Что значит лессовый грунт

Сайт инженера-проектировщика

Свежие записи

Лессовые просадочные грунты

Лессовые просадочные грунты в основании зданий и сооружений

В большинстве случаев лессовые грунты образовались вследствие переноса ветром мелких минеральных частиц и откладывания их в засушливых степных районах. Поэтому у них достаточно однородный гранулометрический состав и содержат преимущественно пылеватые (0,05 … 0,005 мм) частицы (более 50% по массе) и небольшое количество песчаных частиц размером > 0,25 мм и частиц глинистой фракции (не более 16% по массе). В лессовых почвах в зависимости от происхождения может находиться 0,7 … 2,5% гумуса. По гранулометрическому составу эти грунты могут быть отнесены к супесям, суглинкам и глинам.

Плотность лессового грунта природного строения составляет ρ = 1,15 … 2,05 г / см3; плотность твердых частиц — ρ_s = 2,54 … 2,84 г / см3; плотность сухого грунта (скелета) — ρ_d = 1,12 … 1,79 г / см3. Естественная влажность лёссовых почв невысокая и, как правило, находится в пределах от W = 3 … 5% до 20 … 25%, коэффициент водонасыщенности я Sr ≤ 0,8.

Лессовые грунты в естественном состоянии имеют пористость n_p = 30 … 65% и коэффициент пористости e = 0,6 … 1,05. Высокая пористость свидетельствует о том, что эти грунты по природе недоуплотненные. Лессовые грунты относят к категории макропористих, то есть к таким, которые имеют видимые невооруженным глазом крупные поры (в количестве 2 … 6% объема почвы), диаметр которых в десятки и сотни раз превышает размеры твердых частиц. Макропоры имеют преимущественно вертикальное направление, а их стенки покрыты водорастворимыми отложениями карбонатов и гидроокисей железа.

Макропористость создает достаточно высокую водопроницаемость лессовых грунтов, которая изменяется в широких пределах: коэффициент фильтрации этих почв k_f = 0,001 … 8,5 м / сутки. Вертикальное направление макропор приводит к увеличению коэффициента фильтрации в вертикальном направлении в 1,5 … 15 раз по сравнению с горизонтальным. Высота капиллярного поднятия достигает 4 м. В целом высокая водопроницаемость обеспечивает быстрое (и на большую глубину) увлажнение лессовых грунтов. Однако по мере замачивания коэффициент фильтрации резко уменьшается.

Несмотря на высокую пористость, лессовые грунты в естественном состоянии могут иметь сравнительно небольшую сжимаемость и достаточно высокую как для дисперсных грунтов прочность. Модуль общей деформации лессовых грунтов может достигать 30 МПа и более, но значительно (до 2 МПа) уменьшается с увеличением влажности. Наглядное представление о прочности лессовых грунтов дают вертикальные откосы высотой до 30 … 40 м, которые могут стоять годами и десятилетиями, не теряя устойчивости. В зависимости от степени водонасыщенности и плотности строения прочностные показатели лессовых грунтов могут меняться: угол внутреннего трения — от φ = 18 до 25 0 , удельное сцепление — от c = 0,012 до 0,065 МПа. При замачивании лессовые почвы быстро размокают.

Высокая прочность лессовых грунтов в естественном состоянии и высокая способность размокать объясняются их высокой карбонатностью и содержанием водорастворимых соединений (извести, гипса, хлористого натрия и др.), которые образуют достаточно прочные кристаллизационно-цементационные структурные связи.

При замачивании, в нагруженных лессовых грунтах часть жестких структурных связей ослабляется, а часть — полностью исчезает. Действующие на грунт нагрузки разрушают связи и сдвигают (перемещает) твердые частицы относительно друг друга, вынуждая их к более компактному расположению (рис. 1).

Рисунок 1 — Схема проседания лессового грунта при замачивании

а — взаимное расположение твердых минеральных частиц до замачивания; б — то же, после замачивания; 1 — твердые минеральные частицы; 2 — цементирующие солевые связи

Кроме того, к разрушению структурных связей приводит и расклинивающее действие пленочной воды, образующейся при замачивании грунта и сорбирующаяся вокруг поверхностно активных к взаимодействию с водой (то есть гидрофильных) глинистых и пылевидных частиц, одновременно выполняя функцию смазки между ними . В результате указанных процессов наблюдается резкое уменьшение объема грунта, что приводит к резкому, провального характера, опусканию дневной поверхности земли и возведенных на ней зданий и сооружений. Известны случаи, когда после замачивания сравнительно небольшой толщи лессовых грунтов, поверхность почвы проседала до 2,5 м. Следует заметить, что в зависимости от скорости ослабления и исчезновения жестких связей уменьшения объема грунта может происходить и не мгновенно после его замачивания, а в течение определенного времени.

Итак, лессовым грунтам присуща способность проседать –это их свойство, под совместным действием внешней нагрузки и собственного веса или только собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью, испытывать дополнительную вертикальную деформацию — проседание.

Способность проседать зависит от состава почвы, ее структуры и напряженного состояния. Ее оценивают относительной деформацией проседания, которую можно определить по данным компрессионных испытаний образцов грунта ненарушенной структуры с подачей воды или другой жидкости в одометр при ожидаемом давлении p. По результатам испытаний строят график зависимости высоты образца от давления при замачивании.

Рисунок 2 — с лессового грунта при замачивании:а — изменение высоты (компрессионная кривая) б — изменение относительных просадок.

Как видно, компрессионная кривая для просадочных грунтов имеет очень характерную форму, которая отличается от обычных компрессионных кривых тем, что в процессе возникающего при определенном давлении проседания высота исследуемого образца грунта, следовательно, и его пористость, скачкообразно меняется, и плавность компрессионной кривой испытывает разрыв. На компрессионной кривой можно различить три области деформирования: область AB, соответствует сжатия грунта ненарушенной структуры; область BC, характеризует проседание грунта, и область CD — уплотнение и просев грунта с нарушенными структурными связями. При этом наибольшие деформации происходят во второй области — области проседания. По компрессионной кривой находят относительную деформацию просадки при определенном давлении.

Если провести в компрессионных приборах серию испытаний лессового грунта с его замачиванием до полного водонасыщения (W = W_sat = const) при различных нагрузках, то можно получить график зависимости относительной просадки ε_sl от давления p (рис. 2, б).

Такой график позволяет оценивать начальное давление просадки p_sl — минимальное давление от совместного действия внешней нагрузки и собственного веса грунта или только собственного веса грунта, при котором проявляются просадочные свойства грунта при его полном водонасыщении. Согласно нормативным документам,за начальное давление просадки принимают давление, при котором ε_sl = 0,01. Аналогичными исследованиями установлено что, если при фиксированном давлении p (p = const) изменять степень водонасыщения лессового грунта, можно получить начальную влажность проседания W_sl— минимальную влажность, при которой грунт, находящийся в напряженном состоянии от совместного действия внешней нагрузки и собственного веса грунта или только собственной веса грунта, при которой грунт начинает проседать. На практике принимают значения W_sl, при котором ε_sl = 0,01 (рис.2, б).

Физико-механические характеристики лессовых грунтов при замачивании в процессе проседания резко меняются. Так, их модуль общей деформации уменьшается в 6 … 8 раз; угол внутреннего трения — в 1,5 … 2 раза; удельное сцепление — до 10 раз, что приводит к значительному увеличению сжимаемости и уменьшение несущей способности замоченных оснований и может привести к вытеснению масс грунта нарушенной структуры под нагрузкой.

Возведение зданий и сооружений на лессовых грунтах возможно только после выполнения определенных в каждом конкретном случае специальных мер.

Источник

Свойства грунтов — лессовые просадочные грунты

Тел: +7 (495) 728-94-19
Тел: +7 (963) 659-59-00
Москва, Олонецкий пр. д. 4/2

выполняем работы по г. Москве
и всей Московской области

Библиотека

Бурение скважин

Общие сведения о грунтах
структуры и текстуры грунтов
составные элементы грунтов
формирование структуры
Расчетное сопротивление грунтов
Виды деформаций грунтов
Изменение свойств при вибрациях
разжижение при вибрациях
Лессовые просадочные грунты
Свойства илистых грунтов

Библиотека

ООО «Буровики»:

Контакты
Рекомендательные письма
Допуски и Лицензии
Цены и сроки, прайс лист
Написать письмо

Лессовые просадочные грунты

1 400 рублей за метр. Подробнее
Почему стоит заказать именно у нас

Большой класс структурно-неустойчивых грунтов составляют лессовые просадочные грунты, в которых нарушение структуры с возникновением значительных просадок происходит при замачивании их под нагрузкой.

Просадками называются местные быстро протекающие вертикальные деформации грунтов, обусловленные резким коренным нарушением структуры и сопровождающиеся частичной или полной потерей сопротивляемости нарушенных масс грунта, а при избыточном увлажнении — выдавливанием грунтов в стороны.

Практика строительства на лессовых грунтах показала, что просадки могут достигать значительной величины. Так, стена рудного крана Кузнецкого завода примерно за один год осела на 37 см. Свойство лессовых грунтов терять устойчивость своей структуры при увлажнении обусловливает настолько своеобразные строительные качества этих грунтов, что требует особого рассмотрения.

Лессовые грунты залегают на значительной части территории России, более 16% континентальной поверхности. Для практики строительства весьма важно уметь отличать просадочные лессовые грунты от обычных, знать особенности механических свойств просадочных грунтов и предусмотреть влияние этих свойств на возводимые сооружения.

Следует отметить, что до настоящего времени происхождение лессовых грунтов, несмотря на чрезвычайно важное значение этого вопроса, разные исследователи объясняют по-разному. Существуют две основные гипотезы происхождения этих грунтов: эоловая гипотеза и почвенная.

Эоловая гипотеза объясняет происхождение лессовых грунтов деятельностью воздушных течений, которые из пустынных областей несут мелкую пыль в смежные с пустынями области, где и отлагают ее тонкими слоями. Степная растительность совместно с выпадающими дождями содействует закреплению пыли; корни и стебли растений, сгнивая, оставляют пустоты, создающие макропористость лессовых отложений. Пористость еще более увеличивается вследствие ходов дождевых червей и землероев.

Почвенная гипотеза объясняет образование лессовых грунтов почвообразовательными процессами, происходящими в сухом климате. При выветривании почв в сухом климате процесс протекает в щелочной среде, причем остающиеся карбонаты кальция обволакивают частицы и свертывают их в более крупные агрегаты (частицы диаметром менее 0,01 мм превращаются в частицы диаметром 0,01—0,05 мм), отчего весь грунт приобретает пористое строение.

Из произведенных послойных химических анализов лессовых отложений на значительную глубину вытекает, что степень выветренности слоев уменьшается по мере углубления. Роль карбонатов и гипса сводится частично к образованию кристаллов, а частично к цементации тонких продуктов минеральной смеси.

Почвенная гипотеза оказала значительное влияние и на эоловую гипотезу. Большинство исследователей считает, что основные массы лессовых грунтов образовались эоловым путем, однако это не исключает возможности происхождения некоторых видов лессовых грунтов и из отложений водных бассейнов, образовавшихся при таянии древних ледников, а также при переотложении пылеватых грунтов дождевыми водами. Лессовые породы часто разделяют на типичные лессы и лессовидные грунты. Типичный однородный и мощный слой лесса создается только из материнской породы, представляющей накопление эоловой пыли путем почвообразовательных процессов, идущих одновременно с ее накоплением.

Грунты же, образующиеся из различных материнских пород в результате процессов почвообразования и выветривания в условиях сухого климата, а также переотложенные эоловые отложения не являются типичными лессами, но, обладая многими свойствами последних, могут быть названы лессовидными.

В строительном же деле в настоящее время принято объединять отмеченные разновидности грунтов под одним общим названием лессовые грунты, иногда присоединяя к ним эпитет «макропористые», так как в условиях природного залегания эти грунты имеют видимые невооруженным глазом поры (макропоры), величина которых значительно превосходит величину обычных пор, соответствующих приблизительно размерам минеральных частиц грунта.

Характерные свойства лессовых грунтов могут быть полностью освещены лишь на основе использования основных зависимостей механики грунтов, излагаемых ниже.

Внешними признаками, отличающими макропористые лессовые грунты, будут следующие:

1. Видимая невооруженным глазом пористость (макропористость), обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев иногда с остатками растений. Канальцы, пронизывающие всю толщу лессовидных грунтов, покрыты изнутри налетами углекислых солей.
2. Столбчатая отдельность. Это свойство лессовидных грунтов проявляется особенно ярко на открытых местах, подвергающихся действию атмосферных осадков. В искусственных выемках и свежих разрезах отдельностей не наблюдается.
3. Быстрое размокание в воде и большая водопроницаемость. Так, коэффициент водопроницаемости (фильтрации) лесса для образца ненарушенной структуры был в 100 раз больше коэффициента водопроницаемости для перемятого, лишенного макропор образца того же грунта.
4. Наличие твердых мергелистых включений. Трубчатые пустоты лессовых грунтов в большинстве случаев покрыты тонким слоем извести, кроме того, отдельные известковые и мергелистые включения самой разнообразной формы находятся в лессовых грунтах в довольно значительном количестве. При опробовании этих грунтов 3%-ным раствором соляной кислоты наблюдаются бурное вскипание и быстрое прекращение выделения пузырьков газа.
5. Характерное распределение влажности по глубине с наличием на некотором уровне так называемого «мертвого горизонта» с меньшей по сравнению с вышележащими и нижележащими слоями влажностью. В мертвом горизонте наблюдается максимальное содержание солей. Ниже мертвого горизонта влажность возрастает постепенно, достигая величины максимальной влагоемкости. Отметим также, что, как правило, в толще лессовых пород наблюдаются только два горизонта грунтовых вод: верховодка и нижний горизонт грунтовых вод.
6. Характерный состав. По гранулометрическому составу лессовидные грунты характеризуются преобладанием пылеватых фракций (частиц размером от 0,05 до 0,005 мм обычно более 50%) при незначительном содержании глинистых частиц (от 4 до 20%). Как правило, лессовидные грунты отличаются значительной однородностью гранулометрического состава, причем коэффициент неоднородности часто бывает не более 5.

По химическому составу главными составными частями лессовых грунтов являются: силикаты — от 27 до 90%, глинозем — от 4 до 20% и углекислый кальций —от 6 до 67%. Из перечисленных внешних признаков лессов и лессовидных грунтов наиболее характерными будут: макропористость, быстрое размокание в воде (в течение 1—2 мин) и наличие карбонатов (вскипание при опробовании кислотой).

Как уже указывалось, характерным свойством макропористых грунтов является их просадочность при замачивании под нагрузкой. Образец лессовидного грунта естественной структуры при испытании на осадку в условиях, исключающих возможность выдавливания грунта в стороны, под нагрузкой 2,5 кг/см2 после замачивания дает осадку, в 7 раз большую, чем осадка такого же образца грунта и при той же нагрузке, но испытанного при естественной влажности (без замачивания).

Для объяснения поведения лессовых грунтов при была выдвинута гипотеза, согласно которой увеличение осадки лессовых грунтов при замачивании под нагрузкой объясняется неустойчивостью макропор пронизывающих всю толщу лессовидных грунтов, вследствие потери связности (сцепления) между частицами грунта при просачивании воды. Часто достаточно давления порядка 0,5— 1 кг1см2, при котором стенки пор разрушаются и происходит резкое уплотнение грунта, что и вызывает значительные дополнительные осадки.

По современным воззрениям просадочность макропористых лессовых грунтов возникает вследствие недоуплотненности и способности агрегатов частиц этих грунтов к пептизации при увлажнении, т. е. к переходу твердых коллоидных пленок в жидкий раствор. Образующиеся при этом водные пленки вследствие их расклинивающего действия раздвигают грунтовые частицы, разрушают агрегаты частиц и создают условия, благоприятные для доуплотнения лессовых грунтов. Кроме того, известное значение в разрушении структуры агрегатов частиц имеет и растворение солей, цементирующих частицы лессовых грунтов, а также действие осмотического давления, возникающего вследствие разности концентрации солей пленочной воды и воды.

Если же лессовые грунты имеют агрегаты частиц, сцементированные не растворяющимися в воде солями, то при замачивании эти грунты, просадок не дают. Чтобы нарушить структурные связи в лессовых грунтах, одного замачивания недостаточно, необходимо приложить некоторой величины нагрузку, различную для различной степени сцементированности лессовых грунтов, причем безразлично, будет ли это собственный вес вышележащих слоев грунта или внешняя нагрузка от сооружения или пробного испытания.

При определенной величине нагрузки, прикладываемой одновременно с замачиванием, возникает лавинное разрушение структурных связей грунта, и его структура резко и коренным образом изменяется — возникают просадки. Для количественной оценки просадочности лессовых грунтов испытывают их образцы естественной ненарушенной структуры на сжимаемость без возможности бокового расширения, т. е. образцы помещают в жесткое кольцо. Вначале определяют деформации образца при естественной его влажности, а после того, как будет достигнуто проектное давление, образец замачивают до полного насыщения, определяя при этом его деформацию. В результате разрушения структурных связей, если внешнее давление больше структурной прочности грунта в замоченном состоянии, возникает резкая быстрая осадка (просадка) образца.

Образец грунта необходимо замачивать при нагрузке, соответствующей сумме природного давления и давления (сжимающего напряжения), которое будет в грунте от сооружения на глубине взятия образца. Максимально возможную величину просадки всей просадочной толщи макропористых лессовых грунтов определяют по величине относительной просадочности отдельных слоев и их мощности.

Здесь суммирование необходимо распространить на все слои (от подошвы фундамента до глубины залегания всей просадочной толщи), а величину относительной просадочности определять с учетом фактического давления на грунт от внешней нагрузки и вышележащих слоев грунта.

По величине максимальной просадки всей просадочной толщи обычно и назначают противопросадочные мероприятия, основными из которых является всемерное недопущение замачивания грунтов под сооружениями или создание таких конструктивных особенностей сооружений, которые обеспечили бы их малую чувствительность к неравномерным осадкам (конструирование зданий из отдельных жестких блоков, допускающих независимость оседания; применение устройств, регулирующих высоту отдельных частей сооружения, и т. п.).

При оценке общей деформации лессовых грунтов, подверженных замачиванию с одновременным загружением, необходимо учитывать следующие три составляющие: осадку, обусловленную уплотнением грунта (т. е. уменьшением пористости при увеличении давления), просадку, возникающую в результате коренного изменения структуры грунта при переходе его из макропористого структурного состояния в бесструктурную водонасыщенную массу, и послепросадочную деформацию грунта, вызванную медленным нарушением кристаллизационных связей, суффозией (вымывом) мельчайших частиц и ползучестью скелета грунта при длительном действии фильтрации.

Общая деформация просадочных грунтов при малой их величине, будет определяться общими зависимостями теории линейнодеформируемых тел и может оцениваться как по результатам испытаний без возможности бокового расширения грунта, так и по данным трехосных испытаний. При этом, просадка лессовых грунтов обусловливается не только вертикальными деформациями, но и способностью окружающей толщи проседать (деформироваться) в горизонтальном направлении и зависит как от вертикальных сжимающих напряжений, так и от соотношения главных напряжений и их разности.

Свойства лессовых грунтов в процессе их просадки резко изменяются. Сопротивление замоченного грунта сдвигу снижается в несколько раз это показывает, что несущая способность лессовых грунтов после нарушения их структурной связности в процессе просадки при замачивании под нагрузкой чрезвычайно падает, и грунты легко выдавливаются из-под подошвы фундаментов.

Активные меры борьбы с просадочностью лессовых грунтов сводятся к химическому их закреплению по методу силикатизации, уплотнению грунтовыми сваями и обжигом проседающих масс.

Источник