Особенности инженерно-геологических исследований и строительства сооружений в специфических условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности инженерно-геологических исследований и строительства сооружений в специфических условиях

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТАХ

проектирование строительство специфический

К дисперсным засоленным относятся грунты, содержащие более 0,3% от массы сухой породы водорастворимых солей. В литологическом отношении это могут быть пески, супеси, суглинки, глины и 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 рельеф местности;

- подтопление территорий грунтовыми водами, вызванное неправильной эксплуатацией 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, 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): 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, что приводит к растворению солей, рассолению грунтов оснований, т. е. к выщелачиванию солей. При растворении солей изменяются их физико-механические свойства: прочностные и деформационные показатели, пластичность, пористость, гранулометрический состав. Вначале вымываются легкорастворимые соли, затем 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

Засоленные грунты характеризуются относительным суффозионным сжатием _st, определяемым, как правило, полевыми испытаниями статической нагрузкой с длительным замачиванием, а для детального изучения отдельных участков строительной площадки - дополнительно лабораторными методами (компрессионно-фильтрационными испытаниями).

При наличии изысканий и опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях относительное суффозионное сжатие допускается определять только лабораторными методами.

Расчетное значение _sf допускается принимать равным нормативному значению, полагая коэффициент надежности по грунту _g=1 .

Деформации основания необходимо определять с учетом осадки от внешней нагрузки, просадки, набухания или усадки и суффозионной осадки.

При отсутствии возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей деформации основания определяются как для незасоленных грунтов исходя деформационных характеристик грунтов при водонасыщении.

Расчетное сопротивление R основания, сложенного засоленными грунтами, при возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей вычисляется с использованием расчетных значений прочностных характеристик ( _II и с_II), полученных для грунтов в водонасыщенном состоянии после выщелачивания солей.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей расчетное сопротивление основания следует определять с использованием прочностных характеристик, полученных для засоленных грунтов в водонасыщенном состоянии.

Основания, сложенные засоленными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенностей, обусловливающих:

- образование при длительной фильтрации воды и выщелачивании солей суффозионной осадки s_sf;

- изменение в процессе выщелачивания солей физико-механических свойств грунта, сопровождающееся, как правило, снижением его прочностных характеристик;

- набухание или просадку грунтов при замачивании;

- повышенную агрессивность подземных вод к материалам подземных конструкций за счет растворения солей, содержащихся в грунте.

При расчетных деформациях основания, сложенного засоленными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться водозащитные мероприятия:

- конструктивные мероприятия;

- частичная или полная срезка засоленных грунтов с устройством подушки из пылеватоглинистых грунтов;

- прорезка толщи засоленных грунтов глубокими фундаментами;

- водозащита оснований от проникновения 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 приема зависит от геологического строения и гидрогеологических условий строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкций объекта и технических возможностей строительной организации.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ИЛАХ

К специфическим условиям относят строительство на илах, торфах, засоленных и насыпных грунтах.

Ил -- водонасыщенный современный (или древний) осадок дна водоемов в виде песчано-пылевато-глинистых масс с органическим перегноем (гумусом). Окраска черная, масса рыхлая, количество воды превышает содержание минеральной части (за исключением древнего ила). Ил следует считать начальной стадией формирования глинистой осадочной породы. Мощность слоев илов колеблется от сантиметров до нескольких метров. Модуль деформации Е 0,1 - 2 МПа. Коэффициент пористости для илов супесчаного состава 0,8--1,2; суглинистого 0,9--1,6 и глинистого 1,2--2. Илы практически не держат нагрузки, под нагрузкой легко выдавливаются, при динамическом воздействии переходят в разжиженное состояние. Небольшую нагрузку выдерживают лишь древние илы, особенно если они перекрыты какой-либо толщей глинистых отложений.

Основания, сложенные водонасыщенными биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями) и илами или включающие эти грунты, должны проектироваться с учетом их большей сжимаемости, медленного развития осадок во времени и возможности в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенной изменчивости и анизотропии просадочных, деформационных и фильтрационных характеристик и изменения их в процессе консолидации основания, а также значительной тиксотропии илов.

Следует учитывать, что подземные воды в биогенных грунтах и илах сильно агрессивны к материалам подземных конструкций.

Деформационные, просадочные и фильтрационные характеристики илов должны определяться при давлении или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения.

Характеристики биогенных грунтов и илов должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Расчет оснований, сложенных биогенными грунтами и илами, должен производиться с учетом скорости передачи нагрузки на основание, изменения эффективных напряжений в грунте в процессе консолидации основания, анизотропии свойств грунтов. При этом допускается использовать методы теории линейной консолидации грунтов.

Анизотропию свойств биогенных грунтов и илов допускается не учитывать, если значения характеристик для вертикального и горизонтального направлений отличаются не более чем на 40 %.

Опирание фундаментов непосредственно на поверхность сильнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается.

Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации E < 5 МПа (50 кгс/см²) толщиной более ширины фундамента, осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.

При использовании илов в качестве оснований необходимо различать условия их залегания: ил залегает на дне водоема и подстилается глиной и песком или слой ила залегает между слоями глин и песков.

При расчетных деформациях основания, сложенного биогенными грунтами и илами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания, должны предусматриваться мероприятия:

- полная или частичная прорезка слоев илов глубокими фундаментами;

- полная или частичная замена ила песком, гравием, щебнем и т.д.;

- уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площадки строительства насыпным (намывным) грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или дрен при необходимости ускорения процесса консолидации основания; слой песка хорошо воспринимает нагрузки от объектов и обеспечивает свободный выход воды, заключенный между пылевато-глинистыми грунтами);

- предварительно уплотнять за счет оттока воды через дренажные скважины; это одновременно сокращает сроки уплотнения грунтов.

- закрепления илов буросмесительным способом.

При проектирование пригрузки должны быть установлены толщина, размеры в плане пригрузочного слоя и время, необходимые для достижения заданной степени консолидации основания, а также конечная осадка основания под пригрузкой.

Размещено на Allbest.ru