Что значит обводненный грунт
Ученые придумали, как спасти строящиеся шахты от затопления и разрушения
Ученые из Перми придумали математическую модель для расчетов заморозки обводненных грунтов. Под ними нередко скрываются залежи полезных в промышленности калийных солей, но они же из-за своей рыхлости и большого содержания воды значительно осложняют постройку шахт. Разработка поможет обезопасить добычу этого полезного ископаемого и обеспечит спокойную работу шахтеров на длительное время. Результаты исследования, выполненного при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering.
Калийные соли необходимы в самых разных областях промышленности: из них изготавливают удобрения, стекло, мыло, краски; используют их и в металлургии, и в медицине, и во многих других областях. Добывать столь универсальные вещества довольно трудно, и все из-за обводненности и рыхлости скрывающих их грунтов. При строительстве шахтных стволов нередки обвалы и подтопления, однако есть технологии, способные решить эти проблемы. Речь идет об искусственной заморозке: вокруг будущей шахты бурят скважины, в них устанавливают трубы, по которым пропускают хладоноситель. Последний забирает тепло из грунтов, а вода в них превращается в лед.
«Искусственное замораживание обводненных породных слоев помогает скрепить рыхлые грунты для проходки. Но этот процесс может изменить свойства самих грунтов, их механическое поведение, что приводит к дополнительным сложностям. В нашей работе мы предложили термогидромеханическую модель, которая позволяет предсказать, как определенный тип грунта поведет себя при заморозке и бурении, а также как на него повлияет приток подземных вод», — комментирует руководитель проекта по гранту РНФ Олег Плехов, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института механики сплошных сред УрО РАН.
Ученые из Института механики сплошных сред (Пермь) и Горного института (Пермь), относящихся к Уральскому отделению Российской академии наук, предложили математическую модель, описывающую изменения в разных породах при их заморозке и строительстве шахт. Уравнения, которые описывают пористость, температуру и перемещение грунта, решала программа для физических расчетов Comsol Multiphysics. Также система учитывала то, что при замерзании вода увеличивается в объеме и движется, а грунты изменяют свою форму из-за постоянного воздействия.
Предсказания модели подтвердились измерениями и расчетами по настоящему руднику в Беларуси. Еще авторы смогли выявить несколько закономерностей в зависимости от типа замораживаемых пород: например, в глинистых почвах пористость грунта выше, чем в песчаных, поскольку вода устремляется в зону заморозки. Также в первом случае почти вдвое выше смещение стенки ствола шахты.
Замораживание грунтов, насыщенных влагой, дает возможность сформировать прочное водонепроницаемое ограждение вокруг строящегося шахтного ствола, поясняет доктор технических наук Лев Левин, один из авторов работы. Эта технология уже не первое десятилетие используется при создании шахт и тоннелей, для стабилизации оснований и фундаментов, при добыче руды в прибрежных областях и под водоносными горизонтами. Но до недавнего времени возникали сложности из-за недостаточного понимания геомеханических и криогенных процессов, протекающих в породных массивах.
«Наша математическая модель предскажет успех применения технологии искусственного замораживания в конкретных условиях и поможет расширить ее использование в промышленном и гражданском строительстве. Главная особенность нашей разработки в том, что она может опираться на экспериментальные данные, в том числе полученные в серии стандартных тестов, которые проводятся в ходе инженерно-геологических изысканий», — заключает Левин.
Напомним, что грунтом называют горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения. Сам же по себе грунт представляет собой закономерную, определенным образом построенную совокупность минералов. Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями их происхождения. А состав грунтов, в свою очередь, в значительной мере определяет их физические и механические свойства.
С течением времени грунт может подвергаться как природным факторам воздействия, таким как изменения гидрологических условий, так и технологическим: давление, колебания, загрязнение. Изменение свойств грунтов является следствием протекающих в них процессов, поэтому изучение и прогнозирование таких изменений должны проводиться с учетом главных действующих техногенных факторов.
В первой части статьи мы рассмотрели влияние статических нагрузок на грунт, далее рассмотрим другие возможные факторы влияния на структуру грунтов.
В городах широко распространены динамические воздействия на грунты. Источниками их являются: транспорт, фабрично-заводское оборудование и механизмы, ударные и вибрационные строительные машины и др. По мере роста города сфера динамических воздействий на грунты расширяется. Грунты различного состава, структуры и физического состояния по-разному реагируют на динамические воздействия. Теоретически все типы грунтов и даже скальные грунты могут в какой-то мере изменяться при соответствующем режиме динамических воздействий. Вибрация, удары, толчки и другие колебательные воздействия широко проявляются в городских условиях, существенно влияют на грунтовые образования под фундаментами зданий и сооружений.
Наиболее чувствительны к таким воздействиям:
а) раздельно-зернистые грунты (пески, гравий, щебень), находящиеся в недоуплотненном состоянии;
б) грунты, имеющие рыхлую, тиксотропную структуру (водонасыщенные рыхлые илы, сапропели, плывуны, разжиженные лессы и т.п.), структурные связи которых легко разрушаются при механических воздействиях;
в) скопления продуктов выветривания (осыпи), оползневые и другие неустойчивые породы на склонах.
На раздельно-зернистые грунты динамические нагрузки действуют сильнее, чем статические, иногда пески даже при больших статических нагрузках почти не уплотняются, но в то же время дают существенную осадку при незначительных динамических воздействиях.
Степень вибрационного уплотнения песчаных грунтов зависит от формы, размера, характера укладки минеральных зерен и состояния влажности, от частоты и силы пульсации.
Максимальные уплотнения и осадки наблюдаются при частоте колебаний от 500 до 2500 в минуту (опасный интервал вибраций). С таким режимом вибрации работают турбогенераторы, паровые турбины и некоторые другие механизмы. Однако нужно иметь в виду, что и при другом режиме динамических воздействий (даже при простых толчках или ударах), если они длительно действуют, могут возникать значительные осадки.
Упругие колебания минеральных частиц, возникающие при вибрации от городского транспорта (трамвай, грузовые автомашины), проникают на глубину порядка 70 м. Величина колебаний зависит от скорости движения транспорта, его нагрузки, типа колес или шин, характера дорожных покрытий.
Поэтому к динамическим воздействиям от городского транспорта восприимчивы дорожные насыпи, особенно при недостаточном их уплотнении. Ударные, вибрационные, весовые и прочие нагрузки, передающиеся от грузовых автомашин, трамваев, троллейбусов, тракторов и других движущихся механизмов на насыпные грунты, вызывают сложные перемещения минеральных частиц (вниз, в стороны, вверх), в результате этого в теле насыпи возникают полезные процессы, явления (равномерное уплотнение, стабилизация насыпи) и нежелательные (прогибы, расползание).
Подземное строительство давно используется для различных хозяйственных нужд (добыча полезных ископаемых, извлечение строительных материалов, строительство подземных укрытий, складов и т.д.). С течением времени масштаб подземных разработок грунтов резко увеличился, появились тоннели метрополитенов, протяженные железнодорожные тоннели, системы горных выработок, включая шахты и карьеры.
Одновременно со строительством подземных сооружений развиваются процессы, воздействующие на существующие поверхностные слои грунта. В результате этого формируется специфический комплекс инженерно-геологических процессов и явлений, в который входят: искусственное понижение уровня грунтовых вод, прорыв подземных вод, прорыв плывунов, сыпучее течение сухих песков, развитие трещиноватости, пучение глин, отжатие и вывалы грунтов, обрушение грунтов, суффозия и др. Все эти процессы и явления почти всегда сопровождаются сдвижением грунтов в массиве в сторону подземных выработок и образованием поверхностей оседания, а иногда и провальных воронок. Данный процесс ведет к сильной разрыхляемости грунтов, и, следовательно, к уменьшению их плотности.
Одним из отрицательных факторов, связанных с хозяйственной деятельностью человека и существенно влияющих на свойства грунтов, является их замачивание. Интенсивная застройка территорий (еще недавно с ненарушенным природным рельефом), неурегулированный поверхностный сток, утечки воды из различного вида коммуникаций, нарушение динамики движения подземных вод свайными полями приводят к резкому повышению уровня подземных вод и, как результат, к обводнению грунтов и их деградации. Выражается это в изменении состава, структуры и физико-механических свойств грунтов в худшую сторону.
Для примера в таблице 2 приведены показатели физико-механических свойств суглинков на одной из подтопленных площадок до начала строительства и после подтопления.
При обводнении на застроенных территориях начинают проявляться просадочные свойства лёссовых и набухание глинистых грунтов, повышается их коррозионная активность, происходит размокание и проявляются негативные свойства, которыми раньше данные грунты не обладали.
Техническая мелиорация – это совокупность мероприятий, направленных на улучшение физико-механических свойств грунтов. При строительстве на слабых просадочных грунтах до начала возведения сооружений применяют предварительное замачивание с целью снижения деформаций грунтов под нагрузкой в будущем. Однако, снижая просадочные свойства грунтов, мы увлажняем грунтовое основание, уменьшая его прочностные характеристики в сравнении с естественными, природными.
Действие динамических нагрузок в просадочных грунтах вызывает их доуплотнение, но степень последнего зависит от физико-механических свойств грунтов, величины предварительной нагрузки в слое грунта по глубине, амплитуды сейсмических или динамических колебаний. При этом надо учитывать, что при определенных условиях действие динамической нагрузки снижает прочностные характеристики грунта. Так, в условиях строительства слои мелких водонасыщенных песков при незначительном сотрясении деформируются, но по мере удаления от источника сотрясения эти деформации слоев уменьшаются.
Таким образом, при техногенном воздействии на грунты, случайном или целенаправленном, как правило, могут одновременно действовать несколько факторов как положительных, так и отрицательных.
Но наиболее предрасположенными к технологическим воздействиям являются пылевато-глинистые грунты. Классификация влияющих факторов на мелкодисперсные грунты приведена в таблице 3.
Каждый из параметров характеристик тесно взаимосвязан. Зависимость величин приведена в таблице 4.
1. С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев «Механика грунтов. Основания и фундаменты», Москва 1994 г.
2. Н.А. Цытович «Механика грунтов» краткий курс, Москва 2011 г.
3. Л.Н.Шутенко, Ю.Т.Лупан, П.Л.Клемяционок, А.Г.Рудь, Г.Г.Стрижельчик, А.В.Жиров. «Основания и фундаменты», Харьков 2009 г.
Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Что значит обводненный грунт
____________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 25100-2020 с ГОСТ 25100-2011 см. по ссылке;
Текст Сравнения ГОСТ 25100-2011 с ГОСТ 25100-95 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
Дата введения 2013-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и МСН 1.01-01-2009 «Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения»
Сведения о стандарте
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (МНТКС) (приложение Д к протоколу N 39 от 8 декабря 2011 г.)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа государственного управления строительством
Агентство по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства
Министерство строительства и регионального развития
Департамент регулирования градостроительной деятельности Министерства регионального развития
Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 июля 2012 г. N 190-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 25100-2011 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2013 г.
6 ИЗДАНИЕ (июль 2018 г.) с Поправками (ИУС 5-2015, 9-2015)
Введение
В настоящем стандарте приведена классификация скальных грунтов как по результатам испытания образца, отобранного из массива, так и классификация для скального массива в целом.
Учитывая различия в указанных выше классификациях в наименованиях грунтов, а также в методиках определения отдельных характеристик, в настоящем стандарте приведены:
— основные термины, используемые в [1]-[4], а также их определения (см. приложение Д);
— соответствие наименований дисперсных грунтов, используемых в настоящем стандарте, и в [1] и [2] (см. приложение Е);
— методики пересчета результатов определений гранулометрического состава дисперсных грунтов и характеристик пластичности глинистых грунтов (см. приложение Е) для перехода из одной классификации в другую.
Приведенное в настоящем стандарте сопоставление классификаций грунтов даст возможность использовать (в случае необходимости) международные классификации.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию, применяемую при производстве инженерных изысканий, проектировании и строительстве зданий и сооружений.
К наименованиям грунтов и их характеристикам, предусмотренным настоящим стандартом, допускается вводить дополнительные наименования и характеристики, если это необходимо для более детального подразделения грунтов с учетом природных условий района строительства и специфики отдельных видов строительства.
Дополнительные наименования и характеристики грунтов не должны противоречить классификации настоящего стандарта и должны учитывать частные классификации, установленные в отраслевых нормативных документах.
В настоящем стандарте грунт рассматривается как однородная по составу, строению и свойствам часть грунтового массива.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 10650-72 Торф. Метод определения степени разложения
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ
ГОСТ 25584-90 Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации
ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества
ГОСТ 28622-90 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.2 блок: Совокупность скальных грунтов, отделенная от соседних блоков разрывами или трещинами (тектонический блок, оползневой блок, блок отдельности).
3.3 блок отдельности (отдельность): Часть массива скальных грунтов, ограниченная трещинами, свойства которой могут быть охарактеризованы лабораторными исследованиями образца скального грунта.
3.4 вещественный состав грунта: Химико-минеральный состав вещества твердых, жидких, газовых и биотических (живых) компонентов грунта.
3.5 водопроницаемость: Способность грунта фильтровать воду.
3.6 глинистый грунт: Связный грунт, состоящий в основном из пылеватых и глинистых (не менее 3%) частиц, обладающий свойством пластичности ( 1%).
3.7 гранулометрический состав грунта: Процентное содержание первичных (не агрегированных) частиц различной крупности по фракциям, выраженное по отношению их массы к общей массе грунта.
3.8 грунт: Любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.
3.9 дисперсный грунт: Грунт, состоящий из совокупности твердых частиц, зерен, обломков и др. элементов, между которыми есть физические, физико-химические или механические структурные связи.
3.10 засоленность: Характеристика, определяемая количеством водорастворимых солей в грунте.
3.11 заторфованный грунт: Песчаный или глинистый грунт, содержащий в своем составе от 3% (для песка) и от 5% (для глинистого грунта) до 50% (по массе) торфа.
3.12 ил: Современный нелитифицированный морской или пресноводный органо-минеральный осадок, содержащий более 3% (по массе) органического вещества, как правило, имеющий текучую консистенцию 1, коэффициент пористости 0,9 и содержание частиц размером менее 0,01 мм более 30% по массе.
3.13 криогенная текстура: Совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентацией, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.
3.14 криогенные структурные связи грунта: Связи, возникающие в дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате цементирования льдом.
3.15 крупнообломочный грунт: Несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером более 2 мм составляет более 50%.
3.16 ледогрунт: Грунт, содержащий в своем составе более 90% льда.
3.17 липкость, прилипаемость (предел адгезионной прочности глинистых грунтов): Способность грунта прилипать к различным материалам при соприкосновении.
3.18 литифицированные глинистые грунты: Глинистые грунты дочетвертичного возраста, прошедшие в своем развитии стадию позднего диагенеза и обладающие преимущественно контактами переходного типа.
3.20 минеральный грунт: Грунт, состоящий из неорганических веществ.
3.21 морозный грунт: Скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.
3.22 набухающий грунт: Грунт, увеличивающий свой объем при замачивании водой и имеющий относительную деформацию набухания 
0,04 (в условиях свободного набухания) или развивающий давление набухания (в условиях ограниченного набухания).
3.23 несвязный грунт: Дисперсный грунт, обладающий механическими структурными связями и сыпучестью в сухом состоянии.
3.24 органическое вещество: Органические соединения, входящие в состав грунта.
3.25 органо-минеральный грунт: Грунт, содержащий от 3% до 50% (по массе) органического вещества.
Что такое обводнение строительного объекта
Обводнение объекта — довольно частая причина проблем при строительстве. Обводнение является результатом близкого подхода и насыщения грунтовых и поверхностных вод, а также избыточных осадков в виде дождя или снега.
Обводнение по разному влияет на различные виды строительных работ. Например, при гидротехнических работах необходимо защитить котлован или траншею от избытка поверхностных вод и атмосферных осадков. А при строительстве тоннелей большее внимание уделяется притоку грунтовых вод.
Механизмы защиты участка застройки от обводнения во многом зависят от климатических условий местности. Но помимо естественных факторов (климат, геология, рельеф, литология и пр.) условно выделяют также и искусственные.
Естественные факторы, такие как климатические условия, норма выпадения осадков, можно просчитать лишь приблизительно. Талые воды, внезапные обильные осадки могут вызвать обводнение быстро и интенсивно. Это может привести к замедлению или даже остановке строительного процесса, а также необходимости использования насосов для откачки лишней воды. В ряде случаев, на глинистых почвах и грунтах с небольшой инфильтрацией, применение средств водопонижения не требуется.
Если обводнение поверхностными водами происходит с большей интенсивностью, чем грунтовыми, может возникнуть необходимость в дополнительном строительстве нагорных канав и других строительных работ.
Рельеф местности оказывает значительное влияние на обводнение участка. Однако это один из факторов, который просчитать заренее можно, в отличие от погоды, например. Здесь основным моментом, который должен быть заложен в проект, является естесственный дренаж местности.
Наличие, а также удаленность водоемов также оказывает серьезное влияние на интенсивность обводнения строительных объектов. И также как и рельеф, поддается просчету.
При значительной глубине залегания грунтовых вод естественные факторы обводнения не так существенно. Полностью устранить негативные последствия влияния этой группы факторов можно путем устройства грамотной дренажной системы.
Искусственные факторы обводнения объектов — это ошибки и недочеты в процессе строительства. Искусственное обводнение может возникнуть в результате несоблюдения требований к эксплуатации временных гидро коммуникаций и водосборников. Искусственные факторы трудно, но возможно просчитать, и даже предотвратить их влияние на обводнение объекта строительства.
Как правило, естественные факторы усиливают интенсивность обводнения при технических и эксплуатационных ошибках строительства. Также значительным фактором, влияющим на обводнение, является неверная разметка участка на начальном этапе строительства. Ошибки в анализе участка, грунта, — причина искуственного обводнения. Неправильная организация, плохое качество выполнения работ по строительству, разрушение естественных стоков для осадков, утечка из временнх водоотводных систем — также относятся к искусственным факторам обводнения.
Анализ условий и причин возможного возникновения опасности обводнения строительных площадок необходим для правильного и своевременного планирования защитных и предупредительных мер, составления плана работ по водопонижению на строительном объекте.
Строительство цокольного этажа при обводненных грунтах
При проектировании здания и фундамента в частности, в основу расчетов закладываются такие основные условия, как свойства грунта, уровень грунтовых вод и глубина промерзания. И если отличить тип грунта — например суглинок от песчаного — можно при помощи лопаты, то оценить глубину залегания вод и промерзания грунта можно благодаря изысканиям специалистов либо по специальным справочникам.
Обводненные грунты — это прежде всего грунт сложный, проблемный для строительства, пучинистый либо просадочный. Строительство на обводненных, насыщенных водой грунтах предполагает использование монолитного плитного фундамента. Именно плита защитит фундамент и цоколь от избыточной влаги.
Итак, резюмируя, строительство на обводненном грунте предполагает обязательную гидроизоляцию фундамента, а для строительства цокольного этажа лучше всего подойдет монолитный плитный фундамент.