ВОПРОС 32. Набухающие грунты. Рыхлые пески. Илы и чувствительные глины. Плывуны. Торфы. Техногенные отложения. Методы строительства на них
Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие группы встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах).
Характерной особенностью набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании.
Набухающие глинистые грунты характеризуются следующими параметрами:
давлением набухания Psω;
влажностью набухания ωsω;
относительным набуханием при заданном давлении εsω;
относительной усадкой при высыхании εsh.
Эти характеристики определяются в лабораторных условиях согласно ГОСТ 24143-80.
Давлением набухания Psω грунта называют то минимальное давление, при котором грунт не набухает.
Давление набухания развивается в глинистом грунте как реакция внешней нагрузке, передаваемой на грунт от сооружения или выщелачивающей толщи грунта. Это давление может достичь 0,8 МПа и возникает в основании гидротехнических сооружений после пуска в них воды, что приводит к деформациям этих сооружений, вследствие неравномерного поднятия фундамента на разных участках.
За влажность набухания ωsω принимается влажность, полученная после завершения набухания образца, обжатого без возможности бокового расширения заданным давлением Р. С увеличением плотности грунта влажность набухания уменьшается.
Набухаемость грунтов оценивают коэффициентом относительного набухания εsω, который находят испытанием грунта в одометре, и нагружают давлением, которое ожидается на данной глубине с учетом давления от возводимого сооружения. Затем в одометр подают воду. В результате чего происходит набухание образца грунта, т.е. поршень одометра будет перемещаться вверх.
А Водозащитные мероприятия
— устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м
— применяют водонепроницаемые экраны над всем сооружением из полимерных материалов, либо из асфальта
— Заключают водопроводные иканализационные трубы в железобетонные лотки и т.п.
Опасности строительства при высоком уровне грунтовых вод.
Высокий уровень подземных (в том числе грунтовых) вод (далее УПВ и УГВ) является опасным фактором, значительно усложняющим строительство. Степень опасности во многом зависит от грунтов основания. Вначале рассмотрим случай, когда основание двухслойное, первый слой – насыпной грунт (водоупор), второй слой – водонасыщенный песок (см. рис. 1).
Очевидно, что основанием будет служить слой ИГЭ-2 (водонасыщенные пески), т.к. передавать нагрузки на насыпной грунт категорически нельзя.
Чтобы понять, какой тип основания, и какой тип фундамента здесь применить, нужно разобраться в свойствах и особенностях поведения водонасыщенных песков.
Опасность №1. Разжижение грунтов
Вероятность разжижения грунта уменьшается по мере увеличения плотности грунта. Больше всего разжижению подвержены водонасыщенные рыхлые пески (см. табл. 1).
Важно понимать, что разжижение грунта – это не мифическая угроза, это реальная угроза, которая является причиной катастрофических разрушений. Даже если на вашем участке нет значительных сейсмических нагрузок, нужно понимать, что проблемы могут возникнуть даже от забивки свай (в основном проблемы будут у соседа) или динамики от проходящей рядом железной дороги.
Авария дамбы на реке Свирь в 20-е годы прошлого века является ярким примером разжижения песка. Разрушение произошло от динамических воздействий при взрывном дроблении пород в карьере на расстоянии 200 метров от дамбы. В результате явления разжижения песка дамба потеряла устойчивость и расплылась под углом 4 градуса к горизонту.
Таким образом, вероятность разжижения грунтов необходимо детально оценивать расчетным путем, учитывая все возможные динамические нагрузки.
Опасность №2. Переход в плывунное состояние
Плывуны – это, как правило, песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты (часто воды напорные), переходящие в разжиженное состояние под механическим воздействием, при вскрытии котлованами и другими выработками.
Плывуны крайне опасны, передавать нагрузки на них категорически нельзя! Важно понимать, что не каждый водонасыщенный грунт является плывуном. Возможность перехода грунта в плывунное состояние должна быть установлена в процессе инженерно-геологических изысканий.
Опасность №3. Гидравлическое разрушение основания
Как известно, пески очень хорошо проводят воду, их коэффициент фильтрации может быть 100 м/сутки и более. В тоже время сцепление песков близко к нулю. Эти свойства песка в сочетании с движением подземных вод (из-за разности напоров) приводят к суффозионному выносу частиц грунта, размыву и т.д. Неконтролируемое развитие этих процессов приводит к неравномерным деформациям и даже разрушениям грунтового основания. В случае наличия напорных вод возможно непосредственное разрушение вышележащего водоупорного слоя грунта.
Таким образом, при высоком УПВ/УГВ в обязательном порядке необходимо выполнять фильтрационные расчеты и проектировать защиту от разрушения основания подземными водами.
Опасность №4. Возможность всплытия сооружения
Если подземная часть дома расположена ниже УПВ, то будет действовать архимедова сила, которая способна вытолкнуть сооружение вверх (это особенно актуально для легких домов). В случае, если устойчивость сооружения против всплытия обеспечена, то нужно учитывать при расчетах гидростатическое и гидродинамическое давление. С увеличением глубины это давление возрастает, и если в расчетах оно не учтено, то могут быть разрушения и повреждение фундаментов и подземных стен.
Опасность №5. Барражный эффект
Если подземная часть дома перекрывает естественные фильтрационные потоки, то может возникнуть барражный эффект. Данный эффект в обязательном порядке необходимо оценивать, т.к. он существенно влияет на условия работы фундаментов:
1. появляются дополнительные нагрузки;
2. происходит замачивания вышележащих грунтов;
3. вследствие 2 возникает отрицательное трение по боковой поверхности фундаментов
4. происходит подтопление территории.
В данной статье мы рассмотрели не все, но основные опасности, которые будут в случае строительства при высоком уровне грунтовых вод и песчаных грунтах основания. Строительство в таких условиях является сложным делом, требующим серьезного подхода к инженерным изысканиям и проектированию. Главным фактором безопасности здесь являются расчеты, на основании которых разрабатываются проектные решения, исключающие реализацию описанных выше опасностей.
Спасибо, что дочитали статью, надеюсь, что статья была полезна.
Не стесняйтесь поставить лайк, если статья Вам понравилась, пишите комментарии, задавайте вопросы.
Подписывайтесь на канал – постараюсь не разочаровать Вас новыми публикациями.
ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПЕСКА
Песок образуется при разрушении горных пород, которое вызывается ветром и водой. В первом случае образуются угловатые песчинки с острыми гранями. Во втором они имеют округлую и плавную форму. Вода омывает песчинки, постепенно стесывая острые края, а вот ветер этого сделать не может.
О ПЕСКЕ И ЕГО СОСТАВЕ
Состав песка напрямую зависит от его происхождения. Самый распространенный элемент – кварц. Он встречается повсеместно. Кроме него в песке содержатся и другие породы. Если это хризолит, то песок будет зеленым, при наличии магнетита или гематита песок выглядит черным и так далее.
От состава зависит не только цвет песка, но и область его применения. К примеру, очищенный кварцевый песок используется как основной элемент в составе фильтров для воды и из него же делают стекло. Но самое распространенное применение песок нашел в сферах ремонта, строительства, отделочных и дорожных работ, производстве бетона.
В мире также встречается «поющий песок». Если идти по нему, он начинает издавать странные звуки. Причина этого явления учеными до сих пор не установлена.
ВИДЫ СТРОИТЕЛЬНОГО ПЕСКА
Строительный песок разделяется на 2 вида: речной и карьерный. Каждый из них имеет свои особенности, характеристики, свойства и сферу применения.
Песок речной
Речной песок добывают со дна водоемов или из пересохших русел. В первом случае песок поднимается со дна насосами, установленными на барже, затем фильтруется, сортируется и разделяется по составу. Во втором случае добыча мало чем отличается от карьерной.
Речной песок выделяется небольшим количеством мелких примесей и однородностью. То есть практически все песчинки похожи друг на друга, ничем не отличаются по составу, чего нельзя сказать о карьерном песке.
Единственным недостатком речного песка является его стоимость, которая выше цены хорошего карьерного песка примерно на 10–30 %.
Качественный речной песок обязан соответствовать требованиям ГОСТа 8736–93.
Речной песок разделяется по размеру песчинок на три категории.
В зависимости от характеристик, речной песок используется при обустройстве детских площадок, в сфере ландшафтного дизайна, для отделки помещений, при изготовлении бетона, строительных растворов и сухих смесей.
Песок карьерный
Карьерный способ добычи песка простой и дешевый, что сказывается на стоимости песка. Требуется распространенная техника, типа бульдозеров и экскаваторов, которая набирает материал в карьере, после чего тот просеивается, фильтруется и разделяется по чистоте и размеру песчинок.
По типу обработки (или ее отсутствия) выделяют три типа песка, добываемого таким способом: грунт, сеяный и мытый.
Карьерный песок так же, как и речной, обязан соответствовать определенным требованиям, иначе его нельзя будет использовать.
Характеристики карьерного песка
Насыпная плотность* (т/м3)
Коэффициент фильтрации* (м/сутки)
*Плотность не утрамбованного песка. Может изменяться из-за утряски или влажности.
**Природные строительные материалы могут быть радиоактивны. Для жилых помещений допускается использование материалов 1-го класса (менее 370 Бк/кг). Для промышленных построек и дорог – 2-го класса (до 740 Бк/кг). Для дорог вне населенных пунктов – 3-го класса (до 2800 Бк/кг). Безопасный для человека только 1-й класс.
СМЕСИ НА ОСНОВЕ ПЕСКА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Песок используется не только отдельно, но также входит в состав песчано-гравийных и щебеночно-песчаных смесей. Песчано-гравийная смесь разделяется на две группы – природная и обогащенная.
Характеристики песчано-гравийных смесей
Содержание гравия (зерно более 5 мм, %)
Допустимый размер зерен гравия (мм)
Количество глинистых и пылевидных примесей (%)
*В обогащенной смеси большая часть зерен должна быть одного размера.
Щебеночно-песчаная смесь марки С1-С2 может использоваться для создания дорожного основания и дорожного покрытия. Во втором случае щебня должно быть более 50% размером более 5 мм. Марки смеси С3-С6 и С9-С11 подходят для укладки дополнительных слоев дорожного покрытия, а С4, С5, С10 и С11 – для укрепления обочин дороги.
Песок и различные песчаные смеси используются в строительстве на протяжении всей известной истории человечества. Кто начал их использовать впервые – неизвестно. Технологии развивались, появлялись новые составы, смеси, сферы применения, но главным компонентом оставался, остается и будет оставаться еще очень долгое время именно песок.