Вопрос 3. Охарактеризуйте гидрогеологические условия участка с выделением и описанием всех водоносных горизонтов и освещением влияния каждого из них на инженерно-геологические условия.

Подземными называются воды, содержащиеся в толще пород (в порах, трещинах, карстовых пустотах). Они являются важнейшими элементами окружающей среды и оказывают огромное влияние на строительную и экологическую оценку местности. Влияние подземных вод в функционировании окружающей среды и в жизни человека проявляются в следующих формах:

- они способствуют выветриванию пород (замерзающая в трещинах подземная вода оказывает расклинивающее воздействие на стенки трещин, в результате чего происходит механическое разрушение скальных пород; при активном участии подземных вод в скальных породах происходит окисление, гидратация, выщелачивание, следствием чего является разложение пород и трансформация их из скальных в песчано-глинистые);

- питают поверхностные водоемы и водотоки;

- формируют многие элементы рельефа (слепые долины, суффозионные и карстовые воронки, аласы, просадочные блюдца и др.);

- изменяют вещественный состав и физико-механические свойства многих пород. В частности, в результате выпадения солей из подземных вод, песок превращается в песчаник, при увеличении влажности глинистых пород снижается их прочность, повышается сжимаемость, иногда увеличивается объем;

- подземные воды являются причиной возникновения ряда геологических процессов (карста, суффозии, плывунности, заболачивания, просадок в лессах, способствуют развитию оползней, пучению, грунтовым наледям);

- они являются составной частью почвы и, таким образом, формируют защитную оболочку для нижележащих слоев от развевания, размывания, высыхания и других форм выветривания;

- подземные воды осложняют производство земляных работ;

- создают агрессивную среду в грунтовой толще, тем самым, способствуя разрушению подземных частей зданий и сооружений, а также выводу из строя подземных коммуникаций;

- принимают активное участие в миграции продуктов загрязнения, следствие чего являются кислотные дожди;

- способствуют возникновению патогенных зон. С последними могут быть связаны вспышки эпидемий инфекционных болезней (дизентерия, холера и т.д.);

- подземные воды используются в качестве источника питьевого, хозяйственного и промышленного водоснабжения.

Подземные воды в природных условиях обычно встречаются в виде водоносных горизонтов. Это слой или часть слоя горных пород, определенного вещественного состава, все поры (трещины), которого заполнены свободной (гравитационной) водой. Верхняя граница горизонта именуется зеркалом, нижняя – водоупорным ложем.

Между зеркалом грунтовых вод и дневной поверхностью располагается зона аэрации. Здесь содержиться капиллярная, почвенная, а также парообразная вода.

Для оценки водоносных горизонтов с инженерно-геологической точки зрения важны следующие параметры:

- глубина залегания, мощность и область распространения данного горизонта;

- вещественный состав и генезис водовмещающих пород;

- состав подстилающего водоупорного слоя;

- наличие или отсутствие водоупорной кровли;

- водопроницаемость водоносного слоя, характеризующийся коэффициентом фильтрации;

- направление движения подземных вод (для этого необходимо установить положение в пространстве области питания и дренажа);

- химический состав и степень минерализации воды. О них можно судить по химическому составу и растворимости водовмещающих пород, а также возможности их загрязнения;

- возможность использования подземных вод данного горизонта для водоснабжения;

- дать прогноз последствий техногенных воздействий на подземные воды данного участка (длительный отбор воды, сброс в грунтовую толщу промышленных или хозяйственно-бытовых стоков и т.д.).

Важнейшие типы подземных вод. При инженерно-геологических изысканиях наиболее часто выделяют следующие типы подземных вод, резко различающиеся по своему влиянию на строительную оценку местности: верховодка, грунтовые, артезианские и трещинные воды.

Верховодкой называется первый от поверхности не постоянно действующий ненапорный водоносный горизонт. Обычно он располагается на небольшой глубине (до 1,5 – 2,0 м) и приурочен к поверхности линз водонепроницаемых пород, залегающих в зоне аэрации. Образованию верховодки способствует также многочисленные понижения, ямы, старые котлованы, оставшиеся от прежних земляных работ и засыпанные в настоящее время отвалами строительного мусора.

Этот тип подземных вод характеризуется исключительно неустойчивым режимом, возникает во время дождей, снеготаяния, выхода из строя водонесущих коммуникаций, легко загрязняется с поверхности. Верховодка представляет значительную опасность при строительстве. Она может вызвать подтопление подземных частей зданий и сооружений, а также явиться причиной возникновения некоторых геологических процессов (пучения, наледей). Ее отрицательное влияние особенно ощутимо вследствие того, что при инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка далеко не всегда обнаруживается, поэтому на городских территориях для устранения негативного влияния верховодки применяется дренаж, который проводиться не только вокруг отдельных зданий, но и на значительных территориях, примыкающих к строительным площадкам.

Грунтовые воды – это первый от поверхности постоянно действующий, ненапорный водоносный горизонт, он является наиболее распространенным и характеризуется следующими особенностями:

- Обладает свободной поверхностью (зеркалом грунтовых вод), т.к. сверху отсутствует водоупорные слои. Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания грунтовых вод изменяется от 1 до 30 м и зависит от рельефа, но обычно не превышает 10 м.

- Питание осуществляется за счет атмосферных осадков, перетока речных вод и т.д.

- Их режим довольно изменчив, но по сравнению с верховодкой более стабилен. Область питания практически совпадает с областью распространения. Из-за отсутствия водоупорной кровли, грунтовые воды могут достаточно легко загрязниться с поверхности;

- Являются причиной возникновения многих геологических процессов (пучение, наледи, заболачивание, карст, суффозия, оползни, оплывание);

- Осложняют, вследствие неглубокого залегания, производство земляных работ, что является причиной подтопления подземных частей зданий, месторождений природных строительных материалов.

- Используются в качестве источника водоснабжения для небольших водопотребителей.

Особенности некоторых типов грунтовых вод.

Грунтовые воды аллювиальных отложений приурочены к речным долинам. Наиболее распространенной разновидностью их являются подрусловые потоки. Питание осуществляется, главным образом, за счет речных вод, а также дренирования водоносных горизонтов, перехватываемых долиной, меньшую роль играют атмосферные осадки.

Водовмещающими породами обычно являются русловые отложения. В основном они представлены песками разной крупности. Следует учитывать их частую литологическую изменчивость, как по глубине, так и по простиранию, что обуславливает высокую изменчивость их водопроницаемости и водоотдачи в пространстве. Следовательно, и дебит из отдельных разведочных скважин, расположенных друг от друга даже на небольшом расстоянии, может сильно различаться.

Наиболее перспективными следует считать переуглубленные участки долин. Нередко к ним приурочены мощные грунтовые потоки с расходами воды, составляющими десятки тысяч куб.м./сутки. Приуроченные к ним водоносные горизонты нередко используются в качестве источника для водоснабжения высококачественной питьевой водой даже для крупных водопотребителей.

Учитывая, что воды аллювиальных отложений тесно связаны с водами открытых водоемов и не защищены с поверхности от загрязнения, особое внимание следует обращать на качество последних.

Грунтовые воды ледниковых отложений широко распространены в пределах западной и северо-западной части России. Моренные валунные суглинки и глины, а также ленточные глины служат региональным водоупором для грунтовых вод, водовмещающей породой являются флювиогляциальные пески, а иногда гравийно-галечники, слагающие зандровые поля, озы и камы.

Обильное питание данных водоносных горизонтов обусловлено значительным количеством атмосферных осадков при малой испаряемости в сочетании с равнинным рельефом местности, который активизирует инфильтрацию атмосферных осадков. Кроме того, флювиогляциальные пески поглащают не только атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на площади их распространения, но и воды, стекающие с прилегающих возвышенностей, сложенных моренными суглинками. При значительной площади распространения и большой мощности флювиогляциальных песков в районах с влажным климатом создаются благоприятные условия для накопления в них значительных статических запасов грунтовых вод. Последние обычно пресные или слабо минерализованные обладают удовлетворительным качеством. Они широко используются для водоснабжения городов и промышленных центров с водопотреблением до 800 тысяч куб.м./сутки. Глубина скважин, расчитанных на эксплуатацию этих водоносных горизонтов не превышает 60-100 метров, дебит скважин достигает 1000-2000 куб.м./сутки.

Болотные воды формируются преимущественно в низинных болотах, образующихся в результате заболачивания водоемов (озер, стариц, лагун и т.д.). В результате неполного разложения болотной растительности, ухудшаются органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения: вода приобретает желтоватую окраску, затхлый запах, неприятный вкус.

Болотные воды имеют кислую реакцию (pH=2–6) и поэтому агрессивны по отношению к бетону и металлическим конструкциям.

В низинных болотах может происходить эфтрофикация воды при поступлении в них канализационных, хозяйственно-бытовых стоков или смыва атмосферными водами с сельскохозяйственных угодий фосфорных удобрений. Следствием является увеличение биомассы, что приводит к существенному ухудшению качества этих вод.

В болоте нередко создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов (бактерий, вирусов, микозов). Продукты жизнедеятельности некоторых из них обладают высокой токсичностью или относяться к патогенным.

В целом, болотные воды нельзя считать благоприятными источниками для питьевого, промышленного или хозяйственного водоснабжения.

Грунтовые воды конусов выноса играют весьма существенную роль в водоснабжении различных объектов народного хозяйства в южных, преимущественно в горных, районах страны, характеризующихся аридным климатом и значительным дефицитом пресной воды.

В горных реках с периодом паводков связано формирование селевых потоков, последствия которых носят катастрофический характер. При выходе из гор на равнину такие реки выносят и откладывают огромное количество крупнообломочного и песчано-пылеватого материала, образующего конуса выноса, которые формируют обширные предгорные равнины, сложенные с поверхности пролювиальными отложениями.

Обильное питание за счет речных вод, хорошая водопроницаемость и огромная мощность (десятки и даже сотни метров) пролювиальных отложений способствует накоплению в них весьма значительных запасов пресных подземных вод.

Этот тип водоносного горизонта широко распространен не только у подножия гор, но и в замкнутых межгорных котлованах.

Артезианские – это подземные воды, залегающие между водонепроницаемыми слоями и обладающие напором, который обусловлен разностью уровней в областях питания и разгрузки. В зависимости от характера вмещающих пород они могут быть поровыми или трещинными.

Залегают артезианские воды обычно на значительных глубинах (многие десятки и даже сотни метров) и приурочены чаще всего к синклинальным складкам. Площадь их распространения не совпадает с областью питания и, как правило, большая (сотни, а чаще тысячи кв. км.).

Почти каждый крупный артезианский бассейн содержит воды различного состава: от пресных гидрокарбонатно-кальциевых до хлоридно-натриевых рассолов.

Пресные воды распространены в области питания и образуются в результате инфильтрации в грунтовую толщу атмосферных осадков. Рассолы связаны с водами древних морских бассейнов и встречаются в наиболее глубоких участках водоносной толщи, для которых характерен затрудненный водообмен. Таким образом, в распределении вод различной минерализации наблюдается определенная зональность. Но в каждом конкретном случае химический состав и степень минерализации подземных вод зависит от соотношения площади питания и распространения водоносных пластов, а также от интенсивности питания.

В связи со значительной глубиной залегания артезианских вод, они, как правило, не ухудшают физико-механические свойства пород в пределах воздействий на них человека и не осложняют производство земляных работ.

Поскольку артезианские водоносные горизонты обычно весьма водообильны, обладают стабильным режимом, не загрязняются с поверхности, они широко используются в качестве источника для водоснабжения.

Подземные воды трещинного типа приурочены к скальным породам разного генезиса и вещественного состава. Их запасы, закономерности движения, гидравлический режим и даже химический состав обусловлены интенсивностью и характером трещинноватости этих пород, а также генезисом преобладающих трещин.

В верхней зоне скального массива (до глубины 50-60 м) подземные воды в основном приурочены к трещинам выветривания. Питание этих вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков или поверхностных водоемов. Степень трещиноватости и размер трещин, а, следовательно, и водообильность, зависят, главным образом, от вещественного состава пород. Наименьшая трещинноватость свойственна аргиллитам, алевролитам, мергелям, филлитам, хлоритовым сланцам. Наиболее водообильные трещины в водорастворимых породах (известняках, гипсах). Промежуточное положение занимают магматические породы.

С глубиной степень трещинноватости закономерно снижается. Обычно это водоносная зона содержит ненапорную воду, последняя легко загрязняется, режим ее непостоянный.

Весьма водообильными являются зоны тектонических разломов. Они нередко ограничены в плане, но в глубину могут распространяться на сотни метров. С ними связаны напорные воды повышенной минерализации. Поскольку трещины тектонического происхождения относительно быстро «залечиваются», движение воды по ним со временем прекращается или в значительной степени замедляется, но в ряде районов зоны тектонического дробления стабильно сильно обводнены.

Движение подземных вод в трещинноватых породах в большинстве случаев ламинарное. Напор обусловлен гидростатическим давлением воды во взаимнопересекающихся трещинах, часть которых располагается в области питания на более высоких отметках, где происходит инфильтрация атмосферных и поверхностных вод, а из нижерасположенных трещин под большим давлением выходят восходящие источники. Кроме того, давление воды иногда вызывается газами, поднимающимися из более глубоких зон земной коры. В районах молодой вулканической деятельности подъем воды по трещинам вызывается давлением водяных паров с температурой свыше 100°С.

Техногенные изменения гидрогеологических условий, их влияние на инженерно-геологическую обстановку местности

По характеру техногенных изменений гидрогеологических условий в грунтовой толще целесообразно выделить две гидрогеологические зоны: верхнюю и нижнюю.

Верхняя зона связана с комплексом грунтовых водоносных горизонтов, расположенных до глубины 20-30 м и сложенных песчано-глинистыми отложениями четвертичного возраста.

Нижняя зона находится на глубине несколько десятков и даже сотен метров. В большинстве случаев в ней располагаются артезианские воды, которые изолированы от верхней зоны региональным водоупором. Эти воды обладают напором и обычно приурочены к трещиноватым скальным или полускальным породам дочетвертичного возраста.

Трансформация гидрогеологических условий в верхней зоне проявляется, прежде всего, в изменении положения природного зеркала грунтовых вод водоносных горизонтов в результате воздействия целого комплекса техногенных факторов, нередко действующих в противоположных направлениях.

В частности, утечки воды из каналов, водохранилищ, сброс в недра сточных вод и т.д. повышает уровень подземных вод от 0,5 до 20 метров и более. Однако, чаще всего, эта величина изменяется от 2 до 10 метров. С повышением уровня грунтовых вод связано подтопление застроенных территорий, увеличение влажности грунтов в зоне аэрации, иногда возникают новые временные или даже постоянные водоносные горизонты.

Откачки воды из строительных котлованов или карьеров, мелиоративное осушение территории с использованием дренажных систем, уменьшение инфильтрации атмосферных осадков на 30-80% за счет застройки территории и применения водонепроницаемых покрытий (асфальтирования), искуственное уменьшение речных паводков, ликвидация поверхностных водотоков и водоемов (засыпка прудов, каналов), регулярная уборка и вывоз снега, функционирование ливневой канализации приводит к понижению уровня грунтовых вод. Величина водопонижения при благоприятных условиях может достигать десятков метров.

Совместное проявление перечисленных выше процессов создает в верхней зоне весьма пеструю гидрогеологическую обстановку – зеркало грунтовых вод приобретает сложную конфигурацию. На участках, где происходит утечка воды из водонесущих коммуникаций, образуются купола, на площадках, где функционируют дренажные системы, строительные откачки или водозаборы, формируются депрессионные воронки.

Следствием являются частые изменения направления и скорости фильтрации. Это в свою очередь приводит:

- к быстрому распространению на большие площади промышленных, хозяйственно-бытовых и других стоков, загрязняющих окружающую среду;

- к активизации процессов выщелачивания водорастворимых пород;

- к коррозии конструкций фундаментов зданий и сооружений, подземных коммуникаций.

Поступление в водоносные горизонты различных стоков, а также инфильтрации атмосферных осадков через свалки, кладбища, могильники формирует пестрый химический, а часто и биологический состав воды верхней зоны. Даже в пределах одной строительной площадки или инженерного сооружения можно встретить воды, относящиеся к карбонатному, сульфатному, хлоридному, реже нитратному типам. По степени минерализации они меняются от ультрапресных до слабых рассолов с различной степенью агрессивности по отношению к материалам фундаментов зданий, канализационных и водопроводных сетей, обделок подземных сооружений.

В целом в верхней зоне происходит общее повышение зеркала грунтовых вод, а, следовательно, подтопление застроенных территорий (на 5‑15 метров).

Этот процесс обычно сопровождается образованием новых водоносных горизонтов, увеличением влажности грунтов в зоне аэрации и, как следствие, ухудшением их физико-механических свойств, а также возникновением ряда геологических процессов (просадки в лессах, набухания глинистых разностей, оживления оползней, в зимний период – появление грунтовых наледей, пучения).

В нижней зоне, т.е. на глубине более 20-30 м, вследствие крупного многолетнего водоотбора в городах, промышленных центрах, при эксплуатации нефтяных, газовых, угольных и других месторождений, наблюдается закономерное снижение напора и образование больших (как по площади, так и по глубине) депрессионных воронок. Так в Санкт-Петербурге в настоящее время ее средний диаметр превышает 100 км, а максимальное понижение напора до 80 м. Следствием этого является уплотнение грунтовой толщи с соответствующим возрастанием ее напряженного состояния и изменением физико-механических свойств грунтов. Происходит понижение абсолютных отметок дневной поверхности (нередко неравномерное), что является причиной деформаций зданий и сооружений. На каком-то этапе снижения напора возможен прорыв воды из выше или нижележащих горизонтов с соответствующим изменением напора, химического, биологического состава, а также агрессивности этих вод.

В целом скорость техногенных изменений гидрогеологической обстановки в нижней зоне обычно мала, поэтому их последствия можно обнаружить лишь на стадии эксплуатации сооружений.

Вопрос 4. Перечислите и опишите все экзогенные процессы, которые могут встретиться в пределах рассматриваемого участка. Укажите условия, необходимые для возникновения каждого из них, формы проявления, факторы, способствующие активизации, возможные защитные мероприятия.

В зависимости от причин возникновения, их можно объединить в следующие группы:

1. Процессы, обусловленные действием поверхностных текучих вод - на предлагаемых геологических разрезах можно встретить плоскостную, глубинную и боковую эрозию, оврагообразование.

Плоскостная эрозия – это медленное смещение песчано-глинистых частичек по склону под действием силы тяжести неконцентрированными струйками атмосферных или талых вод. Результатом этого процесса является уполаживание склона и образование на нём делювиальных отложений, которые нередко наползают на нижепостроенные сооружения, расположенных на подошвенных участках.

Глубинная эрозия встречается чаще всего в речных долинах и проявляется в размыве русловым потоком дна, вследствие чего, последнее обычно сложено гравийно – галечниковыми фракциями. Следствием этого процесса может быть подмыв берегов долин и активизация оползневых процессов.

Результатом боковой эрозии является меандрирование русла.

Если в долине преобладает глубинная эрозия, русло располагается в центральной части долины, если подмываемый берег сложен пылевато–глинистыми отложениями, здесь происходит их оползание.

Овраг – это крутостенный эрозионный врез в земную кору, по дну которого протекает временный или постоянный водоток. На предлагаемых разрезах овраги чаще всего образуются на бровках водоразделов или аккумулятивных речных террасс, сложенных слабо водопроницаемыми, но легко размываемыми породами (лессами, супесями).

Оврагообразование – процесс сугубо отрицательный, что обусловлено следующими факторами: они дренируют поверхностные и грунтовые воды, что приводит к обезвоживанию территории; рельеф местности становится сильно пересечённый, мало пригодный для использования; овраги могут представлять прямую угрозу для инженерных сооружений.

2. Процессы, возникающие под влиянием подземных вод (иногда в совокупности с поверхностными водами). Тут можно назвать карст, суффозию, заболачивание, плывунность, просадки лёсса.

Карст – это процесс выщелачивания водорастворимых пород подземными или поверхностными водами и образование различных пустот (карстовых воронок, каверн, пещер и др.).

В целом это вредное явление, т. к. приводит к следующим последствиям:

- рельеф местности становится сильно пересечённым, малопригодным для размещения наземных и подземных сооружений;

- в результате возникновения в карстующейся толще различных пустот, иногда весьма значительных размеров, возникает реальная угроза деформаций существующих (или строящихся) инженерных сооружений вплоть до полного их разрушения;

- подземные и поверхностные воды по карстовым пустотам могут уходить на большие глубины (многие десятки и даже сотни метров) вследствие чего местность может оказаться совершенно обезвоженной для растительности, резко усложняется и водоснабжение;

- может происходить внезапное обильное обводнение карстовыми водами строительных котлованов, тоннелей, железнодорожных выемок;

- карст широко распространён на территории России. Он развит на территории Русской равнины, в чернозёмной полосе, в Сибире, на Урале, на Дальнем Востоке и т.д.

Возникает и развивается карст только при следующих условиях:

- наличие водорастворимых пород. Самой распространенной является известняк, реже - доломит, гипс, ангидрит, каменная и калийная соль;

- высокой водопроницаемости этих пород (за счет трещинноватости);

- обводненность указанной грунтовой толщи, причем вода должна циркулировать и обладать растворяющей способностью по отношению к данной породе;

- наличие в растворимой толще глинистых слоев или прослоек замедляет, а иногда и препятствует развитию карста, а поступление в карстующийся известняк стоков кислого состава существенно активизирует процесс выщелачивания.

Суффозия представляет собой механический вынос из грунта мелких частиц подземными водами, в результате чего возрастает его пористость и в конечном итоге на поверхности земли образуются блюдца проседения. Возникает суффозия в водонасыщенных разнозернистых песках рыхлого сложения при наличии значительного гидравлического градиента фильтрационного потока.

В породах этот процесс обычно проявляется при вскрытии водоносных горизонтов различными выемками, при откачках подземных вод непосредственно из подземных выработок, при водоотливе из котлованов, карьеров и других открытых выемок, при откачке подземных вод из скважин и иглофильтров, при дренировании подземных вод стационарными дренажными системами, функционирование которых приводит к образованию глубоких депрессионных воронок.

Суффозия активно проявляется в насыпных грунтах, часто наблюдается вдоль трасс подземных коммуникаций, вызывая образование воронок на поверхности земли. Может также начаться и в засыпанных оврагах, поскольку они продолжают служить естественными дренами.

Строительство на сравнительно крутых склонах, и в частности, создание котлованов и дополнительные работы по нулевому циклу, может способствовать активизации суффозии как за счёт создания благоприятных условий для разгрузки, так и вследствие формирования больших напорных градиентов фильтрационного потока из-за поступления в толщу атмосферных осадков или промстоков.

Для предупреждения суффозии используется:

• понижение уровня грунтовых вод;

• глубинное уплотнение пород;

• устройство водонепроницаемых экранов в основании сооружения для увеличения длины пути фильтрации потока, а, следовательно, уменьшения гидравлического градиента или полного ограждения от потока защищаемого участка.

Заболачивание – это процесс превращения вполне благоприятной территории в болото. Последним называется переувлажнённый участок суши, покрытый с поверхности торфом, мощность которого превышает 0,3 метра. Со строительной точки зрения болота относятся к крайне неблагоприятной территории, которая оценивается физико-механическими свойствами торфа. Однако в настоящее время его инженерно – геологическая оценка должна быть более многогранной и учитывать следующие факторы:

- Болота представляют собой аккумуляторы (накопители) атмосферных и талых вод, питающие грунтовые водоносные горизонты и поверхностные водоемы и водотоки (ручьи, реки, озёра, подземные воды), поэтому осушение болот серьёзно нарушает гидрологические и гидрогеологические условия (исчезают озёра, ручьи, мелеют реки, понижается зеркало грунтовых вод). Кроме того, осушение даже маломощной приповерхностной зоны торфяной залежи, может привести к крупным пожарам, на ликвидацию которых иногда уходят многие месяцы, а материальный ущерб даже трудно оценить.

- В болотах нередко образуются скопления горючих и взрывоопасных газов (метан CH₄, аммиак NH₃, сероводород H₂S), кроме того, сероводород высокотоксичен.

- Болотные воды часто имеют кислую реакцию (pH=2÷6) и поэтому они агрессивны по отношению к бетону и металлическим конструкциям.

- В торфяных залежах преобладает восстановительная среда, поэтому нередко присутствующие здесь сульфаты (гипс и др.) могут трансформироваться в сероводород, обладающий высокой агрессивностью. Это является причиной активной коррозии подземных коммуникаций, расположенных на заторфованных территориях.

- Торф и заторфованные грунты являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, в том числе и патогенных, поэтому при благоприятных условиях (при поступлении канализационных стоков, отсыпке песчаной подушки из грунта, содержащего бытовые отходы и т.д.) на болотах могут формироваться патогенные зоны.

- В основании железнодорожных насыпей, некоторых промышленных и гражданских сооружений формируется ядро уплотнения, создающее подпор грунтовых вод и подтопление подвалов жилых домов, хозяйственно-производственных сооружений, являющееся причиной выхода из строя подземных коммуникаций, способствущее переувлажнению сельскохозяйственных угодий.

В зависимости от происхождения (или условий водного питания) в пределах умеренного пояса, выделяют два основных типа болот – верховые и низинные.

Верховые болота образуются на плоских водоразделах за счет инфильтрации атмосферных осадков. Для их возникновения необходимо соблюдение трех условий:

- большое количество атмосферных осадков при малой испаряемости;

- горизонтальный рельеф, а, следовательно, ничтожный поверхностный сток;

- близкое залегание к поверхности водонепроницаемых пород, вследствие чего воды скапливаются в поверхностной зоне, препятствуя проникновению в грунтовую толщу атмосферного кислорода.

Инженерно-геологические особенности верховых болот следующие:

- в большинстве случаев они окаймляются зоной заболоченных земель, поэтому при изысканиях следует уточнять границы болота, указанные на топографических картах;

- рельеф минерального дна горизонтальный;

- физико-механические свойства пород минерального дна благоприятные (плотные пески, тугопластичные глины и др.).

- максимальная мощность торфа не превышает 2 - 3 метров, она закономерно возрастает от окраин к центру;

Основой для образования верхового болота являются сфагновые мхи. Кроме того, распространены болотная сосна, пушица, ягодные кустарники (клюква, голубика, черника), вереск, багульник, а также корневищные осоки. Сфагновые мхи образуют плотные поросли в виде мягкой подушки, впитывающей и удерживающей, подобно губке, воду. Нижняя часть подушки ежегодно отмирает, а поверх ее нарастает новый слой мха, поэтому скорость роста верхового болота как в толщину, так и по площади наиболее велика.

Всем остальным растениям свойственно резко выраженное несоответствие между сильно разветвленной корневой системой и слабыми карликовыми наземными частями. Отсюда кочковатость поверхности верховых болот.

Неоднородность ботанического состава и степени разложенности торфа определяет неоднородность их физико-механических свойств. В частности, наличие ослабленных прослоек, к которым приурочены зоны скольжения, чаще всего связанные с прослойками осоки;

Слабо разложившийся торф обладает низкой гидрофильностью, под нагрузкой легко отдает воду и уплотняется, улучшая свои механические свойства. Поэтому верховые болота легко осушаются с помощью обычных дренажных систем.

Низинные болота приурочены к отрицательным элементам рельефа в результате заболачивания поверхностных водоемов (озер, стариц, лагун, водохранилищ и т.д.). Для них характерны следующие особенности:

• Даже в небольших по площади низинных болотах мощность торфа иногда достигает десятков метров.

• Рельеф минерального дна может быть пересеченный, поэтому мощность торфа будет существенно меняться от точки к точке даже на ограниченных участках.

• Возможно многократное переслаивание торфа, слабых глинистых пород и прослоев чистой воды.

• Минеральное дно в основании торфяной залежи нередко представляют слабые разности (глинистые илы, мягкие глины, рыхлые заторфованные пески и др.) по своим физико-механическим свойствам сопоставимые с торфом.

• Ботанический состав торфа существенно меняется как по глубине, так и по простиранию от устойчивого древесного торфа до самых слабых разностей (гипнового, осокового, тростникового).

• Торф часто характеризуется высокой степенью разложенности и малой водоотдачей. Под нагрузкой не уплотняется, а выжимается, образуя в основании сооружений провалы, а по их периметру валы выпирания. Поэтому строительство и эксплуатация инженерных сооружений на таких участках, несмотря на все принимаемые меры защиты, сопряжены с большими трудностями.

Плывунность – это процесс трансформации пород в плывуны, т.е. водонасыщенные песчаные, пылевато-глинистые и даже крупнообломочные породы, которые при вскрытии их строительными котлованами, разведочными выработками и т.п. приходят в движение и ведут себя подобно вязким жидкостям. Их оплывание по стенкам выемок может происходить медленно толстым слоем или же катастрофически быстро, сразу же после вскрытия этого горизонта. Кроме того, в боковых стенках котлованов в результате оплывания грунта начинают формироваться пустоты. Последние могут явиться причиной серьезных деформаций сооружений, расположенных поблизости.

Следовательно, в отличие от слабых грунтов (илов, торфа), плывуны переходят в текучее состояние лишь при вскрытии их выработками. В ненарушенном же залегании они обладают значительной несущей способностью и служат надежным естественным основанием для большинства инженерных сооружений.

В зависимости от причин перехода грунта в плывунное состояние они подразделяются на ложные и истинные. Для каждой выделенной разности характерен свой вещественный состав, механизм проявления этого свойства и меры борьбы с ними.

Ниже приводится краткая характеристика каждого типа.

Ложные плывуны (псевдоплывуны). Это обычно песчаные или даже крупнообломочные грунты, залегающие ниже уровня подземных вод. В плывунное состояние переходят под действием гидродинамического давления фильтрующей воды, когда гидравлический градиент напора фильтрации превысит величину критического градиента.

Кроме указанной причины, переходу грунтов в плывунное состояние способствует их высокая пористость (более 40%), наличие в грунте двух доминирующих фракций, соотношение диаметров которых должно быть более 20. Кроме этого, активизируют разжижение псевдоплывунов внешние динамические воздействия, независимо от величины напорного градиента.

Отличительные признаки псевдоплывунов следующие:

- это обычно песчаные или даже крупнообломочные разности;

- при высыхании они переходят в сыпучее состояние;

- обладают значительной водопроницаемостью и водоотдачей;

- в плывунное состояние переходят лишь при некоторой критической величине напорного градиента или под влиянием вибрации.

В качестве мер борьбы с псевдоплывунами используются:

- снижение уровня подземных вод для уменьшения напора, причем открытый водоотлив из выработок бесполезен, т. к. он увеличивает напор;

- механическое закрепление стенок котлованов шпунтами;

- техническая мелиорация (силикатизация, битумизация, закрепление грунтов полимерами).

Истинные плывуны представляют собой пылевато-глинистые разности с повышенным содержанием органических коллоидов. Причиной их трансформации в плывунное состояние является не только действие гидродинамического давления, но в первую очередь влияние органических коллоидов. В разжиженное состояние они нередко переходят до наступления полного водонасыщения.

Отличительные признаки их следующие:

- в отличии от псевдоплывунов, истинные всегда пылевато-глинистые (супеси, суглинки), часто с повышенным содержанием органических коллоидов;

- критический градиент их практически равен нулю, т.е. заглубляться в них возможно только с опережающим креплением;

- обладают низкой водопроницаемостью (К_ф<0,1 м/сут) и малой водоотдачей, так как в них преобладает не гравитационная, а физически связная вода;

- тиксотропны, т.е. при нарушении природного сложения или состояния их прочность существенно снижается, а после прекращения внешних воздействий самопроизвольно восстанавливается (частично или полностью);

- наблюдается четкая зависимость величины угла естественного откоса от влажности грунта;

- при высыхании истинные плывуны, в отличие от ложных, необратимо каменеют.

Способы борьбы с истинными плывунами:

- при строительстве на плывунных грунтах целесообразно использовать свайные фундаменты;

- осушение этих грунтов производиться с помощью иглофильтров в сочетании с электродренажем;

- крепление стенок котлованов шпунтами;

- замораживание грунта;

- применение сжатого воздуха (кессонный способ) при проходке подземных выработок.

Просадки в лессах. Лессы представляют собой особую разновидность пылевато-глинистых пород. Цвет их обычно палево-желтый, на 60-90% они состоят из пылеватых частиц (d = 0,05 – 0,005 мм), глинистой фракции содержится 10-20%, естественная влажность невысокая – 8-12%, пористость значительная – более 50%, а коэффициент пористости свыше 0,80, причем значительная часть пор хорошо видна невооруженным глазом и именуется макропористостью. Несмотря на повышенную пористость, лессы обладают значительной прочностью, которая обусловлена цементацией частиц водорастворимыми солями – карбонатными, сульфатами, галоидами.

Основной строительной особенностью лессов является их просадочность. Если все остальные глинистые породы при увлажении увеличиваются в объеме, т.е. набухают, лессы самопроизвольно уплотняются. Для возникновения этого процесса не требуется полного насыщения всех пор водой. Достаточно, чтобы в породе появилось хотя бы некоторое количество свободной воды. Последняя, легко проникая по макропорам в толщу грунта, начинает действовать на него в разных аспектах:

- растворяет цемент, в результате чего прочность породы резко снижается, а пористость возрастает;

- пылеватые частицы при увлажнении легко переходят в текучее состояние;

- при увлажнении существенно увеличивается масса грунтового массива;

- совместное воздействие указанных факторов приводит к самопроизвольному уплотнению лессов, т.е. к их просадке.

Замачивание лессов может происходить как с поверхности за счет атмосферных осадков, снеготаяния и т.д., так и снизу, в результате подъема уровня подземных вод. Поступление воды сверху происходит обычно весьма интенсивно, при этом замачивание породы идет неравномерно, в зависимости от микрорельефа, густоты травяного покрова, замощенности дневной поверхности и других факторов, результатом чего является неравномерность просадки. При этом в конструкциях сооружений возникают опасные растягивающие напряжения, появляются трещины, перекосы и другие деформации, которые могут сделать сооружения непригодными для эксплуатации.

Замачивание лессовой толщи снизу обычно менее опасно, т.к. подъем уровня подземных вод происходит относительно медленно и охватывает большие площади, значительно превышающие размер строительной площадки. Поэтому деформации развиваются медленнее (обычно несколько см./год) и носят более равномерный характер.

Причиной подъема уровня подземных вод являются потери воды из трубопроводов, различных водоемов, неумеренное орошение сельскохозяйственных угодий, подпор грунтовых вод водохранилищами, повышение базиса эрозии.

Особенности строительства на лессах.

При сохранении природного строения и состояния лессы представляют собой достаточно надежное естественное основание для большинства сооружений. Однако потенциальная возможность проявления просадки и связанных с нею серьезных деформаций требует осуществления защитных и предуредительных мероприятий. Все применяемые в настоящее время методы можно подразделить на три группы:

• Водозащитные мероприятия, предусматривающие планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов, устройство водонепроницаемых полов, отмосток и т.д.

• Конструктивные мероприятия, рассчитанные на приспособление конструкций к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение свайных, а также уширенных фундаментов с целью уменьшения давления на грунт и т.д.

• Мероприятия, устраняющие просадочность лессов. К ним относятся поверхностное и глубинное уплотнение. Последнее производиться с помощью взрывов в скважинах, предпостроечным замачиванием лессов. Кроме того, используют электрообжиг грунта, силикатизацию, пропитку лессов цементными и глинистыми растворами, обработку полимерами, укрепление грунта органическими веществами (битум, смолы и др.).