Напомним, что грунтом называют горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения. Сам же по себе грунт представляет собой закономерную, определенным образом построенную совокупность минералов. Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями их происхождения. А состав грунтов, в свою очередь, в значительной мере определяет их физические и механические свойства.
С течением времени грунт может подвергаться как природным факторам воздействия, таким как изменения гидрологических условий, так и технологическим: давление, колебания, загрязнение. Изменение свойств грунтов является следствием протекающих в них процессов, поэтому изучение и прогнозирование таких изменений должны проводиться с учетом главных действующих техногенных факторов.
В первой части статьи мы рассмотрели влияние статических нагрузок на грунт, далее рассмотрим другие возможные факторы влияния на структуру грунтов.
Динамические нагрузки.
В городах широко распространены динамические воздействия на грунты. Источниками их являются: транспорт, фабрично-заводское оборудование и механизмы, ударные и вибрационные строительные машины и др. По мере роста города сфера динамических воздействий на грунты расширяется. Грунты различного состава, структуры и физического состояния по-разному реагируют на динамические воздействия. Теоретически все типы грунтов и даже скальные грунты могут в какой-то мере изменяться при соответствующем режиме динамических воздействий. Вибрация, удары, толчки и другие колебательные воздействия широко проявляются в городских условиях, существенно влияют на грунтовые образования под фундаментами зданий и сооружений.
Наиболее чувствительны к таким воздействиям:
а) раздельно-зернистые грунты (пески, гравий, щебень), находящиеся в недоуплотненном состоянии;
б) грунты, имеющие рыхлую, тиксотропную структуру (водонасыщенные рыхлые илы, сапропели, плывуны, разжиженные лессы и т.п.), структурные связи которых легко разрушаются при механических воздействиях;
в) скопления продуктов выветривания (осыпи), оползневые и другие неустойчивые породы на склонах.
На раздельно-зернистые грунты динамические нагрузки действуют сильнее, чем статические, иногда пески даже при больших статических нагрузках почти не уплотняются, но в то же время дают существенную осадку при незначительных динамических воздействиях.
Степень вибрационного уплотнения песчаных грунтов зависит от формы, размера, характера укладки минеральных зерен и состояния влажности, от частоты и силы пульсации.
Максимальные уплотнения и осадки наблюдаются при частоте колебаний от 500 до 2500 в минуту (опасный интервал вибраций). С таким режимом вибрации работают турбогенераторы, паровые турбины и некоторые другие механизмы. Однако нужно иметь в виду, что и при другом режиме динамических воздействий (даже при простых толчках или ударах), если они длительно действуют, могут возникать значительные осадки.
Упругие колебания минеральных частиц, возникающие при вибрации от городского транспорта (трамвай, грузовые автомашины), проникают на глубину порядка 70 м. Величина колебаний зависит от скорости движения транспорта, его нагрузки, типа колес или шин, характера дорожных покрытий.
Поэтому к динамическим воздействиям от городского транспорта восприимчивы дорожные насыпи, особенно при недостаточном их уплотнении. Ударные, вибрационные, весовые и прочие нагрузки, передающиеся от грузовых автомашин, трамваев, троллейбусов, тракторов и других движущихся механизмов на насыпные грунты, вызывают сложные перемещения минеральных частиц (вниз, в стороны, вверх), в результате этого в теле насыпи возникают полезные процессы, явления (равномерное уплотнение, стабилизация насыпи) и нежелательные (прогибы, расползание).
Подземное строительство.
Подземное строительство давно используется для различных хозяйственных нужд (добыча полезных ископаемых, извлечение строительных материалов, строительство подземных укрытий, складов и т.д.). С течением времени масштаб подземных разработок грунтов резко увеличился, появились тоннели метрополитенов, протяженные железнодорожные тоннели, системы горных выработок, включая шахты и карьеры.
Одновременно со строительством подземных сооружений развиваются процессы, воздействующие на существующие поверхностные слои грунта. В результате этого формируется специфический комплекс инженерно-геологических процессов и явлений, в который входят: искусственное понижение уровня грунтовых вод, прорыв подземных вод, прорыв плывунов, сыпучее течение сухих песков, развитие трещиноватости, пучение глин, отжатие и вывалы грунтов, обрушение грунтов, суффозия и др. Все эти процессы и явления почти всегда сопровождаются сдвижением грунтов в массиве в сторону подземных выработок и образованием поверхностей оседания, а иногда и провальных воронок. Данный процесс ведет к сильной разрыхляемости грунтов, и, следовательно, к уменьшению их плотности.
Обводнение грунта.
Одним из отрицательных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека и существенно влияющих на свойства грунтов, является их замачивание. Интенсивная застройка территорий (еще недавно с ненарушенным природным рельефом), неурегулированный поверхностный сток, утечки воды из различного вида коммуникаций, нарушение динамики движения подземных вод свайными полями приводят к резкому повышению уровня подземных вод и, как результат, к обводнению грунтов и их деградации. Выражается это в изменении состава, структуры и физико-механических свойств грунтов в худшую сторону.
Для примера в таблице 2 приведены показатели физико-механических свойств суглинков на одной из подтопленных площадок до начала строительства и после подтопления.
При обводнении на застроенных территориях начинают проявляться просадочные свойства лёссовых и набухание глинистых грунтов, повышается их коррозионная активность, происходит размокание и проявляются негативные свойства, которыми раньше данные грунты не обладали.
Техническая мелиорация.
Техническая мелиорация – это совокупность мероприятий, направленных на улучшение физико-механических свойств грунтов. При строительстве на слабых просадочных грунтах до начала возведения сооружений применяют предварительное замачивание с целью снижения деформаций грунтов под нагрузкой в будущем. Однако, снижая просадочные свойства грунтов, мы увлажняем грунтовое основание, уменьшая его прочностные характеристики в сравнении с естественными, природными.
Действие динамических нагрузок в просадочных грунтах вызывает их доуплотнение, но степень последнего зависит от физико-механических свойств грунтов, величины предварительной нагрузки в слое грунта по глубине, амплитуды сейсмических или динамических колебаний. При этом надо учитывать, что при определенных условиях действие динамической нагрузки снижает прочностные характеристики грунта. Так, в условиях строительства слои мелких водонасыщенных песков при незначительном сотрясении деформируются, но по мере удаления от источника сотрясения эти деформации слоев уменьшаются.
Таким образом, при техногенном воздействии на грунты, случайном или целенаправленном, как правило, могут одновременно действовать несколько факторов как положительных, так и отрицательных.
Но наиболее предрасположенными к технологическим воздействиям являются пылевато-глинистые грунты. Классификация влияющих факторов на мелкодисперсные грунты приведена в таблице 3.
Каждый из параметров характеристик тесно взаимосвязан. Зависимость величин приведена в таблице 4.
Подводя итог, можно сделать следующий вывод: грунт меняет свои свойства с течением времени при влиянии даже одного внешнего фактора, будь то природный или технологический. Грунт, отобранный из карьера, взятый со склада, уложенный в конструкцию и работающий в конструкции некоторое время – все это разные материалы с различными физико-механическими свойствами . Таким образом, возникает необходимость вести качественную проверку и мониторинг изменения свойств и состояния грунта с момента отбора до момента укладки грунта в конструкцию с последующей работой в ней. Необходимо заранее учитывать все изменения и все влияния, оказываемые на грунт, чтобы прогнозировать его фактическое состояние. Возможны разработки некоторых методик по определению изменения свойств грунтов.
Список литературы:
1. С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев «Механика грунтов. Основания и фундаменты», Москва 1994 г.
2. Н.А. Цытович «Механика грунтов» краткий курс, Москва 2011 г.
3. Л.Н.Шутенко, Ю.Т.Лупан, П.Л.Клемяционок, А.Г.Рудь, Г.Г.Стрижельчик, А.В.Жиров. «Основания и фундаменты», Харьков 2009 г.