8(499) 350-23-58 8(495) 249-26-57
Искусственные грунты
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА
В процессе своей инженерно-строительной деятельности человек весьма активно воздействует на горные породы, создавая огромные массы искусственных грунтов.
При строительстве городов существенно меняется и нивелируется рельеф местности, гидросеть, подземные воды, почвенный покров и др. Человек все в большей степени использует подземные пространства города для создания сооружений разного назначения (метро, гаражи, переходные и транспортные тоннели, кафе, рестораны, киноконцертные залы, коммуникационные тоннели и т.д.).
Как уже отмечалось, последние полтора века характеризуются исключительно быстрым ростом городов, К середине 20го века. 82 города, почти равномерно распределенные между Европой, Азией и Америкой имели более миллиона жителей каждый. Растет не только население старых городов, но и увеличивается число городов и поселков городского типа.
Еще в начале XX в. Е. Клузо утверждал: "Ничего нельзя сравнить с тем, как недавний огромный рост городов наиболее быстро и мощно изменил лик Земли. Это не простая модификация внешнего вида это глубокая топографическая модификация, которая перемещает русла рек, заполняет впадины, выравнивает рельеф и т.д.».
Ж. Брунс (Brunhes, 1928) обратил внимание на то, что экскавация искусственных грунтов в городах Франции существенно смягчила их рельеф, а непрерывное мощение улиц, площадей и бульваров заметно подняло уровень поверхности. В Париже, остров. Сите, который образует волнолом в середине Сены, на всем своем протяжении был постепенно поднят на 7-8 м. В пределах городов исчезли многие реки и ранее построенные каналы (в Лондоне уже нет реки Флийт, в Париже - канала Сен-Мартэн, в Каире полностью ликвидирован канал, отведенный от Нила, и т.д.).
Использование искусственных грунтов в качестве материала для строительства различных инженерных сооружений (земляные плотины, железнодорожные насыпи и пр.) также вносит изменения в рельеф города.
Характер городской застройки на протяжении веков менялся. Деревянные постройки уступали место каменным, повышалась этажность зданий. Это увеличивало общий вес зданий в черте города и нарастание статических нагрузок на единицу площади. И хотя сейчас в мире преобладают 5-10-этажные дома, однако целые кварталы ряда городов застраиваются зданиями повышенной этажности (18-25 этажей). Много возводится высотных зданий (до 40 этажей) и небоскребов (до 100 этажей и более). С повышением этажности зданий статические нагрузки на грунты в пределах площади застройки возрастают с 1,5-2 т/м2 (которыми в основном ограничивались их значения в недавнем прошлом) до 4-5 и 10 и даже до 20-30 т/м2 и более, оказывая тем самым все большее уплотняющее воздействие на грунтовые массивы. Так, если давление под подошвой ленточного фундамента шириной 1,2 м 5-этажного здания составляло 0,9-1,5 кг/см2 при осадке 0,4-1,0 см, то для 12-этажного здания оно возросло бы (при сохранении типа и размера фундамента) до 2,2-3 кг/см2, а для 25-этажного - до 6-10 кг/cм2 При этом осадка составила бы соответственно 2,0-4,0 и 30-40 см. Последние величины превышают предельные средние осадки зданий такого типа (8-15 см), что вызывает необходимость сооружения под высотными зданиями плитных фундаментов, фундаментов глубокого заложения и т.д.
В результате сжатия пород в местах расположения зданий с такими фундаментами формируются осадочные воронки, размеры которых зависят от характера пород, веса здания и его размеров, конструкции фундамента и т.п. Расчеты и фактические обследования в натуре показывают, что границы таких воронок могут выходить за пределы зданий на 30-50 м и более. В пределах городских кварталов, в условиях застройки многоэтажными зданиями, отдельные воронки часто смыкаются, особенно при развитии слабых водонасыщенных грунтов, образуя общую депрессию оседания, во многих случаях перекрываемую депрессиями, возникшими под действием статических нагрузок от зданий в соседних кварталах. Совокупность таких депрессий может формировать общую для города чашу оседания горных пород. Ее краевые части могут значительно выходить за городскую черту, а оседание земной поверхности достигать, как, например, в Киеве, 1 м (Котлов, Братнина, Сипягина, 1967) и более.
Активная инженерная деятельность человека существенно изменяет гидрогеологические условия города. Происходит перераспределение подземных вод в земной коре, вплоть до полного истощения одних горизонтов и значительного увеличения других. Энергично откачивая из глубины межпластовые воды для питьевого и хозяйственного водоснабжения или для понижения их уровня при осуществлении инженерных мероприятий и срабатывая тем самым основные водоносные горизонты, человек в то же время интенсивно водонасыщает грунты верхних слоев отработанными водами или водами, поступающими в грунт в результате утечек из водопроводных и канализационных систем. Все это в ряде городов значительно повышает уровень грунтовых вод.
Состав образуемых грунтов зависит от геологических условий местности, в пределах которой проявляются эти виды деятельности, от характера воздействия человека на горные породы от технологии процессов по переработке этих пород и пр.
Подробнее...
При изучении искусственных грунтов в инженерно-геологических целях особое значение приобретают вопросы изменения их свойств во времени в результате диагенетических преобразований
Подробнее...
Кроме возведения гидротехнических сооружений намыв широко используется для поднятия отметок территорий, имеющих затопляемые понижения в рельефе, и для образования за счет акваторий площадок, пригодных для различного использования.
Подробнее...
Испытания намытых песков динамическим зондированием указывают на связь между прочностью N и временем упрочнения.
Подробнее...ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ГРУНТОВ
Усилия небольшого числа исследователей (Г.И. Горецкий, Ф.В. Котлов, В.И. Крутов, Е.М. Сергеев, М.И. Хазанов и др.), занимавшихся изучением искусственных грунтов, к тому же в большинстве случаев лишь попутно, при изучении природных отложений, далеко не достаточны, чтобы, пользуясь привычными геологическими методами, дать оценку распространения этих маломощных и часто недолговечных геологических образований на большой территории, как, например, территория страны.
Сложность картирования искусственных грунтов усугубляется их спорадическим и локальным распространением, мало или вообще не зависящим от геологических факторов.
Распространение природных образований, например четвертичных отложений, как правило, обусловлено характером вековой деятельности таких, обычно постоянно и направленно действующих, а потому поддающихся учету факторов, как реки, моря, атмосферные воды и т.д., и в силу этого в большинстве случаев следует определенной геологической закономерности, тогда как искусственные грунты, будучи продуктом жизни и многообразной деятельности человека, мгновенно и хаотически (в геологическом понимании этих слов) возникают в самых различных геологических провинциях в зависимости от быстро сменяющихся устремлений и хозяйственной активности человека. Поэтому попытки показать распространение искусственных грунтов на территории страны, используя только такие традиционные методы, как геологическая (или инженерно-геологическая) съемка и разведка, явились бы заведомо непосильным делом.
Подход к оценке их распространения, хотя бы в самой общей и приближенной форме, сегодня, видимо, следует искать, базируясь на ряде основополагающих соображений о хозяйственном освоении территории страны (в интересующем нас плане). Однако трудоемкость нахождения систематизации и обобщения нужной информации по каждой из многочисленных отраслей хозяйства в пределах регионов и областей страны предопределили ограничение масштабов интересующих нас сведений вопросами добычи угля и железной руды (горнотехническая деятельность), пахотой, осушением и орошением (сельскохозяйственная деятельность), городским и сельским строительством (инженерно-строительная деятельность), а также накоплением бытовых отходов в городах и селах.
За интенсивность образования искусственных грунтов в пределах определенной области может быть принят показатель увеличения их объема в год за 10-летний период.
Среди прочих природных породообразующих процессах деятельность человека сложно сегодня недооценивать, когда эта деятельность может быть поставлена в один ряд с процессами седиментогенеза – выветриванием, денудацией и аккумуляцией.
Если геодинамические процессы, возникающие при взаимодействии литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой, приводят к образованию аллювиальных, элювиальных, эоловых и др. генетических типов отложений, то человек, взаимодействуя со всей совокупностью природных факторов, своей все возрастающей хозяйственной активностью становится и уже стал мощной породообразующей силой, создателем ранее не известных природе особых, свойственных ему одному техногенных образований. Поэтому как при картировании, например, аллювиальных отложений нельзя удаляться от реки - источника подобных накоплений, так и при оценке распространения техногенных отложений надо следовать за человеком, строго придерживаясь границ его хозяйственных устремлений, если мы не хотим погрешить против основных генетических принципов (вопрос о чертах сходства и различия между преобразованиями, вызываемыми геодинамическими и техногенными процессами, особый вопрос, выходящий за рамки этой работы).
ДОНЕЦКИЙ БАССЕЙН КАК ПРИМЕР ОБЛАСТИ НАКОПЛЕНИЯ СПЕЦИФИЧЕСКИХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ИСКУССТВЕННЫХ ГРУНТОВ
Шире и детальнее хозяйственное освоение территории и связанное с этим образование искусственных грунтов может быть показано на примере Донецкой области, где образуются такие специфические разновидности этих грунтов, как золы, шлаки, отложения терриконов и пр., на свойствах которых мы остановимся подробнее.
Очень высокая плотность населения (в среднем около 190 человек на км2) объясняется редким сочетанием таких природных факторов, как огромные богатства недр, умеренно континентальный климат, черноземные почвы и равнинный, слегка волнистый рельеф. Все это создает особо благоприятные условия для преимущественного развития промышленности, а также высокопродуктивного сельского хозяйства, Что в свою очередь влечет за собой интенсивное образование искусственных грунтов.
В области добывается каменный уголь, доломиты, поваренная соль и ряд других полезных ископаемых. Для добычи 100 млн. т. угля эксплуатируются 206 угольных шахт, некоторые из которых превысили глубину 1000 м (в среднем за семь лет каждая шахта уходит вглубь на 100 м). Уголь имеет высокую зольность, поэтому 70 специализированных фабрик обогащают почти 80% добываемого угля, увеличивая тем самым отвалы пустой породы, которые занимают все новые и новые площади. Из общего количества извлекаемых ежегодно в угольных бассейнах страны горных пород на Донецкий бассейн приходится более половины объема, что превышает 70 млн. м. Для складирования отвалов здесь ежегодно выделяется 700—800 га земельных угодий (отвалами угольной промышленности уже занято около 12-15 тыс. га). Терриконы - мощные высокие насыпи конусообразной формы создают особый, характерный для Донецкого бассейна тип промышленного ландшафта. Склоны даже старых, уплотнившихся терриконов высотой 30-45 м (до 90 м) отличаются большой крутизной - до 25-30° и более.
Благодаря большой мощности, сыпучести и высокой температуре пород, которые к тому же иногда горят, терриконы крайне слабо зарастают растительностью, оставаясь, по словам Ф.Н.Милькова, «…на многие годы мертвой безжизненной пустыней, загрязняющей воздух и земли ближайших окрестностей» . С их незакрепленных склонов, испещренных неглубокими радиальными рытвинами водой и ветром сносится в значительных количествах мелкозем, включающий угольную крошку, засоряя поля и улицы поселков.
Развитие горнодобывающей промышленности вызывает необходимость в строительстве все новых транспортных путей (железнодорожных и автомобильных), складских и перевалочных баз и т.п., что также связано с большими земляными работами.
В области развита химическая промышленность, опирающаяся на местное сырье. Отходы химии приводят к образованию отвалов специфических разновидностей искусственных грунтов.
В центральной части области особенно высоко развиты металлургия и горнодобывающая промышленность, оказывающие огромное воздействие на окружающую среду. Многочисленные терриконы, отвалы карьеров, шахты, заводы и пр., расположенные на сравнительно небольшом удалении друг от друга, создают характерный техногенный ландшафт - это район интенсивного образования искусственных грунтов.
Юг области в целом сейчас может быть охарактеризован, как район слабой интенсивности образования искусственных грунтов. Положение может измениться в случае существенного увеличения добычи доломитов и соли, которые являются сырьем для химической промышленности и промышленности минеральных удобрений.
На севере области, вдоль Северного Донца, залегают болотистые супесчаные почвы, что не способствует концентрации населения, развитию сельского хозяйства и промышленности.
Не только в центральных, но и в ряде других районов Донецкой области широко развита черная металлургия. При выплавке чугуна и стали образуются различные отходы многих производств, существенно отличающиеся друг от друга как грунты: металлургического - доменные и мартеновские шлаки, колошниковая пыль; коксохимзаводов - шламы, "хвосты" обогатительных фабрик; угольных шахт - терриконы; ТЭЦ - золошлаки, а также насыпи из флюсового материала рудных комбинатов (известняки, песчаники).
Отвалы доменных и мартеновских шлаков занимают значительные, все увеличивающиеся площади, Например, на одном из металлургических заводов, где складирование шлаков началось еще до революции, к настоящему времени ближний, примыкающий к заводу отвал протянулся примерно на 1,5 км в длину и на 1,0 км в ширину (мощность шлаков достигает 25 м). Примерно такие же размеры у Дальнего отвала (мощность шлаков достигает 30 м). В разрезе шлаковые отвалы представляют собой чередование неоднородных напластований кристаллизованных, стекловидных и пористых разностей с прослоями, линзами и гнездами продуктов их распада.
В отвал шлаки доставляются с завода в особых ковшах по железной дороге. При тонком сливе с откосов на охлажденную поверхность образуются косослоистые неоднородные по структуре плотности и прочности разности. Углы падения слоев изменяются от 10 до 50 град. Наклон слоев находится в прямой зависимости от характера рельефа поверхности, на которую осуществляется слив. В случае изрезанного рельефа отвала, образованного, например, в результате многочисленных и хаотических выемок материала для строительных нужд, при последующих сливах возникают слои шлака самой причудливой конфигурации. Обычно слив производится по откосам в обе стороны от железнодорожного пути. Это приводит к возникновению складок, вершины которых гипсометрически совпадают с дорогой, а крылья следуют наклону ранее созданного рельефа.
За время нахождения в отвале шлаки подвергаются физическому и химическому выветриванию. Следствием физического выветривания является наличие в отвалах отдельных разностей, разрушенных до состояния щебня, дресвы и даже песка. Химическое выветривание приводит к развитию в них процессов растворения, окисления, гидратации, замещения и гидролиза.
Считается, что железо и марганец способствуют распаду шлаков. Граничными условиями устойчивого состояния шлаков является содержание Мn в пределах 4-5% и СаО менее 45%, при содержании FeO менее 20%.
 | Геотехническое проектирование является нашей специализацией. Мы выполняем расчеты, разрабатываем проектную и рабочую документацию на следующие геотехнические сооружения:
При необходимости, мы разработаем геотехническую документацию на:
Свяжитесь с нами для консультации по вашему проекту. |