2.5. Выветривание как инженерно-геологический процесс

Процесс выветривания – его агенты, протекание, результаты и зональность рассматриваются в разделе общей геологии.

Под выветриванием понимается воздействие на горные породы и минералы многих факторов внешней среды, именуемых агентами выветривания. К агентам выветривания относят солнечные лучи, перепады температур, воду и атмосферный воздух как химические материалы, микроорганизмы, животные и растительные организмы с продуктами их разложения и выделениями и многое другое.

Термин выветривание происходит от немецкого слова weather, что в переводе на русский означает погода. Сходство слов выветривание и ветер чисто случайное, соответственно различными являются процессы выветривания и геологическая деятельность ветра.

Выветриванию подвержены все горные породы и минералы, возникшие в условиях, отличных от современных внешних – магматические, метаморфические, морские, ледниковые осадочные и т.п. Реально процессы выветривания не протекают только на площадях, перекрытых достаточно мощным почвенно-дерновым слоем с хорошо развитой растительностью. Распространенные здесь породы состоят из минералов, являющихся конечными продуктами выветривания – главным образом из каолинита, монтмориллонита, кварца и лимонита.

Можно выделить две группы случаев влияния процесса выветривания на инженерно-геологические условия строительства.

1. Основание сооружения располагается на корах выветривания - то есть на древних продуктах выветривания, сформировавшихся в предыдущие геологические эпохи и периоды. Коры выветривания обычно бывают представлены щебнистыми глинами с высокой степенью изменчивости разреза, состава и свойств и являются сложным объектом для изысканий, а соответственно для проектирования и строительства.

2. В отдельных случаях изыскателям и строителям приходится иметь дело с современным выветриванием, протекающим буквально «на глазах» и способным ощутимо ухудшать начальные свойства породы. Такое развитие событий возможно либо в естественных обнажениях, быстро вскрытых эрозией, либо в искусственных выемках на склонах карьерах котлованах, тоннелях.

Быстрому интенсивному физическому выветриванию подвержены глины морского происхождения, мергели, мел, опоки, трепел, диатомит. Известны случаи, когда в породах быстро развивалась трещиноватость, проникавшая на глубину в десятки сантиметров, существенно увеличивалась пористость породы, и происходило осыпание обломков.

Процесс развивался в течение нескольких месяцев и даже недель. Отрицательные последствия данный вид выветривания может иметь в котлованах и других выработках, предназначенных для дальнейшего освоения. Основной рекомендацией в таком случае будет соблюдение темпов строительства нулевого цикла с тем, чтобы воспрепятствовать ухудшению свойств грунтов в результате выветривания.

Разуплотнение – процесс увеличения в объеме пород, вскрытых на дне котлована. Процесс был впервые замечен при строительстве и выражался в том, что дно крупных котлованов приподнималось спустя некоторое время после вскрытия. Глубина проходки, при которой отмечалось разуплотнение, обычно составляла более десяти метров.

В большинстве случаев при вскрытии котлованов до указанных глубин разуплотнение не происходило вовсе – изредка оно отмечалось только в некоторых видах глинистых грунтов и очень редко в скальных породах. В песчаных и крупнообломочных грунтах разуплотнение не отмечалось.

В глинистых грунтах разуплотнение протекает некоторым образом, похожим на набухание за счет миграции связанной воды в область контакта грунта и поверхности вскрытия (при этом никакого поступления воды в выемку нет). В зависимости от состава, мощности глинистой толщи и глубины вскрытия возможен подъем дна котлована до первых десятков сантиметров. В грунтах при этом происходит увеличение пористости сжимаемости, а также снижение прочности.

Первоначально считалось, что разуплотнения в скальных породах быть не может, однако в 1970-х годах появились сообщения об обратном. Котлован на строительстве одной из сибирских ГЭС, заложенный в магматических породах, простоял открытым в течение многих месяцев.

По прошествии этого времени, когда наступила очередь бетонных работ, было замечено появление трещиноватости в породах вблизи дна котлована, причем подъем дна котлована был совершенно незначительным. Данный случай был также оценен как разуплотнение. Возникшая трещиноватость вызвала такие опасения, что было принято решение снять дополнительно несколько десятков сантиметров скальной породы со дна котлована.

Рекомендация по преодолению отрицательных последствий разуплотнения грунтов – скорейшее освоение вскрытых котлованов и своевременное строительство элементов нулевого цикла и всего сооружения.