§ 12. Просадочные явления на лёссовидных породах

Ранее при строительстве оросительных каналов в Средней Азии и на Северном Кавказе строители сталкивались с такими явлениями, когда через одну-две недели после пуска воды по каналам в них стали обнаруживаться большие деформации: в бортах каналов начали образовываться трещины, откосы каналов оползали, мосты через них и регуляционные сооружения стали разрушаться. В обоих случаях строительство велось в лёссовидных грунтах и лёсс замачивался. Эти два обстоятельства послужили поводом для исследований свойств лёсса.

Л ёсс и близкие к нему лёссовидные суглинки имеют широкое распространение по территории Союза ССР, около 14% суши нашей страны покрыто этими породами. Лёсс распространен в Средней Азии, на юге Украины, в Закавказье, в Западной Сибири и других местах. Причем в южных районах преимущественно распространен лёсс, а в центральных и северных — лёссовидные суглинки.

Свойства лёссовидных пород необходимо знать для предотвраще- ния аварий и разрушений сооружений, возводимых на этих порода

По петрографическому составу лёсс в основном состоит из мельчайших зерен кварца, полевого шпата, слюды и различных солей. По гранулометрическому составу его следует отнести к пылеватым грунтам. Такие грунты обычно обладают высокой пористость (около 60%), а следовательно, способностью к уплотнению.

Специфическое свойство лёсса -его различная сопротивляемость

действию внешних сил при разной степени увлажнения; при этом резко меняется и сжимаемость лёсса. Так, при влажности менее 6—9 % лёсс способен выдерживать нагрузки до 3—5 кг/см². Если же лёсс увлажнить, то прочность его существенно упадет, и у сооружения, построенного на лёссе, обнаружатся значительные неравномерные осадки, причем ход их будет необычный — они будут иметь провальный характер. Вертикальные смещения сооружений могут достигать десятков сантиметров. Чтобы подчеркнуть необычность в характере осадок сооружений на лёссовидных породах, их называют просадками.

Характер поведения сооружения (осадки) на лёссовидных породах при разной степени их увлажнения показан на рис. 9 I кривая (рис. 9) отражает величину и характер осадки при влажности лёсса 4—9 %; II кривая — при влажности 18—23 %; III кривая — при максимальной влажности, т. е. при замачивании лёсса с момента начала строительства. Если бы относительно сухая лёсовая порода (кривая / или //) была замочена позже в какой-то момент то произошел бы резкий срыв кривой вниз, т. е. произо- шла бы просадка породы (на рис. 9 пунктирная кривая).Представляет интерес объяснение просадочности лёсса.

Лёсс и лёссовидные суглинки геологи относят к категории макропористых грунтов, т. е. грунтов, у которых раз меры пор соизмеримы или больше размеров частиц, слагающих роду. В сухом лёссе между частицами породы имеются достаточно прочные структурные связи, отчасти обусловленные присутствием солей гипса, карбоната кальция или магния. В увлажненном лёссе (вода довольно легко проникает в лёсс) эти структурные связи нару­шаются (соли частично растворяются) и проникающая в породу пленочная вода расклинивает частицы, что и ведет к нарушению структуры, обрушению породы, к просадкам.

Лёссовидные суглинки, в силу того, что в них содержатся гли­нистые частицы, способные к набуханию, обладают меньшей просадочностью, чем лёсс.

Просадочность лёссовидных пород определяют испытаниями: полевыми или лабораторными. В обоих случаях наблюдения сво­дятся к определению дополнительного сжатия (просадки) породы под нагрузкой после ее увлажнения. По величине просадки находят модуль просадочности, который тем больше, чем выше пористость породы. У пород с пористостью 50% и более модуль просадочности выражается величиной около 100 мм/м; такая порода является сильна просадочной; слабо просадочные породы имеют модуль 10—20 мм/м.

Поскольку вода — одна из причин возникновения просадок, то при оценке устойчивости сооружений на лёссовидных породах необходимо учитывать положение уровня грунтовых вод и их режим. Пласт лёссовидной породы может располагаться или выше или ниже уровня грунтовых вод, и это сказывается на величине просадки. Наблюдения за сооружениями свидетельствуют о том, что более надежным (не просадочным) оказывается основание, когда лёссовые породы залегают ниже уровня грунтовых вод; если же лёсс располагается выше, то просадки бывают больше.

Просадочные свойства макропористых грунтов учитываются про­ектировщиками и строителями. Конкретно это выражается в приня­тии целого ряда мер, исключающих замачивание грунтов в основа­нии сооружения после его постройки. Для этого, например, при промышленном и гражданском строительстве большое внимание уделяется быстрому и беспрепятственному отводу от сооружения атмосферных и производственных вод, исправному состоянию водо­провода и канализации.

При строительстве дорог просадочность грунтов не считается опасной благодаря принимаемым мерам по водоотводу. В тех же местах, где вода может затрагивать дорожные сооружения (мосты,, трубы через водотоки), лёссы обычно мало просадочны, так как в по­ниженных местах они регулярно замачиваются.

В основаниях напорных сооружений (плотин) лёссовидные породы представляют опасность в случае, если под действием фильтрации воды под плотину или в обход будет происходить выщелачивание содержащихся в них солей; это может привести к большим неравно­мерным осадкам.

Просадки сооружений могут возникнуть в связи с изменением Уровня грунтовых вод, например в связи с образованием неподалеку от сооружения водохранилища.

Просадочность лёссовых пород может быть преодолена. Это достигается обжигом лёсса (при этом он окаменевает), силикатизацией (нагнетанием в грунт раствора жидкого стекла, благодаря чему лёсс отвердевает), трамбованием (структурно нарушенный лёсс мало водопроницаем и не подвержен просадкам), повторным многократным замачиванием породы.