какие грунты обладают свойством набухания

Грунты, виды, характеристика

Виды грунтов

Грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, подразделяются на:

Глинистые грунты

Глинистые грунты — это связанные грунты, для которых число пластичности Jp больше или равно 0,01. По содержанию песчаных частиц и числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супесь, суглинок, глину (табл. I).

Числом пластичности называют разницу между влажностью на границе текучести и влажностью на границе раскатывания в долях единицы.

Глинистые грунты в зависимости от их плотности и влажности могут находиться в различном состоянии, которое характеризуется показателем консистенций J 1 (табл. 2).

Среди глинистых грунтов должны быть выделены:

К илам относятся глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов и имеющие в природном сложении влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, превышающий значения для супесчаного ила е > 0,9, для суглинистого ила е ≥ 1,0, для глинистого ила е ≥ 1,5.

Илы выделяются среди глинистых грунтов в особую группу, так как в строительном отношении они являются неблагоприятными грунтами, т. е. строить на них нецелесообразно.

К просадочным грунтам относятся глинистые грунты, которые под воздействием внешней нагрузки или собственнрго веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку).

При предварительной оценке к просадочным обычно относятся лессы и лессовидные грунты.

В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:

К набухающим (пучинистым) грунтам относятся :глинистые грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.

Набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки в компрессионном приборе подразделяются на:

слабонабухающие, если 0,0404 ≤ δн ≤ 0,08;
средненабухающие, если 0,08 сильнонабухающие, если δн > 0,12.

Песчаные грунты

Песчаные грунты — это сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности.

В зависимости от крупности частиц они подразделяются на пять групп, табл. 3.

По степени влажности песчаные грунты подразделяются на три группы, табл.4.

По степени плотности их сложения песчаные грунты в зависимости от коэффициента пористости подразделяются на три группы, табл. 5.

Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные грунты — это несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм. В зависимости от крупности частиц они подразделяются на три группы, табл. 6.

По степени влажности крупнообломочные грунты подразделяются на маловлажные, влажные, насыщенные водой, табл. 7.

Скальные грунты

Скальные грунты — это изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаенные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Скальные грунты подразделяются на магматические, метаморфические, осадочные табл. 8.

Магматические, метаморфические, а также осадочные сцементированные породы с кремнистым цементом (кремнистые конгломераты, брекчии, песчаники, известняки, опоки) не растворяются в воде.

К растворимым относятся следующие скальные породы:

В результате фильтрации воды-через трещины в растворимых скальных породах возможно образование карстовых полостей.

Заторфованные грунты

Заторфованные грунты различаются между собой по степени заторфованности табл. 9.

Улучшить свойства грунтов можно проведением следующих мероприятий:

Источник

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящих Рекомендациях рассмотрены направленность и специфика изысканий, обусловленные особенностями состава, сложения, состояния и свойств набухающих грунтов и характером взаимодействия их в основаниях дорожных сооружений, откосах, теле насыпей и в качестве объектов разработки при строительстве.

Особое внимание обращено на особенности лабораторных исследований набухающих грунтов, определений перемещений и напряжений в их массивах.

В проведении опытно-производственных работ приняли участие инженеры Р. С. Сигуа, Ш. Г. Глонти, Ш. А. Минадзе (Кавгипротранс), А. А. Королев, М. С. Шавлохов (Мосгипротранс). Лабораторные исследования проводили инженеры Т.П. Минаева, Р. И. Трубицына (ЦНИИС), Е. В. Лазишвили (Кавгипротранс), И. П. Авдеев, Н. И. Резник (Мосгипротранс).

Зам. директора института Н. Б. Соколов

Зав. отделением изысканий

и проектирования железных дорог А. М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. После получения технического задания от главного инженера комплексного проекта или руководителей специализированных отделов на выполнение инженерно-геологических изысканий главный геолог экспедиции (начальник экспедиции, партии, отряда) должен составить общую программу работ и выдать задания исполнителям.

1.2. В подготовительном периоде инженерно-геологических изысканий следует собрать, изучить, проанализировать и обобщить информацию о природных условиях района и участках объектов проектирования, материалы изысканий и строительства прошлых лет, фондовую и текущую отчетность организаций, эксплуатирующих сооружения разного вида и назначения.

1.3. При анализе геологической обстановки необходимо учитывать следующие особенности набухающих грунтов:

б) набухают грунты средней плотности и плотные с влажностью, меньшей влажности полной влагоемкости;

в) полнее набухание проявляется при нарушении природного сложения глинистых грунтов, например, при разработке в земляных карьерах и укладке в насыпи;

г) основная масса покровных отложений, венчающих геологические разрезы, имеет четвертичный возраст. Перекрытые ими дочетвертичные глинистые породы должны набухать сильнее в силу более высокой плотности, мень шей влажности, разгрузки при вскрытии карьерами, выемками, котлованами, разрушения структурных связей при выветривании [ 4 ]. Наиболее интенсивно процессы набухания-усадки протекают в зонах переменного температурно-влажностного режима, например, в откосах насыпей;

д) глины, вмещающие, перекрывающие и подстилающие пласты водоносных песков, не размягчаются подземными водами, а как бы консервируются; подземные воды не влияют на склонность коренных глин к набуханию;

Для выбора оптимального по технико-экономическому сравнению варианта трассы рекомендуется пользоваться фондовыми источниками для обоснования необходимости обходов, минимальных по протяжению пересечений местных выходов и участков неглубокого от поверхности земли залегания набухающих грунтов. При этом следует учитывать глубину и высоту проектируемых выемок и насыпей, зависящие от степени расчленения рельефа на данном конкретном участке территории.

Особое внимание следует уделять поискам и разведке местных ненабухающих грунтов (в том числе полускальных и скальных) в целях создания защитных экранов, предохраняющих откосы выемок и насыпей, а также обнажаемые набухающие грунты от выветривания.

1.6. При производстве инженерно-геологической съемки в летнее время в районах распространения набухающих грунтов следует обратить особое внимание на изучение усадочной трещиноватости, как важного критерия для оценки физико-химической активности грунтов в данных природно-геологических условиях.

1.7. Трещины усадки следует характеризовать шириной, длиной, ориентировкой стенок (азимутом падения и углом падения), расстоянием до соседней трещины той же системы, формой поверхности стенок, структурой и составом заполнителя и др.

1.8. При изучении усадочной трещиноватости глинистых грунтов следует выполнять массовые измерения параметров сети трещин главным образом в естественных обнажениях, а также в горных и строительных выемках, котлованах с последующей обработкой измеренных характеристик методами математической статистики с применением ЭВМ.

1.9. Кроме массовых замеров параметров трещиноватости следует применять геофизические методы исследований: ультразвуковое просвечивание для оценки пустотности массива, сейсмопрофилирование и электропрофилирование для оценки положения и мощности зон повышенной трещиноватости и т.д.

1.10. Границы территорий, подлежащих инженерно-геологической съемке, определяются зоной формирования, развития и локализации неблагоприятных для целей строительства процессов и явлений, влияющих на строительное освоение территории, ее охрану и рациональное использование. При этом следует выявить комплекс природных факторов, сказывающихся на развитии и формировании указанных геологических процессов.

1.11. Геофизические исследования следует проводить для выявления и прослеживания изменчивости строения массивов грунтов, обусловленной неоднородностью их состава, состояния, свойств, мощности и условий залегания, а также для определения гидрогеологических характеристик.

Для повышения достоверности интерпретации результатов геофизических исследований следует предусматривать комплексное применение методов или их модификаций, а также проведение параметрических определений соответствующих свойств грунтов в горных выработках, обнажениях, расчистках.

1.12. Горные выработки необходимо размещать с учетом результатов наземных маршрутных наблюдений, ранее выполненных инженерно-геологического дешифрирования аэроснимков и геофизических исследований, степени обнаженности территории и сложности инженерно-геологических условий. Максимальная густота выработок должна быть в местах сочленения геоморфологических элементов и на участках, характеризующихся сложным геологическим строением.

Глубины горных выработок надлежит устанавливать, исходя из предполагаемых размеров сферы взаимодействия дорожных сооружений и зданий с геологической средой и необходимости решения конкретных геодинамических задач.

Состав опробования набухающих грунтов усложнен. Наряду с тем, что определяют в общем случае дорожных инженерно-геологических изысканий [ 13 ], надлежит устанавливать характеристики свойств пород в соответствии с требованиями разд. 2 настоящих Рекомендаций.

1.14. Для установления характера, причин, факторов и интенсивности, периодичности и масштабов протекания неблагоприятных для целей строительства процессов рекомендуется организовывать стационарные и режимные наблюдения. Их следует проводить также и на участках интенсивного выветривания, осыпания и оплывания грунтов, если эти явления угрожают не только местной, но и общей устойчивости склона, откосов, котлованов, проектируемых и эксплуатируемых выемок, деформируемых зданий и других сооружений.

1.15. Совокупные объемы лабораторного и полевого опробования набухающих грунтов должны обеспечивать возможность получения нормативных и расчетных показателей свойств набухающих грунтов.

1.16. В пояснительной записке необходимо отразить независимо от масштабов инженерно-геологической съемки:

распространение, возраст, генезис, условия залегания инженерно-геологических групп грунтов, находящихся в сфере взаимодействия сооружений и их комплексов с геологической средой;

обобщенные инженерно-геологические свойства, напряженное состояние основных инженерно-геологических групп грунтов (массивов) и петрографических (литологических) разностей горных пород в и вне пределов зон выветривания и концентрации напряжений. Характеристики физико-механических и фильтрационных свойств пород и напряжений в массивах и их элементах следует приводить с учетом неоднородности и изменения во времени (тренд свойств и напряжений), учитывая воздействие природных, техногенных факторов и режима обводнения;

подземные воды, их распространение, режим и агрессивность по отношению к материалам конструкций, условия газоносности вмещающих пород;

геоморфологические условия (генетические типы склонов, характер поверхности и уступов надпойменных террас и водоразделов), тектонические структуры (дизъюнктивные, пликативные, смешанные) разных порядков, трещиноватость и блочность грунтов;

инженерно-геологические процессы (выветривание, набухание, склоновые и т.д.) и явления (оползни, разуплотнение, осыпи и т.д.), а также прогноз их развитая;

месторождения естественных (местных и привозных) строительных материалов, их кондиционность для объектов строительства), мощность, площадь распространения и др.;

площади с различной сейсмической балльностью, изосейсмы и сейсмомикрорайонирование;

состояние имеющихся сооружений, их деформации и эффективность осуществленных защитных мероприятий;

районирование территории по степени сложности инженерно-геологических условий с прогнозом их развития;

рекомендации по основным элементам конструкций сооружений с учетом охраны, рационального использования и улучшения геологической среды.

2. ОСОБЕННОСТИ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАБУХАЮЩИХ ГРУНТОВ

Карбонатные грунты обрабатывают следующим образом: берут среднюю пробу воздушно-сухого грунта, просеянного через сито 1 мм, помещают ее в стакан с дистиллированной водой, добавляют двухпроцентную соляную кислоту до прекращения выделения углекислого газа (в случае сильнокарбонатных пород концентрация соляной кислоты может быть доведена до 10 %, но при такой обработке магнезиальные силикаты могут частично растворяться). Затем удаляют из грунта кальций, для чего в стакан приливают 0,05Н соляной кислоты, перемешивают и сливают прозрачный слой суспензии, пока не прекратится реакция на кальций (реакция с оксалатом аммония при нагревании). Далее отмывают от хлора дистиллированную воду путем сливания прозрачного слоя суспензии декантацией. Если все же в пробе присутствует хлор, отмывание продолжают декантацией на воронках с фильтрами. В случае прохождения частиц через фильтр отмывание прекращают. Содержимое на фильтре и в стакане помещают в пол-литровую бутылку, доливают дистиллированную воду и взбалтывают на Шюттель-аппарате в течение двух часов. Взбалтывание можно заменить растиранием суспензии в тестообразном состоянии пестиком с резиновым наконечником.

Некарбонатные породы сразу же начинают отмывать от кальция 0,05Н соляной кислотой.

Породы, засоленные водорастворимыми солями, отмывают от солей многократным сливанием прозрачного слоя суспензии.

2.3. Для применения иммерсионного метода при изучении минералогического состава отдельных фракций грунтов (табл. 1 ) необходим поляризационный микроскоп и набор жидкостей с известными показателями преломления.

Источник

Фундаменты на набухающих грунтах

Фундаменты на набухающих грунтах

Понятие
Набухающие грунты – это один из видов структурно-неустойчивых грунтов. Следовательно, им присуща способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при определенных воздействиях во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Таким воздействием является замачивание грунтов водой и особенно растворами серной кислоты.
К набухающим относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит) и малой влажностью в природном состоянии (W Распространение
Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие грунты встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах). Распространены набухающие грунты в равнинах, реже в предгорных районах, и приурочены к зонам сухих степей и полупустынь. Для районов развития набухающих грунтов характерно незначительное количество атмосферных осадков, общий дефицит влажности воздуха, продолжительные засушливые периоды в летнее время. По условиям залегания набухающие грунты в отличие от лессовых пород могут занимать не только покровное положение, но и располагаться на значительной глубине от поверхности земли. Мощность набухающих грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Причины набухания
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 результате:
— техногенного замачивания (утечки из водонесущих коммуникаций, фильтрация воды из каналов);
— повышение уровня подземных вод
— сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов;
— изменение условий испарения влаги после застройки и асфальтирования территории.
Некоторые грунты, не обладающие способностью к набуханию при их замачивании природной водой, приобретают свойства набухать при увлажнении их растворами солей, представляющими собой технологические отходы химических, металлургических и других предприятий. Это явление часто называют «химическим набуханием».
Расчет деформаций
Поскольку набухающие грунты обладают особыми свойствами, для них кроме обычных физико-механических характеристик определяются специальные характеристики набухания и усадки. Наиболее часто в расчетах используют следующие показатели.
Относительное набухание — исследуется в компрессионных приборах по различным методикам. Часто используемый метод одной кривой заключается в том, что образец грунта природной влажности нагружается давлением р, после чего производят замачивание образца и измеряют абсолютную величину набухания.
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих давлениях р и вычисляют по формуле: εsw = (h’- h) / h,
где h —высота образца грунта природного состояния, обжатого давлением р; h’ —то же, после набухания образца.
По относительному набуханию εsw, определяемому для не обжатого образца, т. е. при р= 0, грунты классифицируются следующим образом: ненабухающие при εsw 0,12.
Ответственным этапом при проектировании фундаментов на набухающих грунтах является расчетный прогноз деформаций оснований. На основе этих расчетов определяют абсолютные значения подъема отдельных фундаментов и их относительные вертикальные смещения, которые не должны превышать предельных значений.
Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом послойного суммирования.

Для расчета необходимо построить эпюры природных напряжений σzg, дополнительных напряжений от фундаментаσzp и дополнительных давлений σz,ad.
При местном замачивании основания процесс набухания в увлажненной зоне встречает противодействие от веса незамоченного грунта за ее пределами, что учитывается введением в расчет дополнительных давлений σz, зависящих от размеров и формы зоны замачивания и вычисляемых по формуле
σz, ad = kg γ (d + z)
Формула для вычисления подъема основания имеет вид:
hsw =∑ εsw, hi ksw, i
где εsw, i — относительное набухание грунта i-го слоя, соответствующее суммарному напряжению σz, tot в слое; hi— толщина i-го слоя; ksw, i —коэффициент, принимаемый равным 0,8 при z, tot = 50 кПа и 0,6 при z, tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях z, tot — по интерполяции.
Если расчетные деформации набухания hsw превышают предельные значения su, применяют различные мероприятия, снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
Меры по снижению деформаций
Казалось бы, при строительстве на набухающих грунтах рациональней использовать свайный или глубокий фундаменты, но данные фундаменты не выгодно использовать при малоэтажном строительстве. В данном случае возможно использование ленточного или столбчатого фундамента, но тогда для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяют комплекс различных мер:
— водозащитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания;
-предварительное замачивание
— замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности;
— применение компенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания;
— полная или частичная прорезка набухающего грунта свайными фундаментами.
— конструктивные мероприятия
Водозащитные мероприятия. Для предупреждения проникания воды или химических растворов в грунтовое основание устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м, применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта, заключают водопроводные и канализационные трубы в специальные железобетонные лотки и т. п. При этом следует иметь в виду, что маловлажные набухающие грунты иногда рассечены большим количеством усадочных трещин, по которым вода может легко проникать в грунтовое основание.

Предварительное замачивание применяют при небольших толщах набухающих грунтов. Сущность этого метода состоит в том, что до начала строительства грунта основания увлажняется искусственным путем с тем, чтобы произошло разуплотнение грунта в пределах всей или части набухающей толщи. На подготовленном путём замачивания основании возводится сооружение. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта (например, в основании нагревательных печей и т. п.), что приведет к усадочным деформациям. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 89…276 мм, располагаемые в шахматном порядке через 2…5 м друг от друга. Глубину скважин принимают на 0,5 м меньше расчетной глубины замачивания. Скважины засыпаются песком, гравием или дробленым кислым шлаком. При замачивании ведется наблюдение за деформациями поверхности основания.
Грунтовые подушки применяют для замены всей или части толщи набухающих грунтов. При частичной замене толщину подушек назначают из условия, чтобы подъем фундамента в результате набухания оставшегося слоя набухающих грунтов находился в допустимых пределах. Материалом грунтовых подушек могут служить пылевато-глинистые ненабухающие грунты.
Компенсирующие подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема фундаментов при локальном замачивании. Их устраивают из любых, кроме пылеватых, песков на кровле или в пределах толщи набухающих грунтов преимущественно под ленточные фундаменты шириной до 1,5 м, давление по подошве которых составляет менее 0,1 МПа.

Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. В связи с тем, что ширина песчаной подушки превышает ширину фундамента, при набухании грунтов происходит выпирание песка между фундаментом и стенкой траншеи. Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.
Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. При набухании грунтов возникают силы набухания, направленные вверх и действующие по части боковой поверхности свай, расположенной в пределах толщи набухающих грунтов. Эти силы стремятся поднять сваи вверх. Для исключения подъема длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы указанные силы были меньше, чем сумма нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленной в ненабухающие грунты. Для увеличения сил сопротивления в заделанной части свай можно применять винтовые сваи или сваи с уширенной пятой.
К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости зданий путем разбивки их на отдельные отсеки. Крупнопанельные здания, наиболее чувствительные к неравномерным подъемам, следует разделять осадочными швами на отсеки длиной не более 30 м. Увеличение прочности достигается введением армированных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых в нескольких уровнях по высоте. При использовании набухающих грунтов в качестве естественных оснований необходимо проектировать фундаменты с наибольшим возможным давлением по подошве. Поэтому следует отдавать предпочтение ленточным и столбчатым фундаментам, устраивая фундаменты в виде плит и перекрестных лент только в тех сооружениях, где это обусловлено их конструктивной схемой.

Заключение
Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Профессор Сорочан приводит примеры, когда подъем некоторых конструкций при набухании грунтов основания достигал 580 мм. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.
Так что строительство на набухающих грунтах – это серьезная и актуальная проблема. Недооценка их набухания явилась причиной повреждения многих промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Одним из печально известных случаев – обрушение 5-этажного жилого дома в г. Караганда, Казахстан.
Многоквартирный жилой дом, возведенный за счет средств участников долевого строительства, был сдан в эксплуатацию в 2009 году.
1 апреля 2012г., в доме произошло обрушение строительных несущих конструкций, на стенах помещений образовались трещины, здание начало крениться. Из аварийного дома были переселены 138 человек.
6 апреля дом рухнул. По заключениям экспертных организаций основной причиной обрушения части существующего дома явилось отсутствие мероприятий по выполнению требований, исключающих проявление и предотвращение влияния набухающих свойств грунтов на устойчивость здания.

В результате, весь новый жилой комплекс «Бесоба» был снесен.

Несмотря на то, что процессы набухания существенно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, районы их распространения интенсивно осваиваются. Это объясняется дефицитом свободных территорий для строительства, темпы которого в последнее время показывают тенденции к росту.

Источник