ПРОСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЛЕССОВЫХ ПОРОДАХ

Лессовые породы занимают большие площади территории России, залегая на различных геоморфологических элементах земной поверхности.

Подстилаются лессовые толщи разнообразными по возрасту и литологии отложениями. В одних случаях подстилающие слои представлены водопроницаемыми породами (пески, галечники и т. п.), в других — водоупорными глинами.

Толщина лессовых отложений колеблется от нескольких до десятков метров, а в отдельных случаях даже более 100 м (Восточное Предкавказье). Наиболее распространенная мощность лессовых отложений 10—25 м, максимальная встречается как на водоразделах, так и в понижениях рельефа. В лессовых толщах всегда встречаются погребенные почвенные горизонты, разделяющие толщи на ярусы по возрасту.

Лессовые породы представлены суглинками, реже — супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому в строительном деле целесообразно пользоваться единым названием «лессовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу

на супеси, суглинки, глины. Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород.

Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде, высокая пылеватость (содержание фракции 0,05—0,005 мм более 50 % при небольшом количестве глинистых частиц), невысокая природная влажность (до 15—17 %); пористая структура (более 40 %) с сетью крупных и мелких пор, высокая карбонатность, засоление легководорастворимыми солями.

Природная влажность лессовых грунтов связана, в основном, с климатическими особенностями районов. В областях недостаточного увлажнения влажность составляет не более 10—12 % (Восточное Предкавказье и др.). В более влажных районах она достигает 12—14% и более. Для лессовых толщ характерна анизотропность фильтрационных свойств. Водопроницаемость лессовых пород по вертикали нередко в 5—10 раз превышает значения водопроницаемости по горизонтали. При поступлении воды в лессовые толщи образуются скопления верховодок (или грунтовых вод) куполообразного залегания. Такая форма подземных вод в настоящее время свойственна многим участкам, где постоянно происходят утечки промышленно-бытовых вод (Ростов-на-Дону, Таганрог и др.).

В лессовых толщах природная влажность распределяется довольно закономерно. У поверхности располагается зона сезонных колебаний влажности, ниже — зона относительно постоянной влажности и далее влажность изменяется в сторону увеличения или уменьшения, что зависит от характера подстилающих пород. При водоупорах природная влажность нарастает и переходит в грунтовую воду. При водопроницаемых породах природная влажность изменяется мало или даже с глубиной понижается.

Изменение влажности лессовых грунтов по сезонам года серьезно сказывается на основных строительных свойствах — сжимаемости, просадочности и сопротивлении сдвигу.

Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные.

Набухающие лессовые породы встречаются редко. Обычно эти плотные и наиболее глинистые разновидности с содержанием в составе фракции менее 0,005 мм гидрофильных минералов типа монтмориллонита. Величина набухания структурных образований достигает 1—3%, реже—5—7%.

Непросадочные лессовые породы при замачивании и приложении нагрузок просадочных свойств не проявляют. Такие породы

свойственны пониженным частям рельефа и наиболее северным районам распространения лессовых отложений. Непросадочными также являются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение.

Просадочность — явление, характерное для многих лессовых пород. На рис. 165 показан наиболее характерный случай геологического строения лессовой толщи, в верхней части которой залегают грунты, обладающие просадочными свойствами. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой. Форма опускания зависит от особенностей источника замачивания. При точечных источниках (прорыв водопроводной сети, канализации и т. д.) образуются блюдцеобразные понижения. Инфильтрация воды через траншеи и каналы приводит к продольным оседаниям поверхности. Площадные источники замачивания, в том числе и при поднятии уровня подземных вод, приводят к понижению поверхности на значительных территориях.

Вследствие опускания поверхности земли здания и сооружения претерпевают деформации, характер и размер которых определяется величинами просадок ^„р (рис. 166, 167). Величина оседания поверхности (величина просадки) может быть различной и колеблется от нескольких до десятков сантиметров, что зависит от особенностей замачивания толщи. Например, в г. Ростове-на-Дону просадка может составить 15—20 см, а в районе Терско-Кумской оросительной системы на Северном Кавказе — 100—150 см.

Структура лессовых пород по своей прочности неодинакова. В одних случаях она разрушается после водонасыщения и при одно-

УГВ

4

Рис. 165. Строение лессовой толщи:

I — здание; 2— породы просадочные; 3 — то же, непросадочные; 4 — грунтовая вода; 5— глина (водоупор); б—участок, где проявилась просадка; 7—деформируемая часть здания

Р и с. 166. Деформация здания от просадки в лессовой породе основания

временном приложении к ней нагрузки от объекта. Такие породы относят к / типу по проса-дочпости, другие лессовые породы разрушаются уже при водона-сыщении только под собственным весом. Это породы II типа по просадочности (рис. 168).

В лессовых толщах проса-дочными свойствами обладает только их верхняя часть. Мощность слоя просадочных пород Н$1 колеблется от 1 до 30 м (иногда больше). Для пород / типа эта величина в основном составляет 8—10 м.

Просадочные породы до глубины 10—25 м типичны для II типа. Они встречаются в Восточном Предкавказье. Просадочные свойства с глубиной снижаются и постепенно переходят в непросадочные.

Важное значение в проявлении просадочного процесса имеет структурная прочность лессовых грунтов. При слабых и легководорастворимых структурных связях просадка возникает через несколько часов, что характерно для грунтов / типа. Структуры грунтов / типа обычно более прочные. Кроме длительного, в течение ряда дней, воздействия водой для их разрушения необходимо более высокое давление (собственный вес грунта и вес здания, стоящего на нем). Из этого следует, что просадочный процесс возникает лишь при некотором для данного грунта давлении. Это давление назвали «начальным просадочным давлением» Р3^ Для пород / типа оно составляет 0,13—0,2 МПа, для II

Деформация здания (схема) на лессовых породах в результате просадки

Рис. 167. Деформация здания (схема) на лессовых породах в результате просадки:

1 — здание; 2 — лессовая порода; 5пр — величина просадки

/ тип

II тип

Соотношение мощности просадочных и непросадочных пород в лессовых толщах I и II типов

Рис. 168. Соотношение мощности просадочных и непросадочных пород в лессовых толщах I и II типов:

П — просадочные породы;

Н — непросадочные породы'

типа — 0,08—0,12 МПа. Значение начального просадочного давления определяет деформируемые зоны в лессовой просадочной толще. В этих зонах происходит просадочное уплотнение пород. На рис. 169 показано, где образуются деформируемые зоны в породах I и II типов.

В первом случае просадочная деформация возникает под фундаментом в зоне 1. Во втором случае, кроме зоны /, просадка возникает еще в зоне 3, где она проявляется под действием собственного веса породы. В ряде случаев зона 2 вообще отсутствует, и зона / сливается с зоной 3.

За количественную характеристику просадочности принимают величину относительной Просадочности породы Е$1, которую определяют в лаборатории по отдельным образцам, взятым из лессовой толщи. Образцы отбирают через 1 м или из различных слоев породы с сохранением структуры и природной влажности. Величины Е31 получают по результатам лабораторных компрессионных испытаний

=А, -А/Аъ

где И, — высота образца при принятом давлении; И) — высота образца в замоченном состоянии при том же давлении; И0 — высота образца при давлении, равном природному. При значениях ?51 >0,01 породу относят к просадочной. По величине отдельных образцов определяют общую величину просадки 5пр данной лессовой толщи.

В полевых условиях величину б’пр определяют методом штампа, который размещают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Такого типа определения дают наиболее точные результаты.

Рис. 169. Деформационные зоны в просадочных породах I и II типов:

/ ТИП

II тип

Ф — фундамент; 1 — верхняя деформируемая зона; 2—переходная зона; 3 — нижняя деформируемая зона; П — породы просадочные; Н — то же, непросадочные

Тип грунтовых условий (/ или II) устанавливают на основе лабораторных испытаний по расчетной величине ^пр, но более точные результаты можно получить лишь в полевых условиях путем замачивания лессовых толщ в опытных котлованах и наблюдением за просадкой по реперам (рис. 170).

При определении величины просадочной деформации породы не следует забывать об осадке. Под весом сооружения грунт несколько уплотняется, происходит осадка сооружения. Величина осадки в значительной степени зависит от природной влажности грунта — чем больше влажность грунта, тем больше он сжимается и тем больше величина осадки. Просадка проявляется уже как дополнительное к осадке уплотнение. Таким образом, деформация породы складывается из «осадки — просадки». Для конкретных условий эта величина обычно постоянная. Соотношение между осадкой и просадкой может меняться. В более сухих грунтах осадка будет уменьшаться, а просадка возрастать, и наоборот.

Строительство на лессовых просадочных породах. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры лессовые породы являются достаточно устойчивым основанием. Однако если

Опытный котлован в лессовых породах // типа по просадочности

Рис. 170. Опытный котлован в лессовых породах // типа по просадочности

существует потенциальная возможность проявления просадки и это приводит к деформациям зданий и сооружений, требуется осуществление различного рода мероприятий.

В настоящее время применяют комплекс методов. Это связано с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один из методов не может считаться универсальным. Современные способы строительства на лессовых породах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений, особенно в породах I типа. Наибольший эффект борьбы с просадочностью достигается при комбинировании 2—3 различных мероприятий.

Выбор мероприятий производят на основе технико-экономического анализа, в число факторов которого входят:

  • • тип просадочности;
  • • мощность просадочных пород и величина просадки;
  • • конструктивные особенности зданий и сооружений.

Все методы подразделяют на три группы: 1) водозащитные; 2) конструктивные; 3) устраняющие просадочные свойства пород.

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

Трамбование просадочной лессовой породы на стройплощадке в Ростове-на-Дону

Рис. 171. Трамбование просадочной лессовой породы на стройплощадке в Ростове-на-Дону

Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособление объектов к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение свайных, а также уширенных фундаментов, передающих давление на грунт меньше, чем РМаломощные просадочные грунты 5д прорезаются глубокими фундаментами, в том числе свайными.

Наибольшее число методов связано с устранением просадочных свойств. Их подразделяют на две группы:

  • • улучшение пород с применением механических методов;
  • • физико-химические способы улучшения.

Механические методы преобразуют породы либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой (рис. 171), замачиванием под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение производят с помощью грунтовых свай (песчаных, известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с последующим взрывом под водой и т. д. Находят применение также песчаные и грунтовые подушки, грунто-цементные опоры.

К физико-химическим способам относят: обжиг грунтов через скважины, силикатизацию, пропитку цементными и глинистыми растворами, обработку различными солями, укрепление органическими веществами (битум, смолы и др.).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >