Особенности строительства на лессовых грунтах

В условиях природной влажности лессовые грунты являются являются надежным основанием, однако возможность их просадки обуславливает необходимость борьбы с этим процессом.

Основные мероприятия по защите сооружений можно разделить на 4 группы:

1. Борьба с поверхностными водами путем планировок, устройства отмосток, ликвидации утечек из канализации и т.д.

2. Борьба с подземными водами устройством различных систем дренажей.

3. Устранение просадочных свойств грунтов путем трамбования, вибрации, замачивания (предварительно или после аварии), силикатизация, обжиг, пропитка цементным раствором и т.д.

4. Конструктивное усиление зданий, чтобы приспособить их к неравномерным просадкам.

Набухание грунтов

Набуханием называется процесс увеличения глинистых грунтов в объеме при замачивании. Обратным процессом является усадка грунта – уменьшение объема при уменьшении влажности (особенность глинистых минералов).

Оба этих процесса приводят к деформациям различных сооружений.

При замачивании набухающих грунтов возникает давление, которое воздействует на фундамент и ведет к деформациям сооружений.

Усадка грунтов происходит по сооружениями с горячим технологическим режимом: печей, дымовых труб и т.д.

Основные характеристики этих процессов:

1. Давление набухания – давление, которое возникает при замачивании образца без возможности бокового расширения

2. Относительное набухание

Строительство на набухающих грунтах

Для предотвращения вредного воздействия набухающих грунтов применяются:

1. Устранение набухающих свойств грунтов путем замачивания. Долго, дорого, снижает свойства.

2. Применение компенсирующих песчаных подушек.

3. Замена слоя набухающих грунтов ненабухающим грунтом.

4. Прорезка набухающих грунтов сваями

Оседания поверхности земли, вызванные откачками воды, нефти и газа, а также подземными горными выработками.

При откачках воды, нефти и газа падение давления в пластах вызывает оседание поверхности земли. Величина оседания может достигать 10 м, а площадь достигает 1000 км² (США)

Этот процесс приводит к смещению поверхности земли ниже уровня моря, заболачиванию, подтоплению, деформациям зданий и сооружений, землетрясениям.

Для борьбы с этими процессами ограничивают объем откачиваемой воды, осуществляют обратную закачку морских вод. Кроме того, применяют искусственный подъем поверхности земли намывом или подсыпкой.

Деформации поверхности над подрабатываемыми территориями

При подземном строительстве и разработке полезных ископаемых над горными выработками могут возникать оседания земной поверхности, провалы поверхности земли.

Величина прогиба измеряется метрами, ширина – километрами.

При строительстве над подработанными территориями, в том числе при строительстве метро, следует учитывать возможность подобных явлений.

ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ДВИЖЕНИЕМ ГРУНТОВ НА СКЛОНАХ

1. Обвалы и осыпи

2. Оползни

Ананьев, стр. 175-182

Маслов, стр. 180-196

Обвалами называются обрушения крупных масс грунтов с крутых склонов, которые сопровождаются опрокидыванием массива и его дроблением.

Факторы, влияющие на образование обвалов:

1. Высота и крутизна склона

2. Трещиноватость грунтов (результат выветривания)

3. Сейсмические толчки.

Со строительной точки зрения обвалы представляют опасность для населенных пунктов в горных районах, для различных сооружений – на дорогах, в котлованах и т.д.

Иногда они запруживают горные реки, с образованием озер и иногда затоплением населенных пунктов. Озеро Рица.

Меры борьбы с обвалами заключаются в цементации трещин, закреплении отдельных частей массива, устройство подпорных стенок. Надзор за состоянием горных склонов, уполаживание откосов, устройство противообвальных сооружений, подпорные стенки, сооружаемые вдоль дорог.

Осыпи – это скопления рыхлого материала, в основном щебня, который образуется у подножия склона в процессе осыпания грунта при выветривании. При нарушении их устойчивости они приходят в движение, засыпают дороги, строительные котлованы и в целом осложняют нормальную эксплуатацию сооружений. Движение осыпи происходит без участия воды, но во время ливней, а также осыпи начаться могут в результате землетрясения.

Борьба с ними зависит от защищаемого объекта, а также от размеров осыпи. Расчистка крупных осыпей приводит к постоянному ее пополнению сверху, поэтому не всегда целесообразна. Чаще всего закрепляют временными или постоянными подпорными стенками. Иногда крупную осыпь выгоднее обойти туннелем.

ОПОЛЗНИ

Оползнями называется смещение грунтов по склону под действием силы тяжести и при участии поверхностных и подземных вод.

Они широко распространены на склонах долин рек, берегов морей. Кроме того, они часто возникают в откосах котлованов, траншей, других искусственных выемок.

Оползни имеют громадное значение для строительства, т.к. часто являются причиной разрушения зданий, сооружений, железных и автомобильных дорог и т.д.

При изучении оползней различают следующие элементы оползневого склона:

1. Поверхность скольжения, по которой происходит отрыв и скольжение оползня.

2. Подошва оползня – линия пересечения поверхности смещения со склоном (базис оползня).

3. Бровка срыва – участок, где произошел отрыв оползня.

4. Оползневое тело – весь массив оползня.

5. Оползневые террасы – которые образуются при ступенчатом движении оползня.

Признаки оползней

1. Оползневые трещины в оползневом массиве.

2. Оползневой цирк – выемка на склоне, которая образуется в результате отрыва (амфитеатр).

3. Плоскость срыва.

4. Оползневые уступы

5. Заболоченность, из-за того, что при оползании нарушаются водоносные горизонты и образуются новые участки разгрузки подземных вод.

6. Пьяный лес

7. Взбугренность тела оползня.

8. Нарушение условий залегания грунтов.

9. Деформации сооружений.

Факторы, влияющие на образование оползней

1. Высота и крутизна склона – чем выше и круче склон, тем более вероятно образование оползня.

2. Геологическое строение склона, особенно наклон слоев в сторону базиса.

3. Состав и свойства грунтов. Обычно оползни связаны с глинами. Кроме того, чем меньше прочность грунтов, тем более вероятен оползень.

4. Гидрогеологические условия, влияние которых сказывается в уменьшении прочности грунтов, и создание гидродинамического давления на склон.

5. Эрозионная деятельность рек.

6. Инженерная деятельность человека

Причины образования оползней

бывают естественные и искусственные, которые можно разделить на 3 группы, определяющих характер и размеры мероприятий по борьбе с оползнями

а) колебание базиса эрозии, например, падение уровня воды в реке

б) размыв берегов рекой или волнами моря

в) подрезка склона искусственными выемками.

2-я группа приводит к изменению строения и физ.-мех. свойств слагающих склон грунтов

а) выветривание грунтов склона

б) увлажнение грунтов

в) частичное или полное разрушение отдельных блоков пород.

г) выщелачивание солей

д) вынос частиц суффозией

3-я группа причин — вызывающие дополнительное давление на склон

а) искусственное нагружение склона при строительстве

б) динамические нагрузки на склон

в) сейсмические удары при землетрясениях

В целом образование оползней происходит из-за комплекса причин.

Расчет устойчивости склонов

Для определения возможности образования оползней на склонах, в бортах котлованов и т.д. выполняют расчет устойчивости склонов

Меры борьбы с оползнями

Сложный комплекс мероприятий по борьбе с оползнями подразделяется на пассивные и активные меры.

Пассивные меры – это предупредительные меры. К ним относятся:

1. Запрещение подрезки склонов

2. Запрещение подсыпок и строительства в оползневой зоне

3. Запрещение производства взрывных работ

4. Ограничение скорости движения поездов вблизи оползневой зоны

5. Запрещение сброса на склон поверхностных вод

6. Запрещение уничтожения растительности на склоне.

Активные меры заключаются в инженерных способах борьбы. Они подразделяются на четыре группы.

1. Борьба с процессами, вызывающими оползание, т.е. с разрушающей работой морских волн и речной эрозией, замачиванием склонов поверхностными и подземными водами.

Для этого применяют берегоукрепительные работы, перехват поверхностных вод и подземных вод дренажными системами. Для повышения устойчивости склонов осуществляют их планировку.

2. Вторая группа активных мер направлена на удержание оползающих оползневых масс.

К ним относятся сваи, которые прорезают оползневое тело и входят в устойчивую часть склона. Чтобы не нарушить устойчивость склона при забивке, сваи погружают через пробуренные скважины. Сваи располагают в шахматном порядке.

3. Третья группа методов направлена на увеличение прочности грунтов на склоне. К ним относятся замораживание, силикатизация, цементация, др. методы. Эти методы применяются сравнительно редко.

4. Четвертая группа методов – это съем оползневых масс до устойчивых грунтов, иногда это наиболее эффективно. Метод довольно дорогой и трудоемкий. Применяется обычно для небольших оползней.

ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

1. Тектонические движения земной коры.

2. Тектонические нарушения

3. Землетрясения

Ананьев, стр. 21-38

Маслов, стр. 39-65, 217-235

Эндогенные геологические процессы, обусловленные силами внутренней динамики Земли, изучаются в разделе геологии, который называется тектоникой.

Тектонические (колебательные) движения земной коры

Поверхность земли находится в постоянном движении. Одни участки суши испытывают подъем, другие – опускание. Например, подъем суши в районе Баку составил за последние столетия 16 м, а в районе Севастополя древнегреческий город Херсонес опустился ниже уровня моря. Значительная часть Голландии также находится ниже уровня моря.

Большие области погружения находятся на территории Западной Сибири и Прикаспийской низменности.

Помимо региональных, т.е. площадных движений, существенную роль имеют локальные движения на отдельных небольших тектонических структурах. Например, на территории Прикаспийской низменности существенную роль играют соляные купола, которых здесь около 2000.

Соляные купола – это особые структуры, образованные выдавленной с больших глубин каменной солью. Толщина слоя соли на куполах может достигать 10 км. На таких куполах, как Эльтон, Баскунчак, Челкар и др. соль достигла поверхности земли. Скорость роста куполов может достигать более 1 см в год, а соседние участки земли одновременно испытывают погружение. Поэтому при строительстве в районе соляных структур нельзя размещать сооружения на участках, где движения имеют различный знак.

Тектонические (складчатые) нарушения

Осадочные горные породы при их образовании залегают горизонтально, а в результате тектонических движений эти условия залегания нарушаются, образуются тектонические нарушения.

Они подразделяются на складчатые нарушения и разрывные нарушения.

Складчатые нарушения имеют следующие основные формы: моноклиналь, синклиналь, антиклиналь, флексура.

Моноклиналь – это наиболее простая структура, при которой слои имеют наклон в одну сторону.

Антиклиналь – волнообразная складка, обращенная вершиной вверх.

Синклиналь – волнообразная складка, обращенная вершиной вниз.

Флексура – коленоподобная складка.