Лессовые породы не проявляющие просадочных свойств при замачивании и приложении нагрузки называют
Просадочность - специфическое свойство лёссовых пород. Она обусловлена особенностями их состава, состояния и строения.
«Здесь в первую очередь наиболее важными являются следующие пять позиций:
- 1) Лёссовые породы представляют собой структурированные песчано-глинисто-пылеватые дисперсные системы с резким преобладанием пылеватых частиц и обладают малой гидрофильностью, что обуславливает отсутствие или очень маленькую величину потенциального их набухания при увлажнении;
- 2) Лёссовые породы характеризируются низкими значениями плотности скелета и высокой пористостью (42-45% и даже несколько выше), причём среди пор преобладают поры открытые;
- 3) Эти породы до момента замачивания обладают низкой природной (естественной) влажностью и, соответственно, твёрдой или полутвёрдой консистенцией;
- 4) В лёссовых породах в различных, нередко больших количествах (до 10% и более) присутствуют карбонаты и водно-растворимые соли, которые в условиях не высокой природной влажности обуславливают структуру переходного (коагуляционно-цементационного) типа с высокой прочностью структурных связей и всего грунта в целом;
- 5) Прочность такой структуры в лёссовых породах резко по величине и быстро во времени падает при водонасыщении (вплоть до практически моментального размокания небольших образцов, помещённых в спокойную воду).» [5]
« Просадка грунта - это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счёт перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующему действующему давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давление процесс уплотнения лёссового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, вместе с этим увеличивается и его прочность.
Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются:
- 1) Наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной при увлажнении преодолевать силы связности грунта;
- 2) Достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта.
Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта.» [3]
Лессовые грунты представляют собой осадочную горную породу, залегающую в виде покрова (глубина залегания различна, от нескольких метров до 50–100 м, например на склонах рек, долин).
Просадками называют локальные процессы вертикальной деформации грунтов, характеризующиеся резким нарушением структуризации породы, что сопровождается полной или частичной потерей сопротивления нарушенных масс грунта, а при условии избыточного увлажнения происходит выдавливание грунта в стороны.
Лессовые просадочные грунты заслуживают особого изучения по причине их распространенности в южных районах РФ, а также их особенности необходимо учитывать при проектировании и возведении инженерных строений.
Свойства
Рассмотрим свойства лессовых грунтов:
- Хорошо различимая пористость, структура породы состоит из вертикальных канальцев, может включать растительные остатки. Канальцы пронизывают толщу грунта, внутри можно заметить налет углекислых солей.
- Разъединение отдельных столбцов. Такое свойство лессовидных грунтов особенно заметно на открытых местах, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Искусственные выемки и свежие разрезы не имеют отделенных столбцов.
- Высокая степень водопроницаемости и достаточно быстрое размокание. Например, если провести сравнение коэффициента фильтрации (водопроницаемости) лесса, то образец с ненарушенной структурой в 100 раз превышает водопроницаемость перемятого образца, лишенного макропор.
- В породе присутствуют твердые мергелистые частицы. Трубчатые пустоты в лессовых грунтах зачастую покрыты известковым слоем, иногда отдельные частицы извести и мергеля присутствуют в довольно значительных количествах и имеют разнообразную форму. При обработке лессовых грунтов 3% раствором соляной кислоты происходит характерное вскипание.
- В лессовых грунтах влага распределяется особенным образом: на определенном уровне находится «мертвый горизонт», в котором наблюдается наименьшее количество влажности и преобладают соли. Слои, располагающиеся выше или ниже «мертвого горизонта» отличаются большим содержанием влаги. Следует отметить, что толща лессовых пород может иметь лишь два горизонта грунтовых вод: нижний горизонт и верхний.
Строение лессовых грунтов и состав
Характерные свойства для просадочных лессовых грунтов:
- высокая степень пылеватости (содержится более 50% частиц размером 0,05–0,005 мм, при частицах размером меньше 0,005 мм, как правило, не превышает 10–15%);
- низкий показатель пластичности (меньше 12);
- низкая степень плотности скелета грунта (менее 1,5 г/см3);
- отмечается повышенная пористость (больше 45%);
- засоленность;
- невысокая природная влажность;
- светлая окраска (преимущественно от палевого до охристого цвета);
- цикличность строения структуры толщ;
- лессовые породы в маловлажном состоянии способны держать вертикальные откосы;
Лессовые суглинки имеют красновато-бурый или темно-бурый цвет и характерную слоистость. Их состав более глинистый, сравнительно низкая пористость (до 40%) и соответственно высокая плотность (1,8 -1,9 г/см3).
В зависимости от залегания число лесов непостоянно, например, на территории Российской Федерации в южных районах в разрезе наблюдается от 3 до 6 горизонтов различной мощности лессов. Обычно, степень просадочности идет на уменьшение сверху вниз по разрезу.
Основные типы просадки
Согласно требований СНиП 2.02.01–83 выделяют участки с разными типами грунтовых условий по степени просадочности лессовых грунтов, тип определяют в соответствии с просадкой от собственной массы при условии увлажнения:
- К первому типу относят условия грунта, при которых происходит просадка грунта от воздействия внешней нагрузки, а просадка от собственной массы не проявляется или не более 5 см.
- Ко второму типу относят условия грунта, которые дают просадку не только от воздействия внешней нагрузки, но и от собственного веса и эта величина значительно превышает 5 см.
Способы устранения просадочности
Лессовые просадочные грунтыдовольно распространены на территории РФ, особенно в Алтайском крае (до 20% всей территории). Поэтому в этом регионе проблема просадки лессовых пород у оснований инженерных сооружений и зданий всегда актуальна.
Основной проблемой считается резкое снижение прочности основания при промачивании лесса, что может привести к частичному или полному разрушению зданий или сооружений. С целью устранения этих свойств существует несколько способов, имеющие как достоинства, так и недостатки.
- Трамбовка. Наиболее простым и распространенным методом является механическое уплотнение лессовых грунтов, на начальном этапе применяют тяжелую многократную трамбовку, при этом можно уплотнить толщу лессовых пород на глубину до 3,5м. Существенный недостаток данного метода, в том, что происходит воздействие на близко расположенные сооружения и здания, вызванные трамбовкой грунта.
- Набивные сваи. В случае, когда требуется провести ликвидацию просадочных свойств лессового грунта на достаточной глубине (более 10 м), применяют набивные сваи. Этот метод также вызывает динамические колебания.
- Замачивание лессовых пород. Для уменьшения просадочных свойств используют предварительное увлажнение лессового массива, вследствие чего происходит спровоцированная просадка, после чего грунт уплотняется и стабилизируется. Данный метод включает в себя комплекс мероприятий, при которых исключен риск замачивания оснований под близко расположенными сооружениями и зданиями.
- Термическое закрепление. Одним из ранних способов закрепления лессовых грунтов, являлся метод, при котором через толщу лессового грунта пропускали раскаленный поток воздуха или газы (300–800°С). Высокая температура воздействовала на грунт, вследствие чего происходило спекание и оплавление минеральных частиц и агрегатов, формирование прочных фазовых контактов кристаллизационного типа, появлялась устойчивость к воздействию влаги, лессовой грунт становился прочным. В настоящее время метод термического закрепления не применяется по причине значительного химического загрязнения пород.
- Силикатизация лессовых пород. Считается наиболее эффективным способом устранения просадки лесса, при котором с помощью инъектора в грунт вводят раствор химического вещества. Глубина погружения может достигать 20 метров. Существенным недостатком является высокая стоимость метода и сложность контролирования сплошного закрепления массива.
Посмотрите видео: ВИДЫ ГРУНТА. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УЧАСТКА
В строительстве пользуются единым названием (лессовые грунты), подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины. 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 и просадочные. Набухающие породы встречаются редко . Обычно это плотные и наиболее глинистые разновидности . 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 являются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение.
Строительство на лессовых просадочных породах.
В настоящее время применяют целый комплекс методов .Это связано с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один метод нельзя назвать универсальным.Современные способы строительства на лессовых породах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений, особенно в породах 1-го типа.. Все методы разделяют на три группы. *Водозащитные-предусматривают планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, устройство водонепроницаемых полов , покрытий, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов. *Конструктивные- 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 начальное просадочное. Наибольшее число методов связано с устранением просадочных свойств. Их подразделяют на две группы: - улучшение пород с применением механических методов и физико-химические способы улучшения
Механические методы преобразуют породы либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой или замачиванием под своим весом или весом сооружения. В клубине толщ уплотнение производят с помощью свай, взрывов в скажинах, применяются песчаные и грнтовые подушки, грунто-цементные опоры.
К физико-химическим способам относят:обжиг грунтов через скважины, пропитку цементными и глинистыми растворами, обработку различными солями, укрепление органическими материалами (битум, смолы и др
Просадочность грунта – свойство грунтов, главным образом лёссовых, давать быструю и часто значительную просадку при замачивании водой под влиянием собственного веса, без возможности бокового расширения. Основной проблемой при изучении просадочных грунтов является то, что просадочность связывают с лессовыми грунтами и используют термины и понятия лёссоведения. Зачастую в литературных источниках термин «просадочный» заменен на термин «лёссовый», однако объектом исследования являются именно просадочные грунты (породы).
В России лёссовые отложения занимают до 10 % площади. При этом развитие просадочного процесса различной интенсивности и степени локализации наблюдается на большей части территории их распространения [11].
В современной нормативной и научной литературе широко используются термин «лёсс» и семь его производных: «лёссовая порода», «лёссовидная порода», «лёссоподобная порода», «лёсс деградированный», «лёсс видоизмененный», «лессоид», «лессолит» [6, 7, 10, 13]. Однозначного понимания содержания подавляющей части этих терминов нет, и вопрос не теряет своей дискуссионности.
Результаты исследования и их обсуждение
Термин «лёсс» был введен в геолого-минералогическую литературу в 1823 году Карлом Цезарем фон Леонгардом. С начала и середины XIX столетия до 1875 г. господствовали неопределённые представления о термине «лёсс», который встречается в работах К. Леонардо, Л. Агассица, Н.Д. Борисяка. Позднее все многообразие понятий «лёссовые» основывается на генетическом, литологическом (петрографическом), инженерно-геологическом, стратиграфическом и геоморфологическом принципах [6, 7].
Подробный обзор определения «лёсс» приведен в работах Н.И. Кригера, который дал литологическое определение «лёсса» как палевого пылеватого известковистого суглинка (или супеси) с вертикальными тонкими канальцами [6, 7]. Н.И. Кригер также выделил 13 главных разновидностей понятий о том, что такое «лёсс», отмечая, что при более детальном подходе это количество значительно увеличится.
В работах крупнейших исследователей по данному вопросу – Ф. Рихтгофена, Н.И. Кригера, А.И. Москвитина, М.И. Ломоновича, Г.А. Мавлянова, В.В. Севостьянова и других – выделяются диагностические признаки «лёсса» с указанием условий его залегания и строения толщи. Основными признаками «лёсса» являются: покровное залегание на разных элементах рельефа; отсутствие прослоев галечников и песков; достаточная мощность; наличие стратиграфически выдержанных ископаемых почв; наличие остатков наземной фауны и практическое отсутствие водной. Лёсс понимается как сложная природная система – географически зональное образование, приспосабливающееся к географической среде [6, 7]. Принадлежность к лёссам нельзя определять по отдельным образцам, необходимо изучение в толще – in situ. «Лёсс» как особое природное тело сложен лёссовыми породами, но лёссовые породы не всегда входят в состав лёсса как системы. Лёссовые породы вне указанной системы обычно называются лёссовидными. Что касается породы в лёссе (в лёссе-системе), то её также называют лёссом (лёссом-породой) [6, 7].
Е.М. Сергеев, Л.Г. Балаев, Г.А. Мавлянов, А.К. Ларионов, Н.Н. Комисарова выделяли четыре подтипа лёссовых грунтов [8, 9, 10, 13].
1. Лёсс – порода, обладающая следующими инженерно-геологическими критериями: просадочностью при природном давлении и дополнительных нагрузках; малой гидрофильностью (влажность, Wл 2,6 %); слабыми водоустойчивыми структурными связями; преимущественно зернисто-плёнчатой или пылевато-плёнчатой структурой.
2. Деградированный лёсс – имеет те же признаки, что и лёсс, но потерял способность к просадке в результате увлажнения и дополнительного уплотнения.
3. Для лёссовидного грунта (порода) характерны: отсутствие просадочных свойств при замачивании; более высокая гидрофильность (Wл ≥ 2,6 %); преимущественно зернисто-агрегативная и агрегативная структуры, которые обеспечивают более прочные структурные связи.
4. Лёссоподобный грунт (порода) – мёрзлые пылеватые образования, проявляющие термоосадки в результате оттаивания.
Анализ работ данных авторов позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лессовые грунты»;
- выделяются подтипы «деградированный лёсс» и «лёссоподобный грунт»;
- просадочными свойствами обладают лёссы.
Такой же подход сохраняется в содержании терминов, изложенных в монографии «Лессовые породы СССР» под редакцией Сергеева Е.М. 1986 г. [10].
В.П. Ананьев, В.И. Коробкин, Л.В. Передельский, А.Д. Потапов (1973–2000 гг.) представили свое понимание терминов лёссоведения в работе [1]. В основе разделения пород лежат инженерно-геологические признаки. Авторы выделяют следующие типы.
1. Лёссовые породы представлены суглинками, реже – супесями. Среди них различают лёсс (первичное образование) и лёссовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому в строительном деле целесообразно пользоваться единым названием «лёссовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины. Диагностическими признаками являются: палевая, палево-желтая или желто-бурая окраска; высокая пылеватость (содержание фракции 0,05–0,005 мм более 50 % при небольшом количестве глинистых частиц); природная влажность до 15–17 %; пористость более 40 % с сетью крупных и мелких пор; высокая карбонатность, засоление легководорастворимыми солями; быстрая размокаемость в воде; способность сохраняют вертикальные откосы в сухом состоянии. По характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные (рис. 1).
Рис. 1. Пояснение терминов лёссоведения в работах В.П. Ананьева, В.И. Коробкина, Л.В. Передельского, А.Д. Потапова (1973–2000 гг.)
2. Для лёссов типична однородность.
3. Лёссовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород.
Анализ работ данных авторов позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лёссовые грунты»;
- в основе выделения генетические признаки: лёсс (первичное образование) и лёссовидные суглинки (переотложенные первичные образования);
- гранулометрический состав их нередко бывает сходным, поэтому целесообразно пользоваться единым названием «лёссовые грунты», подразделяя их по гранулометрическому составу на супеси, суглинки, глины;
- по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные.
Классификационные критерии разделения лёссовых грунтов в инженерно-геологических целях рассмотрены в ГОСТ 25100-82 Грунты. Классификация [3]. Согласно стандарту, лёссовые грунты – пылевато-глинистые образования относятся к группе – осадочных несцементированных; подгруппе – обломочных – пылеватых и глинистых (элювиальные, пролювиальные, делювиальные, аллювиальные, водно-ледниковые, ледниковые, озерные, морские, эоловые, пирокластические и смешанного происхождения). Типы выделяются по совокупности признаков и по числу пластичности так же, как супеси, суглинки и глины: лёссовые грунты и илы; вид – по коэффициенту пористости. По последнему показателю обособляются разновидности: низкопористые е - 0,8 и высокопористые е - 0,8. Лёссовые грунты однородны; содержат более 50 % пылеватых частиц (0,05–0,005 мм), дают просадку. По содержанию легко- и среднерастворимых солей и карбонатов ранжируют разновидности: незасоленные, засоленные. Породы легко размокают и размываются; в маловлажном состоянии способны держать вертикальные откосы; при полном водонасыщении могут переходить в плывунное состояние. Кроме перечисленных выше, определяют разновидности по степени цементации льдом; по консистенции; по содержанию органического вещества (рис. 2).
Рис. 2. Пояснение терминов лёссоведения в ГОСТ 25100-82 Грунты. Классификация
Анализ ГОСТ позволяет сделать основные выводы:
- отсутствуют термины «лёсс» и «лёссовидные породы»;
- просадочность – типичное свойство; грунты (породы) разделяются по относительной деформации просадочности ?sl на просадочные и непросадочные;
- при полном водонасыщении могут переходить в плывунное состояние; упоминаются лессовые породы, находящиеся в мерзлом состоянии.
В СП 11-105-97, III часть выделяются лёссы, лёссовые и лёссовидные породы (грунты) [12].
Главная отличительная особенность лёссов – наличие макропор размером 1–3 мм, различимых невооруженным глазом.
Лёссовые грунты – всегда проявляют просадочные свойства. Характерны следующие признаки лёссовых просадочных грунтов: светлая окраска (от палевого до охристого цвета); высокая пылеватость (содержание частиц размером 0,05–0,005 мм более 50 % при количестве частиц размером менее 0,005 мм, как правило, не более 10–15 %); числа пластичности менее 12; повышенная пористость (более 45 %); засоленность; способность держать вертикальные откосы в маловлажном состоянии; цикличность строения толщ; невысокая природная влажность (как правило, менее границы раскатывания); низкая плотность скелета грунта (менее 1,5 г/см3).
Лёссовидные породы, в основном суглинки, имеют более темный бурый или красновато-бурый цвет; плотность 1,8–1,9 г/см3; пористость до 40 %; более глинисты; непросадочны.
Анализ данного Свода правил позволяет сделать основные выводы:
- на одном иерархическом уровне выделяются «лёсс», «лёссовые грунты», «лёссовидные грунты»;
- главная отличительная особенность лёссов – наличие макропор размером 1–3 мм, различимых невооруженным глазом;
- просадочность – типичное свойство лёссовых грунтов;
- лёссовидные грунты, в основном суглинки, не обладают просадочными свойствами.
В работах В.Т. Трофимова подробно проанализировано содержание термина «лёсс» и его производных, введенное разными авторами, а также обозначены собственные представления [2, 14, 15]. Автор относит лёссовые грунты к песчано-глинисто-пылеватым континентальным образованиям разного генезиса группы связных грунтов. Для лёссовых грунтов характерно: содержание более 50 % частиц размером 0,05–0,005 мм; низкая естественная влажность (обычно ниже 20 %); высокая пористость (до 55–65 %); содержание карбонатов (до 25–35 %), водорастворимых солей (до 5 %); низкая водопрочность. Просадочность – типичное свойство лёссовых грунтов, которое проявляется при замачивании под действием собственного веса толщи или дополнительных нагрузок от сооружений. Среди лёссовых грунтов обособляются лёссы и лёссовидные грунты.
Лёсс – порода, обладающая следующими критериями: более 50 % содержание тонкопесчаных (0,1–0,005 мм) и крупнопылеватых (0,01–0,05 мм) частиц и небольшое количество глинистых (до 16 % по классификации С.С. Морозова), которые находятся в агрегированном состоянии. Лёссы проявляют просадочные свойства (при замачивании) при действии природного давления.
Лёссовидные грунты – занимают промежуточное положение между лёссами и глинистыми грунтами. Обладают следующими критериями: в гранулометрическом составе преобладают частицы 0,01–0,0001 мм, которые вместе с глинистыми частицами образуют микроагрегаты. Просадочные свойства при замачив ании реализуются только под действием дополнительных нагрузок (рис. 3).
Рис. 3. Пояснение терминов лёссоведения в работах В.Т. Трофимова
Анализ работ В.Т. Трофимова позволяет сделать основные выводы:
- все выделенные подтипы объединены общим понятием «лёссовые грунты»;
- просадочны и лёссы, и лёссовидные грунты;
- лёссовидные грунты занимают промежуточное положение между лёссами и глинистыми грунтами.
На основании анализа и обобщения основных литературных источников, содержащих пояснения терминов лёссоведения, можно сделать следующие выводы:
1. Просадочность часто связывают с лёссовыми породами и используют термины и понятия лёссоведения. В нормативно-технической и научной литературе термин «просадочный» заменен на термин «лёссовый», однако объектом исследования являются именно просадочные грунты.
2. Одной из основных проблем изучения просадочных грунтов является отсутствие единого подхода к терминам и понятиям лёссоведения, с которым связывают просадочность. «Определения даются в произвольной трактовке разными авторами. Нет однозначного понимания содержания подавляющей части терминов, вопрос на протяжении многих десятилетий остаётся дискуссионным и не теряет актуальности» [15].
3. Главные термины лёссоведения – «лёсс», «лёссовые породы», «лёссовидные породы». Производные этих терминов – «лёссоподобная порода», «лёсс деградированный», «лёсс видоизмененный», «лессоид», «лессолит» в современной литературе практически не используются.
4. Выделяются пять различных по содержанию определений главных терминов: генетическое; литологическое; инженерно-геологическое; морфологическое; стратиграфическое [6], [7]. Основными являются: генетическое, литологическое и инженерно-геологическое [15].
5. По своему содержанию наиболее развернутым является термин «лёссовая порода», критериями выделения которой являются: гранулометрический состав, влажность, пористость и макропористость, содержание солей, слабые водонеустойчивые структурные связи, способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии; цвет [1, 2, 3, 5–15]. С середины прошлого столетия при выделении лёссовых пород в качестве важнейшего их признака стала рассматриваться просадочность. Однако подход к использованию этого признака неодинаков: одни авторы считают просадочность свойственной всем лёссовым породам, другие – только при малой влажности [3, 5–15].
6. Существует множество определений термина «лёсс». Приведенный обзор свидетельствует, что подходы к выделению лёсса, предложенные разными авторами, принципиально различны; даже в рамках одного подхода понятия «лёсс», предложенные разными исследователями, не совпадают, причем очень существенно. При употреблении термина «лёссовидная порода» в основном имеется в виду лёссовая порода, утратившая или изначально не обладающая просадочными свойствами.
7. Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам лёссоведения, показал необходимость разработки рекомендаций по уточнению содержания его основных терминов: «лёссовая порода», «лёсс», «лёссовидная порода».
Просадками называются местные быстро протекающие вертикальные деформации грунтов, обусловленные резким коренным нарушением структуры и сопровождающиеся частичной или полной потерей сопротивляемости нарушенных масс грунта, а при избыточном увлажнении — выдавливанием грунтов в стороны.
Практика строительства на лессовых грунтах показала, что просадки могут достигать значительной величины. Так, стена рудного крана Кузнецкого завода примерно за один год осела на 37 см. Свойство лессовых грунтов терять устойчивость своей структуры при увлажнении обусловливает настолько своеобразные строительные качества этих грунтов, что требует особого рассмотрения.
Лессовые грунты залегают на значительной части территории России, более 16% континентальной поверхности. Для практики строительства весьма важно уметь отличать просадочные лессовые грунты от обычных, знать особенности механических свойств просадочных грунтов и предусмотреть влияние этих свойств на возводимые сооружения.
Следует отметить, что до настоящего времени происхождение лессовых грунтов, несмотря на чрезвычайно важное значение этого вопроса, разные исследователи объясняют по-разному. Существуют две основные гипотезы происхождения этих грунтов: эоловая гипотеза и почвенная.
Эоловая гипотеза объясняет происхождение лессовых грунтов деятельностью воздушных течений, которые из пустынных областей несут мелкую пыль в смежные с пустынями области, где и отлагают ее тонкими слоями. Степная растительность совместно с выпадающими дождями содействует закреплению пыли; корни и стебли растений, сгнивая, оставляют пустоты, создающие макропористость лессовых отложений. Пористость еще более увеличивается вследствие ходов дождевых червей и землероев.
Почвенная гипотеза объясняет образование лессовых грунтов почвообразовательными процессами, происходящими в сухом климате. При выветривании почв в сухом климате процесс протекает в щелочной среде, причем остающиеся карбонаты кальция обволакивают частицы и свертывают их в более крупные агрегаты (частицы диаметром менее 0,01 мм превращаются в частицы диаметром 0,01—0,05 мм), отчего весь грунт приобретает пористое строение.
Из произведенных послойных химических анализов лессовых отложений на значительную глубину вытекает, что степень выветренности слоев уменьшается по мере углубления. Роль карбонатов и гипса сводится частично к образованию кристаллов, а частично к цементации тонких продуктов минеральной смеси.
Почвенная гипотеза оказала значительное влияние и на эоловую гипотезу. Большинство исследователей считает, что основные массы лессовых грунтов образовались эоловым путем, однако это не исключает возможности происхождения некоторых видов лессовых грунтов и из отложений водных бассейнов, образовавшихся при таянии древних ледников, а также при переотложении пылеватых грунтов дождевыми водами. Лессовые породы часто разделяют на типичные лессы и лессовидные грунты. Типичный однородный и мощный слой лесса создается только из материнской породы, представляющей накопление эоловой пыли путем почвообразовательных процессов, идущих одновременно с ее накоплением.
Грунты же, образующиеся из различных материнских пород в результате процессов почвообразования и выветривания в условиях сухого климата, а также переотложенные эоловые отложения не являются типичными лессами, но, обладая многими свойствами последних, могут быть названы лессовидными.
В строительном же деле в настоящее время принято объединять отмеченные разновидности грунтов под одним общим названием лессовые грунты, иногда присоединяя к ним эпитет «макропористые», так как в условиях природного залегания эти грунты имеют видимые невооруженным глазом поры (макропоры), величина которых значительно превосходит величину обычных пор, соответствующих приблизительно размерам минеральных частиц грунта.
Характерные свойства лессовых грунтов могут быть полностью освещены лишь на основе использования основных зависимостей механики грунтов, излагаемых ниже.
Внешними признаками, отличающими макропористые лессовые грунты, будут следующие:
1. Видимая невооруженным глазом пористость (макропористость), обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев иногда с остатками растений. Канальцы, пронизывающие всю толщу лессовидных грунтов, покрыты изнутри налетами углекислых солей.
2. Столбчатая отдельность. Это свойство лессовидных грунтов проявляется особенно ярко на открытых местах, подвергающихся действию атмосферных осадков. В искусственных выемках и свежих разрезах отдельностей не наблюдается.
3. Быстрое размокание в воде и большая водопроницаемость. Так, коэффициент водопроницаемости (фильтрации) лесса для образца ненарушенной структуры был в 100 раз больше коэффициента водопроницаемости для перемятого, лишенного макропор образца того же грунта.
4. Наличие твердых мергелистых включений. Трубчатые пустоты лессовых грунтов в большинстве случаев покрыты тонким слоем извести, кроме того, отдельные известковые и мергелистые включения самой разнообразной формы находятся в лессовых грунтах в довольно значительном количестве. При опробовании этих грунтов 3%-ным раствором соляной кислоты наблюдаются бурное вскипание и быстрое прекращение выделения пузырьков газа.
5. Характерное распределение влажности по глубине с наличием на некотором уровне так называемого «мертвого горизонта» с меньшей по сравнению с вышележащими и нижележащими слоями влажностью. В мертвом горизонте наблюдается максимальное содержание солей. Ниже мертвого горизонта влажность возрастает постепенно, достигая величины максимальной влагоемкости. Отметим также, что, как правило, в толще лессовых пород наблюдаются только два горизонта грунтовых вод: верховодка и нижний горизонт грунтовых вод.
6. Характерный состав. По гранулометрическому составу лессовидные грунты характеризуются преобладанием пылеватых фракций (частиц размером от 0,05 до 0,005 мм обычно более 50%) при незначительном содержании глинистых частиц (от 4 до 20%). Как правило, лессовидные грунты отличаются значительной однородностью гранулометрического состава, причем коэффициент неоднородности часто бывает не более 5.
По химическому составу главными составными частями лессовых грунтов являются: силикаты — от 27 до 90%, глинозем — от 4 до 20% и углекислый кальций —от 6 до 67%. Из перечисленных внешних признаков лессов и лессовидных грунтов наиболее характерными будут: макропористость, быстрое размокание в воде (в течение 1—2 мин) и наличие карбонатов (вскипание при опробовании кислотой).
Как уже указывалось, характерным свойством макропористых грунтов является их просадочность при замачивании под нагрузкой. Образец лессовидного грунта естественной структуры при испытании на осадку в условиях, исключающих возможность выдавливания грунта в стороны, под нагрузкой 2,5 кг/см 2 после замачивания дает осадку, в 7 раз большую, чем осадка такого же образца грунта и при той же нагрузке, но испытанного при естественной влажности (без замачивания).
Для объяснения поведения лессовых грунтов при была выдвинута гипотеза, согласно которой увеличение осадки лессовых грунтов при замачивании под нагрузкой объясняется неустойчивостью макропор пронизывающих всю толщу лессовидных грунтов, вследствие потери связности (сцепления) между частицами грунта при просачивании воды. Часто достаточно давления порядка 0,5— 1 кг1см 2 , при котором стенки пор разрушаются и происходит резкое уплотнение грунта, что и вызывает значительные дополнительные осадки.
По современным воззрениям просадочность макропористых лессовых грунтов возникает вследствие недоуплотненности и способности агрегатов частиц этих грунтов к пептизации при увлажнении, т. е. к переходу твердых коллоидных пленок в жидкий раствор. Образующиеся при этом водные пленки вследствие их расклинивающего действия раздвигают грунтовые частицы, разрушают агрегаты частиц и создают условия, благоприятные для доуплотнения лессовых грунтов. Кроме того, известное значение в разрушении структуры агрегатов частиц имеет и растворение солей, цементирующих частицы лессовых грунтов, а также действие осмотического давления, возникающего вследствие разности концентрации солей пленочной воды и воды.
Если же лессовые грунты имеют агрегаты частиц, сцементированные не растворяющимися в воде солями, то при замачивании эти грунты, просадок не дают. Чтобы нарушить структурные связи в лессовых грунтах, одного замачивания недостаточно, необходимо приложить некоторой величины нагрузку, различную для различной степени сцементированности лессовых грунтов, причем безразлично, будет ли это собственный вес вышележащих слоев грунта или внешняя нагрузка от сооружения или пробного испытания.
При определенной величине нагрузки, прикладываемой одновременно с замачиванием, возникает лавинное разрушение структурных связей грунта, и его структура резко и коренным образом изменяется — возникают просадки. Для количественной оценки просадочности лессовых грунтов испытывают их образцы естественной ненарушенной структуры на сжимаемость без возможности бокового расширения, т. е. образцы помещают в жесткое кольцо. Вначале определяют деформации образца при естественной его влажности, а после того, как будет достигнуто проектное давление, образец замачивают до полного насыщения, определяя при этом его деформацию. В результате разрушения структурных связей, если внешнее давление больше структурной прочности грунта в замоченном состоянии, возникает резкая быстрая осадка (просадка) образца.
Образец грунта необходимо замачивать при нагрузке, соответствующей сумме природного давления и давления (сжимающего напряжения), которое будет в грунте от сооружения на глубине взятия образца. Максимально возможную величину просадки всей просадочной толщи макропористых лессовых грунтов определяют по величине относительной просадочности отдельных слоев и их мощности.
Здесь суммирование необходимо распространить на все слои (от подошвы фундамента до глубины залегания всей просадочной толщи), а величину относительной просадочности определять с учетом фактического давления на грунт от внешней нагрузки и вышележащих слоев грунта.
По величине максимальной просадки всей просадочной толщи обычно и назначают противопросадочные мероприятия, основными из которых является всемерное недопущение замачивания грунтов под сооружениями или создание таких конструктивных особенностей сооружений, которые обеспечили бы их малую чувствительность к неравномерным осадкам (конструирование зданий из отдельных жестких блоков, допускающих независимость оседания; применение устройств, регулирующих высоту отдельных частей сооружения, и т. п.).
При оценке общей деформации лессовых грунтов, подверженных замачиванию с одновременным загружением, необходимо учитывать следующие три составляющие: осадку, обусловленную уплотнением грунта (т. е. уменьшением пористости при увеличении давления), просадку, возникающую в результате коренного изменения структуры грунта при переходе его из макропористого структурного состояния в бесструктурную водонасыщенную массу, и послепросадочную деформацию грунта, вызванную медленным нарушением кристаллизационных связей, суффозией (вымывом) мельчайших частиц и ползучестью скелета грунта при длительном действии фильтрации.
Общая деформация просадочных грунтов при малой их величине, будет определяться общими зависимостями теории линейнодеформируемых тел и может оцениваться как по результатам испытаний без возможности бокового расширения грунта, так и по данным трехосных испытаний. При этом, просадка лессовых грунтов обусловливается не только вертикальными деформациями, но и способностью окружающей толщи проседать (деформироваться) в горизонтальном направлении и зависит как от вертикальных сжимающих напряжений, так и от соотношения главных напряжений и их разности.
Свойства лессовых грунтов в процессе их просадки резко изменяются. Сопротивление замоченного грунта сдвигу снижается в несколько раз это показывает, что несущая способность лессовых грунтов после нарушения их структурной связности в процессе просадки при замачивании под нагрузкой чрезвычайно падает, и грунты легко выдавливаются из-под подошвы фундаментов.
Активные меры борьбы с просадочностью лессовых грунтов сводятся к химическому их закреплению по методу силикатизации, уплотнению грунтовыми сваями и обжигом проседающих масс.
Читайте также: