3.3.5 Вещества органо-минеральные

Песчаные и особенно глинистые грунты могут содержать твёрдые органо-минеральные вещества в виде остатков флоры и фауны прошлых тысячелетий, находящихся в разной степени разложения (гумификации). Такие органические вещества влияют на физические, водные и механические свойства грунтов, а также повышают их гидрофильность, влагоёмкость, деформируемость и снижают прочность. Показатели песчаных и глинистых грунтов ухудшаются уже при наличии в них от 3 до 10 % растительных остатков и органики. При содержании последних от 10 до 60 % грунты относятся к категории заторфованных, а при более 60 % – к торфам. Количество органических примесей определяют в лабораторных условиях методом прокаливания при температуре 400…900 ºС.

Органо-минеральные вещества в составе твёрдых компонентов слагают характерные напластования (гл. 2.3.2.2), состоящие из ила, сапропели, торфа и минеральной части. Являются начальной стадией формирования многих осадочных пород. По генезису подразделяются на терригенные, биогенные, хемогенные. По гранулометрическому составу относятся к пелитовым осадкам (они тоньше 0,01 мм).

Грунтовые толщи загрязняются в процессе сельскохозяйственной деятельности человека, при отказах в сетях канализаций разного типа, аварийных выбросах, утечках и стоках промпредприятий. Техногенные жидкости загрязняющего состава, а также промышленные и городские свалки твёрдых бытовых отходов наносят значительный вред окружающей среде.

Основания фундаментов зданий (сооружений), включающие органо-минеральные компоненты, должны проектироваться с учётом их особенностей, а именно большой сжимаемости, существенной изменчивости и анизотропности прочностных, деформационных и фильтрационных показателей, консолидации их в условиях обжатия фундаментом, длительного развития осадок (ползучести) основания и возможности возникновения нестабилизированного состояния, отрицательного трения вдоль ствола свай, часто вызывающего отказы фундаментов.

Следует также учитывать, что органо-минеральные комплексы проявляют тиксотропию, газовыделение взрывоопасного состава, а подземные воды, как правило, сильно агрессивны к материалам, из которых выполнены подземные конструкции, и к технологическому подземному имуществу.

3.3.6. Лёд в поровом пространстве

Лёд в поровом пространстве грунтов рассматривается как один из твёрдых компонентов. В зависимости от температурного режима он способен проявлять обратимые прочностные свойства. При отрицательной температуре грунт омоноличиватся, утрачивает дискретность и приобретает высокую прочность, что раньше использовалось при преднамеренном замораживании слабых плывунных грунтов, например, в метростроении. Естественно, при оттаивании мёрзлых массивов приобретённая прочность исчезает. Лёд в поровом пространстве подразделяется на виды и разновидности, рассмотренные в гл. 3.4.2.5.

3.3.6.1. Строение, виды и свойства льда

В молекуле льда расстояние между атомами водорода и кислорода составляет 9,6 нм, а угол при вершине треугольника равен 104,5 ^○. Различают 11 кристаллических конформаций льда и аморфный лёд. Снежинки отличаются гексагональной решёткой ажурной формы, в которой каждая молекула Н₂О соединена водородными связями с четырьмя соседними молекулами, находящимися от неё на равном расстоянии 2,7 нм.

Атомы кислорода в кристаллической структуре льда находятся в успокоенном (застывшем) состоянии. Атомы же водорода сохраняют подвижность и непрерывно меняют своё положение при морозе до – 70 ^○С. При этом водород занимает объём, который позволяет обеспечить эту подвижность, т.е. несколько бóльший по нашему мнению, чем в талом состоянии общий объём кислорода и водорода. Поэтому лёд имеет объём примерно на 9,5 % больший, чем эквивалентный объём воды, а плотность льда составляет примерно 0,917 г/см³, что оборачивается плавучестью льда в воде.

Лёд в грунте может находиться в виде льда-цемента, льда локального и залежного. Согласно П.А. Шумскому (1955), лёд-цемент подразделяется на пять разновидностей: 1) контактный, в местах контактов частиц между собой; 2) плёночный, обволакивает поверхность частиц; 3) поровый, заполняет поры между частицами; 4) базальный, цементирует пластинчатые минеральные частицы; 5) корковый лёд, омоноличивает крупные гранулы породы в крупнообломочных грунтах.

Лёд локальный представляет собой линзы, прожилки и прослойки толщиной от миллиметров до 50 см, что наблюдается при морозном пучении грунтов благодаря его фильтрационности. При этом в водонасыщенных грунтах подземная вода поднимается как по капиллярам в зону промерзания. В грунтах же неводонасыщенных, но сырых, миграция влаги происходит в парообразном состоянии. Образующийся лёд цементирует (омоноличивает) грунтовые агрегаты до бетоноподобного состояния. При этом скопившаяся (мигрировавшая) влага в зоне пучения многократно может превышать естественную влажность грунта в рассматриваемой зоне.

Лёд залежный, в отличие от локального, имеет прослойки, линзы, друзы более 50 см толщиной и значительное простирание.