Инженерно-геологические исследования лессовых просадочных грунтов

Рассмотрены особенности территориального распространения лессов и методы устранения возможных нарушений устойчивости и разрушения фундамента.

Ключевые слова: лессовые грунты, просадочные грунты, пористость, фундамент.

Лёссовые грунты занимают практически 17 % территории России [3]. Большие площади покрыты лёссовыми породами в Средней Азии, Казахстане, Восточной, Южной и Западной Сибири. Довольно часто они встречаются в Белоруссии, Поволжье, Якутии и других районах. Самая большая территория лёсса находится в Китае (на географических картах Китай всегда окрашивается в желтый цвет — цвет лёсса).

На рисунке 1 показана карта распространения лёссовых пород на территории СНГ, составленная В. С. Быковой и С. А. Пастушковой («Лёссовые породы СССР», 1986).

Термин «лесс» пришел из немецкого языка, это неслоистая осадочная горная порода палевой окраски, маловлажная, слабо агрегированная, по гранулометрическому составу относится к пылеватым суглинкам и супесям. Лёссовые породы подразделяются на лессы и лессовидные суглинки. На 60…70 % в их составе преобладают пылеватые частицы, частицы песка крупнее 0,25 мм отсутствуют, глинистые частицы содержатся в незначительном количестве. Глинистые минералы представлены каолинитом, иллитом, монтмориллонитом и незначительны по содержанию. Лесс и лессовидные породы содержат значительные включения карбонатов. Характерной особенностью лессов является их высокая пористость, достигающая 46…52 % от общего объема породы. Опасными свойствами являются высокая просадочность (осадка при замачивании) и эрозионная размываемость [2].

Рис. 1. Карта распространения лёссовых пород на территории СНГ [4]

Лессовые грунты широко используются в качестве строительного основания. Недооценка их просадочных свойств при проектировании и строительстве приводит к деформациям зданий и сооружений. Поэтому изучение специфических свойств таких грунтов для целей безопасности строительства являются актуальными. Под термином «просадочные явления» понимают уплотнение лессовых пород с вертикальной деформацией (осадкой) под действием увлажнения и нагрузки. В строительном отношении лессы и лессовидные породы классифицируются как структурно-неустойчивые сложные грунты, характеризующиеся опасностью просадок, приводящих к деформации зданий и сооружений, активизации других опасных процессов: суффозии, оползне- и оврагообразования. Территории развития лессовых отложений представляют большую потенциальную опасность негативных проявлений геолого-геоморфологических процессов.

Просадочные лессовые грунты по величинам коэффициента пористости делятся на: 1) низкопористые и 2) высокопористые, по степени водонасыщения делятся на три категории: 1) малой степени водонасыщения, 2) средней степени водонасыщения, 3) водонасыщенные. Просадочные грунты имеют невысокую влажность и прочные структурные связи. В природном состоянии их деформация под нагрузкой незначительна. Однако после увлажнения возникает просадка, которую условно делят на два типа: быстро протекающая (собственно просадка) и медленно протекающая (послепросадочная деформация) [1].

— тип I — грунтовые условия, в которых просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5 см; просадка возможна в основном от внешней нагрузки.

— тип II— грунтовые условия, в которых, помимо просадки грунтов от внешней нагрузки, возможна их просадка от собственного веса и величина ее превышает 5 см.

Указанное подразделение грунтовых условий по типам просадочности играет большую роль при назначении инженерных мероприятий и рациональных конструкций фундаментов на территориях, сложенных просадочными грунтами.

При определении просадки менее 5 см для устранения возможных нарушений устойчивости и разрушения фундамента используют следующие методы:

— уплотнение с использованием трамбовки — является долговременным и требует использование специализированных машин;

— создание подушки из не просадочных грунтов — возможность применять только в отдельных случаях, когда слой неплотной породы небольшой;

— искусственно замачивание грунта, для его естественной просадки — является наиболее дешевым способом, но занимает большой временной период (после проведения увлажнения требуется ожидать ухода воды из верхнего слоя), на результат могут влиять погодные условия;

— использование водозащитных мероприятий для устранения возможного увлажнения почвы.

При определении типа просадки от собственного веса более 5 см могут использовать один из методов или целый комплекс для предотвращения опасных условий:

— уплотнение за счет грунтовых свай;

— уплотнение грунта замачиванием и подрывом грунтовых вод с последующей трамбовкой;

— возведение фундамента из набивных свай с расширенной пятой;

— проведение водозащитных мероприятий с уплотнением грунта.

Для закрепления слабого грунта используют такие методы, как: цементация, силикатизация, электросиликатизация.

Цементация представляет собой процесс заполнения проблемных участков жидким раствором с большим соотношением цемента для быстрого закрепления.

Силикатизация — это процесс фиксация грунта, который содержит большой процент пылевых частиц, составами на основе жидкого стекла. Раствор нагнетается под давлением и закрепляет область в радиусе 0,3–1 м. Такой метод может использоваться как для закрепления отдельных участков, так и для фиксации всего массива. При фиксации всей площади раствор нагнетают в шахматном порядке для закрепления максимальной площади и сокращения расходов. Электросиликатизация отличается наличием постоянного тока в растворе для более быстрого и качественного закрепления грунта.

Литература:

1. Акиянова Ф. Ж. Лессовые отложения и связанные с ним опасные процессы // Гидрометеорология и экология. 2010. № 3. 63–71 с.
2. Кригер Н. И., Котельникова Н. К., Лаврусевич С. И. и др. Закономерности формирования просадочных свойств лёссовых пород Средней Азии и Южного Казахстана. — М.: Наука, 1981. — 132 с.
3. Лессовые породы СССР. Т. 1. Инженерно-геологические особенности и проблемы рационального использования / Под ред. Сергеева Е. М., Ларионова А. К., Комиссаровой Н. Н. — М., 1986. — 273 с
4. Пантюшина Е. В. Лессовые грунты и инженерные методы устранения их просадочных свойств // Ползуновский вестник. 2011. № 1. 127–130 с.
5. СП 448.1325800.2019 Инженерные изыскания для строительства в районах распространения просадочных грунтов. М.: Стандартинформ. 2019. — 5 с.