лесові ґрунти

Лесові грунти просадчиків широко поширені в Середньому і Нижньому Поволжье.docx

Просадними називають пилувато-глинисті грунти, які при замочуванні дають просідання (додаткову вертикальну деформацію) з величиною відносної деформації esl 0,01. На відміну від звичайної опади, просадка призводить до корінної зміни структури фунта.

Просадка властива, перш за все, лесових суглинках і супісках. Лише в окремих випадках вона може виникати в пилуватих пісках з високою структурною міцністю, а також в деяких техногенних грунтах (відходи промислового виробництва, насипні ґрунти тощо.).

Значення лесових грунтів в будівельній практиці важко переоцінити. Займаючи величезні площі (як правило, в районах найбільш обжитих і густонаселених), вони нерідко служать причиною неприпустимих деформацій будівель і споруд. У багатьох випадках це пов'язано з недостатнім урахуванням їх специфічних особливостей і в першу чергу - просідання.

Лесові (нім. Loss - пухкий, незв'язних) грунти мають широке поширення в світі, особливо в Європі і Азії, займаючи площу близько 13 млн км 2. Майже суцільним покривом лесові породи лежать на більшій частині території півдня європейської частіУкаіни (Нижній Дон, Передкавказзя, Заволжя і ін.), а також на півдні Західного Сибіру і в ряді інших степових районів.

Значні площі зайняті ними на півдні України, в східному Закавказзі, в Молдові, Східній Європі, в Китаї, Середній Азії, Монголії і в багатьох інших районах світу.

Серед лесових відкладень розрізняють типовий лес, переважно еолового (вітрового) походження, і лесовидні суглинки (перевідкладені первинні освіти). Різку межу між ними проводити важко, тому в інженерно-геологічних цілях їх зазвичай об'єднують єдиним терміном «лесові породи» або «лесові ґрунти».

Умови залягання лесових порід досить одноманітні. Незалежно від гіпсометричного положення окремих позитивних форм рельєфу, вони покривають плоскі вододіли, їх схили, поверхня високих терас і т. Д.

Потужність лесових товщ змінюється від перших метрів (в північній частині зони їх поширення) до 20-30 м в південних районах нашої країни, рідше до 80 м і більше (південно-східна частина Передкавказзя, Західний Сибір). У світі відомі райони, де потужність лесової товщі досягає 150-200 м і навіть 400 м (лісове плато в Центральному Китаї).

З питання освіти лесових порід серед вчених-лессоведов існують різні уявлення (еолова гіпотеза, кріогенна, пролювіальних, алювіальних ін.). Останнім часом популярність здобула космічна гіпотеза, що зв'язує освіту лесових порід з надходженням на Землю пилу (мелкозема) з космічного простору (Ш. Е. У су паїв і ін.).

За В.А. Обручеву, типові лесси володіють повним комплексом лесових рис, у лесовидних порід бракує однієї або декількох лесових рис.

Лесові породи відрізняються різкою анізотропією фільтраційних властивостей, що пов'язано з вертикальної (переважно) орієнтуванням макропор. З цієї їх особливістю пов'язано повільне розтікання в сторони куполів грунтових вод, нерідко формуються в лесової товщі на міських територіях, а також досить швидкий підйом рівня грунтових вод (до 1 м в рік) при підтоплення.

Ще одна відмінна риса лесових порід - циклічність. Проявляється вона в ритмічному чергуванні типових лессов з похованими грунтами і непросадних лесовидні суглинки.

Мінеральний склад лесових грунтів характеризується наявністю водостійких мінералів (кварцу, польового шпату і ін.) - до 50-60%, глинистих (гідрослюд, а також каолинита, монтмориллонита і ін.) - до 15-30% і водорозчинних мінералів (хлориди, сульфати , карбонати і ін.) - до 5-15%.

Просадного лесових порід обумовлена ​​особливостями їх формування в умовах сухого клімату при малій вологості, в результаті чого створюються структурні зв'язки, що сприяють виникненню і збереженню в породі «недоуплотненія стану» (по Н. Я. Денисову).

Механізм осідання може бути представлений таким чином. Вода, проникаючи в маловлажних високопористу Пилувато лесових породу, руйнує водонеустойчівие структурні зв'язки, при цьому відбувається її доуплотненіе, пористість зменшується і приходить у відповідність з напруженим станом. Великі агрегати розпадаються, і формується більш щільна упаковка частинок.

Зовні цей процес виражається в зменшенні обсягу лесових порід і нерівномірному осіданні поверхні землі. На поверхні вододілів, складених лесових породами, при зволоженні їх атмосферними опадами часто формуються просадочні блюдця розмірами до 50-100 м в поперечнику і глибиною від часток метра до 1-2 м.

Незрівнянно більше просадочні деформації лесових порід виражені при техногенному замочуванні (витоку води із зрошувальних каналів, водосховищ, водоносних комунікацій, при інтенсивному поливі парків і садів і т. Д.)

Початковий просадний тиск (Psl) - це мінімальний тиск, при якому починають виявлятися просадочні властивості лесових грунтів. Чим воно нижче, тим грунт вважається більш проса- дочним.

Величину Psl визначають по тому тиску, при якому відносна просідання es1 = 0,01. Її величина коливається для різних типів лесових просідаючих грунтів від 0,02 до 0,3 МПа.

Визначення Psi дозволяє встановити величину деформованої зони, т. Е. Зони, в межах якої відбувається просадка ґрунту від навантаження фундаментів.

Початкова просадними вологість (Ws |) - мінімальна вологість, при якій виявляються просадочні властивості лесових грунтів. Її визначають за результатами лабораторних випробувань як вологість, при якій esl = 0,01.

Згідно СНиП 2.02.01-83 *, грунтові умови будівельних майданчиків, складених лесових просадними грунтами, підрозділяються на два типи:

1. тип - ґрунтові умови, в яких просадка від власної ваги грунту відсутній або не перевищує 5 см; просадка можлива в основному від зовнішнього навантаження.
2. тип - ґрунтові умови, в яких, крім просідання грунтів від зовнішнього навантаження, можлива їх просадка від власної ваги і величина її перевищує 5 см.

Тип грунтових умов встановлюють, виходячи з величини відносної деформації просідання грунтів (ssl), числа шарів і потужності кожного просадного шару.

Найбільш вірогідно I або II тип грунтових умов визначається шляхом тривалого замочування досвідчених котлованів (протягом 1-3 місяців) і спостережень за осіданням грунтів за допомогою поверхневих і глибинних марок.

Будівництво на лесових грунтах грунтах. Згідно СНиП 2.02.01-83 * «Підстави будівель і споруд», при можливості замочування грунтів основи слід передбачати одне з наступних заходів:

а) усунення просадних властивостей грунтів в межах всієї про- садочної товщі;

б) прорізом просідаючої товщі глибокими фундаментами, в тому числі пальовими і масивами із закріпленого грунту;

в) комплекс заходів, що включає часткове усунення просадних властивостей ґрунтів, а також водозахисні і конструктивні заходи.

Просадні властивості ґрунтів усувають за допомогою ущільнення (трамбування важкими трамбівками, пристроєм ґрунтових подушок, попереднім замочуванням грунтів, витрамбованіем котлованів під фундаменти (рис. 23.8) і ін.), Закріплення (хімічним, термічним, буро-змішувальним і іншими способами) і армування ( введення спеціальних плівок, сіток і т. п.).

Лесові грунти просадчиків широко поширені в Середньому і Нижньому Поволжі, Західному Сибіру, ​​на Північному Кавказі і в інших районах країни.

Залежно від зволоження лесси різним чином поводяться під дією зовнішнього навантаження. Так, в «сухому» стані (ω≤0,09) лесси відрізняються значною міцністю і відносно високою несучою здатністю. У такому стані вони витримують тиск на грунт Р≤0,4МПа при невеликих опадах і здатні зберігати досить велику висоту вертикального укосу.

Відмітна особливість просідаючих грунтів полягає в їх здатності в напруженому стані від власної ваги або зовнішнього навантаження від фундаменту при підвищенні вологості - замочування давати додаткові опади, звані просадками.
До просідаючих грунтів відносяться лесси, лесовидні супіски, суглинки і глини, деякі види покривних суглинків і супісків, а також в окремих випадках дрібні і пилуваті піски з підвищеною структурної міцністю, насипні глинисті грунти, відходи промислових виробництв (колосниковая пил, зола і т. П .), Попільні відкладення і ін.
Просадні і основні їх представники - лесові ґрунти широко поширені на території нашої країни і займають близько 15% її площі в тому числі на значній частині (більш 80%) території УРСР, Центральної Чорноземної зони, Північного Кавказу, Закавказзя, Поволжя, Середньої Азії, Казахстану , Східної та Західної Сибіру та ін. складені лесами.
За кордоном значні площі зайняті лесових грунтами в СРР, НРБ, ВНР, СФРЮ, Іспанії, країнах Північної Африки, Китаї, Ірані, Афганістані, країнах Південної Америки, США та ін.
Просадного грунтів обумовлюється особливостями процесу формування та існування товщ цих грунтів, в результаті чого вони знаходяться в недоуплотненія стані. Недоуплотненія стан лесового грунту може зберігатися протягом всього періоду існування товщі, якщо не відбудеться підвищення вологості і навантаження. В цьому випадку може статися додаткове ущільнення грунту в нижніх шарах під дією його власної ваги. Але так як просадка залежить від величини навантаження, недоуплотненія товщі лесових грунтів по відношенню до зовнішньої навантаженні, що перевищує напруження від власної ваги грунту, збережеться. Можливість подальшого ущільнення лесового грунту, що знаходиться в недоуплотненія стані від зовнішнього навантаження або власної ваги, при підвищенні вологості визначається співвідношенням зниження його міцності при зволоженні і величиною діючого навантаження.
Недоуплотненія грунтів виражається в їх низького ступеня щільності, яка характеризується об'ємною масою скелета в межах зазвичай 1,2-1,5 т / м 3. пористістю 0,6-0,45 і коефіцієнтом пористості 0,65-1,2. З глибиною ступінь щільності найчастіше підвищується.
Поряд з недоуплотненія просідаючі ґрунти зазвичай характеризуються низькою природною вологістю, пилуватим складом, підвищеною структурної міцністю. Вологість їх в південних посушливих районах зазвичай становить всього лише 0,04 0,12, ступінь вологості 0,1-0,3, а в районах УРСР, Молдавії, Середньої смуги, Сибіру та ін. 0,12-0,20 при ступеня вологості 0,3-0,6.
Структурна міцність лесових і ін. Просідаючих грунтів обумовлюється в основному цементаційна зчепленням. При підвищенні вологості відбувається зниження міцності грунту. Як було встановлено Б. В. Дерягиним, тонкі плівки води можуть надавати розклинюючий дію, яке позначається одночасно з проникненням води в товщу грунту. Плівки води, граючи роль мастила, полегшують ковзання частинок і сприяють більш щільною їх укладанні під впливом тиску. Зчеплення увлажненного лесового грунту в цьому випадку буде визначатися тільки впливом сил молекулярного тяжіння, величина яких, як відомо, залежить в основному від складу і ступеня щільності ґрунту.
Осідання грунту - це складний фізико-хімічний процес. Основним його проявом є ущільнення грунту за рахунок переміщення і більш компактного укладання окремих частинок і їх агрегатів, завдяки чому знижується загальна пористість грунту до стану, відповідного до чинного тиску. У зв'язку з підвищенням ступеня щільності ґрунту після просадки міцності його дещо зростають. При подальшому збільшенні тиску процес ущільнення лесового грунту у водонасиченому стані триває, а разом з цим збільшується і його міцність.
Викладене вище показує, що необхідними умовами для прояву просідання грунту є: а) наявність навантаження від власної ваги грунту або фундаменту, здатної при зволоженні долати сили зв'язності ґрунту; б) достатнє зволоження, при якому в значній мірі знижується міцність грунту. Під спільним впливом цих двох чинників і відбувається просадка ґрунту.
Характер протікання деформацій у часі на просадних грунтах визначається їх вологістю. У зв'язку з тим що просідають грунти зазвичай знаходяться в маловлажних стані, деформація стиснення їх від зовнішнього навантаження відбувається протягом порівняно короткого часу. Просадка ґрунту, а в рівній мірі і осаду в водонасиченому стані, протікають протягом більш тривалого часу, так як ці процеси пов'язані з фільтрацією води через товщу грунту.

Просадні грунти характеризуються:

• відносної просадочностью εsl - відносним стисненням грунтів при заданому тиску після їх замочування (див. п. 4.10);
• початковий просадний тиском Psl - мінімальним тиском, при якому проявляються просадочні властивості ґрунтів при їх повному водонасиченні;
• початкової просідаючої вологістю ωsl - мінімальної вологістю, при якій виявляються просадочні властивості ґрунтів.

Відносна просідання грунту визначається в компресійних приладах за методом однієї або двох кривих (ГОСТ 23161-78).
За методом однієї кривої (рис. 5.18, а, б) відчувають пробу грунту природної вологості при заданому тиску. Після стабілізації осідання грунт насичують водою, заміряючи просідання, і випробування продовжують вже для водонасиченого грунту.

За методом двох кривих (див. Рис. 5.18, в) компресійним випробуванням піддають дві проби грунту: одну - за природної вологості, другу - при повному водонасиченні, після чого будують графіки залежності е, Δh = ƒ (P). На кривих (див. Рис. 5.18, а) розрізняють три області деформування просідаючих грунтів: область ab. відповідну стиску грунту в непорушеному стані; область bc. характеризує просідання грунтів, і область cd - ущільнення грунту з непошкодженими структурними зв'язками. По кривим e, Δh = ƒ (P) просідаючих грунтів безпосередньо визначають значення зміни коефіцієнта пористості грунту при осіданні Δεsl а також відносне просідання εsl, за формулою (4.5).

Мал. 5.18. Компресійні криві просадного грунту: а, б - за методом однієї кривої, відповідно, пилувато-глинистих при замочуванні і пухких піщаних при вібрації; в - за методом двох кривих; 1 - для грунту природної вологості; 2 - для грунту, насиченого водою

Згідно СНиП 2.02.01-83 * розрахунковим станом просідаючих грунтів по вологості є повне водонасичення Sr> 0,8.

Відносна просідання грунту при його неповному водонасиченні (ωsl≤ω≤ωsat) визначається за формулою

де εsl - відносна просідання при повному водонасиченні

Початковий просадний тиск Psl - це тиск, при якому відносна просідання esl = 0,01, тобто при якому грунт вважається просадними. Якщо провести серію компресійних випробувань лесового грунту із замочуванням зразків при різних навантаженнях, то неважко отримати графік залежності відносної деформації просідання від тиску (рис. 5.19).