Инженерно - геологическая характеристика мерзлых грунтов.

Мерзлые грунты –имеют криогенные структурные связи , т.е. цементом грунтов является лед. Их часто именуют «крио­генными» (криос —холод, лед). В состав класса входят практически все скальные, полускальные и связные грунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем группам добавляется группа ледяных грунтов в виде надземных и подземных льдов. Разновидности мерзлых грунтов оцениваются по льдистым (криогенным) структурам, засоленности, температурно-прочностным свойствам и др.

Мерзлые грунты в технической литературе. Мерзлое состояние фунтов, т. е. в условиях отрицательных температур, бывает временным и постоянным (веч­ным).

Временное мерзлое состояние . На территориях, где бывает зима с отрицательными температурами, фунты у поверхности земли промер­зают. Это так называемая «сезонная» мерзлота. Скальные фунты при этом получают отрицательную температуру, а дисперсные и техноген­ные замерзают за счет перехода в порах грунтов жидкой воды в твердое состояние (лед). В скальных фунтах вода замерзает в трещинах и активно их разрушает за счет расклинивающего действия образующе­гося льда (увеличение объема льда достигает 9,1 %).

В процессе сезонного промерзания дисперсные связные и несвяз­ные фунты за счет ледяного цемента приобретают повышенную проч­ность, несколько увеличивают объем и становятся водонепроницае­мыми. Предел прочности при сжатии мерзлых суглинков и глин достигает 6 МПа и более, что создает большие трудности при механи­ческой разработке. При небольшой влажности, что может быть в песках, свойства фунтов при переходе от положительной к отрица­тельной температуре практически мало меняются.

В весеннее время года лед в фунтах растаивает. Дисперсные грунты теряют прочность, становятся водонасыщенными. Особенно сильно это сказывается на органоминеральных и органических грунтах, кото­рые могут переходить в разжиженное состояние с весьма малой несу­щей способностью. Такие грунты могут выдавливаться из-под фундаментов сооружений.

В строительстве сезонное промерзание фунтов всегда учитывается, определяется глубина промерзания d_f, которая зависит от климата и литологических особенностей фунтов. Величина d_f колеблется от нескольких сантиметров до 2—3 м и определяется:

1. по карте СНиПа, где показывается среднее значение по каждой местности по расчетным формулам

2. по итогам многолетних наблюдений (более 10 лет) за глубиной промерзания в данной местности Искомое значение используют при проектировании зданий и сооружений

Вечная мерзлота в России занимает большие площади на севере Европейской территории, и особенно в Сибири, в многолетнемерзлом состоянии находятся фунты скальные, полускальные, дисперсные. К классу мерзлых грунтов относят также чистые льды, входящие в фунтовые толщи в виде прослоев и линз, также льды подземных пещер. Кроме России вечномерзлые фунты распространены на Аляске, в Гренландии, Северной Монголии.

В России территорию вечномерзлых фунтов делят на три зоны: сплошную; с таликом; островную Сплошная мерзлота занимает крайний север Сибири, мощность мерзлой толщи сотни метров, температура фунтов минус 7—12 ° С.

Зона с таликами располагается южнее. Отдельные участки зоны представляют собой талые фунты; мощность мерзлых толш 20—60 м при температуре 0,2—2 «С.

Зона островной мерзлоты занимает территорию юга Сибири; мерз­лые фунты встречаются в виде отдельных участков; мощность толщ 10—30 м; температура от 0 до —0,3 «С

Вечномерзлая толща по вертикали разделяется на две части: 1) дея­тельный слой; 2) собственно мерзлая толща.

Деятельный слой— это верхняя часть толщи вечной мерзлоты, которая в летний период оттаивает и замерзает зимой, т. е. в опреде­ленной мере это сезонная мерзлота. Мощность этого слоя зависит от климата и диалогического состава грунтов и колеблется от 0,3 до 4 м. На Севере мощность минимальная, на Юге — наибольшая. В одном и том же месте в торфе или глине мощность слоя может быть 0,2—1 м, в то же время как в песках и гравии, имеющих открытые поры, 2—4 м.

Деятельные слои бывают двух видов: сливающиеся и несливающиеся. В первом случае деятельный слой в зимнее время полностью промерзает и сливается с вечной мерзлотой на которой лежит. При несливающимся деятельном слое между ними в вечномерзлой толщи остается слой незамерзшего грунта. ( рис )

Для решения инженерных задач важно знать мощность деятель­ного слоя. Эту мощность можно определить: а) при инженерно-геологических изысканиях;

б) по многолетним (более 10 лет) наблюдениям за данным районом;

в) расчетным способом, при котором учитывается тепловое влияние будущего здания или сооружения.

В деятельном слое располагается надмерзлотная вода (грунтовая), залегающая на вечной мерзлоте, как на водоупоре. Возведение различных сооружений в области вечной мерзлоты во многом зависит от характера деятельного слоя — мощности, физических и физико-меха­нических характеристик грунтов, поведения надмерзлой воды. С этим слоем связаны земляные работы и многие негативные процессы, приводящие к деформации объектов.

Вечномерзлая толща по своему строению бывает двух видов: 1) неп­рерывная, т. е. в виде сплошного массива из мерзлого грунта; 2) слоис­тая — в виде чередования мерзлых слоев со слоями (прослоями) талых грунтов или чистого льда. Наличие талых грунтов связано с циркуля­цией межмерзлотных (межпластовых) напорных подземных вод. В долинах рек Лены, Енисея и других мерзлота отсутствует. Это объяс­няется притоком тепла от речных вод. В южной зоне мерзлота посте­пенно оттаивает за счет теплого климата и в настоящее время сохраняется только на отдельных участках («островная» мерзлота). В мерзлых толщах очень часто содержится чистый лед (слои, прослои, линзы). Наибольшие мощности льда (до 20 м) отмечены на севере Сибири. Такой лед называется «погребенным».

В вечной мерзлоте присутствуют все виды грунтов. Грунты скаль­ного класса занимают незначительное место. Основную массу мерзлых толщ составляют дисперсные грунты (супеси, суглинки, глины, пески и т. По физическому состоянию вечномерзлые грунты разделяют на три вида:

1. твердомерзлые - сцементированный песок, который ведет себя как скальный грунт;

2. пластичномерзлые - сцементированные льдом глинистые грунты, которые содержат так же жидкую воду и могут сжиматься под нагрузкой

3. сыпучемерзлые - в виде песка, гравия, в которых обломки и частицы не сцементированы льдом и грунты находятся в рыхлом состоянии

Физико-механические свойства мерзлых грунтов существенно за­висят от характера распределения в них льда и формы льда. Это обуславливает три текстуры мерзлых толщ:

1. массивная —лед в грунте распределен равномерно;

2.слоистая—лед кроме кристаллов присутствует в виде слоев {про­слоев, линз ) 3.сетчатая ---слои и прослои льда пересекаются в разных направлениях Грунты с сетчатой текстурой при оттаивании дают наибольшую осадку, чаще всего это водонасыщенные торфяные грунты. Наименьшую дают грунты с массивной текстурой..

Для вечномерзлых территорий характерен ряд криогенных процессов — морозное пучение, бугры пучения, термокарст, солифлюкция и наледи.

Морозное пучение проявляется зимой в виде локальных поднятий дорожных одежд (на 0,2—0,5) в силу промерзания деятельного слоя. Весной грунт оттаивает и на месте пучения образуется яма.

Бугры пучения образуются в результате подъема промороженного деятельного слоя за счет давления снизу межпластовых напорных подземных вод. Бугор растет несколько лет и достигает больших размеров по высоте и ширине. После оттаивания бугров образуются небольшие западины или даже озера.

Термокарст представляет собой процесс вытаивания льда в мерзлой толще за счет поступления тепла с поверхности земли. В результате поверхность земли начинает проседать, а иногда просто образует провалы.

Солифлюкация — оплывание оттаивающих в летнее время грунтов, которые залегают на обогреваемых солнцем склонах рельефа (с укло­ном 7—10). Оплывание происходит по мерзлым грунтам. При этом льдонасыщенные дисперсные грунты утрачивают структурные связи и переходят в вязкопластичное состояние.

Наледи представляют собой образование льда за счет прорыва на поверхность земли надмерзлотных (грунтовых) вод или выхода речных вод на свой ледяной покров. Вода заливает подвалы и здания разру­шаются.

Возведение и эксплуатация объектов на территории вечной мерзлоты представляет собой сложную работу и осуществляется по специальным нормативам. При земляных работах прихо­дится разрабатывать вечную мерзлоту, как скальный грунт. Поэтому при этом стремятся не делать выемок. Деформация зданий и сооружений связаны с оттаиванием вечно-мерзлых грунтов. В целом строительство в районах вечномерзлых грунтов осуществляется по трем принципам:

-без учета мерзлого состояния мерзлых грунтов, например, при наличии скального основания

при сохранении мерзлого состояния грунтов на весь период эксплуатации объекта

- с предварительным (до строительства) оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие грунты, например глинистые или щебеночные

Выбор варианта или их комплексное применение зависит от гео­логии строительной площадки, состава и состояния мерзлых грунтов, технических возможностей строительной организации Эксплуатация зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты требует непрерывного контроля за состоянием грунтов оснований, постоянных профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Строительство на вечномерзлых грунтах : а -на скальном основании; б-с сохранением мерзлоты; в- с заменой мерзлого грунта на гравий; 1- деятельный слой 2-вечная мерзлота; 3-гравий 4- здания

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: