Особенности строительства на заторфованных грунтах

Заторфованные грунты —это песчано-пылевато-глинистые во­донасыщенные грунты, но с большим содержанием органических веществ (до 50 %) в виде остатков корней растений с примесью гумуса. При оценке свойств этих грунтов большое значение име­етстепень разложениярастительных остатковR^.По этому при­знаку их разделяют на четыре разновидностиR^:от0до 15 %; 16-30 %; 31-50 %; более 50 %

Наиболее типичным представителем органических грунтов яв­ляется торф, сложенный из неполно разложившихся болотных растений. Окраска чаще всего темно-коричневая. В торфах всегда имеется примесь песка, пылеватых и глинистых частиц. Растения создают волокнистый каркас, что является его структурой. Боль­шинство торфов сформировалось в древние времена и на сегодня между собой различаются по степени разложения растительных остатков и геологическому строению. На рис. 57 показаны раз­личные случаи геологического строения торфяников. Слой торфа может плавать на воде, либо лежать на сапропеле или непосред­ственно на минеральном дне, т. е. на слое глины. В зависимости от этого мощность слоев торфа бывает различной — от несколь­ких сантиметров до десятков метров. Все органоминеральные и органические грунты содержат во­ду, которая обладает агрессивными свойствами по отношению к строительным материалам. В связи с непрерывным гниением растительных остатков их свойства очень изменчивы во времени. Модуль деформации Е обычно меньше 5 МПа. Лучше всего на­грузки держат древние, более плотные торфы.

Торфы являются полезными ископаемыми (энергоносители, удобрение и сырье для химической промышленности) и поэтому рассматривать этот грунт только как основание объектов нецеле­сообразно. Строительство на заторфованных грунтах в зависимо­сти от их свойств, мощности слоев осуществляется в двух на­правлениях: 1) без специальных мероприятий с применением только конструктивных строительных решений в зданиях и соо­ружениях;2) с использованием специальных строительных работ.

Специальные строительные работы очень разнообразны и рас­падаются на ряд видов в зависимости от вариантов геологического строения заторфованных толщ. Для каждого варианта рекоменду­ются свои специальные работы, которые могут быть в виде:

· прорезки (полной или частичной) слоя заторфованного грун­та фундаментами, в том числе свайными;

· частичной или полной срезки (выторфовка) заторфованного грунта с последующей засыпкой, планировкой площади песчаны­ми (гравийным, щебеночным) материалами;

· предварительного уплотнения заторфованных грунтов, в том числе с помощью дренажных скважин.

При выборе вида специальных строительных работ необходи­мо учитывать свойства и мощность слоев песчано-пылевато-гли­нистых грунтов, которые подстилают или перекрывают заторфо- ванные грунты.

Основные инженерно-геологические особенности торфов. Отли­чительной чертой торфов является их чрезвычайно высокая влажность в естественном залегании. В массиве она может до­стигать 500—1000 и даже 2000 % и более (по отношению к весу сухого вещества).

Плотность скелета торфов — величина более чем малая, в основном 0,07—0,2 г/см³, очень редко отмечены значения 0,5 г/см³. Соответственно пористость чрезвычайно высока. В условиях есте­ственного залегания влажность торфов в соответствии с их огром­ной влагоемкостыо практически всегда выше влажности верхнего предела пластичности, т. е. торф практически находится в скры­то-текучей консистенции. В естественных условиях торф обладает весьма низкой способностью к набуханию, при высыхании же его наблюдается значительная усадка. Торф — порода водопроницае­мая, оказывает достаточно сильное влияние на водопроницае-246

мость, в первую очередь, степень разложения органических остат­ков, а также обладает такой особенностью, как анизотропия свойств, которая обусловлена слоистостью, образовавшейся в про­цессе формирования торфяных залежей.

Отличительной чертой торфов является их исключительно сильная сжимаемость под нагрузкой, значение которой в десятки и сотни раз выше, чем у обычных (минеральных) грунтов. При этом в торфах, как и в других грунтах, наблюдаются как остаточ­ные, так и упругие деформации, причем остаточные имеют зна­чительные величины. При снятии нагрузки происходит некото­рое увеличение пористости уплотненного торфа, что обусловлено упругими свойствами структуры торфа и небольшим всасыванием воды. При нарушении первоначальной структуры торфа уплотня- емость его увеличивается на 10—30 %. Результаты исследований прочностных характеристик торфов свидетельствуют о значительных величинах сцепления и угла внутреннего трения при сравнительно высоких значениях влаж­ности (200—1000 %). При дальнейшем росте влажности сцепле­ние и угол внутреннего трения постепенно снижаются и падают до нуля при влажности около 1500 %. Например, при влажности 300 % угол внутреннего трения равняется 24—30% а сцепление 0,03—0,05 МПа, а при влажности 1500 % всего 0—5° и 004—0,01 МПа. В целом торфяные грунты достаточно неодно­родны по своему генезису, составу, строению и состоянию, что естественно влечет за собой очень широкий диапазон изменения их инженерно-геологических характеристик. Торфы обладают огромной влажностью, значительной пористостью и, как следст­вие этого, очень сильной сжимаемостью. Неоднородность строе­ния и состава торфяной залежи и сильная сжимаемость торфа могут привести к значительным неравномерным осадкам возво­димых на них сооружений. Эти осадки обычно протекают в тече­ние длительного периода времени. Кроме того, следует иметь в виду, что торфяным грунтам в отличие от минеральных свойст­вен еще один вид доуплотнения, происходящего под влиянием микробиологических процессов, протекающих в веществе торфа и сопровождающихся его минерализацией.

С инженерно-геологической точки зрения при оценке пло­щадки строительства сооружения следует в значительной мере опасаться наличия линз и прослоев торфа в толщах минеральных грунтов, что может привести к повышенной неоднородности и сильной сжимаемости всего основания в силу указанных выше причин. Инженерно-геологические изыскания на торфяных грун­тах требуют особой тщательности.

Засоленные грунты.К дисперсным засоленным относятся грунты, содержащие значительное количество водорастворимых солей. В литологическом отношении это могут быть пески, супе­си, суглинки, глины и в некоторых случаях даже крупнообломоч­ные грунты. Засоленные грунты типичны для поверхности земли и свойственны районам с засушливым климатом. Появление со­лей в грунтах связано со многими причинами:

· жаркий климат, при котором испарение преобладает над ко­личеством выпадающих атмосферных осадков;

· бессточный для воды рельеф местности;

· подтопление территорий грунтовыми водами, вызванное не­правильной эксплуатацией человеком оросительных систем;

· попадание определенной части водорастворимых солей в грунты при их формировании.

Соли в грунтах присутствуют в различных формах:

· в виде отдельных крупных кристаллов;

· в виде мелких рассеянных кристаллов по всей массе грунта;

· в форме больших скоплений (друз), разбросанных по всему массиву грунта.

В грунтах обычно присутствуют все эти формы солей, но в силу каких-либо причин одна из них занимает основное место.

Среди водорастворимых солей в грунтах находятся легко- и среднерастворимые соли. К легкорастворимым относятся: хлори­ды (типа минерала галита) и кислые соли угольной кислоты; к среднерастворимым — сульфаты (типа гипса). Карбонаты (типа кальцита) тоже растворяются в воде, но к числу водораствори­мых их можно относить с известной условностью. Их растворе­ние происходит длительное время и при наличии в воде агрес­сивной углекислоты.

Количество солей, оказывающих влияние на изменение свойств, в различных грунтах неодинаково и колеблется от 0,3 до 5 % и больше (к весу грунта). Вот некоторые примеры грунтов, которые считаются засоленными при следующем количестве со­лей: пески — 0,5 % и более; пылевато-глинистые грунты — 5 % и более; крупнообломочные грунты — 2% и более.

К основным типам засоленных глинистых грунтов относятся солончаки, солонцы и такыры. Солончаки формируются в доли­нах рек, соленых озерах, лиманах и содержат серно-кислые соли натрия, хлориды кальция и магния. Солонцы располагаются на высоких участках рельефа местности и содержат карбонаты на­трия (соду), сульфаты натрия и гипс. Такыры —большие равнин­ные площади, покрытые глинистыми грунтами твердой конси­стенции и разбитые сетью трещин усадки. Такыры содержат гипс, карбонаты и небольшое количество легкорастворимых со­лей. Количество солей и их состав в грунтах определяются хими­ческими лабораторными анализами.

В природных условиях, например, при неправильном ороше­нии сельскохозяйственных полей нередко происходит «засоле­ние» почв и грунтов. В районах строительства на территориях, где эксплуатируются здания и сооружения с большим водообме­ном, обычно наблюдается обратный процесс — «рассоление».

Водорастворимые соли в определенной мере упрочняют грун­ты, так как являются их цементирующей составляющей, но грун­товые основания зданий и сооружений никогда не остаются су­хими. В период эксплуатации основания объектов, как правило, обводняются, возникает постоянная фильтрация воды. Все это приводит к растворению солей, рассолению грунтов оснований, т. е. к выщелачиванию солей. В отличие от механической суффо­зии это чисто химический процесс. При растворении солей из­меняются, в первую очередь, их физико-механические свойства оснований: прочностные и деформационные показатели, а также пластичность, пористость, гранулометрический состав. Вначале вымываются легкорастворимые соли, после этого, в результате уже длительной фильтрации воды, выносятся средне- и даже труднорастворимые соли. Растворение и вынос гипса из суглин­ков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов может проис­ходить в сроки, соизмеримые с периодом эксплуатации зданий и сооружений.

Строительство на засоленных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства:

· прорезка фундаментами зданий слоя засоленного грунта;

· водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

· прекращение фильтрации подземной воды устройством дре­нажей и непроницаемых завес;

· отсыпка на засоленный грунт безсолевых грунтовых подушек из песка или суглинков;

· предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового осно­вания;

· искусственное закрепление засоленного массива грунта мето­дами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

Выбор того или иного приема зависит от геологического строения и гидрогеологических условий строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструк­ций объекта и технических возможностей строительной органи­зации.