Вечномерзыле грунты. Мерзлые грунты Основные определения и классификация
 Скачать 3 Mb.
|
Мерзлые грунты Основные определения и классификацияГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация Основные классы грунтов (Таблицы 1-4)I КЛАСС ПРИРОДНЫХ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ II КЛАСС ПРИРОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ III КЛАСС ПРИРОДНЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ IV КЛАСС ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ (СКАЛЬНЫХ, ДИСПЕРСНЫХ И МЕРЗЛЫХ) Мерзлые грунты как основания зданий и сооруженийМерзлые грунты, содержащие в своем составе лед и обладающие криогенными структурными связями, характеризуются высокой прочностью и низкой сжимаемостью по сравнению с их немерзлыми (талыми) аналогами. Рисунок из http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter12&part=16 Протаивание мерзлых грунтов Тепловое воздействие зданий и сооружений вызывает протаивание мерзлых грунтов. Протаивание приводит к потере прочности и увеличению сжимаемости, а также к уменьшению объема грунтов основания (усадка). Это, в свою очередь вызывает деформации и разрушение зданий и сооружений. При протаивании лед, содержащийся в грунтах основания переходит в воду. Это приводит к уменьшению объема протаявшего массива и разрушению криогенных связей. http://build-chemi.ru/articles/fotos/99347795500.jpg Морозное пучение Промерзание талых грунтов в зимнее время приводит к возникновению в их толще напряжений (сил морозного пучения) и увеличению объема (морозному пучению). Морозное пучение приводит в выпиранию и опрокидыванию фундаментов, выпиранию заглубленных в грунт труб и иных объектов. Силы: А— тяжести, Б — сопротивления грунта, синие стрелки- морозное пучение При промерзании поровая вода, содержащаяся в грунтах основания, переходит в лед. Это приводит к увеличению объема промерзшего массива и образованию в нем напряжений. http://http://strmnt.com/wp-content/uploads/2012/08/pig1.jpg Силы: а— тяжести, б — сопротивления грунта, в- морозное пучение 1- выпирание фундамента, 2- разрыв стен, 3- опрокидывание Морозное пучение Морозное пучение и усадкаУвеличение объема грунта при промерзании называется морозным пучением. вода ->лед => увеличение объема, вызывающее появление сил морозного пучения Уменьшение объема грунта при протаивании называется усадкой протаивания. лед ->вода => уменьшение объема Примеры повреждения зданий при протаивании (по А.Бручкову,Выпучивание трубопроводов Генезис мерзлых грунтовМерзлые грунты образуются при промерзании грунтового массива в условиях отрицательных среднегодовых температур. Промерзание распространяется вниз по разрезу грунтовой толщи от земной поверхности. ОпределенияГрунт мерзлый — грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями. Криогенные структурные связи грунта — кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате цементации льдом. Криогенная текстура — совокупность признаков …, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента. Виды и разновидности мерзлых грунтовГрунт многолетнемерзлый (синоним — грунт вечномерзлый) — грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет. Грунт сезонномерзлый — грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона. Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду. Грунт сыпучемерзлый (синоним — «сухая мерзлота») — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления. Грунт охлажденный — засоленный крупнообломочный, песчаный и глинистый грунт, отрицательная температура которого выше температуры начала его замерзания. Грунт твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой. Грунт пластичномерзлый —дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой. Таблица 3 ГОСТ 25100-95Мерзлые скальные и полускальные грунты относятся к подгруппе промерзших и типу ледяных минеральных. Выделение видов проводится на той же основе, что и для природных скальных и полускальных. Мерзлые дисперсные грунты относятся к группе связанных грунтов, подгруппам осадочных, типам ледяных минеральных, ледяных органо-минеральных и ледяных органических. Выделение видов проводится на той же основе, что и для природных дисперсных грунтов. Устройство фундаментов в районах вечной мерзлоты Термокарстовое озероВ результате интенсивного таяния слоя вечномерзлого грунта вместе с имеющимися в нем включениями льда могут происходить очень большие просадки, приводящие к понижениям рельефа, в которых скапливается вода, образуя термокарстовое озеро. Для предотвращения развития нерав-номерных осадок фундаментов зданий и сооружений, возводимых в районах вечной мерзлоты, применяют два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований: I — грунт основания сохраняется в вечномерзлом состоянии в течение всего периода строительства и эксплуатации здания или сооружения; II — грунт основания используется в оттаявшем состоянии до начала возве-дения здания или во время эксплуатации. При использовании принципа I в основном применяют свайные фундаменты. По способу погружения в грунты оснований сваи разделяют на буроопускные (ж), погружаемые в предварительно пробуренные скважины, имеющие больший диаметр, чем сваи, в которые нагнетают грунтовый раствор, быстро замерзающий после погружения сваи.
Составы растворов для заполнения пазух между стенками скважины и сваей бурозабивные (з), погружаемые с помощью забивки в заранее пробуренные скважины (лидеры) диаметром на 1...2 см меньше диаметра сваи: опускные (и), погружаемые забивкой в предварительно оттаиваемый грунт, для чего используют паровые иглы: При устройстве фундаментов по принципу II допускается оттаивание грунта. В этом случае при возведении и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по уменьшению неравномерных осадок или приспосабливать конструкции здания к восприятию возможных неравномерных осадок. Схемы устройства фундаментов при использовании в основании оттаявшего слоя вечномерзлого грунта: а — прокладка обогревающего трубопровода б — применение консольной конструкции стен; / — оттаявший грунт; 2 - верхняя граница вечномерзлого грунта; 3 — вечномерзлый грунт; 4 — обогревающий трубопровод; 5 — консоль Для уменьшения деформаций основания проводят следующие мероприятия: - предварительно оттаивают грунт на требуемую глубину перед возведением здания с дальнейшим уплотнением или закреплением оттаявшего грунта; - полностью заменяют вечномерзлый грунт песчаным или крупнообломочным грунтом; - регулируют глубину оттаивания грунта в процессе эксплуатации здания, прокладывая у фундаментов обогревающие трубопроводы (а); - устраивают наружные стены зданий на консолях, относя фундаменты наружных стен внутрь здания (б) для уменьшения неравномерных осадок, так как осадка внутренних фундаментов больше, чем наружных, из-за неодинаковой высоты слоя оттаявшего грунта. Для оттаивания вечномерзлых грунтов используется электро-, гидро- и паропрогрев. Выбор I или II принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений осуществляют на основе экономического анализа различных вариантов конструктивных решений. Льды- группы, подгруппы, типыВ составе мерзлых грунтов выделяется отдельная группа ледяных грунтов. Подгруппы: конституционные (внутригрунтовые), погребенные, пещерно-жильные льды. Типы: Конституционных льдов- сегрегационные, инъекционные, ледниковые Погребенных льдов- наледные, речные, озерные, морские, донные, инфильтрационные (снежные) Пещерно-жильных льдов- жильные, повторножильные, пещерные Конституционные льдыКонституционный лед- образуется при промерзании увлажненных горных пород из воды, находящейся в этих породах. Подразделяется на типы: Сегрегационный- лед, выделившийся внутри или на поверхности промерзающей глинистой или торфяной толщи в результате выжимания льда и воды из глубины к фронту промерзания (к кровле толщи). Инъекционный- лед, возникший при замерзании внедрений напорных подземных вод. Ледниковые- льды современных ледников Погребенные льдыПогребенные льды образовавшиеся в геологическом прошлом на поверхности и перекрытые ныне более молодыми слоями грунта. Наледи- слоистый ледяной массив на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании периодически изливающихся грунтовых или речных вод Инфильтрационные льды- льды, образованные из снега, погребенного в составе грунтовой толщи (под воздействием давления вышележащих слоев грунта снег уплотнился, перекристаллизовался и превратился в лед) Озерные, морские, речные льды- льды образованные на берегах, осушках, пляжах Пещерно-жильные льдыПещерно-жильные льды, образовавшиеся в результате замерзания воды в трещинах толщ горных пород и карстовых полостях (пещерах) Жильные льды, образованные в трещинах Повторножильные льды, заполняющие трещины, возникшие в результате растрескивания пород под воздействием промерзания Пещерные льды, возникающие в карстовых полостях (пещерах) полускальных осадочных пород Выделение разновидностейКлассификационные показатели: 1. Льдистость за счет видимых ледяных включений; 2. Температурно-прочностные свойства; 3. Степень засоленности; 4. Криогенная текстурa ЛьдистостьСуммарная льдистость мерзлого грунта Itot, д. е., — отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта. . Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений Ii, д. е., — отношение содержащегося объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта По льдистости за счет видимых ледяных включений Ii, грунты подразделяют согласно таблице Б.29.Скальные-полускальные и дисперсные: Слабольдистые Льдистые Сильнольдистые Очень сильнольдистые По температурно-прочностным свойствам грунты подразделяют согласно таблице Б.30Пластичномерзлые Твердомерзлые Сыпучемерзлые По степени засоленности Dsal (для морского типа засоления — NaCl, Na2SO4 более 90 %) грунты подразделяют согласно таблице Б.31Пески и глинистые грунты по суммарному содержанию легкорастворимых солей, от % массы сухого грунта: Слабозасоленные Среднезасоленные Сильнозасоленные По криогенной текстуре грунты подразделяют согласно таблице Б.32Скальные грунты- трещинная, пластовая, полостная Полускальные- массивная Глинистые и органоминеральные- массивная, слоистая, сетчатая, атакситовая Органические- порфировидная, слоистая, сетчатая, атакситовая Пески- массивная, слоистая, сетчатая, базальная Крупнообломочные- массивная, корковая, базальная Описание криотекстурМассивная- однородная масса, сцементированная невидимым для глаза льдом-цементом Слоистая- лед содержится в виде тонких сплошных или прерывистых слоев Сетчатая- лед содержится в тонких пересекающихся слоях, формирующих на срезе сетку Базальная- лед содержится в порах между минеральными частицами, минеральная составляющая в общем объеме преобладает Атакситовая- взвешенные в ледяной массе минеральные частицы и агрегаты, ледяная составляющая в общем объеме преобладает Корковая- лед образует корки и линзы у поверхности крупных обломков Порфировидная- лед содержится в гнездах в виде отдельных крупных кристаллов или кристаллических сростков, вкрапленных во вмещающий грунт Пластовая- лед наблюдается по плоскостям напластования внутренних слоев различного состава Трещинная и полостная- лед содержится в трещинах и полостях горной породы Графическое изображение криотекстурПримеры разновидностейСуглинок легкий пылеватый твердомерзлый льдистый массивной криотекстуры слабозасоленный Торф пластичномерзлый сильнольдистый сетчатой криотекстуры высокозольный Глина тяжелая пластичномерзлая слабольдистая тугопластичная слоистой криотекстуры Песчаник аркозовый слоистый прочный слаботрещиноватый морозный слабольдистый трещинной криотекстуры Некоторые виды и разновидности грунтовКриопеги- горизонты внутри мерзлой грунтовой толщи, содержащие высоконапорные сильноминерализованные грунтовые воды, имеющие отрицательную температуру. При вскрытии скважиной дают мощный фонтан соленой воды Едома- природные грунтовые образования, широко развитые в равнинной части Западной и Восточной Сибири, состоящие в основном из льда, в котором содержаться минеральные и органические (в основном торф) растительные остатки. Перелеток- слой мерзлого грунта, сохраняющийся более одного холодного сезона, но менее 3-х лет Образование мерзлых грунтовПриродные мерзлые грунты образуются в результате замерзания грунтовых толщ в условиях холодного климата и отрицательной среднегодовой температуры в континентальных условиях. Процесс промерзания протекает в геологическом времени (тысячи и миллионы лет). Таяние грунтов в естественных условиях происходит под воздействием внутреннего тепла Земли (глубинного теплового потока) и с поверхности при потеплении климата или при затоплении мерзлых толщ морскими водами (трансгрессии). Также протекает в геологическом времени. Современные мерзлые толщи имеют мощность до 1км (на Ямале до 600-800м). Подошва мерзлых толщ залегает на глубине, где наблюдается нулевой баланс между глубинным теплопотоком и воздействием поверхностных отрицательных температур. Типы промерзанияСингенетическое промерзание- промерзание пород по мере их накопления (седиментации). Отличаются высокой льдистостью, часто содержат мощные (до 5-10м) слои льда. Характерна слоистая криотекстура. Эпигенетические- промерзают после накопления (седиментации). Их льдистость, как правило, ниже чем в сингенетических. Криотекстуры в основном сетчатые. ШельфНа шельфе преобладают эпигенетические ММП, хотя теоретически возможно и наличие сингенетических пород. Выделяются также реликтовые и новообразованные ММП. Реликтовые ММП- сформировались в геологическом прошлом. В настоящее время испытывают медленное таяние или находятся в равновесном термическом состоянии. Новообразованные- образование которых произошло в недавнем историческом прошлом (десятки, сотни лет) или протекает в настоящее время. На шельфе преобладают реликтовые породы, сформированные около 18-20тыс. лет назад при последней регрессии моря, имевшей место в течение валдайского (сартанского) ледникового периода. Возможно и формирование новообразованных ММП, но достоверных фактов обнаружения таковых до последнего времени не было. |