Конспект лек Инженерная геология. Конспекты лекций по дисциплине инженерная геология
 Скачать 0.74 Mb.
|
Техногенные грунтыНиже рассматриваются искусственные техногенные грунты, а также образования, которые нередко называют антропогенными. На поверхности литосферы при проведении различных строительных и горных работ, в результате производственной деятельности человека образуется достаточно большое количество отложений, представляющих собой или отходы хозяйственной деятельности человека (отвалы шахт, заводов, городские свалки и т.д.), или отложения, специально созданные человеком в строительных и производственных целях (намывные грунты, грунты обратной засыпки, насыпи дорог и т.д.). Эти образования получили название техногенных грунтов. В настоящее время под техногенными грунтами понимают естественные грунты и почвы, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования. Под антропогенными образованиями следует понимать твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального и органического сырья. Наибольшая часть искусственных грунтов на Земле приурочена к промышленным и городским территориям. Особое беспокойство при этом у человечества вызывают бытовые и производственные отходы, которые занимают очень большие, непрерывно расширяющиеся площади и уже наносят серьезный вред жизненной среде человека. Техногенные грунты используются в качестве оснований зданий и сооружений, а также материала для строительства различных инженерных сооружений (змляных плотин, насыпей автомобильных и железных дорог и пр.). Глобальный объем техногенных отложений в различных сооружениях измеряется сотнями миллиардов кубических метров. Только при добыче, переработке и сжигании твердого топлива каждые 5 лет в отвалах размещается около 40 млрд.м3 пустых (для открытых разработок – вскрышных) пород и 2 млрд. м3 золошлаков. Классификация техногенных грунтов. Инженерно-геологические свойства техногенных грунтов определяются составом материнской породы или отходов производственной и хозяйственной деятельности и характером воздействия на них человека. По петрографическому составу техногенные грунты могут быть самыми различными. В соответствии с общепринятой классификацией грунтов ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» техногенные грунты выделены в отдельный класс. Классификация техногенных грунтов приведена нижеследующей таблица -17
ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВМногие грунты в своем природном состоянии по своим свойствам не отвечают тем или иным требованиям строительства. Они могут быть недостаточно прочными, неводостойкими, переувлажненными, рыхлыми, трещиноватыми, с большим содержанием органического материала и т.д. В связи с этим в ряде случаев появляется потребность в определенном преобразовании грунтов и придании им тех или иных необходимых для строительства свойств. Решением вопросов улучшения свойств грунтов занимается специальное направление инженерной геологии – техническая мелиорация грунтов. Наиболее широкое применение техническая мелиорация грунтов нашла при строительстве зданий и сооружений в целях искусственного изменения свойств грунтов в сторону улучшения их основных свойств: прочности, водоустойчивости, снижения водопроницаемости, что особенно важно, когда эти грунты используются в качестве оснований. Существуют два основных пути получения улучшенных грунтов – уплотнение (изменение физическим воздействием) и закрепление (изменени физико-химическим воздействием). Под грунтами, измененными физическим воздйствием, понимают природные грунты, в которых техногенное воздействием (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие, оттаивание и т.д.) изменяет строение и фазовый состав. Под грунтами, измененными физико-химическим воздействием, понимают природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру. При уплотнении, как правило, дисперсных грунтов происходит уменьшение их пористости, увеличивается количество контактов между частицами. Это приводит к увеличению общей прочности грунтового основания и уменьшению его сжимаемости. Грунты уплотняются как с поверхности (катками, тяжлыми трамбовками, вибрацией, замачиванием), так и в глубине толщ (грунтовые сваи, взрывы, замачивание и т.д.). При закреплении увеличивается прочность грунтов. Это достигается повышением прочности контактов между отдельными частицами грунта или грунтовыми агрегатами путем склеивания частиц различными химическими веществами (силикатизация, цементация и другие методы), спекания частиц друг с другом (при обжиге грунтов, применение СВЧ – сверхвысоких частот), путем создания ледовых контактов (замораживание грунтов), путем армирования грунтового массива (применение различных типов анкеров, геотекстильных и нетканых синтетических материалов) и т.д. Наибольшее количество методов улучшения свойств сязано с дисперсными грунтами. Методы имеют различную сферу использования: одни методы применимы только в предпостроечный период; а другие как в предпостроечный период, так и во время строительства и эксплуатации объекта (метод силикатизации). Ряд способов улучшает свойства грунтов только на поверхности земли и до небольшой глубины (поверхностные методы), например, трамбование, уплотнение грунтов укаткой. Другие методы дают возможность уплотнять грунты в глубине грунтовых толщ (силикатизация, термический обжиг) – это глубинные методы. Существуют методы, которые способны улучшить свойства грунтов, как на поверхности, так и в глубине грунтовых массивов, например, виброуплотнение. В табл. 18 показаны основные методы технической мелиорации грунтов. Методы улучшения свойств грунтов (методы технической мелиорации) Таблица -18
Скальные грунты. Ослабление прочности скальных грунтов связано с трещиноватостью и пустотностью. Трещины скрепляются металлическими скобами, заделываются цементами и силикатными растворами, что придает скальным грунтам монолитность и прочность. Последнее называют тампонажным закреплением. В целях прекращения фильтрации воды трещины заливают горячим битумом или забивают глиной. Аналогичные способы используют для пустот, если они расположены вблизи поверхности земли и ограничены в объемах (противофильтрационные методы). Водорастворимые скальные грунты, например, хемогенные известняки, которые имеют достаточно высокие прочностные и деформационные показатели, защищают укладкой на их поверхность слоев глин или тяжелых суглинков (защитные методы). Дисперсные грунты. Улучшить свойства рыхлых и связных грунтов можно различными методами. По своим особенностям их разделяют на три группы: физико-механические (механические и физические); физико-химические; химические. Это деление имеет известную условность, поскольку многие методы по своему содержанию не вписываются в рамки одной какой-либо группы и часто очень тесно связаны друг с другом. В литературе по строительству методы технической мелиорации разделяют на две другие группы: методы уплотнения и методы закрепления грунтов. Под уплотнением имеется в виду механическое упрочнение грунтов, а под закреплением все другие способы улучшения свойств (физические, физико-химические и химические). Ф и з и к о – м е х а н и ч е с к и е м е т о д ы. Механические методы дают возможность уплотнять дисперсные грунты внешними нагрузками (давлением, ударами, вибрацией). Различают следующие способы уплотнения грунтов: 1) трамбованием; 2) грунтонабивными сваями; 3) виброуплотнением; 4) энергией взрыва; 5) укаткой; 6) гравитацией. Сущность всех этих способов однотипная – уплотнение грунтов происходит за счет уменьшения пористости. При этом природные структуры грунтов нарушаются и формируются новые структурные связи. Механическое уплотнение применяют как для рыхлых, так и для связных грунтов. Трамбование. В промышленно-гражданском строительстве наибольшее применение получил метод механического уплотнения пылевато-глинистых грунтов трамбованием. Для трамбования используют железобетонные или металлические трамбовки до 7 т, которые сбрасываются на грунт с некоторой высоты. В последние годы появился опыт применения сверхтяжелых трамбовок (до 80-100т). Глубина затрамбованных лессовых просадочных суглинков может достигать 3-3,5м (при сверхтяжелых трамбовках значительно больше). Применяют также двухслойное уплотнение. Вначале на дне котлована вытрамбовывается первый слой. Далее на уплотненный слой отсыпается такой же грунт и тоже трамбуется. Так образуется второй уплотненный слой. Общая мощность утрамбованного грунта при этом может достигать 5м. Метод трамбования еще используют для вытрамбования строительных котлованов (траншей). В этих случаях дно котлованов будет иметь слой из уплотненного грунта. Грунтонабивные сваи относят к методам глубинного уплотнения грунтовых массивов и используют для всех видов пылевато-глинистых грунтов, но наибольший эффект они дают в лессовых просадочных грунтах. Вначале в грунте проходят буровые скважины. При этом вокруг скважин образуются зоны из уплотненных грунтов. Далее скважины заполняют грунтом с уплотнением. Такие сваи придают прочность массивам грунтов, а в лессовых грунтах устраняют просадочные свойства. Виброуплотнение применяют для повышения плотности песков. Различают поверхностное и глубинное виброуплотнения. Поверхностное виброуплотнение производят с помощью вибрирующей плиты (уплотняет до глубины 3м) и используют для уплотнения оснований, дорожных одежд, песчаных подушек и насыпей. Энергия взрывов (сейсмическое уплотнение) позволяет производить уплотнение грунтов в глубине массивов (водонасыщенных песков, лессовых грунтов II типа по просадочности и др.), а также создавать в глубине массивов грунтов подземные пустоты, которые можно использовать, как емкость для хранения нефти и других жидких продуктов. Укатку грунтов применяют главным образом в дорожном строительстве, а также при подготовке оснований под полы в промышленных цехах и при планировке территорий строительных площадок. Метод замачивания используют для механического уплотнения лессовых просадочных грунтов. В насыщенном водой лессовом грунте под действием собственного веса или собственного веса и нагрузки от объекта разрушается структура, грунт уплотняется и теряет свои просадочные свойства. Наиболее эффективно это проявляется в грунтах II типа по просадочности и на тех глубинах, где напряжения в грунте превышают величину начального просадочного давления. Этот метод применяют как до строительства, так и в период эксплуатации объектов. Замораживание. Отрицательные температуры используются для временного закрепления обводненных грунтов, главным образом, в целях прекращения движения грунтовой воды и проникновения ее в будущий строительный котлован. Для этого вокруг будущего котлована бурят скважины. От специальной установки в скважину подается холодный раствор. Обычно для этого используется раствор хлористого кальция с температурой до –170С. Холод раствора замораживает воду. В итоге котлована образуется льдогрунтовая стенка, препятсттвующая проникновению воды в строительный котлован, что позволяет в нем производить строительные работы. По окончанию работ подача холода прекращается и лед растаивает. Замораживать можно все водонасыщенные грунты, но чаще всего его применяют для песков. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||