4. Геологические процессы, возникающие в результате промерзания-оттаивания водонасыщенных песчано-глинистых пород.

При строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских сооружений наиболее часто приходиться сталкиваться с пучением и грунтовыми наледями.

Пучение грунтов – увеличение их объема при промерзании. Причиной их возникновения является увеличение льдистости пород в результате миграции воды к фронту промерзания. Образующиеся при этом бугры пучения вызывают деформации сооружений.

Наиболее активно этот процесс проявляется в водонасыщенных пылеватых супесях и суглинках, в меньшей степени в глинах, пылеватых и мелкозернистых песках. Крупнозернистые пески и гравийно-галечники не пучиняться.

Зимнее пучение может полностью компенсироваться летней осадкой, связанной с оттаиванием грунта. Но пучение грунтов может из года в год накапливаться, достигая значительных величин. В результате такие легкие сооружения как столбы линий связи, летние домики, столбы оград и т.д. иногда совершенно выталкиваются из грунта и падают.

Явления пучения возможны как в районах многолетней мерзлоты, так и за ее пределами в области сезонного промерзания. Для борьбы с этим процессом используются следующие мероприятия:

- замена пучинистого грунта непучинистым путем применения противопучинистых засыпок в пазухах котлованов возле фундаментов из непучинистого грунта (гравий, галька).

- утепление грунтов возле фундаментов путем устройства теплоизолирующих отмосток или искусственного обогрева;

- увеличение нагрузки на фундаменты и удельного давления на боковую поверхность;

- утяжеление заанкеренных фундаментов (расширение фундаментной подушки);

- увеличение жесткости конструкций сооружений, снижающее опасность неравномерных деформаций.

Наледи – это процесс образования ледяных бугров на поверхности земли (реки) в результате самоизлива воды с последующим ее замерзанием. Наледи возникают в том случае, если глубина промерзания пород окажется больше, чем глубина залегания зеркала подземных вод. В этом случае уменьшается живое сечение потока и, следовательно, возникает напор. Если величина напора окажеться больше прочности мерзлых пород, произойдет самоизлив воды на поверхность и образуется наледь. Чаще всего наледи возникают в местах изменения мощности мерзлого слоя (увеличения или уменьшения), т.е. по контуру различных инженерных сооружений, которые испытывают при этом весьма существенные деформации. Для борьбы с наледями прибегают к понижению уровня подземных вод или даже осушению промерзающей толщи, а также устраивают в непосредственной близости от защищаемого сооружения мерзлотные пояса, с помощью которых искусственно вызывается образование в них наледи и тем самым в водоносном горизонте снижается избыточное давление.

Вопрос 5. Дайте инженерно-геологическую оценку рассматриваемого участка, размещения сооружений, тип которых определяется специальностью студента (ЖД трасса, мостовой переход и т.д.), выделите площадки, различающиеся по степени их пригодности для застройки.

Для рассмотрения этого вопроса следует проанализировать все приведенные выше природные факторы применительно к проектируемому инженерному сооружению.

На основании ответа на вопрос 1 следует оценить все выделенные на участке элементы рельефа с точки зрения их пригодности для размещения сооружения с учетом динамики развития во времени этих элементов.

На основании ответа на вопрос 2 следует охарактеризовать геологическое строение участка, обратив особое внимание на чередование пластов с различными физико-механическими свойствами, учесть формы их залегания, закономерности изменения в пространстве свойств пород разного генезиса.

Выдержанные формы залегания пород выравнивают механические свойства грунтового массива в целом. Линзообразные тела могут явиться причиной возникновения крайне неравномерного распределения напряжения в массиве.

Дислоцированные породы, как правило, обладают меньшей прочностью и более высокой трещеноватостью по сравнению с теми же литологическими разностями, но имеющими первичную форму залегания. Кроме того, существенное влияние оказывает и форма дислокации. В частности, в антиклиналях пласты образуют природный свод и поэтому обладают максимальной устойчивостью. Горное давление здесь имеет минимальное значение. На крыльях синклиналий породы несут следы внутрипластового и межпластового скольжения. По этим направлениям сопротивление их сдвигу ослаблено, поэтому скальные породы на крыльях складок, будучи подрезаны, весьма неустойчивы, а горное давление в них ассиметрично.

Строительная оценка пород должна даваться применительно к проектируемому типу сооружения. Например, если разговор идет о размещении железнодорожной насыпи, наибольший интерес представляют пусть даже относительно слабые, но приповерхностные обычно четвертичные отложения: пески, глины и т.п. В случае проектирования крупного мостового перехода с фундаментами опор глубокого заложения, или подземных сооружений объектом исследования должны быть коренные скальные породы.

Важнейшим элементом при инженерно-геологической оценке местности являются гидрогеологические условия. Используя материалы ответа на вопрос 3, следует показать влияние подземных вод на проектируемые сооружения (при выборе технологии производства земляных работ, конструкции сооружения и т.д.).

Анализируя проявления на рассматриваемом участке геологических процессов, не следует повторять содержание ответа на вопрос 4. Здесь нужно указать и обосновать, как и в чем геологические процессы могут влиять на ход строительства и эксплуатации проектируемого сооружения.

В заключение необходимо дать общую геологическую оценку всего рассматриваемого участка и выделить наиболее и наименее благоприятные участки для размещения проектируемых сооружений. Причем для каждой площадки следует указать как достоинства, так и недостатки. Например, к достоинствам водораздела следует отнести горизонтальный рельеф, так как при размещении на нем большинства сооружений можно ограничиться минимальным объемом земляных работ. Кроме того, горизонтальное залегание пластов способствует равномерному распределению нагрузки. Недостатком же является затрудненность дренажа подземных и поверхностных вод. Большую роль на этой площадке играет микрорельеф – даже на небольших понижениях нередко наблюдается заболачивание и даже оглеение пород. При проходке строительных котлованов возможно оплывание его откосов и серьезные деформации сооружений, расположенных по его периметру.

В конце раздела следует оценить влияние проектируемых сооружений на окружающую среду. Например, ввод в эксплуатацию промышленных объектов нередко сопровождается сбросом промстоков кислого состава, загрязняющих водоносные горизонты и активирующих развитие в известняках (доломитах, гипсе и др.) карста.

Отсыпка железнодорожной насыпи нередко затрудняет поверхностный сток ливневых и талых вод и активизирует их инфильтрацию. Следствием является повышение зеркала грунтовых вод.

При выполнении контрольной работы студентами специальности ВиВ, основной упор следует делать на вопросе №3 «Гидрогеологические условия площадки». Требуется подробно осветить влияние подземных вод на строительную оценку рассматриваемой площадки, оценить химический и биологический состав всех горизонтов как источника для питьевого водоснабжения.

Приложение