строительство и архитектура. опыт и современные технологии

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
1
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №5.
УДК 624.154.1
Смирнов Р.С., Городниченко В.О., Сычкина Е.Н.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЮВИАЛЬНЫХ ГРУНТОВ В
КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНЙ
Smirnov R.S., Gorodnichenko V.O., Sychkina E.N.
STUDY OF SOIL FEATURES APPLICATIONS ELUVIAL AS THE BASE FOUNDATIONS
FOR STRUCTURES
Аннотация: Данная статья посвящена вопросу изучения элювиальных грунтов. Авторы отмечают
следующие проблемы: 1 физико-механические свойства элювиальных грунтов; 2 характеристика
грунтов в г. Перми.; 3 аварийные ситуации, возникающие на элювиальных грунтах. Большое
внимание уделяется свойствам элювиальных грунтов. Сообщается, что элювиальные грунты имеют
сложный профиль, а также сложную структуру. Статья представляет интерес для организаций,
которые ведут строительство на элювиальных грунтах.
Аnnotation: The article is dedicated to the issue of eluvial soils. The authors mention on following
problems:1 physical and mechanical properties of soils of eluvial; 2 characteristics of the soil in Perm; 3
emergencies arising on eluvial soils. Much attention is given to eluvial soil properties. It is reported that
eluvial soils are complex profile, as well as a complex structure. The article is of interest for organizations
that are building on the eluvial soils.
Ключевые слова: элювиальные грунты, кора выветривания, котлован.
Key words: eluvial soils, weathering crust, ditch.
В связи с тем, что элювиальные грунты широко распространены как в нашей стране, так и во
всем мире изучение их свойств не перестает терять своей актуальности. Анализ современного
состояния изучаемого вопроса показал, что исследования элювиальных грунтов проводились во
многих странах с начала прошлого столетия. Исследованиями строительных свойств элювиальных
грунтов занимались Н. Н. Маслов, Л. И. Корженко, В. Б. Швец [1] и ряд других ученых. Данная тема
является актуальной и для города Перми, так как на его территории характерна погребенная кора
выветривания, представленная аргиллитоподобными, глинами [2].
Предметом данного исследования являются элювиальные грунты.
Согласно СП 22.13330.2011 “Основания зданий и сооружений”, элювиальные грунты – это грунты,
сложенные в результате выветривания скальных пород, оставшимися на месте своего образования и
сохранившими в той или иной степени структуру и текстуру исходных пород. Грунты, оставшиеся на
месте своего образования, сложены различными по прочностным и деформационным свойствам
продуктами выветривания (от трещиноватых скальных до рыхлых песчаных и пылевато-глинистых),
отличаются от осадочных грунтов многообразием видов и свойств, неоднородностью состава и
сложения. Специфика элювиальных грунтов является следствием различия свойств исходных
(материнских) горных пород и неравномерности протекавших процессов выветривания.
Элювиальные образования представлены продуктами выветривания магматических и осадочных
пород.
Цель исследования – изучение особенностей применения элювиальных грунтов в качестве
оснований фундаментов зданий и сооружений.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1) Рассмотреть физико-механические особенности элювиальных грунтов.
2
ГЕОТЕХНИКА И ГЕОТЕХНОЛОГИИ
2) Охарактеризовать элювиальные грунты города Перми.
3) Привести примеры аварийных ситуаций, при устройстве фундаментов на элювиальных
грунтах и выделить особенности строительных работ.
Процессы выветривания, продвигаясь вглубь, вызывают изменение физико-химического
состояния пород и образуют определенные зоны выветривания, сочетание которых составляет
профиль выветривания или кору выветривания. В ходе выветривания верхние зоны увеличиваются за
счет нижних, а нижние – за счет невыветрелой породы. Более выветрелые породы вклиниваются в
менее выветрелые или незатронутые выветриванием в виде воронок, колодцев, языков и др. что
приводит к сложным структурам коры. [1]
Рис. 1. Сложная структура коры
1 – разлом; 2 – осадочный грунт; 3 – элювиальный грунт; 4 – коренные породы
По времени образования различают современную кору выветривания, представленную
элювием, и древнюю, сформированную в предшествующие геологические эпохи и погребенную под
толщей позднейших напластований [1].
Рис 2.
а) Современная кора выветривания: 1 – элювиальный грунт; 2 – коренные породы;
б) Погребенная кора выветривания: 1 – осадочный грунт; 2 – элювиальный грунт; 3 – коренные породы;
В зависимости от генетического вида пород выветривание подразделяют на первичное и
вторичное. Первичный процесс выветривания протекает в магматических метаморфических породах,
в составе которых нет минералов, образовавшихся в водной среде. Вторичное выветривание
протекает в осадочных сцементированных грунтах и продуктах метаморфизма.
Сложная структура элювиальных грунтов наиболее распространена, что значительно
осложняет строительство, поскольку эти грунты обладают трещиноватостью, высоким
коэффициентом водонасыщения, значительными просадками и набуханием.
Отличительными свойствами элювиальных грунтов при использовании их в качестве оснований
являются [1]:
-Неодинаковая сжимаемость, как правило, уменьшающаяся с глубиной;
-Наличие близко залегающих к поверхности практически несжимаемых скальных, полускальных и
глыбо-щебенистых грунтов, подстилающих относительно незначительную толщу сильно выветрелых
грунтов;
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
3
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №5.
-Неоднородность залегания в плане грунтов, сильно отличающихся друг от друга по сжимаемости;
-Переход в плывунное состояние вследствие водонасыщения, а также склонность к ухудшению
прочностных характеристик и последующему разрушению в период разработки открытого
котлована;
-Возможность просадки элювиальной супеси в состоянии малой влажности;
-В связи с тем, что элювиальное основание может характеризоваться значительным неравномерным
залеганием и неравномерным распределением физико-механических свойств, как в плане, так и по
глубине, что в зависимости от конструктивных особенностей надземной части здания, может
привести к неравномерным осадкам фундаментов.
В инженерно-геологическом строении г. Перми учувствуют элювиальные грунты, которые
имеют сложный профиль и не выдержаны по разрезу. На территории города преобладает физическое
выветривание, в результате которого образующийся материал сохраняет минеральный состав
материнской породы и значительную прочность, благодаря унаследованности структурных связей.
Среди элювиальных грунтов могут отмечаться как просадочные, так и набухающие.По физическим
свойствам и пределу прочности на одноосное сжатие глины раннепермского возраста
классифицируются как сильновыветрелые полускальные, размягчаемые в воде, твердой и
полутвердой консистенции[4].
Примером аварийной ситуации, связанной с неблагоприятными процессами в элювиальных
грунтах, может служить 9-этажный жилой дом № 6 на ул. Мусоргского в городе Екатеринбург,
который был сдан в эксплуатацию в самом начале 80-х годов XX века. Спустя некоторое время
вследствие неравномерной и аномально высокой просадки фундамента дома в центральной его части
и его западной секции возникли повреждения стен и внутренних помещений. В 2000 году были
выполнены дополнительные инженерно-геологические изыскания, с целью выяснить причину
повреждения дома. После проведения исследований было установлено, что повреждения дома могли
быть из-за неблагоприятных процессов в элювиальных грунтах в основании фундамента, которые
могли появиться в результате их вымачивания, замораживания и последующего оттаивания в
процессе строительства[3].
а)
б)
Рис 3.
4
ГЕОТЕХНИКА И ГЕОТЕХНОЛОГИИ
а) Зоны деформации северной стены в центральной части дома;
б) Зоны деформации северной стены в западной части дома;
Рассмотрев физико-механические свойства грунтов и пример аварийной ситуации, можно
выделить особенности в строительных работах, производимых на элювиальных грунтах.
Например, согласно СП 22.13330.2011 “Основания зданий и сооружений” п. 6.5.5-6.5.7 при
разработке открытых котлованов на элювиальных грунтах должно учитываться:
-Степень снижения прочности элювиальных грунтов основания во время
пребывания их открытыми в котловане должна устанавливаться опытным путем в полевых условиях
-Количественную оценку снижения прочности элювиальных грунтов в открытых котлованах
производят по изменению их прочностных и деформационных характеристик в период
дополнительного выветривания, а качественную оценку — по изменению значений плотности
образцов грунта, их водопоглощающей способности, интенсивности распада (дробления) крупных
обломков,
-Оценку стойкости элювиальных грунтов к дополнительному (атмосферному) выветриванию,
устанавливающую степень снижения их прочности в открытых котлованах за ожидаемый период
времени t (годы, месяцы, сутки), производят путем определения: скорости снижения выбранного
параметра степени выветрелости А за период времени t: (А1 – A2) / t; степени снижения выбранного
параметра А: (А1 – A2) / A1; общего количественного снижения параметра А за весь период t: (А1–
А2).
При значительной скорости атмосферного выветривания, разработка котлованов, должна
проводиться с недобором грунта до проектной отметки подошвы фундаментов, и без перерыва в
работе. В проекте оснований и фундаментов должна предусматриваться на период вскрытия
котлованов защита элювиальных грунтов от разрушения атмосферным воздействием и водой.
Выводы по работе:
-При данном исследовании были выявлены следующие физико-механические свойства элювиальных
грунтов: трещиноватость, высокий коэффициент, водонасыщения, значительные просадки и
набухания, неоднородность их залегания.
-Для г. Перми характерны элювиальные грунты, которые обладают сложным профилем и не
выдержаны по разрезу.
-Мы рассмотрели пример аварийной ситуации в г. Екатеринбурге и выделили особенности для
возведения котлованов на элювиальных грунтах. При строительстве нужно следить за такими
факторами как, вымачивание элювиальных грунтов, их замораживание и последующее оттаивание,
чтобы избежать появления повреждений здания.
Список использованной литературы:
1.Швец В.Б. Элювиальные грунты как основания сооружений (2-е издание, переработанное и
дополненное) Москва: Стройиздат, 1993.
2. Коротаев Н. Я. Почвы Пермской области. Пермь: Кн. изд-во, 1962.
278 с.
3. Гуляев А.Н., А.Ю. Осипова, В.А. Щапов “Неоднородность грунтов в основании фундаментов
как основная причина повреждений зданий в Екатеринбурге”. Архитектон: известия вузов № 36.
Декабрь 2011.
4.Прогноз осадки свайных фундаментов на аргиллитоподобных глинах (на примере Пермского
региона). Пономарев А.Б., Сычкина Е.Н. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2014. № 3.
С. 6-9
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №5.
5