Изучение последствий ухудшения несущих свойств горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение последствий ухудшения несущих свойств горных пород

Белов Александр Алексеевич

кандидат географических наук, доцент, кафедра физической и социально-экономической географии, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева

Маскайкин Виктор Николаевич

кандидат географических наук, доцент, кафедра физической и социально-экономической географии, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева

Аннотация

В статье рассматриваются последствия ухудшения несущих свойств грунтов, способы устранения просадочных свойств горных пород. Предложены рекомендации по необходимым мероприятиям и сооружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.

Выпуск: №1 / 2016 (октябрь-декабрь)

УДК: 699.82

Страна: Россия несущий грунт горный

Библиографическое описание статьи для цитирования: Белов А.А. Изучение последствий ухудшения несущих свойств горных пород [Электронный ресурс] / Белов Александр Алексеевич, Маскайкин Виктор Николаевич // Научное обозрение: электрон. журн. - 2016. - № 1. - Режим доступа: https://srjournal.ru/2016/id7

Борьба с вредными последствиями ухудшения несущих свойств грунтов ведется с помощью активных, пассивных и защитно-профилактических мероприятий. Ухудшение несущих свойств грунтов оснований, вызывающее деформации строений, возникает при увеличении влажности грунтового массива, которое может происходить как за счет градиента температур, проникновения в грунт атмосферных осадков, инфильтрации воды, теряемой из подземных коммуникаций, поливов растительности, так и при подъеме уровня грунтовых вод.

Тяжелая трамбовка является одним из видов активного поверхностного уплотнения грунтов. Этот способ позволяет создать под фундаментами практически непросадочный слой толщиной до 1 м. Активные мероприятия предназначены для предупреждения деформаций зданий и сооружений. К ним относятся ликвидация просадочных свойств грунтов различными способами и прорезка глубокими фундаментами или сваями всей просадочной толщи или ее части [1]. Он применяется только на площадках с грунтовыми условиями I типа по просадочности и не служит надежным противопросадочным мероприятием.

Устранение просадочных свойств грунта достигается вытеснением его в стороны при строительстве скважин и заполнения их грунтовым материалом с послойным уплотнением. В России более широко используется метод устройства грунтовых подушек послойным уплотнением с помощью укатки. На участках I типа грунтовых условий при создании подушки в пределах всей сжимаемой толщи просадка грунта устраняется полностью. При грунтовых условиях II типа может возникнуть просадка грунта ниже сжимаемой толщи под влиянием собственного веса грунтового массива. Применяется в строительной практике, также силикатизация просадочных грунтов [2]. При нагнетании в грунт силикатных растворов ими заполняются поровые пространства, и упрочняется грунтовый массив благодаря цементирующей способности геля кремневой кислоты.

В нашей стране успешно применяется и термический способ ликвидации просадочных свойств лессовидных грунтов I и II типов до глубины 15 м. Этот способ рационален при возведении наиболее ответственных зданий и сооружений, не допускающих неравномерных осадков, а также при необходимости ликвидации их аварийного состояния.

Перспективно также для новых районов застройки предварительное замачивание грунтов II типа с глубины 5--9 м, используемое для устранения просадочных свойств нижних слоев лессовой толщи. Грунт уплотняется под влиянием собственного веса в условиях замачивания. Применение способа недопустимо вблизи строений, которые могут деформироваться от распространяющейся в стороны от очага замачивания зоны увлажнения. При нагрузках, превышающих собственный вес грунта, происходит дополнительное его уплотнение [3].

Практика строительства на лессовых просадочных грунтах позволяет сделать вывод, что для ответственных зданий целесообразно устранять просадочные свойства на всю мощность просадочной толщи или производить полную ее прорезку фундаментами. Для менее ответственных строений просадочность ликвидируют только частично, одновременно предохраняя от замачивания ту часть толщи, которая осталась просадочной. Устранение просадочных свойств всей толщи грунтового массива позволяет строить здания без дополнительных мероприятий. Этот метод наиболее надежен, но не всегда экономически целесообразен [4]. Если просадочные свойства устранены только в части толщи лессовых грунтов, то при I типе грунтовых условий здания строятся без дополнительных мероприятий, а при II типе последние, как правило, нужны.

В нашей стране, в последнее время большую популярность приобрели свайные фундаменты. Их применение, по сравнению со строительством обычных фундаментов, позволяет снизить трудоемкость процесса на 48, сократить объем земляных работ на 34 и расход бетона - на 72%. При строительстве сельскохозяйственных зданий использование таких фундаментов дает возможность в несколько раз уменьшить трудозатраты, на 90% сократить земляные работы, на 20--40% снизить стоимость работ нулевого цикла и более чем на 50% уменьшить расход материалов [5]. Применение свайных фундаментов во многих случаях дает возможность принять наиболее рациональное проектное решение.

С целью уточнения особенностей работы свай в лессовых просадочных грунтах в ряде районов страны проводились специальные полевые испытания [8]. Уже первые опыты показали, что при возведении строений на лессовых грунтах I типа просадочности в ряде случаев можно не прорезать всю просадочную толщу, а применять короткие (4--7-метровые), так называемые "висячие" сваи [6]. Технико-экономические сопоставления показывают, что уже при заложении обычных ленточных фундаментов на глубину 2--3 м целесообразнее и дешевле применять свайные фундаменты. Еще недавно нормативами требовалась прорезка всей присадочной толщи сваями с заглублением их в непросадочные грунты, что в известной мере сдерживало применение свайных фундаментов. Выбор вида активных мероприятий - компетенция не изыскателей, а проектировщиков и в каждом конкретном случае основывается на технико-экономическом анализе с учетом типа грунтовых условий, ожидаемой величины просадки и возможностей строительной организации. Тем не менее, на основании приведенных сведений можно сделать обобщающий вывод, что при I типе грунтовых условий наиболее целесообразными активными строительными мероприятиями являются поверхностное уплотнение с устройством грунтовых подушек или применение свайных фундаментов неглубокого заложения, при II типе - свайные фундаменты, полностью прорезающие просадочную толщу, или предварительное замачивание с использованием энергии взрыва [7]. Пассивные мероприятия не устраняют просадок грунтов, но уменьшают их воздействие на возводимые здания путем усиления существующих и применения специальных конструкций строений. 3ащитно-профилактические мероприятия играют большую роль в регулировании водного баланса застроенных территорий. Инженер-геолог должен иметь четкое представление об их особенностях и условиях применения.

Важными профилактическими мероприятиями по борьбе с деформациями строений являются водозащитные. Их вид и объем определяются грунтовыми условиями площадки, конструктивными особенностями зданий и сооружений, количеством потребляемой в процессе эксплуатации воды и технико-экономическим расчетом [8]. При выборе места расположения зданий нужно учитывать необходимость отвода поверхностных вод, попадающих на площадку. Если здание будет строиться на склоне, следует рекомендовать перехват поверхностного стока выше строительной площадки (дамбами обвалования или нагорными канавами). Планировка территории должна обеспечить быстрый сток атмосферных вод.

Вследствие замачивания лессовых грунтов под фундаментами через полосы зеленых насаждений могут возникать значительные деформации зданий. Поэтому полосу зеленых насаждений необходимо удалять от зданий не менее чем на 2,5 м. Эта цифра может указываться в рекомендациях, приводимых в отчетах по изысканиям. Деформации зданий наблюдаются также при глубоком залегании грунтовых вод в результате замачивания грунтов оснований фундаментов водами, которые теряются подземными коммуникациями [9]. Поэтому рекомендации по правильной укладке водонесущих сетей в отчетах по изысканиям должны быть особенно полны. Практика показывает, что в случае прокладки подземных водоводов минимальное расстояние в плане от наружной поверхности труб до границы фундаментов зданий и сооружений при наличии грунтовых условий I типа по просадочности нужно принимать не менее 5 м. [10]. Внутриквартальные инженерные коммуникации следует размещать в технических подпольях (проходных коридорах под зданиями), с оборудованием в них полов и лотков для стока аварийных вод в общие каналы и применением гидроизоляции повышенной надежности. Необходимо также предусматривать применение защитных устройств от обратного попадания сточных вод в каналы и технические подполья (обратных клапанов) и системы сигнализации появления аварийных вод [11].

Вопрос о накоплении влаги в грунтах оснований фундаментов до критических значений под влиянием экранирующего действия строений. Зачастую лессовое основание замачивается через неуплотненные пазухи между фундаментами и откосом котлованов или траншей. Влажность грунтов под зданиями можно понизить на несколько процентов и в большинстве случаев добиться ее значений, меньших критических устройством вентиляционных каналов в подвальных помещениях и под фундаментами. Если по прогнозу ожидается повышение влажности до критических величин, в рекомендациях проектировщикам нужно указывать необходимость создания вентиляционных устройств [12].

Качественное их выполнение водозащитных мероприятий, при наличии подземных водоводов не гарантирует грунтовые основания строений от замачивания в процессе многолетней эксплуатации. Эти мероприятия должны рассматриваться лишь как необходимый комплекс, позволяющий быстро и своевременно заметить аварийное состояние водонесущих коммуникаций, не допустить обильного замачивания лессового грунта, особенно на всю глубину просадочной толщи [13]. Известно, что величина просадки определяется не только просадочными свойствами грунтов и глубиной промачивания, но и размерами замачиваемой площади. Полная просадка от собственного веса грунта наступает при его промачивании на всю просадочную толщу в случае ширины источника питания, превышающей ее мощность. Если своевременно установить и ликвидировать источник замачивания, неравномерных осадок и деформаций строений можно избежать.

Наиболее эффективным в лессовых и других слабоводопроницаемых грунтах считается горизонтальный дренаж. Об этом свидетельствует тот факт, что на орошаемых землях, где строительство дренажа в стране выполняется на десятках миллионов гектаров, водопонижение непосредственно в лессовых грунтах, как правило, производится с помощью горизонтальных дрен. Для зданий и сооружений, не имеющих водонесущих коммуникаций и строящихся на участках, где исключается подъем уровня грунтовых вод, проведение минимального объема водозащитных мероприятий гарантирует грунты основания от замачивания [14]. Вертикальный дренаж в зоне орошения используется только в случае залегания в основании лессовой толщи достаточно хорошо водопроницаемого пласта, в результате чего понижается напор содержащейся в нем воды и, следовательно, - уровень гидравлически связанных с нею грунтовых вод, находящихся в лессовых грунтах [15].

В строительстве целесообразнее применять вертикальный дренаж. Основное преимущество вертикального дренажа - возможность бурения скважин практически в любом месте города или предприятия, где возникает в этом необходимость. Кроме того, если горизонтальный дренаж проще и дешевле прокладывать выше уровня грунтовых вод, то строительство вертикальных дрен не зависит от степени обводнения грунтов. Эксплуатация вертикального дренажа значительно осложняется, если требуется откачка дренируемой воды. Минимальная производительность выпускаемых в стране погружных скважинных насосов намного превышает притоки в скважины при откачках из глинистых грунтов. Опыт освоения вертикального дренажа на застроенных территориях позволяет считать, что принятые методы проектирования, строительства и эксплуатации дренажных устройств открывают возможности их совершенствования и повышения эффективности за счет: а) увеличения производительности, б) продления срока работы [16].

Для борьбы с подтоплением отдельных зданий в районах новостроек применяется пластовый дренаж, представляющий собой песчано-гравийную подушку, располагаемую под зданием или сооружением. Если сброс дренируемых вод в этом случае осуществляйся через поглощающую скважину, то такой вид дренажа нужно рассматривать как комбинированный. Применение пластовых дренажей под всеми строящимися зданиями, является эффективным мероприятием по борьбе с подтоплением территории. Пластовый дренаж в основании здания гакже уменьшает его деформации, которые могут возникнуть в случае подъема уровня грунтовых вод или за счет накопления влаги в зоне аэрации [17]. При близком залегании раздельного слоя иногда рационально использовать пристенные (прифундаментные) совершенные дренажи.

Таким образом, в отчетах об изысканиях рекомендации по применению того или иного типа дренажа даются в зависимости от наличия и характера застройки территории, ее геологического строения, степени обводнения лессовых грунтов, наличия в их основании поглощающего слоя и других факторов.

Список использованных источников

1. Белов А.А. Геологические аспекты взаимосвязи рельефа и подземных вод (на примере Республики Мордовия) : автореф. дис. … канд. геогр. наук. - Смоленск, 2003.

2. Белов А.А., Кирюшин А.В. Оценка типичных концентраций микроэлементов (на примере почв Мордовии) // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 2, № 11. - С. 169-170.

3. Белов А.А., Меркулов П.И. Анализ ресурсов артезианских вод Республики Мордовия // Наука и мир. - 2014. - Т. 2, № 11 (15). - С. 165-166.

4. Белов А.А., Маскайкин В.Н. Изучение плывунных процессов в горных породах (на примере Республики Мордовия // Сборник научных трудов SWorld. - 2014. - Т. 33, № 4. - С. 82-84.

5. Меркулова С. В., Меркулов П. И., Белов А. А., Мартынова В.В. Особенности формирования стока малых рек Мордовии // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 33, № 4. - С. 78-82.

6. Белов А.А., Аникин В.В., Долгачева Т.А. Влияние инженерной деятельности человека на изменение рельефа Мордовии. // Сборник научных трудов Sworld. - 2015. - Т. 26, № 1 (38). - С. 8-11.

7. Маскайкин В.Н., Белов А.А., Москалева С.А. Исследование неотектонических структур в междуречье Мокши и Сивини // Сборник научных трудов Sworld. - 2015. - Т. 26, № 1 (38). - С. 4-8.

8. Белов А.А. Влияние антропогенной деятельности человека на загрязнение подземных вод Республики Мордовия // Актуальные вопросы строительства. - Саранск, 2008. - С. 437-440.

9. Белов А.А., Сомова И.А., Рожкова Я.О. Гидрологические изыскания на подтапливаемых территориях (на примере Республики Мордовия) // Научные труды SWorld. - 2016. - Т. 7, № 2 (43). - С. 51-54.

10. Белов А.А. Мероприятия по защите городов и промышленных предприятий от подтоплений // Актуальные вопросы архитектуры и строительства. - Саранск, 2014. - С. 349-353.

11. Белов А.А. Характеристика глинистых пород Республики Мордовия // Природно-социально-производственные системы регионов компактного проживания финно-угорских народов. - Саранск, 2011. С. 22-26.

12. Белов А.А. Развитие опасных экзогенных процессов на территории Республики Мордовия // Вестник Мордовского университета. - 2015. - Т.25, № 2. - С. 132-138.

13. Белов А.А., Маскайкин В.Н. Оценка изменения физико-механических свойств грунтов при подтоплении (на примере Республики Мордовия) // Научные труды SWorld. - 2015. - Т. 20, № 2 (39). - С. 4-8.

14. Белов А.А. Загрязнение подземных вод и природной среды в результате инженерной деятельности человека // Актуальные вопросы архитектуры и строительства. - Саранск, 2014. - С. 342-345.

15. Белов А.А. Изучение рельефообразующих процессов на территории Республики Мордовия // Актуальные вопросы архитектуры и строительства. -Саранск, 2014. - С. 345-448.

16. Белов А.А. Изменение рельефа Мордовии под влиянием инженерной деятельности человека // Актуальные вопросы строительства. - Саранск, 2008. - С. 440-446.

17. Белов А.А. Влияние деятельности человека на гидрогеологические условия застроенных территорий // Актуальные вопросы архитектуры и строительства. - Саранск, 2015. - С. 273-275.

Размещено на Allbest.ru