Принципы проектирования и строительства в просадочных грунтах – Строительство в особых грунтовых условиях

Заторфованные грунты —это песчано-пылевато-глинистые во­донасыщенные грунты, но с большим содержанием органических веществ (до 50 %) в виде остатков корней растений с примесью гумуса. При оценке свойств этих грунтов большое значение име­етстепень разложениярастительных остатковR^.По этому при­знаку их разделяют на четыре разновидностиR^:от0до 15 %; 16-30 %; 31-50 %; более 50 %

Наиболее типичным представителем органических грунтов яв­ляется торф, сложенный из неполно разложившихся болотных растений. Окраска чаще всего темно-коричневая. В торфах всегда имеется примесь песка, пылеватых и глинистых частиц. Растения создают волокнистый каркас, что является его структурой. Боль­шинство торфов сформировалось в древние времена и на сегодня между собой различаются по степени разложения растительных остатков и геологическому строению. На рис. 57 показаны раз­личные случаи геологического строения торфяников. Слой торфа может плавать на воде, либо лежать на сапропеле или непосред­ственно на минеральном дне, т. е. на слое глины. В зависимости от этого мощность слоев торфа бывает различной — от несколь­ких сантиметров до десятков метров. Все органоминеральные и органические грунты содержат во­ду, которая обладает агрессивными свойствами по отношению к строительным материалам. В связи с непрерывным гниением растительных остатков их свойства очень изменчивы во времени. Модуль деформации Е обычно меньше 5 МПа. Лучше всего на­грузки держат древние, более плотные торфы.

Торфы являются полезными ископаемыми (энергоносители, удобрение и сырье для химической промышленности) и поэтому рассматривать этот грунт только как основание объектов нецеле­сообразно. Строительство на заторфованных грунтах в зависимо­сти от их свойств, мощности слоев осуществляется в двух на­правлениях: 1) без специальных мероприятий с применением только конструктивных строительных решений в зданиях и соо­ружениях;2) с использованием специальных строительных работ.

Специальные строительные работы очень разнообразны и рас­падаются на ряд видов в зависимости от вариантов геологического строения заторфованных толщ. Для каждого варианта рекоменду­ются свои специальные работы, которые могут быть в виде:

· прорезки (полной или частичной) слоя заторфованного грун­та фундаментами, в том числе свайными;

· частичной или полной срезки (выторфовка) заторфованного грунта с последующей засыпкой, планировкой площади песчаны­ми (гравийным, щебеночным) материалами;

· предварительного уплотнения заторфованных грунтов, в том числе с помощью дренажных скважин.

При выборе вида специальных строительных работ необходи­мо учитывать свойства и мощность слоев песчано-пылевато-гли­нистых грунтов, которые подстилают или перекрывают заторфо- ванные грунты.

Основные инженерно-геологические особенности торфов. Отли­чительной чертой торфов является их чрезвычайно высокая влажность в естественном залегании. В массиве она может до­стигать 500—1000 и даже 2000 % и более (по отношению к весу сухого вещества).

Плотность скелета торфов — величина более чем малая, в основном 0,07—0,2 г/см³, очень редко отмечены значения 0,5 г/см³. Соответственно пористость чрезвычайно высока. В условиях есте­ственного залегания влажность торфов в соответствии с их огром­ной влагоемкостыо практически всегда выше влажности верхнего предела пластичности, т. е. торф практически находится в скры­то-текучей консистенции. В естественных условиях торф обладает весьма низкой способностью к набуханию, при высыхании же его наблюдается значительная усадка. Торф — порода водопроницае­мая, оказывает достаточно сильное влияние на водопроницае-246

мость, в первую очередь, степень разложения органических остат­ков, а также обладает такой особенностью, как анизотропия свойств, которая обусловлена слоистостью, образовавшейся в про­цессе формирования торфяных залежей.

Отличительной чертой торфов является их исключительно сильная сжимаемость под нагрузкой, значение которой в десятки и сотни раз выше, чем у обычных (минеральных) грунтов. При этом в торфах, как и в других грунтах, наблюдаются как остаточ­ные, так и упругие деформации, причем остаточные имеют зна­чительные величины. При снятии нагрузки происходит некото­рое увеличение пористости уплотненного торфа, что обусловлено упругими свойствами структуры торфа и небольшим всасыванием воды. При нарушении первоначальной структуры торфа уплотня- емость его увеличивается на 10—30 %. Результаты исследований прочностных характеристик торфов свидетельствуют о значительных величинах сцепления и угла внутреннего трения при сравнительно высоких значениях влаж­ности (200—1000 %). При дальнейшем росте влажности сцепле­ние и угол внутреннего трения постепенно снижаются и падают до нуля при влажности около 1500 %. Например, при влажности 300 % угол внутреннего трения равняется 24—30% а сцепление 0,03—0,05 МПа, а при влажности 1500 % всего 0—5° и 004—0,01 МПа. В целом торфяные грунты достаточно неодно­родны по своему генезису, составу, строению и состоянию, что естественно влечет за собой очень широкий диапазон изменения их инженерно-геологических характеристик. Торфы обладают огромной влажностью, значительной пористостью и, как следст­вие этого, очень сильной сжимаемостью. Неоднородность строе­ния и состава торфяной залежи и сильная сжимаемость торфа могут привести к значительным неравномерным осадкам возво­димых на них сооружений. Эти осадки обычно протекают в тече­ние длительного периода времени. Кроме того, следует иметь в виду, что торфяным грунтам в отличие от минеральных свойст­вен еще один вид доуплотнения, происходящего под влиянием микробиологических процессов, протекающих в веществе торфа и сопровождающихся его минерализацией.

С инженерно-геологической точки зрения при оценке пло­щадки строительства сооружения следует в значительной мере опасаться наличия линз и прослоев торфа в толщах минеральных грунтов, что может привести к повышенной неоднородности и сильной сжимаемости всего основания в силу указанных выше причин. Инженерно-геологические изыскания на торфяных грун­тах требуют особой тщательности.

Засоленные грунты.К дисперсным засоленным относятся грунты, содержащие значительное количество водорастворимых солей. В литологическом отношении это могут быть пески, супе­си, суглинки, глины и в некоторых случаях даже крупнообломоч­ные грунты. Засоленные грунты типичны для поверхности земли и свойственны районам с засушливым климатом. Появление со­лей в грунтах связано со многими причинами:

· жаркий климат, при котором испарение преобладает над ко­личеством выпадающих атмосферных осадков;

· бессточный для воды рельеф местности;

· подтопление территорий грунтовыми водами, вызванное не­правильной эксплуатацией человеком оросительных систем;

· попадание определенной части водорастворимых солей в грунты при их формировании.

Соли в грунтах присутствуют в различных формах:

· в виде отдельных крупных кристаллов;

· в виде мелких рассеянных кристаллов по всей массе грунта;

· в форме больших скоплений (друз), разбросанных по всему массиву грунта.

В грунтах обычно присутствуют все эти формы солей, но в силу каких-либо причин одна из них занимает основное место.

Среди водорастворимых солей в грунтах находятся легко- и среднерастворимые соли. К легкорастворимым относятся: хлори­ды (типа минерала галита) и кислые соли угольной кислоты; к среднерастворимым — сульфаты (типа гипса). Карбонаты (типа кальцита) тоже растворяются в воде, но к числу водораствори­мых их можно относить с известной условностью. Их растворе­ние происходит длительное время и при наличии в воде агрес­сивной углекислоты.

Количество солей, оказывающих влияние на изменение свойств, в различных грунтах неодинаково и колеблется от 0,3 до 5 % и больше (к весу грунта). Вот некоторые примеры грунтов, которые считаются засоленными при следующем количестве со­лей: пески — 0,5 % и более; пылевато-глинистые грунты — 5 % и более; крупнообломочные грунты — 2% и более.

К основным типам засоленных глинистых грунтов относятся солончаки, солонцы и такыры. Солончаки формируются в доли­нах рек, соленых озерах, лиманах и содержат серно-кислые соли натрия, хлориды кальция и магния. Солонцы располагаются на высоких участках рельефа местности и содержат карбонаты на­трия (соду), сульфаты натрия и гипс. Такыры —большие равнин­ные площади, покрытые глинистыми грунтами твердой конси­стенции и разбитые сетью трещин усадки. Такыры содержат гипс, карбонаты и небольшое количество легкорастворимых со­лей. Количество солей и их состав в грунтах определяются хими­ческими лабораторными анализами.

В природных условиях, например, при неправильном ороше­нии сельскохозяйственных полей нередко происходит «засоле­ние» почв и грунтов. В районах строительства на территориях, где эксплуатируются здания и сооружения с большим водообме­ном, обычно наблюдается обратный процесс — «рассоление».

Водорастворимые соли в определенной мере упрочняют грун­ты, так как являются их цементирующей составляющей, но грун­товые основания зданий и сооружений никогда не остаются су­хими. В период эксплуатации основания объектов, как правило, обводняются, возникает постоянная фильтрация воды. Все это приводит к растворению солей, рассолению грунтов оснований, т. е. к выщелачиванию солей. В отличие от механической суффо­зии это чисто химический процесс. При растворении солей из­меняются, в первую очередь, их физико-механические свойства оснований: прочностные и деформационные показатели, а также пластичность, пористость, гранулометрический состав. Вначале вымываются легкорастворимые соли, после этого, в результате уже длительной фильтрации воды, выносятся средне- и даже труднорастворимые соли. Растворение и вынос гипса из суглин­ков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов может проис­ходить в сроки, соизмеримые с периодом эксплуатации зданий и сооружений.

Строительство на засоленных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства:

· прорезка фундаментами зданий слоя засоленного грунта;

· водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

· прекращение фильтрации подземной воды устройством дре­нажей и непроницаемых завес;

· отсыпка на засоленный грунт безсолевых грунтовых подушек из песка или суглинков;

· предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового осно­вания;

· искусственное закрепление засоленного массива грунта мето­дами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

Выбор того или иного приема зависит от геологического строения и гидрогеологических условий строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструк­ций объекта и технических возможностей строительной органи­зации.

Засоленными называются грунты, в которых содержится более 5% среднерастворимых солей или более 0,3% легкорастворимых солей от веса сухого грунта. К легкорастворимым солям относятся хлористые соли натрия NaCI, калия КСl кальция СаС1₂ и магния MgCl₂, бикарбонаты натрия NaHCO₃ сульфаты натрия Na₂S0₄ и магния МgS0₄ . К среднерастворимым солям относятся гипс CaS0₄*2H₂0 и ангидрит CaS04.

Засоленные грунты занимали около 10% территории б. Советского Союза и залегают с поверхности в районах Средней Азии, Казахстана, Приднепровья, Северного Кавказа, Западно-Сибирской низменности и Урала. Эти грунты могут быть маловлажными твердой консистенции, водонасыщенными и зачастую cильнocжимaeмыми.

Сложность строительства на засоленных грунтах обусловлена тем, что деформации проявляются как в процессе возведения сооружений, так и в период их эксплуатации. На засоленных глинистых грунтах твердой консистенции деформации происходя при замачивании и проявляются в виде резкой просадки зданий Это объясняется тем, что при водонасыщении грунтов и растворении солей резко уменьшается прочность контактов отдельных частиц, в результате чего изменяются характеристики прочности, значение модуля общей деформации. В ряде случаев процесс растворения солей в грунтах происходит очень быстро (особенно при взаимодействии легкорастворимых солей с горячей водой), и суффозионная просадка происходит в течение небольшого промежутка времени.

При строительстве на водонасыщенных глинистых грунтах процесс вымывания из них солей (химическая суффозия) протекает длительное время. Однако уплотнение (консолидация) засоленных водонасыщенных глинистых грунтов в натурных условиях занимает значительно меньший период, чем по расчету осадки с использованием теории фильтрационной консолидации. Но и в этих случаях деформации грунтового массива часто бывают значи­тельными, протекают локально, что вызывает неравномерные осадки соседних фундаментов и нарушает эксплуатационную пригодность зданий и сооружений. В некоторых случаях процесс растворения солей происходит в течение очень небольшого промежутка врмени, особенно тогда, когда в состав засоленных грунтов входят легкорастворимые соли.

Проблема строительства промышленных и гражданских сооружений на засоленных грунтах в Центральном Казахстане стала особенно актуальной в последние годы, поскольку вследствие интенсивной мелиорации засушливых районов большие площади ранее маловлажных засоленных грунтов оказались обводненными, что привело к их просадкам. В результате деформации получили не только построенные здания, но и еще строящиеся.

Следует отметить, что проектировщики обычно не получают информации о специфике засоленных грунтов, так как до сих пор неразработаны нормы и рекомендации по проведению инженерно-геологических изысканий на строительных площадках, сложенных засоленными грунтами. Геологи часто указывают только на агрессивность подземных вод, не проводя специальных исследований о характере, виде и свойствах солей, содержащихся в грунте. Поэтому проектировщики принимают меры лишь по защите тела фундамента от вероятной коррозии, указывая в проекте о необходимости защиты поверхности бетонных конструкций. Строители, не получив специальных указаний в проекте на производство строительных работ в засоленных грунтах, проводят работы по таким же технологическим схемам, как и при строительстве на обычных грунтах. В результате при производстве работ поверхностные и подземные воды часто затопляют котлован и попадают в материал обратной засыпки фундаментов и подвальных стен. Строители откачивают воду из котлована, не устраивая зумпфов, вследствие чего засоленные грунты в основании строящихся зданий обессоливаются и получают свойства, существенно отличающиеся от свойств грунтов, первоначально описанных инженерами-геологами. Сжимаемость обессоленных грунтов существенно увеличивается, а прочность в несколько раз уменьшается и в результате фактические осадки строящихся сооружений иногда в несколько раз превышают расчетные значения.

Железобетонные фундаменты под промышленные и гражданские сооружения, строящиеся на засоленных грунтах, проектируются теми же методами, что и для строительства на незаселенных грунтах. При этом не учитываются особенности распределения контактных напряжений по подошве жестких фундаментов, закладываемых на маловлажных засоленных грунтах, и возможность изменения эпюры контактных напряжений при обводнении засоленных грунтов основания.

Осадки фундамента на засоленных грунтах рассчитываются таким же образом, как и осадки фундаментов на незасоленных грунтах, поскольку до настоящего времени не проведены экспериментальные исследования по изучению глубины сжимаемой зоны в основании фундамента на засоленных грунтах и изменения ее мощности при обводнении.

До настоящего времени не разработаны способы устройства искусственных оснований на засоленных глинистых грунтах, что очень важно, особенно при содержании в грунтах легкорастворимых солей. Обычно в таких грунтах применяются свайные фундаменты, которые часто подвергаются коррозионному воздействию.

Сложность исследования свойств засоленных глинистых грунтов заключается в том, что соли присутствуют в грунтах в виде отдельных друз, прожилок, концентрированных солевых растворов. Чтобы найти общую закономерность для таких грунтов, необходимо целенаправленно исследовать засоленные глинистые грунты различных регионов.

По результатам анализа причин деформаций, а в ряде случаев и аварий различных сооружений, которые произошли в процессе их строительства и эксплуатации, изучены результаты работы различных экспертных комиссий по разбору аварий и деформаций сооружений, проанализированы обобщены различные случаи деформаций сооружений по опубликованным и ведомственным материалам. В результате предложены следующие мероприятия и способы устройства искусственны оснований и фундаментов на засоленных глинистых грунтах:

1. Прорезка толщи засоленных грунтов (6—8 м) железобетонными сваями. Погрузить сборную железобетонную сваю в прочные твердые засоленные грунты очень трудно, поэтому приходится сначала бурить лидирующие скважины. Опыт применения буронабивных свай из бетона на портландцементе оказался неудачным поскольку бетон подвергался солевой коррозии. Применение буронабивных свай целесообразно только при использовании сульфатостойких, бариестойких и низкоалюминатных цементов, надежной гидроизоляции тела свайного фундамента и при несущей способности сваи не менее 1200 кН.

2. Проведение водозащитных мероприятий, таких же как и пpи строительстве на лессовых грунтах, — устройство отмосток вокруг здания, перекрывающих обратную засыпку; прокладка водоводов в железобетонных лотках; ограничение поливов зеленых насаждений вокруг здания и т.п. Как показал опыт строительств; на засоленных грунтах, полагаться только на водозащитные мероприятия нельзя, поскольку в процессе эксплуатации зданий и сооружений подтопление их оснований неизбежно, поэтому водозащитные мероприятия следует применять совместно с другими методами.

3. Применение конструктивных мероприятий — приспособление зданий к неравномерным осадкам; усиление подземной и надземной частей здания жесткими железобетонными поясами; разрезка здания осадочными швами на отдельные жесткие блоки (при локальном выщелачивании солей в засоленных глинистых грунтах) . Поскольку железобетонные конструкции имеют значительную открытую поверхность, в подземной и цокольной частях здания возможна солевая коррозия бетона и поэтому применение монолитного железобетона в подземной и цокольной частях здания или сооружения следует сочетать с водозащитными мероприятиями.

4. Уплотнение и искусственное закрепление грунтов. Опыт эксплуатации сооружений на основаниях, уплотненных песчаными дренами или электроосмотическим осушением, показал большую экономичность и целесообразность этих методов по сравнению с устройством свайных фундаментов. В результате применения такого уплотнения сокращается расход цементов и металла и повышается надежность основания.

Северная строительно-климатическая зона включает районы Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока. Она отличается широким диапазоном изменения температур и влажности воздуха, ветровых воздействий, ландшафта.

Вечномерзлые грунты имеют отрицательную или нулевую температуру, содержат в своем составе лед и находятся в мерзлом состоянии в течение многих лет. Они имеют сплошное или островное распространение. В северных районах мощность их достигает 500 м. Поверхностный слой подвергается сезонному оттаиванию – промерзанию. По состоянию в природных условияхвечномерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые. Инженерно-хозяйственная деятельность человека приводит к ослаблению вечной мерзлоты, к появлению термокарстовых явлений.

Тепловые загрязнения геологической среды в процессе хозяйственной деятельности часто являются причиной массовых деформаций зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Отепляющие воздействия инфраструктуры приводят к развитию термокарста. При чрезмерном охлаждении возможны деформации, вызванные морозобойным растрескиванием, пучением грунтов.

В состав мероприятий по инженерной подготовке территорий входит: вертикальная планировка; устройство дорог и прокладка коммуникаций, отвод поверхностных вод; осушение; недопущение затопления, образования термокарстов.

При строительстве на вечномерзлых грунтах применяют два основных принципа: I – грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации; II – грунты основания используют в оттаявшем или в оттаивающем состоянии.

При строительстве по I принципу, несущие конструкции проектируют без учета их осадочных деформаций. Конструктивная система здания такая же, как и при строительстве в обычных условиях. Основным видом фундаментов являются свайные. Поверху свай устраивается сплошной ростверк. Допускается применение столбчатых железобетонных и монолитных бетонных фундаментов.

Сохранение вечномерзлого состояния грунтов при проектировании по принципу I достигается: возведением зданий на подсыпках; теплоизоляцией поверхности грунта под полом; устройством вентилируемых подполий; расположением на первом этаже неотапливаемых помещений; прокладкой под полом охлаждающих вентиляционных каналов; искусственным охлаждением грунтов.

Принцип I должен применяться, если грунты застраиваемой территории можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах. Использование пластично мерзлых грунтов в качестве основания по принципу I допускается при условии понижения их температур.Принцип II должен применяться при наличии в основании скальных грунтов или вечномерзлых, деформация которых при оттаивании не превышает предельно допустимых значений для проектируемых сооружений и в тех случаях, когда это экономически оправдано. Уменьшение деформаций может быть достигнуто предварительным искусственным оттаиванием на заданную глубину, устройством грунтовых подушек, увеличением глубины заложения и прорезкой сильносжимаемых слоев с опиранием на малосжимаемое основание.

В отмечается, что возводимые системы неремонтнопригодны, т.е. работают до первого отказа. Предполагается создать ремонтнопригодные системы с управляемой величиной долговечности. Для этого в конструкциях зданий следует предусматривать возможность восстановления их первоначальных форм.

Регулирование теплового взаимодействия здания с основанием позволит повысить долговечность в несколько раз. Вентилируемое подполье позволяет стабилизировать верхнюю границу вечномерзлых грунтов. Режим вентиляции назначается из условия равенства глубины промерзания грунтов в подполье глубине их последующего оттаивания.При наличии в основании твердомерзлых грунтов основание рассчитывают только по первой группе предельных состояний.

9.Методы устройства шпунтовых ограждений и грунтовых перимычек.

Шпунтовое ограждение необходимо при строительстве домов и зданий, для предотвращения обвалов и грунтовых вод . Шпунтовое ограждение представляет собой стальные, железобетонные или деревянные сваи, забитые в грунт. Данный вид ограждений не дает грунту сползать и обрушиваться во время работ. Этот метод используется при проведении строительных работ на рыхлых и плывучих грунтах, а также грунтах с повышенным содержанием влаги. Такие ограждения надежно защищают котлован, они не дают обрушиться его стенам при проведении работ любой степени сложности. Существует насколько видов ограждений данного типа:

• железные шпунты;
• бетонные шпунты;
• деревянные шпунты;
• шпунт Ларсена.

Железные шпунты являются самыми распространенными, часто используется шпунтовое ограждение котлована из труб. Преимуществами данного вида ограждений являются надежность и доступная стоимость. Шпунты после завершения строительных работ извлекаются из земли, они являются многоразовыми и подлежат повторному использованию.

Деревянное шпунтовое ограждение котлована цена на которое достаточно низкая, также пользуется популярностью. Оно не подлежит использованию повторно, не может использоваться на твердых грунтах с остатками камней, старых затопленных деревьев, различного строительного мусора.

Бетонные шпунты стоимость выше, чем стоимость железных. Данный вид шпунтов остается в земле после окончания строительства, они становятся частью фундамента. Бетонные шпунты широко используются при строительстве многоэтажных домов.

Шпунты Ларсена широко применяются в строительстве, для их изготовлении используется металлический профиль высокого качества желобообразной формы с закругленными концами. Концы профиля также называют замками, так как они соединяются между собой и надежно защищают котлован от оползней. Шпунты Ларсена часто используются при строительстве мостов, дамб, причалов, а также при проведении других видов работ, которые нуждаются в надежном ограждении.

Существуетчетыре основных способа погружения в землю

1.- ударный, при его использовании сваи забиваются в грунт. Его применение не зависит от типа почвы.

2.- вибрационный, В условиях сухих и песчаных почв сваи погружаются при помощи вибропогружателя

3.- Вдавливание, на глинистых почвах и почвах с большим содержанием влаги

4.-погружение в скважины, которые были пробурены заранее.

Грунтовые перемычки применяются для ограждения котлованов в открытых водоемах в тех случаях, когда необходимые для их возведения объемы грунтового материала находятся в непосредственной близости от места возведения перемычки. Работы по сооружению таких перемычек могут быть полностью механизированы и выполняться с большой производительностью.

Грунтовые перемычки проектируются как грунтовые плотины небольшой высоты и возводятся теми же методами. При этом необходим расчет их устойчивости с учетом как статических нагрузок, так и возникающих гидродинамических усилий. При выборе крутизны откосов необходимо учитьгоать возможность фильтрации воды в котлован через перемычку. В связи с этим основание nepeiV№r4KH со стороны котлована должно быть выполнено таким образом, чтобы фильтрующий через перемычку поток не снижал его устойчивости. Фильтрационный расход и дождевые осадки должны собираться в специальные водосборные канавы и отводиться в сторону. Напорная грань перемычек со стороны водоема должна бьггь защищена от возможного разрушения. Для этой цели применяется каменная наброска или покрытие откоса фашинами.

10.Особенности технологии выторфовывания заболоченных територий.

Болотами принято называть места с затруднёнными поверхностным и внутренним стоком, занятые естественными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов.

Насыпи на болотах в зависимости от типа болота, технической категории могут быть возведены:

– без выторфовывания с отсыпкой непосредственно на поверхности болота;

– после полного или частичного выторфовывания;

– с отсыпкой на слое торфа с последующей посадкой насыпи на минеральное дно болота;

– на поверхности болота после устройства дренажных прорезей или вертикальных дрен

На болотах I типа возможно либо полное выторфовывание, либо частичное выторфовывание, либо обжатие торфа ( без предварительного выторфовывания1) при устройстве насыпи. Если применяются глинистые грунты, то в нижней части насыпи делают капиллярный прерыватель из песчаного грунта. Высота Я насыпи над поверхностью болота зависит от глубины V выторфовывания.

В первом случае насыпи погружаются путем собственного веса, или путем взрывания торфа, или путем выторфовывания предварительно осушенного болота. Во втором случае на минеральное дно болота опирается не вся насыпь, но только две призмы, находящиеся у краев. Третий способ работ применяется при значительной глубине болота или при наличии плотных и хорошо разложившихся торфов. Лучшим грунтом для возведения насыпей на болотах является гравелистый и крупный песок.

На болотах I и II типа глубиной более 3 м насыпь может быть уложена на торфяное основание без выторфовывания) либо с частичным выторфовыванием верхнего слоя горфяпой залежи, замедляющим осадку посыпки. Ширина насыпи назначается з зависимости от диаметра и габарита засыпки трубопровода и ширины эксплуатационного проезда.

На болотах I типа насыпи высотой до 3 м отсыпают при полной или частичной замене торфа в основании минеральным грунтом. Сумма величин высоты насыпи над поверхностью болота и глубины траншеи выторфовывания должна быть не менее 3 5 м для дорог I и II категорий и 3 м для дорог III категории.

Насыпи на болотах возводят по специальным профилям. Выбор их конструкции обосновывается технико-экономическими расчетами, которыми устанавливается необходимость полного или частичного выторфовывания болота, укладка еланей, устройство песчаных свай. Высота насыпи на болоте после ее осадки должна быть, считая от поверхности болота, не менее 0 8 м, если торф из-под насыпи удален, и не менее 1 2 м, если торф оставлен.

Поперечные профили насыпей на болотах устанавливают в зависимости от типа болота, его глубины, уклона минерального дна. Конструкцию земляного полотна при этом ( частичное или полное удаление торфа в основании, отсыпка насыпей без выторфовывания, сооружение насыпей на еланях или песчаных сваях) выбирают на основе технико-экономических расчетов с учетом типовых приемов проектирования, проверенных многолетней практикой.

Работы по возведению земляного полотна осуществляют круглогодично. В зимний период разрешается осуществлять следующие виды работ: разработку выемок и резервов в необводненных песках, галечно-гравийных и скальных грунтах; разработку выемок глубиной более 3 м в глинистых грунтах при влажности в пределах, указанных в СНиП 3.06.03 – 85 Автомобильные дороги; возведение насыпи из сосредоточенных резервов грунта; устройство насыпи из песчаных грунтов на болотах; выторфовывание.

Примечание

Болотами принято называть места с затруднёнными поверхностным и внутренним стоком, занятые естественными залежами высокопористых водонасыщенных грунтов.

Следует различать три типа болот:

Iа – болота, заполненные торфом перекрытым сверху слоем минерального грунта, прочность грунтов в природном состоянии обеспечивает возможность возведения насыпи высотой до 3 м без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта;

Iб -болота, сплошь заполненные торфом

IIа – болота, включающие слой торфа, подстилаемый слоем мергеля или или и перекрытый сверху слоем минерального грунта. При некоторой интенсивности возведения насыпи высотой до 3 м, но не выдавливается при меньшей интенсивности возведения насыпи;

IIб – болота, включающие слой торфа, подстилаемый мергелями или илом

III– болота с торфяным слоем, плавающим на воде или сапропеле, содержание в пределах болотной толщи хотя бы один слой, который при возведении насыпи высотой до 3 м выдавливается независимо от интенсивности возведения насыпи.

Торф — горючее полезное ископаемое растительного происхождения.

Слой мергеля– каменистая порода формировавшаяся несколь тысяч лет

Деревянные сваи. Для укрепления стоячих водоемов часто используются деревянные сваи – это эффективная технология берегового укрепления, способная прослужить в течение многих лет и в условиях быстрого течения, однако нецелесообразная в этом качестве из-за появления многих других более эффективных методов. Деревянные опоры укреплений не только защищают береговую линию, но и формируют эстетичный вид ландшафта местности. Наиболее популярным является укрепление берега лиственницей.

Шпунтовое ограждение.Шпунтовая стенка обеспечивает укрепление берега посредством установки пластиковых или металлических свай в виде оградительной подпорной конструкции, обеспечивающей полное отсутствие вымывания грунта и защиту подводной части берега. Шпунтовой метод берегоукрепления считается наиболее эффективным (шпунт Ларсена, металлические, ПВХ и композитный шпунт), но не всегда уместным – без установки свай не обойтись в работе на крутых обрывистых берегах в пределах городской или промышленной зоны. Однако в естественной природной среде они будут выглядеть чужеродно.

Бетонирование берега.Классический метод защиты берегов – заливка проблемного берега бетоном формирует надежную систему берегоукрепления, однако выглядят такие сооружения неблагородно в любом окружении. Поэтому технология бетонирования обычно использует в редких случаях (строительство плотин, гидроэлектростанций и т.д.) и/или бетонное покрытие покрывается слоем декоративной отделки.

Укладка природного камня.Более дорогой, но и более эстетичный метод защиты береговой линии природным камнем позволяет добиться высокой эффективности укреплений, не менее надежных, чем бетонные. Укладка булыжников или обработанных каменных глыб по дну, руслу и берегам водоема формирует прочную и долговечную конструкцию, монументальную и эстетичную внешне.

Комбинированный способ укрепления берега.Применение комбинированной технологии берегового укрепления необходимо для защиты водоемов с перепадами высот и разными основаниями берегового грунта. Также данный метод популярен для создания прочных и при этом эстетичных защитных сооружений.

Габионное укрепление.Эффективное укрепление берега без изменения его внешнего вида – габионные ящики из металлической сетки наполняются камнями и устанавливаются порогами на береговом склоне, формируя естественную защиту грунта от обрушения. С годами защитная конструкция становится все более прочной, намытый грунт можно засеять растительным слоем, чтобы придать берегам еще более натуральный внешний вид. Эффективно в спокойных водоемах без течения и волн.

Армирование геоматом.Противоэрозионный мат – прочный материал плетеной структуры, позволяющий эффективно закрепить даже уже подвергнувшуюся эрозионному воздействию почву. За счет прочного армирования насыпного материала геомат надежно закрепляет береговой склон, делая его невосприимчивым к негативным природным факторам. С годами корневая система газонных трав укрепляемого берега переплетается со структурой мата, создавая тем самым дополнительные армирующие связи. Материал крайне эффективен на небольших уклонах, на крутых же поверхностях рекомендуется применение решеток объемного типа.

Укрепление георешеткой.Укрепление береговой линии георешеткой один из самых новых методов берегового укрепления. Полимерные объемные георешетки используются для формирования надежного каркаса в основании берегового уклона, а ячейки модулей материала наполняются песком, грунтом, галькой и другими материалами для формирования гибкой системы надежной береговой фиксации. Классический вид береговой линии скрывает из виду основу конструкции, поэтому мы видим обычный природный берег, который может оставаться чистым или засеянным растительностью. Именно геосинтетика в последнее время все чаще используется в промышленной и частной берегозащите .

Установка геотекстильных туб.Геотекстильные тубы — это специальные контейнеры, которые при необходимости могут быть любого типоразмера (длины, ширины, окружности), сшитые из высокопрочного полипропиленового геотекстиля. Особое плетение геотекстиля образует поры, которые пропускают воду только в одном направлении — наружу геотекстильной тубы, тем самым обеспечивается удержание внутри контейнера твердых частиц предварительно заполненного грунта или песка. Использование геотекстильных туб позволяет остановить процессы эрозии береговой линии и оградить территорию от разрушительного воздействия паводков даже в труднодоступных местах, где другие технологии защиты и укрепления берега могут быть не эффективны.Выполнение берегозащитных строительных работ в Северо-Западном регионе страны является распространенной практикой из-за недостаточно высокого качества местных почв, легко поддающихся разрушению под воздействием природных факторов. И не удивительно, что следом за цивилизованной Европой Россия так же переходит на использование более эффективных и менее затратных технологий защиты берегов водоемов от эрозионного разрушения.

Грунтовая вода́ — гравитационная вода первого от поверхности Земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое. Имеет свободную водную поверхность. Обычно над ней нет сплошной кровли из водонепроницаемых пород^[1].

Область питания и распространения

Грунтовая вода заключена в рыхлых и в слабосцементированных породах (вода пластового типа) или заполняет трещины в каких-либо хорошо сцементированных породах (вода трещинного типа)^[1]. Она может находиться и в порах пород (поровые воды).

Грунтовые воды формируются в основном за счёт инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод^[2]. Область питания грунтовых вод обычно совпадает с областью распространения водоносного горизонта^[1]. Мощность горизонта непостоянна и зависит от свойств водосодержащих пород, расстояния до области разгрузки, интенсивности питания и т. д.

Главная характерная особенность грунтовых вод, отличающая их от более глубоких артезианских вод — отсутствие напора.

Наиболее существенное влияние на режим грунтовых вод оказывают метеорологические условия (атмосферные осадки, испарения, температура, атмосферное давление и т. д.), гидравлические условия (изменение режима поверхностных водоёмов, питающих или дренирующих П. в.), хозяйственная деятельность человека (строительство гидротехнических и гидромелиоративных сооружений, откачка воды и нефти из недр, добыча полезных ископаемых, удобрение сельскохозяйственных земель, промстоки и др.).

Грунтовые воды в строительстве

Грунтовые воды оказывают разрушающее влияние на бетон и другие строительные материалы.

При возведении сооружений грунтовые воды исследуют на агрессивность. Различают следующие типы агрессивности.

· Общекислотная. Водородный показатель воды меньше 6. Повышается растворимость карбоната кальция. В зависимости от марки цемента и значений pH агрессивность воды различна: при pH < 4 наибольшая, при pH = 6,5 — наименьшая.

· Выщелачивающая. Вода содержит более 0,4—1,5 мг экв. гидрокарбоната. Проявляется в растворении карбоната кальция и выносе из бетона гидроксида кальция. Степень агрессивности воды определяется растворимостью карбоната кальция. Вынос гидроксида кальция увеличивается в присутствии хлорида магния, который вступает в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя хорошо растворимый хлорид кальция.

· Магнезиальная. Вода содержит более 750 мг/л магния двухвалентного. Предел допустимой концентрации ионов магния зависит от марки цемента, условий, конструкции сооружения, содержания сульфатных ионов и изменяется в широких пределах: от 1,0 до 2,5 %.

· Сульфатная. Вода содержит свыше 250 мг/л сульфатных ионов. Присутствующие в воде в больших концентрациях сульфатные ионы, проникая в бетон, прикристаллизации образуют кристаллогидрат сульфата кальция, являющийся причиной вспучивания и разрушения бетона.

· Углекислотная. Вода содержит свыше 3—4 мг/л углекислоты. Растворение карбоната кальция под воздействием растворённого диоксида углерода с образованием легкорастворимого гидрокарбоната кальция провоцирует процесс разрушения бетона.

Грунтовые воды — источник водоснабжения

Грунтовые воды относительно легкодоступны, и поэтому имеют большое значение для водоснабженияпромышленных предприятий и различных населённых пунктов^[2].

Для добычи грунтовых вод делают колодцы, скважины с гравийной отсыпкой в сочетании с фильтрами из сеткигалунного плетения.

Качество грунтовых вод

Во влажном климате интенсивно происходят инфильтрация и подземный сток. При этом горные породы и почвы выщелачиваются, и из них выносятся легко растворимые соли — хлориды и сульфаты. Грунтовые воды в таких условиях пресные; они содержат лишь относительно малорастворимые соли (в основном гидрокарбонаты кальция). В засушливом тёплом климате (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированностиместности подземный сток грунтовых вод не развивается; вместо этого они испаряются и засоляются^[2]. Вблизи рек, водоемов, водохранилищ и т. п. грунтовые воды в значительной степени опреснены и по качеству могут удовлетворять нормам питьевой воды.

Минерализация — сумма всех минеральных веществ, растворённых в воде, выраженная в граммах абсолютно сухого остатка, полученного выпариванием 1 л воды. Классификация вод по степени минерализации:

· Пресные — до 1 г/л. Преобладающий химический тип вод: гидрокарбонатные кальциевые.

· Слабосолоноватые — 1—3 г/л. Сульфатные, реже хлоридные.

· Солоноватые — 3—10 г/л. Сульфатные, реже хлоридные.

· Солёные — 10—15 г/л. Сульфатные, хлоридные.

· Рассолы — больше 50 г/л. Хлоридно-натриевые.

Жёсткость воды обусловлена присутствием в воде ионов кальция и магния. Различают:

· общую жёсткость (сумма мг экв. ионов Ca и Mg в литре воды),

· карбонатную (величина рассчитывается по количеству гидрокарбонатных и карбонатных ионов) и

· некарбонатную (жёсткость общая за вычетом жёсткости карбонатной).

По общей жёсткости воды подразделяются на 5 типов:

· очень мягкая: <1,5 мг экв./л,

· мягкая: 1,5—3 мг экв./л,

· умеренно жёсткая: 3—6 мг экв./л,

· жёсткая: 6—9 мг экв./л,

· очень жёсткая: >9 мг экв./л.

Вблизи свалок, скотомогильников, различного рода химических, радиоактивных захоронений грунтовые воды заражены. Грунтовые воды являются показателем чистоты почв, местности.

Осушение

Принципы освоения территорий, требующих осушения

Если на планируемой территории имеются заболоченные участки, следует предусмотреть необходимые инженерные мероприятия для их осушения. В том случае, когда затраты на предварительные инженерно–технические работы значительны, может оказаться не-целесообразным освоение таких территорий.

Отрицательными особенностями избыточно влажных и заболоченных территорий, с точки зрения планировки города являются:

– невозможность постройки крупных сооружений без проведения специальных мероприятий из-за слабой несущей способности грунта;41

– неблагоприятные санитарные условия для населения прилегающих районов.

В России болота, состоящие из иловатоболотистых почв и торфяников занимают около 10% всей территории.

Чтобы выяснить возможности использования территории болота для нужд градостроительства, необходимо иметь исчерпывающие данные о цели осушения, о рельефе, о гидрологических условиях осушаемой площади и, главное, об условиях питания болота.

На городских территориях в целях их осушения применяются:

– постоянно действующие дренажи для осушения больших застроенных территорий от затопления грунтовыми водами из каналов и водоемов;

– дренажи парковых территорий для осушения заболоченных недостроенных участков в целях оздоровления районов города;

– местные дренажи для ограждения отдельных зданий или кварталов от доступа грунтовых вод в подвальные этажи.

В практике различают дренажи:

горизонтальные;

вертикальные;

комбинированные.

Горизонтальный дренаж состоит из горизонтальной трубчатой дрены диаметром 0,125-0,Зм и фильтрующей обсыпки.

Вертикальный дренаж состоит из ряда буровых колодцев, из которых воду удаляют при помощи насосов или сифонными трубопроводами.

Комбинированный дренаж состоит из горизонтальной дрены и буровых колодцев, вода из которых самоизливается в горизонтальную дрену или трубопровод.

Минимальная глубина заложения дренажа не должна быть выше глубины промерзания грунта в данной местности.

Для дренажа применяются керамиковые безраструбные, керамиковые раструбные, бетонные и асбестоцементные трубы.

Для приема (всасывания) воды в трубах делают отверстия диаметром 8-10 мм.

Расчет горизонтальных дренажей состоит из гидрогеологического и гидравлического.

Гидрогеологическим расчетом устанавливают: расход грунтовых вод в дренаж; положение уровня грунтовых вод, пониженного в результате действия дренажа (построение депрессионных кривых уровня грунтовых вод); расстояние между дренами и их заложение.

Гидравлическим расчетом определяют необходимые диаметры дренажных труб и уклоны.

Минимальные допустимые уклоны: для труб диаметром до 200 мм –430,003, для труб диаметром от 200 до 300 мм – 0,002, для магистральных дрен и коллекторов – 0,0015.

Как построить фундамент на болотистой местности

Болотистая почва — самое неподходящее основание для строительства фундамента. Тем не менее, даже на таком неустойчивом грунте может быть выстроен надежный и крепкий дом. Виды фундаментов, их достоинства и недостатки Для болотистой почвы подходит два вида фундаментов: плитный — в виде монолитной железобетонной плиты, залитой на песчано-гравийную подушку; свайный — укрепленный металлическими или железобетонными сваями. Применение плитного фундамента обеспечивает равномерное распределение веса здания по грунтовому основанию. На таком фундаменте можно строить все — вплоть до заводских цехов. Данная технология применима при высоком уровне грунтовых вод, на заболоченных почвах и на неравномерно сжимаемых грунтах. Единственное ограничение к устройству плитного фундамента касается рельефа местности — он должен быть ровным. При наличии уклона плита может элементарно сползти. Итак, главное достоинство плитного фундамента — высокая несущая способность. К недостаткам технологии можно отнести большой расход материалов — бетона и арматуры — и, как следствие, высокую конечную стоимость фундамента. Свайный фундамент на болотистом грунте обладает большей универсальностью, чем плитный. Фундамент этого типа может возводиться в любых климатических и погодных условиях и на любых, даже самых сложных, почвах. Достоинства свайного фундамента: возможность применения на участках со сложным рельефом; быстрота возведения; экономичность. Есть мнение, что свайный фундамент подходит только для легких зданий, но это не так: увеличением числа опор может быть достигнута несущая способность основания, сравнимая с несущей способностью сплошной плиты. Однако стоимость такого фундамента будет сопоставима со стоимостью плитного основания — следует учитывать этот факт, говоря об экономичности применения свай. C чего начать строительство? Устройство фундамента на болоте начинают с исследования грунта. Забор материала для исследования производят при помощи ручного зонда. Если фундамент строится под деревянный дом, скважины должны иметь глубину порядка 5 м. Дом кирпичный или каменный требует более основательной геологической разведки — глубина скважин должна составлять не менее 8-10 м. Скважины обычно располагают по углам будущей постройки — их должно быть 4, как минимум. Определению подлежат следующие показатели: состав и глубина залегания пластов; количество грунтовых вод и их уровень; глубина промерзания грунта. Болотистый грунт образуют слои торфа, глины и песчаника. Верхние пласты такого грунта, как правило, торфяные. Торф имеет низкое сопротивление на сжатие и отличается крайней неустойчивостью. Если толщина торфяного пласта небольшая, его удаляют и строят фундамент на более плотных породах, расположенных ниже. Такое основание называют мелкозаглубленным. Его главная особенность заключается в расположении плиты выше точки промерзания грунта. Под влиянием процессов пучения, происходящих в грунте, мелкозаглубленный фундамент поднимается и опускается, сохраняя свою форму и не трескаясь. Но такое основание подходит только для легких построек — деревянных и каркасных. Для кирпичных домов его использовать нельзя. При большой ширине торфяного слоя (порядка 4-5 м) требуется укрепление фундамента сваями. Вторая проблема, подстерегающая всех, кто решил строить фундамент дома на болотистой почве, — грунтовые воды. Существует два способа минимизировать влияние грунтовых вод: понизить их уровень, устроив дренажную систему, или поднять участок, сделав насыпь из песка и камня. Для устройства системы отвода лишней воды на месте строительства роют траншеи глубиной 1,5-2 м. Дренажные трубы укладывают в траншеи поверх щебенчатого слоя. Всю систему траншей сводят к дренажным колодцам. Для удаления накопившейся влаги из колодцев используют обычные погружные насосы. Чтобы сделать насыпь, удаляют верхний слой почвы и завозят на участок несколько самосвалов песка и камня. Насыпь утрамбовывают катками. Технологии и решения для различных случаев Плитный фундамент В общем случае устройство плитного основания выполняют в следующем порядке: удаляют слой почвы приблизительно метровой толщиной; насыпают слой смеси гравия, песка и камня (подушку), утрамбовывают его и накрывают 2-3 слоями рубероида; изготавливают каркас из арматуры и обвязывают его деревянными отмостками; заливают каркас бетоном и утрамбовывают раствор при помощи промышленного вибратора; поверхность будущей плиты выравнивают правилом. Свайный фундамент Как сделать свайный фундамент на болоте? Он может быть железобетонным или комбинированным. Главная его составляющая — сваи. Существует три вида свай: забивные железобетонные; буронабивные с опалубкой из асбестоцемента; винтовые металлические. Забивные опоры требуют применения тяжелой спецтехники — сваебойного оборудования — и поэтому могут применяться далеко не всегда. Буронабивные сваи устанавливаются только при условии дренирования опорного пласта. Винтовые опоры обладают неплохими монтажными характеристиками (легкость и быстрота установки, возможность наращивания до нужной длины, удобство транспортировки), но уступают буронабивным сваям по несущей способности. При выборе числа опор учитывают вид и величину нагрузок. Сваи могут располагаться: свайными полями — при значительных вертикальных нагрузках и под зданиями малой площади; кустами — под колоннами; рядами — под стенами; по одной — под отдельными опорами. Длину свай выбирают на основании данных, полученных в ходе геологической разведки: нижние концы опор должны погружаться в плотные грунты. Теоретически и на плитном, и на свайном фундаменте может быть построен любой дом по любой строительной технологии. Имеющиеся ограничения обусловлены условиями эксплуатации будущей постройки.

Осушение избыточно увлажненных и заболоченных территорий имеет важное значение в различных отраслях хозяйства. После проведения необходимых гидромелиоративных и агротехнических мероприятий эти потенциально богатые земли переходят в разряд весьма ценных сельскохозяйственных угодий. В лесном хозяйстве осушение заболоченных территорий применяют для улучшения роста древесных пород, в строительстве — при освоении заболоченных площадок и прокладке дорог.
Наконец, осушение обводненных и заболоченных участков служит оздоровлению и благоустройству местности.?На осушенных, окультуренных болотах складывается свой микроклимат, повышаются температуры почвы и приземного слоя воздуха, уменьшается влажность почвы и относительная влажность воздуха, увеличивается суточная амплитуда температуры. Осушение улучшает аэрацию почв, повышает их пористость, способствует обогащению их питательными веществами (нитратами), в связи с чем увеличивается интенсивность микробиологических процессов. В результате осушения понижается уровень грунтовых вод и талые воды весной не застаиваются. Почва быстро просыхает. Улучшается микрорельеф территории, облагораживается весь природный комплекс.
Площадь болот в бывшем СССР составляет около 190 млн. га, заболоченных минеральных земель, используемых в сельском хозяйстве, – более 20 млн. га. Заболачиванию подвержены также десятки миллионов гектаров лесных угодий. В неосушенном состоянии болота практически не дают сельскохозяйственной продукции. Избыточное увлажнение минеральных земель приводит к сильному снижению их продуктивности.
В России заболочены большие лесные массивы. Их осушение – коренное средство значительного повышения продуктивности лесов, улучшения условий их эксплуатации, правильного ведения лесного хозяйства. Осушение лесов повышает их класс бонитета, увели-чивает годовой прирост древесины, улучшает видовой состав древостоя.
Торф добывают на топливо, для приготовления органических удобрений и для подстилки в животноводческих помещениях. Для добычи торфа необходимо осушение его месторождений. С этой целью строят специальную осушительную сеть, учитывающую специфику технологии торфодобычи. Оставшиеся после выработки торфа карьеры используют в сельскохозяйственном производстве.
Осушительные работы проводят также на территориях животноводческих комплек-сов, строительных площадок, дорог, аэродромов, населенных пунктов при подтоплении и затоплении, для улучшения санитарного состояния местности, для борьбы с малярийным комаром.
Осушаемые земли в основном используют под пастбища, сенокосы, посевы зерновых и кормовых культур При грунтово-напорном типе водного питания осушать объекты наиболее сложно. Заболоченные земли располагаются обычно в нижних частях склонов, в долинах и поймах рек. Напорный водоносный пласт расположен между двумя слабопроницаемыми слоями. Грунтовые воды находятся под напором вследствии геодезической разности высот мест их формирования и разгрузки. Пьезометрический уровень напорных вод располагается как в зоне верхнего слабопроницаемого слоя, так и выше поверхности земли. Воды обычно минерализованные. На некоторых объектах имеются сообщающиеся напорные горизонты. Напорное питание может проявляться в подпитывании грунтовых вод через окна в водоупоре, подстилающем водоносный слой. Образуются низинные болота. Метод осушения характеризует основной принцип воздействия на неблагоприятный водный режим переувлажненных земель с целью преобразования его в оптимальный для их хозяйственного использования. Метод осушения определяет направленность мелиоративных мероприятий, принимается в зависимости от типа водного питания осушаемых земель с учетом характера их использования.Методы осушения земель

Ловчие каналы. Ловчие каналы или дрены – разновидность оградительной сети, предназначенной для перехвата и понижения уровня грунтовых и грунтово-напорных вод, притекающих к осушаемой площади со стороны внешнего водосбора. Обычно их располагают в зоне выклинивания грунтовых вод в виде родников, а при наличии напорных грунтовых вод – вдоль линии наибольших пьезометрических напоров. Практически для речных долин это будет линия перехода коренного берега к пойме (рис. 7). При осушении болот в случае равномерного входа грунтового потока ловчие каналы следует располагать поперек потока грунтовых вод, вдоль границы торфяной залежи, а при сосредоточенных выходах – по воронкам минерального дна.
Для того чтобы ловчий канал наиболее эффективно перехватывал грунтовые воды и способствовал уменьшению их напора, нижняя часть его сечения должна врезаться в грунты, насыщенные водой. Поэтому, если ловчий канал трассирует по болоту или минеральным землям, то его глубину устанавливают в пределах 1,5 – 2 м, но с обязательным условием заглубления в подстилающие, хорошо водопроницаемые водоносные грунты не менее чем на 0,5 м.
При глубоком залегании напорного водоносного горизонта устройство открытых ловчих каналов по технико-экономическим соображениям нецелесообразно. В этом слу-чае возможно применение самоизливающихся трубчатых колодцев, установленных через 20 – 40 м, устройство закрытого горизонтального головного дренажа, а в приемлемых гидрогеологических условиях – вертикального дренажа.

Деревянный дренаж – трубчатый, жердяной и фашинный – применяется, главным образом, на торфяных почвах. Он делится на дренаж из прямоугольных деревянных труб и дренаж из круглых деревянных труб. В первом случае из досок толщиной 1 – 2см и шири-ной 7-15см сколачиваются длинные грубы прямоугольного сечения и перекрываются сверху дерном, затем землей. Применяют этот вид дренажа преимущественнo на глубоких торфяных болотах, дающих сильную осадку. При дренаже из круглых деревянных применяют 2 вида труб: 1) составленные из двух половинок бревен, распиленных по длине с вырезанным желобом посредине; 2) согнутые из фанеры.
Пескование (глинование) – способ улучшения водно-физических свойств торфяно-болотных почв путем смешивания их с минеральным грунтом-песком (глиной), что повышает несущую способность торфяной почвы, снижает опасность возникновения пожа-ров, появления радиационных заморозков, ветровой эрозии, улучшает водный режим корнеобитаемого слоя.
Осушение является составной частью работ по добыче торфа; оно применяется при добыче других полезных ископаемых открытым способом (уголь, железная руда и др.) Торф добывают на топливо, для приготовления органических удобрений и для подстилки в животноводческих помещениях. Для организации добычи торфа необходимо осушение его месторождений. С этой целью строят специальную осушительную сеть, учитывающую специфику технологии торфодобычи. Оставшиеся после выработки торфа карьеры используют в сельскохозяйственном производстве.

Термокарстовое понижение.

Территории заторфованных грунтов, подверженные затоплению, могут быть использованы в инженерно-строительных целях после проведения мероприятии? по их уплотнению и поднятию отметок поверхности. Основным способом инженернои? защиты в данном случае является присыпка песчано-гравии?нои? смесью. Профессиональныи? подход к обоснованию мощности присыпки позволяет достигать максимальнои? консолидации торфяных грунтов в оптимальные сроки и должен основываться на комплексном учете физико- механических свои?ств торфов, включая их изменение во времени.
Реализация сложных и масштабных экономических задач должна проводиться с учетом охарактеризованных основополагающих природно-техногенных факторов, определяющих зоны риска развития опасных геологических процессов. По степени сложности освоения следующие участки.
К сложным территориям для строительства и эксплуатации сооружений и зданий относятся заболоченные, покрытые торфом пои?мы и низкие надпои?менные террасы большинства перечисленных рек, а также прибрежные равнинные территории. На этих участках происходит развитие наледеи?, термокарста, пучение и растрескивание грунтов, наблюдается подтопление, боковая и глубинная эрозия, возможно разжижение грунтов.

Остатки противоналедного сооружения.

К среднеи? сложности относятся междуречные водораздельные пространства и высокие надпои?менные террасы рек и ручье?в, на бортах которых формируются оползни, овраги, промоины, развивающиеся как на естественных склонах, так и по дорожным кюветам.
К относительно простым отнесены слабоволнистые денудационные не заболоченные участки междуречии?, с комплексом элювиальных и делювиальных отложении?.
Во избежание развития опасных экзогенных геологических процессов при освоение заторфованных территорий необходимо произвести следующие мероприятия:
? ускорить восстановление почвенного слоя и растительности;
? для регулирования естественного стока поверхностных и грунто- вых вод произвести устрои?ство дренажных канав на обводне?нных участках территории;
? произвести отсыпку водоотводящих валов на склонах для предотвращения размыва коммуникаций;
? организовать мониторинг природно-техногенных наледных образовании? по генетическим признакам: условиям их формирования и размерам, по распространению, площади и объему накапливаемого льда примеительно к выбранным наледям;
? дать характеристики процесса наледеобразования, позволяющие понять механизм, установить генезис наледеобразующих вод и выработать приемы управления этими процессами с учетом природно-климатических, геолого-структурных и других условии? и особенностеи? техногенного воздеи?ствия.
Чтобы уменьшить риск опасностеи? от наводнении? территории? на современном уровне необходимо производить корректировку границ затопления и видов ущерба для применения соответствующих превентивных мер. При осуществлении защитных мероприятии? одновременно повышается мера экологическои? безопасности.

Замораживание грунтов применяется при сооружении глубоких котлованов или шахт. При замораживании прилегающего массива грун­та образуется вертикальная водонепроницаемая стенка, под защитой которой осуществляется его разработка.

Применение метода замораживания грунта становится все более целесообразным по мере увеличения глубины сооружаемого котлована. При глубинах более 35 м метод замораживания является единственно возможным. Этот метод может также применяться в мелкозернистых грунтах, в которых химическое инъецирование весьма сомнительно. Однако он является весьма энергоемким и дорогим.

Применение метода рассчитано исключительно на замораживание грунта вокруг сооружаемого котлована. При повышенном поступлении воды в котлован необходимо сооружение вокруг него специального ограждения, стенки которого могут быть замороженным грунтом. Дно котлована должно быть покрыто слоем бетона или защищено инъекци­онным раствором, образующим водонепроницаемую завесу. Проблема

Рис. .9. Создание горизонтальных вдонепроницаемых слоев (завес)

а – водонепроницаемый слой в ши­роком котловане со шпунтовым ограж­дением; б — водонепроницаемый слой в котловане, ограниченном стенками в грунте; 1 — стальной шпунт; 2 — уплот­няющий водонепроницаемый слой; 3 – инъекционный анкер; 4 — сваи после удаления инъекционных труб; 5 – стен­ка-прорезь толщиной 0,7 м; 6 – дренаж

тичным является применение метода замораживания в условиях силь­ных течений грунтовых вод, так как притекающий поток воды будет непрерывно подводить новые количества тепла. Эффективность метода замораживания в этих условиях зависит от количества подводимого тепла и скорости потока грунтовых вод.

Преимуществом метода замораживания грунта является то, что после сооружения котлована и прекращения подачи охлаждающего раствора грунт возвращается в первоначальное естественное состояние без каких-либо нарушений и изменений.

Для строительства глубоких котлованов применяется двухэтапное и одноэтапное замораживание.

Двухэтапное замораживание грунта. На расстоянии от 0,5 до 1,0 м от края котлована (в некоторых случаях на расстоянии от 1,0 до 1,3 м) в грунте пробуриваются скважины диаметром от 150 до 250 мм. Так как извлечение труб при бурении скважины на большую глубину крайне затруднительно и дорого, то бурение осуществляется без обсадных труб с применением тиксотропных жидкостей. В каждое из пробуренных отверстий затем вводятся закрытые с нижнего конца стальные трубы, которые называются замораживающими.

Оборудование, необходимое для замораживания грунта, состоит из морозильной установки, одного расположенного в котловане холодиль­ника для двойной системы труб охлаждения и замораживающих ко­лонок.

В двухэтапном процессе замораживания грунта применяется охлаж­дающая жидкость как среда для передачи и переноса охлаждающего реагента. В компрессорной установке производится сжатие охлаждающе­го реагента* которым может быть аммиак или углекислый газ. При этом происходит сильное нагревание газа. В присоединенном последова­тельно конденсаторе газ охлаждается водой при этом происходит его переход в жидкое состояние. Затем эта жидкость вводится в трубы ох­ладителя т.е. в скважины, в которых давление снижается, и жидкий газ переходит опять в газообразное состояние. Во время этого процесса происходит интенсивный отбор тепла от стенок труб и окружающей породы. Трубчатый шланг находится в специальном рефрижераторе, запол­ненном охлаждающей жидкостью, которая вследствие отбора тепла охлаждается до требуемой температуры.

Охлаждающая жидкость при помощи насоса прокачивается через подводящие и кольцевые трубопроводы диаметром от 60 до 100 мм и

движется по ним со скоростью от 0,5 до 0,7 м/с, достигая подошвы труб, опущенных в скважины. По трубам относительно большего диаметра жидкость затем поднимается вверх со скоростью от 0,03 до 0,05 м/с и возвращается в кольцевой трубопровод, откуда опять направляется в замораживающие колонки (рис. 9)

При медленном подъеме охлаждающей жидкости по трубам в сква­жинах от окружающего их грунта отнимается тепло. В качестве охлаж­дающей жидкости может применяться двойное соединение хлорида и гидроксида с температурой замерзания —35°С или хлорид кальция. Охлаждающая жидкость, средства охлаждения и производительность ох­лаждающей установки должны соответствовать друг другу.

Одноэтапное замораживание грунта. При применении этого способа охлаждающее свойство используемой жидкости передается на специаль­ный охлаждающий раствор, используемый в качестве теплоносителя. В связи с этим в трубы, опущенные в скважины, нет необходимости вставлять внутренние трубы, обеспечивающие подачу раствора к ниж­ним точкам. Жидкий хладонт при давлении от 6,5 до 7 МПа подводится к закрытым охладительным трубам, опущенным в скважины. Там ра­створ переходит в газообразное состояние под давлением от 0,6 до 7 МПа. В начале процесса замораживания эта жидкость отсасывается компрессором и уплотняется, затем охлаждается и переходит в жид­кое состояние. Жидкая охлаждающая среда затем вводится в трубы- охладители в скважинах, где переходит опять в газообразное состояние. При этом от окружающего скважину грунта интенсивно отбирается теп­ло, обеспечивающее его замораживание. Жидкость, перешедшая в газо­образное состояние, начинает движение по новому кругу.

25. Особенности строительства на скальных грунтах

Выбор фундамента для скального грунта Скальный грунт является сплошным массивом, который обладает высокой прочностью и не размягчается под действием жидкости. Грунт никогда не сжимается и не подвергается промерзанию. Несущая способность грунта делает скалу надежным местом для постройки дома. Узнайте какой фундамент можно использовать и как его заложить на скальном грунте.

1 Виды скальных грунтов и их характеристика

Существует три основные породы скального грунта:

Гранит – самый популярный материал, используется в строительстве и отделке. Отличается особой прочностью, долговечностью. Он образуется из изверженной магмы, которая залегает в глубине земной коры.

Песчаник – обмолочные зерна, связанные минеральным веществом, преимущественно цементом. Осадочная горная порода образуется при разрушении. Обладает высокой пористостью, применяется в строительстве как стеновой материал.

Известняк – осадочная горная порода, состоит из кальцита. Известняк не размывается водой и не деформируется при строительстве. Достоинства и недостатки скального грунта Достоинство скального грунта заключается в том, что скала служит крепким основанием для дома: в составе скалы отсутствует песок и глина, что делает скальный грунт очень прочным; скальный грунт не пропускает влагу и не является пучинистым; в холодное время года исключено воздействие сил пучения на основание фундамента. Благодаря этому можно не опасаться движения почвы и фундамента, а также разрушения строения. Скальный грунт очень прочный — способен выдерживать давление около 120 МПа (Мега Паскаль).

Недостаток скального грунта состоит в том, что из-за прочности породы очень трудна разработка скалы: требует применения специальной техники; не позволяет соорудить подвал и цокольный этаж; проблематична подводка к дому коммуникаций и дренажной системы (водопровода). Фундамент на скальном грунте может заглубляться не больше, чем на 50 см. Если есть вероятность бокового сдвига скалы, то потребуется разработка грунта для углубления фундамента.

2.Выбор фундамента для скального грунта

При заложении фундамента на скальном грунте используют ленточный или столбчатый фундамент.

1.Ленточный заглубленный фундамент на скале используется только в том случае, если скальный грунт не представлен сплошной скалой и возможно заложение фундамента на глубину 70-80 см. При использовании заглубленного фундамента необходимо сделать разработку грунта. Она включает в себя следующие процессы: выемка грунта, создание котлована под фундамент, выравнивание грунта на участке, рытье необходимых канав и траншей. После разработки грунта укладывают песчаную подушку глубиной 30 см. Далее, размещают слой гидроизоляции. Выполняют опалубку и армирование арматурными стержнями, которые обработаны антикоррозионной пропиткой. Опалубку производят из деревянных брусков, досок и фанеры. Опалубку выравнивают по горизонтали и вертикали. А затем готовую конструкцию заливают бетонной смесью и оставляют на две недели. 2.Мелкозаглубленный ленточный фундамент.

Мелкозаглубленная лента укладывается на глубину 30 см. Отличие ленточного фундамента от мелкозаглубленного — в глубине заложения фундамента. Поэтому этапы возведения аналогичны, за исключением разработки грунта и укладки песчаной подушки. Если скальный грунт ровный и без резких перепадов в высоте, то армирование можно не делать. Песчаную подушку так же можно исключить.

3.Столбчатый фундамент – оптимальный выбор для скального грунта. Столбчатый фундамент с ростверком представлен опорами, отлитыми бетоном в углублениях. Преимущества столбчатого фундамента: быстрый срок изготовления; небольшой расход материалов; минимальная разработка грунта; устойчивость на скале. Дом, который строится на столбчатом фундаменте, не предусматривает наличие подвала.