Инженерно-геологические особенности четвертичных отложений и типизация грунтов города Ханой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инженерно-геологические особенности четвертичных отложений и типизация грунтов города Ханой

В статье рассмотрены инженерно-геологические особенности четвертичных отложений в разрезе подземного пространства города Ханой. Приведена классификация грунтов в зависимости от степени их сжимаемости и несущей способности для типового строительства. Выполнен анализ показателей физико-механических свойств четвертичных грунтов в инженерно-геологическом разрезе исторического центра Ханоя. Отмечается значительное влияние содержания органических остатков на физико-механические свойства грунтов территории Ханоя. Приведены закономерности распределения органики по глубине разреза, а также изменения некоторых показателей физических свойств грунтов города Ханой в зависимости от содержания органического вещества.

Одним из наиболее опасных инженерно-геологических процессов на территории Ханоя является оседание дневной поверхности при снижении напоров подземных вод, приуроченных к отложениям четвертичного возраста, и используемых для водоснабжения столицы [3, 4]. Особенно активно этот процесс развивается при наличии в инженерно-геологическом разрезе слабых глинистых грунтов.

В связи с этим, целью данной работы является разработка классификации грунтов наряду с раскрытием такого понятия как «слабые грунты», для которых характерны свои инженерно-геологические особенности.

В практике инженерной геологии, геотехнике и механике грунтов широко используется понятие - «слабый грунт». Известно, что во Вьетнаме для раскрытия указанного понятия действует несколько стандартов, регламентирующих классификацию слабых грунтов. Так, по мнению доцента Нгуен Хи Фыонг, к слабым грунтам относятся сильносжимаемые отложения, характеризующиеся низкой несущей способностью при использовании их в качестве основания сооружений типового строительства. В настоящее время, расчеты фундаментов выполняются по двум группам предельных состояний, а именно, по деформациям (второе предельное состояние) и несущей способности (первое предельное состояние) [2]. Если грунт, рассматриваемый в качестве основания для ответственных сооружений различного назначения, по физико-механическим показателям не соответствует требованиям вышеуказанных двух групп предельных состояний, то он относится к слабым грунтам. По мнению автора, в качестве основных показателей, которые позволят раскрыть определение «слабые грунты» и создать их классификацию, могут быть использованы модуль деформации (E₀) и расчетное сопротивление (R₀) грунтов. В связи с этим, к слабым грунтам будут относиться отложения, характеризующиеся следующими значениями указанных показателей: расчетное сопротивление R₀ менее 100 кПа, а модуль общей деформации грунта E₀ будет составлять менее 5 МПа. При рассмотрении слабых грунтов в качестве основания для средне- и высокоэтажных зданий использование фундаментов неглубокого заложения должно быть запрещено. Помимо этого, такие грунты не могут служить несущим слоем для свайных фундаментов, поскольку легко изменяют своё состояние и физико-механические свойства как под действием динамических нагрузок, так и при длительной контаминации подземной среды соединениями различной природы.

К слабым грунтам обычно относятся: сапропели, торф, заторфованные грунты, глинистые отложения (глины, суглинки, супеси) в текучем или текучепластичном состоянии с молекулярным типом структурных связей.

Слабые грунты характеризуются следующими показателями:

· малой степенью литификации;

· низкой прочностью структурных связей;

· содержанием органических остатков;

· высокой пористостью (n 50%) и коэффициентом пористости (е 1);

· низкой прочностью: величиной удельного сцепления c_u менее 15 кПа и углом внутреннего трения j меньше 10⁰_;

· высоким коэффициентом компрессионной сжимаемости m > 1 МПа^-1 и низким модулем деформации E₀ 5 МПа;

· низкими значениями коэффициента консолидации C_v, что предполагает длительные сроки протекания указанного процесса;

· наличием реологических свойств.

На основании выполненных инженерно-геологических исследований территории города Ханой в качестве первичной единицы рассмотрения разреза было предложено понятие «слой». В каждом слое количество образцов с одинаковым гранулометрическим составом должно достигать 80-90%; оставшиеся случаи включают в себя грунты, гранулометрический состав которых отличен от общей массы.

Самым важным отличием слоев грунта является степень их сжимаемости и несущая способность, для количественного описания которых используется модуль деформации E₀ и расчетное сопротивление грунтов R₀ (табл. 1).

В соответствии с данными таблицы 1 , четвертичные отложения на территории города Ханой могут быть разделены на инженерно-геологические свиты, пачки и слои грунта [2].

В разрезе четвертичные отложения на территории города Ханой разделены на 24 слоя. Для грунтов Ханоя разработана специальная классификация грунтов по предложенным показателям R₀ и E-₀ как основания для сооружений различного назначения (табл. 1).

Слои нумеруются 1, 2, 3, 4, 5 и т.д. и описываются различными параметрами: название, состав, строение, цвет, состояние, символ для оценки условий строительства сооружений на таких грунтах.

инженерный геологический исторический

Таблица 1. Классификация грунтов по степени сжимаемости и несущей способности для типового строительства

I. Техногенные отложения (tH)

Слой 1: Насыпные и намывные грунты - пески, суглинки и супеси с примесью отходов как органического, так и неорганического происхождения.

II. Верхняя пачка свиты Тхайбинь (aIV³tb₂)

Слой 2: Суглинок илоподобный дна озер и прудов с предельно малой степенью литификации - A₁.

Слой 3: Суглинок малой степени литификации, перемежающийся с супесями, коричневый, розовато-коричневый, мягкопластичный - B₁.

Слой 4: Мелко- и тонкозернистый водонасыщенный песок, местами с гравием, буровато-серый, рыхлого сложения - B₁.

III. Нижняя пачка свиты Тхайбинь (alb,aIV³tb₁)

Cлой 5: Глина, желтовато-серая, туго - и мягкопластичной консистенции - B₂.

Слой 6: Суглинок, желтовато-серый, коричневый, туго- и мягкопластичной консистенции - B₂.

Слой 7: Водонасыщенный суглинок с органическими остатками, серо-коричневый, текучепластичный - текучий - A₂.

Слой 8: Суглинок, переслаивающейся с супесями и песками, серо-коричневый, мягкопластичный - текучепластичный - B₁.

Слой 9: Мелко- и тонкозернистые водонасыщенные пески, зеленовато-серые, средней плотности - B₂.

Слой 10: Суглинок, переслаивающейся с супесями и песками местами, серо-коричневый, мягкопластичный - B₁.

IV. Верхняя пачка свиты Хайхынг (ambIV^1-2hh₃)

Слой 11: Водонасыщенный суглинок с органическими остатками, темно-серый, текучепластичный - текучий - A₂.

V. Средняя пачка свиты Хайхынг (mIV^1-2hh₂)

Слой 12: Глина, зеленовато-серая, тугопластичная - мягкопластичная -B₁.

VI. Нижняя пачка свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁)

Слой 13: Суглинок илоподобный предельно малой степени литификации с органическими остатками, темно-серый - A₁.

VII. Верхняя пачка свиты Виньфук (a,amIII²vp₃)

Слой 14: Глина, светло-серая, желтовато-серая, тугопластичная - B₂.

Слой 15: Суглинок, коричневый, желтый, красный, полутвердый - тугопластичный - C.

VIII. Средняя пачка свиты Виньфук (albIII²vp₂)

Слой 16: Суглинок с органическими остатками, темно-серый, текучепластичный - текучий - A₂.

IX. Нижняя пачка свиты Виньфук (aIII²vp₁)

Слой 17: Супесь (суглинок), переслаивающаяся с суглинками или песками, желтовато-серая, пластичная - B₂.

Слой 18: Мелко- и тонкозернистые водонасыщенные пески, коричневые, желтовато-коричневые, средней плотности - плотные - C.

Слой 19: Средне- и крупнозернистые водонасыщенные пески, местами с гравием и галькой, желтовато-серые, светло-серые, плотные и очень плотные ? D.

X. Свита Ханой (a,apII-III¹hn)

Cлой 20: Cуглинок с включением органических остатков, серо-коричневый, мягкопластичный - B₁.

Слой 21: Супесь с включениями гравия, серая, пластичная - B₂.

Слой 22: Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, местами крупнозернистые пески, серые, желтовато-серые, очень плотные - E.

XI. Свита Лечи (aIlc)

Cлой 23: Супесь, местами с гравием, серая, коричная, пластичная -C.

Слой 24: Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, мелко- и крупнозернистые с суглинками, коричневато-серые, желтовато-серые, плотные - E.

инженерный геологический исторический

Таблица 2. Обобщенные показатели физико-механических свойств четвертичных отложений на территории г. Ханоя [2]

Примечание: W ? естественная влажность (%); с ? плотность грунта (г/см³); с_s ? плотность частиц грунта (г/см³); e ? коэффициент пористости; S_r ? степень влажности; I_p ? число пластичности (%); I_L ? показатель текучести; j ? угол внутреннего трения (град.); c ? удельное сцепление (кПа); М_(0,1-0,2) ? коэффициент сжимаемости (МПа^-1); E_0(0,1-0,2) ? модуль деформации (МПа); R₀ ? расчетное сопротивление грунта (кПа);Cv_(0,1-0,2) ? коэффициент консолидации (10^-3см²/сек); OВ ? содержание органических веществ (%).

В пределах исторического центра города Ханой (районы: Хайбачынг, Донгда, Бадинь, Хоанкьем, Тханьсуан, Тайхо, Хоангмай и Лонгбьен) в разрезе выделены четыре слоя слабых грунтов свит Тхайбинь и Хайхынг (слои 2, 7, 11, 13). Основные показатели физико-механических свойств этих слоев приведены в таблицах 3-6.

Таблица 3. Обобщенные показатели физико-механических свойств 2-ого слоя

инженерный геологический исторический

Примечание: Xn - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Таблица 4. Обобщенные показатели физико-механических свойств 7-ого слоя

* Примечание: X_n - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Таблица 5. Обобщенные показатели физико-механических свойств 11-ого слоя

Примечание: Xn - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Таблица 6. Обобщенные показатели физико-механических свойств 13-ого слоя

Примечание: X_n - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Исходя из анализа таблиц 3-6, в которых приведены показатели физико-механических свойств четырех слоев слабых грунтов свит Тхайбинь и Хайхынг, можно провести оценку инженерно-геологических особенностей этих свит:

- присутствие органического вещества с различной степенью разложения (в некоторых зонах органическое вещество характеризуется полным разложением, в других - присутствуют остатки древесины и растительности) в свитах Тхайбинь и Хайхынг создает пространственную неоднородность и анизотропию строения, состояния и свойств грунтов этих свит;

- состав и показатели физико-механических свойств этих слоев зависят от содержания органических веществ, которое уменьшается с глубиной (рис. 1) и соответственно снижаются влажность и показатели консистенции, а плотность частиц грунта с глубиной возрастает (рис. 1-3) [1].

Рис.1. Изменение содержания органики по глубине в толще слабых водонасыщенных грунтов свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁)

Рис.2. Изменение плотности (с), показателя консистенции (I_L) и влажности (W) слабых водонасыщенных грунтов свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) по глубине

Рис.3. Изменение влажности и коэффициента пористости от содержания органического вещества в слабых водонасыщенных глинистых грунтах свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) в городе Ханой: а) зависимость между влажностью и содержанием органики; б) зависимость между коэффициентом пористости и содержанием органики

Выводы

инженерный геологический исторический

1. В верхней части разреза исторического центра города Ханой залегают слои слабых пылевато-глинистых грунтов. Толщи слабых грунтов Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) и Тхайбинь (аlbIV³tb_1,2) имеют большую мощность (до 30 м) и повсеместное распространение, что определяет высокую степень сложности инженерно-геологических условий указанной территории.

2. Параметры физико-механических свойств этих свит в 1,2 - 2,3 раза превышают значения, регламентируемые Вьетнамским государственным строительным стандартом для оснований и фундаментов (TCXD 245-2000): угол внутреннего трения ц = 5-8^о; коэффициент пористости е = 1,1 - 1,5 д.е.; удельное сцепление с = 7 - 12 кПа; расчетное сопротивление грунта R₀ = 49 - 68,7 кПа [5].

3. Наличие органического вещества с различной степенью разложения в свитах Тхайбинь (a,albIV³tb_1,2) и Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) определяет пространственную неоднородность, анизотропию строения, состояния и физико-механических свойств грунтов этих свит, а также вызывает развитие негативных процессов и явлений.

4. Водонасыщенные песчано-глинистые грунты малой степени литификации, приуроченные к свитам Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) и Тхайбинь (a,albIV³tb_1,2), должны рассматриваться как среда, характеризующаяся развитием больших и неравномерных деформаций зданий и сооружений.

Список литературы

1. Нгуен Дык Мань, Дашко Р.Э. Некоторые проблемы освоения и использования подземного пространства в сложных инженерно-геологических условиях города Ханой// Инженерная геология. - 2010. - № 3. - С. 56-61.

2. Фи ХонгТхинь Слабые грунты на территории города Ханой / Фи ХонгТхинь, Строкова Л.А.// Инженерная геология. -2014. -№ 1. - С. 30-36.

3. Фи ХонгТхинь Опасные геологические процессы на территории Ханоя / Фи ХонгТхинь, Строкова Л.А.// Вестник Томского государственного университета. - 2011. - №309. - С. 200 - 204.

4. Фи ХонгТхинь. Оценка и прогноз оседания земной поверхности в результате извлечения подземных вод на территории г. Ханой (Вьетнам). Автореф. дисс. канд. геол.-минер. наук. Томск, 2014. - 20 с.

5. Вьетнамский государственный строительный стандарт для оснований и фундаментов. TCXD 245 - 2000.

Размещено на Allbest.ru