Свойства связных грунтов

Супеси, суглинки и глины имеют значительную долю в Беларуси.

Глинистые грунтыхарактеризуются большой группой физических свойств: пористостью, влажностью; поглотительной способностью; коррозионными и специфическими свойствами (пластичностью, консистенцией, липкостью, набуханием и усадкой). Они обычно залегают самостоятельными слоями, иногда в виде прослоев или линз в толщах других грунтов, что типично в основном озерным и речным отложениям. Мощность слоев очень разнообразна – от сантиметров до десятков и сотен метров.

Пористостьn глинистых грунтов в зависимости от генезиса изменяется от 10% до 95 %. Поры в супесях и суглинках имеют открытый характер, а в глинах изолированы друг от друга, могут содержать «защемленные» воздух и воду. Это придает глинам характер «водоупоров». Иногда содержится органический перегной «гумус». Больше всего (до 5 – 15 % от массы грунта) его бывает в супесях и суглинках, поэтому их называют «почвами».

Гумус очень гидрофилен и существенно повышает активностьглинистых грунтов во взаимоотношениях с водой, увеличивая влагоемкость, пластичность, сжимаемость и т. д.

Влажные глинистые грунты под нагрузками сильно сжимаются за счет уменьшения пористости и ведут себя как пластичное тело. Вода в глинистых грунтах всегда сильно влияет на их свойства, в частности, на поведение их под нагрузками.

Поглотительная способность глинистых грунтов связана с активной поверхностью глинистых частиц.

Коррозионные свойстваглинистых грунтов выражаютсявразрушении строительных материалов и подземных металлических трубопроводов за счет электролиза после воздействия блуждающих электрических токов на поровый водно-солевой раствор.

Специфические свойства глинистых грунтов. Вода придает глинистым грунтам ряд особых (специфических или «характерных») свойств: пластичность, липкость, набухание и усадка. Об этих свойствах было сказано выше.

Набухающие грунты обычно залегают слоями и чаще всего встречаются в сухих районах. Мощность слоев набухающих глин обозначается Н_sw. Схема процесса набухания грунтов показана на рис. 51. За счет давления набухания P_sw здание деформируется.

Рис. 51. Схема набухания грунта (а), давление набухания (P_sw)

на фундамент (б)и деформации здания от усадки грунта (в):

1 – набухающие грунты; 2 – зона усадки грунта; 3 – здания

Способность грунтов к набуханию определяют в лаборатории по относительному набуханию E_sw = (h_нс– h)/h, где h – начальная высота образов и h_нс – высота после набухания.При E_sw = 0,04 грунт набухающий; при 0,04 – 0,08 – слабонабухающий; 0,09 – 0,12 – средненабухающий и свыше 0,12 – сильно набухающий.

Одновременно определяется влажность набухания (w_sw) и давление набухания(P_sw) грунта при увеличении своего объема. Давление Р_sw может достигать 0,8 МПа и легко поднимать и деформировать здание и сооружение.

Набухающие грунты выявляют в ходе инженерно-геологических изысканий, а при проектировании объектов на них предусматривают мероприятия: 1) в надземной части зданий (увеличение жесткости и прочности зданий) и 2) в грунтовом основании.

При строительстве на набухающих грунтах используют:

• Водозащиту вокруг зданий и сооружений для предотвращения проникновения в основания атмосферных и технических вод.

• Устранение набухания грунта предпостроечным замачиванием с использованием дренирующих скважин. Однако при этом в грунтах понижаются прочностные и деформативные характеристики.

• Прорезку слоя набухающего грунта фундаментами монолитными жесткими или свайными с обсыпкой песком боковой части фундаментов для устранения прилипания к ним грунта.

• Полную или частичную замену слоя набухающего грунта небольшой мощности ненабухающим (песком, суглинком, глиной) под всем зданием или фундаментами.

• Увеличение давленияот зданий на основание больше Р_sw.

Наиболее эффективно сочетание нескольких таких мер при увеличении жесткости и прочности фундаментов и самих зданий.

Усадка глинистых грунтов обусловлена их высыханием.

Усадка грунтов при их высыхании происходит за счет испарения воды или её отсасывания из грунта корнями деревьев слишком близко к зданию при их проникновении под фундамент. При этом грунт растрескивается, теряет монолитность, прочность, поверхность земли опускается, а здания деформируются (см. рис. 51,в).

В лаборатории устанавливают величину относительной усадкиЕ_sh = (h_n – h_d)/h_n (где h_n – высота образца грунта с w_max, а h_d, –высота после высыхания), определяют влажность грунта на пределе усадки (w_sh), мощность подверженных усадке грунтов H_sh.

В супесях усадка не проявляется. Проявление усадки предупреждают теми же мероприятиями, что и набухание грунтов.

Инженерно-геологическая характеристика некоторых глинистых грунтов. Элювиальные глины, суглинки и супеси имеют различные свойства исходя из количества и вида глинистых минералов в их составе. Особенно ярко это проявляется в таком их свойстве как пластичность.

Делювиальные суглинки, глины и в меньших объемах супесипокрывают склоны и откосы, причем содержат щебень и более крупные обломки, различные растительные остатки.

Физико-механические свойства глинистого делювия сильно изменяются в зависимости от его состава. Такие грунты быстро размокают в воде, склонны к движению вниз по откосам за счет слоистой текстуры. Искусственная подрезка делювиальной толщи в нижней части склона вызывает подвижки оползневого характера внутри самой толщи или на контакте с подстилающей коренной породой. Примером служат крупные оползни на Южном берегу Крыма, в частности, на территории санатория «Белоруссия» в Гурзуфе .

Пролювиальные пылеватые суглинки с характерной плохой сортировкой материала и наличием включений обломков пород различной величины имеют неоднородность по всей толще деформационных, прочностных и водно-фильтрационных характеристик.

Аллювиальные глинистые грунты в долинах равнинных рек сильно разнообразны по составу и свойствам.

Русловые супеси и суглинки содержат органические остатки.

Пойменные отложения представлены горизонтально-, волнисто-, линзовидно-слоистыми суглинками и глинами, редко супесями, подвержены усадке. Молодые отложения очень рыхлые, влажные и слабосвязные. Часто содержат погребенные почвы или обогащены органическим веществом, что ухудшает их свойства.

Наихудшими оказываются старичные глинистые грунты со значительным количеством органики.Они находятся в мягкопластичном состоянии, текучей и скрытотекучей консистенции.

Дельтовые отложения имеют высокие пористость и сжимаемость, низкую прочность и длительное время консолидации. Лёссовидные супеси и суглинки часто обладают просадочностью.

Глинистые грунты водно-ледниковые слагают мощные толщи и представлены супесями, суглинками и глинами с различным количеством дресвы, гравия, гальки и валунов.

Эти толщи содержат включения отторженцев – крупных глыб известняков и песчаников и из пластичных мягких глин, которые могут обусловливать большие и неравномерные осадки зданий. Наличие линз водонасыщенных песков и неоднородность строения толщ уменьшает их устойчивость в стенках откосов и котлованов.

Отличительной чертой глинистых моренных образований является наличие малой пористости – обычно 25 – 35 % (но чаще 30 % или намного ниже) при удельном весе от 18,0 – 19,0 до 22,0 – 23,0 кН/м³. Их малая сжимаемость обусловлена очень большим давлением ледника и сильной разнородностью состава. Компрессионные модули сжимаемости в интервале нагрузок 0,1 – 0,3 МПа находятся в пределах от 6 до 10 – 15 и даже 20 МПа.Длянагрузок 0,3 – 0,4 МПа их значения больше 10 МПа. Коэффициент пористости для моренных суглинков лежит в пределах 0,3 – 0,45, а моренных супесей – 0,4 – 0,5. Сопротивление сдвигу достаточно высокое: суглинки имеют С = 0,08 – 0,19 МПа, φ = 18 – 42^о, супеси соответственно С = 0,08 – 0,001 МПа и φ = 12 – 35°. Моренные глинистые грунты в большинстве случаев считаются надежными основаниями для самых ответственных и тяжелых сооружений.

Среди водноледниковых (флювиогляциальных) глинистых отложений типичными являются ленточные глины с четко выраженной слоистостью и анизотропией свойств. Они имеют высокие пористость (до 60 – 65 %) и естественную влажность. Вдоль напластования К_ф = 1 х 10^-1 – 1 х 10^-3 м/сут, а в глинистых прослоях 1 х 10^-5 м/сут. Осушение водонасыщенной толщи ленточных глин не всегда осуществимо. В естественном состоянии они могут выдерживать нагрузки до 0,3 – 0,4 МПа даже при влажности более предела текучести. Для водонасыщенных ленточных глин в интервале давлений 0,1 – 0,2 МПа значение φ вдоль слоистости равняется для глинистых слоев 11 – 13°, для пылеватых – 15 – 19^о, для песчаных – около 24^о.Присдвиге перпендикулярно слоистости в среднемφ = 16°. Сцепление в глинистых слоях составляет 0,02 – 0,03МПа, в пылеватых – 0,007 – 0,017 МПа. При нарушении естественной структуры сцепление не фиксируется.

Озерные глины и суглинкиимеют много органики плохо разложившейся, обладают малой прочностью, значительной сжимаемостью и слабой водопроницаемость..

Эоловые глинистые грунты для Беларуси не характерны.

Морские глинистые грунты распространены среди отложений глубоких частей моря. По своему составу они весьма однородны. Для Беларуси эти грунты также не характерны.