Грунты особого состояния, состава и свойств (специфические грунты)

К ним относят многолетнемерзлые, просадочные, набухающие, органоминеральные и органические, засоленные, элювиальные и техногенные грунты (СНиП 11-02–96 «Инженер­ные изыскания для строительства»).

От других типов грунтов они отличаются неблагоприятными со строительной точки зрения свойствами, а потому требуют более де­тального инженерно-геологического изучения. В районах распрост­ранения специфических грунтов проводятся дополнительные инже­нерно-геологические исследования, которые регламентируются спе­циальным Сводом правил – СП 11-105–97, часть III.

Для обеспечения необходимой устойчивости и нормальной экс­плуатации зданий и сооружений, возводимых на специфических грунтах, применяют различные водозащитные и конструктивные ме­роприятия, а также меры по ликвидации самих неблагоприятных свойств – просадочности, набухания, сильной сжимаемости и др.

Многолетнемерзлые грунты.Одним из важнейших факторов, определяющих инженерно-гео­логические условия в северных и восточных районах России, явля­ется широкое распространение в них многолетнемерзлых(синоним – вечномерзлых) грунтов.

Следует различать многолетнемерзлые и сезонномерзлые грун­ты. Сезонномерзлый грунтнаходится в мерзлом состоянии лишь периодически в течение холодного периода года. В мерзлом состоя­нии он имеет отрицательную температуру, содержит лед и характе­ризуется криогенными структурными связями. В теплое время грунт оттаивает. Это явление называется сезонным промерзанием.

Глубина сезонного промерзания грунтов зависит от клима­тических особенностей района, состава пород, мощности снегового покрова и от других факторов. Величина промерзанияколеблется от долей мет­ра до 3–4 м.

В СНиП 2.01.01–82 «Строительная климатология и геофизи­ка» приведена карта нормативной глубины сезонного промерзания грунтов на территории нашей страны. С ее помощью определяют величину сезонного промерзаниядля конкретных районов и проектируют фундаменты таким образом, чтобы глубина их заложения превышала величину сезонного промерзания. Это важно, так как при оттаивании весной мерзлый грунт теряет свою несущую способность и становится не­устойчивым основанием. Глубину сезонного промерзания оп­ределяют также по расчетным формулам и по итогам многолетних наблюдений за глубиной промерзания в данной местности.

Общие представления о многолетнемерзлых грунтах.Соглас­но ГОСТ 25100–95 к ним относятся грунты, которые в условиях природного залегания находятся в мерзлом состоянии в течение трех лет и более. Зона развития многолетнемерзлых грунтов называется криолитозонойили зоной многолетней мерзлоты.

Зона многолетней мерзлоты занимает 64% площади России и 25% суши земного шара.

Специфичность многолетнемерзлых грунтов заключается в том, что в них постоянно содержится лед.При повышении тем­пературы (выше 0°С) мерзлый грунт оттаивает, и его прочность резко снижается, качественно изменяются и другие свойства, осо­бенно в пылевато-глинистых грунтах. Под зданиями образуются своеобразные «чаши» протаивания.

Просадочные грунты– пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании дают просадку(дополни­тельную вертикальную деформацию). В отличие от обычной осадки, просадка приво­дит к коренному изменению структуры грунта.

Просадка свойственна, прежде всего, лессовым суглинкам и супесям. Лишь в отдельных случаях она может возникать в пылеватых песках с высокой структурной прочностью, а также в некоторых техногенных грунтах (отходы промышленного производ­ства, насыпные грунты и др.).

Значение лессовых грунтов в строительной практике трудно пе­реоценить. Занимая огромные площади (как правило, в районах наи­более обжитых и густонаселенных), они нередко служат причиной недопустимых деформаций зданий и сооружений. Во многих случа­ях это связано с недостаточным учетом их специфических особенно­стей и в первую очередь – просадочности.

Лёссовые (нем. – рыхлый, несвязный) грунтыимеют ши­рокое распространение в мире, особенно в Европе и Азии, занимая площадь около 13 млн. км².

Механизм просадки может быть представлен следующим обра­зом. Вода, проникая в маловлажную высокопористую пылеватую лессовую породу, разрушает водонеустойчивые структурные свя­зи, при этом происходит ее доуплотнение, пористость уменьшает­ся и приходит в соответствие с напряженным состоянием. Круп­ные агрегаты распадаются, и формируется более плотная упаковка частиц.

Внешне этот процесс выражается в уменьшении объема лессо­вых пород и неравномерном оседании поверхности земли. На по­верхности водоразделов, сложенных лессовыми породами, при ув­лажнении их атмосферными осадками часто формируются просадочные блюдца размерами до 50–100 м в поперечнике и глубиной от долей метра до 1–2 м.

Несравненно больше просадочные деформации лессовых пород выражены при техногенном замачивании (утечки воды из ороситель­ных каналов, водохранилищ, водонесущих коммуникаций, при ин­тенсивном поливе парков и садов и т. д.).

Особенно интенсивно процесс доуплотнения лессовых грунтов происходит при техногенном замачивании и одновременном прило­жении нагрузки. В этих случаях просадка имеет обычно проваль­ный характер и может достигать нескольких десятков сантиметров. В зданиях и сооружениях вследствие неравномерной просадочной деформации могут появляться трещины и более серьезные повреж­дения.

Согласно СНиП 2.02.01–83*, грунтовые условия строительных площадок, сложенных лессовыми просадочными грунтами, подраз­деляются на два типа:

I тип– грунтовые условия, в которых просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5 см; просадка возможна в основном от внешней нагрузки.

II тип– грунтовые условия, в которых, помимо просадки грун­тов от, внешней нагрузки, возможна их просадка от собственного веса и величина ее превышает 5 см.

Тип грунтовых условийустанавливают, исходя из величины от­носительной просадочности грунтов (е_sl), числа слоев и мощности каждого просадочного слоя.

Наиболее достоверно I или IIтип грунтовых условий определя­ется путем длительного замачивания опытных котлованов (в тече­ние 1–3 месяцев) и наблюдений за просадкой грунтов с помощью поверхностных и глубинных марок.

Строительство на лессовых просадочных грунтах.Согласно СНиП 2.02.01–83* «Основания зданий и сооружений», при возмож­ности замачивания грунтов основания следует предусматривать одно из следующих мероприятий:

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи;

б) прорезку просадочной толщи глубокими фундаментами, в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта;

в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств грунтов, а также водозащитные и кон­структивные мероприятия.

Набухающие грунты– грунты, ко­торые при замачивании увеличиваются в объеме и имеют относи­тельную деформацию набухания без нагрузки ε_sw >0,04. 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 будет усадка.

Набухающие грунты (главным образом это глины, значительно реже тяжелые суглинки) распространены на всех континентах. В России набухающие грунты занимают значительные площа­ди, в основном в южных районах страны с засушливым клима­том.

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

Строительство на набухающих грунтах.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 основном в результате:

— техногенного замачивания (утечки из водонесущих комму­никаций, фильтрация воды из каналов и др.);

— сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов (увлажнение в период с октября–ноября до мая–июня и высыхание в летний период);

— изменение условий испарения влаги после застройки и ас­фальтирования территории.

Деформации усадки могут быть связаны также с искусственной подсушкой грунтового основания – доменными печами, дымовы­ми трубами и др. и транспирацией влаги деревьями.

Для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на набухающих грунтах, согласно СНиП 2.02.01–83*, применяют комплекс различных мер. В их число₁ входят: 1) водоза­щитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания; 2) замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности; 3) применение ком­пенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания; 4) полная или частичная прорезка набухающего грунта фундамента­ми, в оптимальном варианте – буронабивными сваями с уширен­ной пятой.

К конструктивным мероприятиям относят устройство железобетон­ных поясов, разрезку здания осадочными швами на отдельные отсеки и др. В ряде случаев надстройка 1–2 этажами деформированных мало­этажных зданий может оказаться эффективным мероприятием.