравием, щебнем);

- закрепление илов методами технической мелиорации.

В ряде случаев при большой мощности органно-минеральных грунтов применяют сборно-монолитные ленточные фундаменты или сплошную монолитную плиту с подсыпкой песчаного слоя мощностью 2-3 м.