Выщелачивание солей при замачивании и фильтрации воды

Фундаменты на засоленных грунтах должны проектироваться с учетом их особенностей, обуславливающих:

· образование при длительной фильтрации воды и выщелачивании солей суффозионной осадки;

· изменение в процессе выщелачивания солей физико-механических свойств грунта, сопровождающееся, как правило, снижением его прочностных характеристик;

· повышенную агрессивность подземных вод к материалам подземных конструкций за счет растворения солей, содержащихся в грунте.

При замачивании засоленных грунтов наблюдаются:

· появление суффозионной осадки при длительной фильтрации;

· набухание или просадка грунта;

· снижение прочностных характеристик грунта;

· повышение агрессивности подземных вод.

Засоленные грунты при фильтрации воды могут подвергаться суффозии. Выщелачивание, т.е. процесс, при котором некоторые компоненты твердого вещества избирательно переходят в раствор, называется химической суффозией, а вынос водой отдельных мельчайших минеральных частиц — механической суффозией.

 

Процесс химической суффозии можно представить следующим образом. Фильтрующаяся вода растворяет соли на стенках пор и в легко доступных местах; таким образом она способствует увеличению пористости.

Вода, движущаяся по порам, растворяет, расслабляет и разрушает солевые кристаллические связи между твердыми частицами, в результате чего их может перемещать фильтрат.

 

Если поры грунта позволяют и скорость движущегося фильтрата достаточно велика, то мельчайшие частицы грунта подвергаются переносу механической суффозии, которая может привести к разрыхлению грунта или кольматации(процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (главным образом коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горных пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, а также осаждение в них химических веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости).

Если после слоя грунта, подверженного суффозии, в направлении фильтрации распространен более пористый крупнозернистый грунт (или свободное пространство), то в слое, где происходит суффозия, происходит разрыхление. Если после слоя грунта, из которого происходит вынос частиц, расположен более плотный мелкозернистый грунт, то будет развиваться кольматация.

 

Различают внутреннюю, контактную и внешнюю суффозию. Деформации засоленных грунтов оцениваются относительным суффозионным сжатием, равным отношению абсолютного суффозионного сжатия к мощности суффозионно-деформируемого грунта.

Суффозионное сжатие засоленного грунта происходит после достижения некоторого минимального давления, называемого начальным давлением суффозионного сжатия. Основания, сложенные засоленными грунтами, при длительной фильтрации воды и выщелачивании солей испытывают суффозионную осадку.

 

Особые свойства засоленных грунтов проявляются при их увлажнении и водонасыщении, а также при фильтрации воды. Во-первых, в результате воздействия воды меняются деформационные и прочностные свойства таких грунтов. Следствием этого являются дополнительные суффозионные деформации, снижение устойчивости засоленных грунтов и возведенных из них сооружений. Во-вторых, солевые включения, растворяясь в подземной воде, увеличивают ее агрессивность к строительным конструкциям. Этому могут способствовать изменения электрохимических свойств засоленных грунтов и наличие блуждающих токов.

При увлажнении и выщелачивании засоленных грунтов могут изменяться их плотность, прочность, деформируемость и водопроницаемость. В слабопроницаемых глинистых грунтах выщелачивание обычно сопровождается диффузионным растворением.

 

Суффозионные осадки

К засоленным относят дисперсные грунты пустынных и полупустынных, реже степных районов с повышенным содержанием водорастворимых минеральных солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов и др.).

Основная специфическая особенность засоленных грунтов – развитие в них суффозионной осадки, которая возникает в результате выщелачивания из них солей при длительной фильтрации воды.

Следствием суффозионной осадки являются большие и неравномерные деформации грунтовых оснований различных зданий и сооружений. За счет выщелачивания и растворения солей значительно повышаются агрессивность подземных вод к бетону и коррозионная активность грунтов к подземным металлическим конструкциям.

Засоление грунтов может иметь первичный морской характер, т.е. грунты отлагались в засоленных морских бассейнах и содержат соли этих бассейнов; и вторичный – засоление происходит в результате вертикальной миграции солей из близко залегающих подземных вод повышенной солености.

Строительство на засоленных грунтах без учета их специфических особенностей приводит к развитию неравномерной суффозионной осадки и коррозии строительных конструкций.

Для предотвращения или устранения возможных деформаций при строительстве на засоленных грунтах различных объектов применяют следующие мероприятия:

- прекращение или замедление движения фильтрационного потока (глинистые, битумные, цементные водонепроницаемые завесы);

- прорезку толщи засоленных грунтов свайными или иными глубокими фундаментами;

- частичную или полную срезку засоленных грунтов и устройство подушек из песка и суглинка;

- предпостроечное рассоление и последующее уплотнение грунтового основания;

- химическое закрепление (особенно для загипсованных песков и супесей).

Особое внимание при строительстве на засоленных грунтах следует уделять антикоррозионным мероприятиям для защиты подземных строительных конструкций.

Суффозионная осадка основания, сложенного засоленными грунтами, определяется по формуле:

где e_sf,i - относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при давлении р, равном суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки s_zp и собственного веса грунта s_zg ;

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта;

n - число слоев, на которое разбита зона суффозионной осадки засоленных грунтов.

Относительное суффозионное сжатие e_sf определяется:

а) при полевых испытаниях статической нагрузкой с длительным замачиванием по формуле

где s_sf,p - суффозионная осадка штампа при давлении;

p= s_zp + s_zg ;

d_p - зона суффозионной осадки основания под штампом

р- начальное давление суффозионного сжатия;

б) при компрессионно-фильтрационных испытаниях по формуле

где h_sat,p - высота образца после замачивания (полного водонасыщения) при давлении p= s_zp + s_zg;

h_sf,p - высота того же образца грунта после длительной фильтрации воды и выщелачивания солей при давлении p.

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении p_i = у_zg.

 

 

198) Специальные характеристики (относительное суффозионное сжатие, начальное давление суффозионного сжатия) и методы их определения.

Деформационные свойства засоленных грунтов характеризуют такие показатели, как:

• относительное суффозионное сжатие е_sf;

• начальное давление суффозионного сжатия p, МПа.

Относительное суффозионное сжатие e_sf определяется:

а) при полевых испытаниях статической нагрузкой с длительным замачиванием по формуле

 p = s_zp + s_zg ;

где e_sf,i - относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при давлении р, равном суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки s_zp и собственного веса грунта s_zg ;

s_sf,p - суффозионная осадка штампа при давлении;

d_p - зона суффозионной осадки основания под штампом

р- начальное давление суффозионного сжатия;

б) при компрессионно-фильтрационных испытаниях по формуле

где h_sat,p - высота образца после замачивания (полного водонасыщения) при давлении p= s_zp + s_zg;

h_sf,p - высота того же образца грунта после длительной фильтрации воды и выщелачивания солей при давлении p.

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении p_i = у_zg.

Величина относительной суффозионной осадки составляет δc>0,01.

 

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта

Если основание сложено однородным грунтом, то начальное содержание гипса принимают постоянным в пределах выщелачиваемой зоны d0(z) = const, а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.

После разбивки основания на слои следует последовательно в каждом слое, начиная с верхнего, определить количество оставшегося в твердой фазе гипса в расчетный момент времени. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному, является нижней границей выщелачиваемой зоны H_l . Для нижележащих слоев расчет растворения гипса производить не следует.

Если на расчетный момент времени H_l £ Н_c, расчет суффозионной осадки следует производить только в пределах выщелачиваемой зоны H_l. При H_l > Н_с расчет осадки необходимо выполнять в пределах сжимаемой толщи Н_с. Глубину Н_с принимают за границу сжимаемой толщи.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: