Элювиальные грунты: особенности строительства и классификационные показатели

Элювиальными отложениями называют массивы обломков, образующиеся в результате физического и химического разрушения горных пород. Такие пласты на территории России встречаются практически повсеместно. Строительство на элювиальных грунтах разного рода зданий и сооружений имеет, конечно же, некоторые свои особенности.

Что собой представляют

В геологии и строительстве грунты этого типа относят по большей мере к категории малопрочных. Лишь некоторые из них, имеющие особое строение, могут считаться пластами средней прочности или прочными. У нас в стране даже частникам, не говоря уже о крупных компаниях, часто приходится возводить разные постройки именно на элювиальных грунтах. Что это за пласты и как они выглядят?

Вам будет интересно:Чем отличается оргалит от ДВП

Образуются такие грунты из-за разуплотнения, растрескивания, измельчения и разламывания горных пород. Геологические процессы этого типа по времени обычно длятся очень долго. При этом, собственно, сам элювиальный слой в ходе выветривания образуют, конечно же, только обломки, оставшиеся на месте, над материнской породой. То есть массивы этого типа образуются осколками, которые со временем не были унесены водой или ветрами. Грубо говоря, грунты этого типа можно назвать корой выветривания.

Мощность элювиальные пласты могут иметь от одного до нескольких десятков метров. Чаще всего грунты этого типа залегают:

• на пологих склонах;
• плоских и низких водоразделах;
• в долинах рек.

Строение такие отложения имеют сложное и состоят в основном из несвязанных глинистых и рыхлых, к примеру песков, щебня, дресвы, пород. На фото на странице можно видеть, как может выглядеть элювиальный грунт. Примеров таких участков на территории нашей страны имеется множество. В России грунты этой разновидности чаще всего встречаются в Сибири, на Урале, в Карелии.

Особенности

Строительство на таких грунтах — процедура достаточно сложная и требующая правильного подхода. Следствием нарушения технологий возведения зданий и сооружений на основаниях такого типа могут стать перекосы, растрескивание ограждающих конструкций или даже их обрушения.

Особенностями элювиальных грунтов, осложняющими строительство на них, являются:

• неоднородность по глубине;
• резкие различия прочностных и деформационных характеристик в разных местах;
• возможность снижения прочности и даже перехода в плывунное состояние в районе вырытых под фундамент котлованов и траншей;
• склонность к набуханию и пучению;
• наличие участков с повышенной кислотностью.

Как проводят оценку

Перед началом возведения здания или сооружения на таких пластах, конечно же, в обязательном порядке производят геологические изыскания. В первую очередь при этом специалисты выявляют петрографический состав материнской породы и ее генетический вид. Также геологи при проведении исследований определяют на таких участках:

• профиль и структуру коры выветривания;
• трещиноватость, степень слоистости и сланцеватость слоя;
• наличие карманов и языков выветривания;
• количество, размеры и форму крупных обломков;
• наличие и расположение элементов простирания и падения;
• изменение свойств и состава по вертикали.

Какие могут иметь признаки

Элювиальные грунты — это пласты, при оценке состояния и степени пригодности которых к строительству обычно обращают внимание:

• на коэффициент выветрелости (Kwr);
• коэффициент скорости выветривания (Kcb);
• сопротивление одноосному сжатию (Rc);
• коэффициент размягчаемости в воде (Ksop).

Первый показатель при этом определяют как отношение плотности элювия к плотности материнской породы. При определении Kcb показатель объема выветренных пород делят на площадь слоя. Ksop определяют как отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие образцов в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии. В этом плане, в свою очередь, различают грунты:

• размягчаемые с Ksop меньше 0,75;
• неразмягчаемые с Ksop больше 0,75.

Также при оценке состояния таких грунтов геологи выделяют в них зоны с разными свойствами и составом, а также делают прогнозы интенсивности и скорости процессов выветривания при копке котлованов и выемок.

Зоны грунтов

В зависимости от особенностей материнской породы, минералогического состава и геохимических процессов, элювиальный слой сверху вниз может быть представлен следующими зонами:

• дисперсной глинистой, песчаной или пылевато-глинистой;
• обломочной с дресвянистыми, дресвяно-щебеночными или крупнообломочными образованиями с пылевато-глинистым или песчаным наполнителем;
• глыбовой, залегающей в виде массива с бессистемно расположенными трещинами и иногда с мелкообломочным заполнителем;
• трещиноватой, представляющей собой сплошной скальный массив в стадии начального выветривания.

Во многих случаях элювиальные грунты относят именно к малопрочным. Однако в некоторых районах, к примеру на Урале, в их инженерно-геологическом разрезе могут присутствовать слои, которые можно отнести по их формальным характеристикам к полускальным или даже скальным, однако обладающим заметной сжимаемостью.

Виды по степени выветрелости

По этому показателю различаются элювиальные грунты:

• невыветрелые;
• слабовыветрелые;
• выветрелые;
• сильновыветрелые, или рыхляки.

Классификация элювиев по этому показателю соответствует делению скальных грунтов в плане одноосного сжатия в водонасыщенном состоянии по ГОСТ 25100-82:

• невыветрелые элювии могут быть отнесены к прочным и очень прочным грунтам (500 кгс/см2);
• слабовыветрелые — к основаниям средней прочности (150 кгс/см2);
• выветрелые — к малопрочным (50 кгс/см2);
• рыхляки — к грунтам с пониженной и низкой прочностью (10 кгс/см2).

Конечно же, элювиальные грунты, в зависимости от степени выветрелости, имеют неодинаковые физические характеристики. С ними можно ознакомиться в таблице.

Характеристики элювиальных грунтов разной степени выветрелости

Разновидность

Физические свойства

Плотность в залегании (y) (г/см3)

Коэффициент пористости (е)

Предел прочности в водонасыщенном состоянии МПа (кгс/см2)

Особенности взаимодействия с водой

Слабоветрелые (0,9≤Квс<1)

Более 2,7

Менее 0,1

Более 15 (150)

Неразмягчаемые

Выветрелые (0,8≤Квс<0,9)

2,5≤γ≤2,7

0,1≤е≤0,2

50≤Rc≤150

Практически неразмягчаемые

Сильновыветрелые (Квс<0,8)

2,2≤γ≤2,5

Более 0,2

Менее 50 (50)

Размягчаемые

Как грунт ведет себя в котловане

Любые постройки, в том числе и на глинистых или щебенистых элювиальных грунтах, возводятся, конечно же, на фундаментах. Типов таких опор под ограждающие конструкции зданий может использоваться несколько:

• ленточные;
• плитные;
• столбчатые;
• свайные.

Чаще всего на таких грунтах обустраивают свайные фундаменты, прошивающие нестабильный слой насквозь. Также здания на таких участках могут возводиться на сплошной плите. В этом случае сооружение в последующем деформируется как единое целое, а следовательно, в его ограждающих конструкциях не возникают трещины.

Фундаменты на элювиальных грунтах могут закладываться в некоторых случаях и ленточные либо столбчатые с ростверком. Такие опорные основания при возведении на участках этого типа тщательно, с соблюдением всех положенных технологий, армируются.

В любом случае под фундаменты, в том числе и на элювиях, предварительно выкапываются котлованы или траншеи. Далее в опалубке заливается, собственно, сама опорная конструкция.

Механические свойства элювия, как уже упоминалось, в открытом котловане во время строительства могут значительно изменяться. При выполнении строительных работ у грунтов этого типа:

• увеличиваются дисперсность и деформативность;
• снижается прочность на глубину до 1 м.

Стабилизация элювия наступает обычно только примерно через 1-2 месяца после копки котлована и заливки основания здания.

Больше всего при рытье ям и траншей ослабляются прочноструктурные глинистые и крупнообломочные участки. В особенности же сильно меняют свои свойства при этом окаменевшие глины и пылеватые грунты. Под действием воды и колебаний температур из устойчивого такие массивы переходят в текучее состояние, минуя пластичное.

Оценка стойкости в котлованах

То, каким образом будет снижаться прочность элювиального грунта в траншее или яме, геологи определяют по изменению его характеристик в период выветривания, а также по изменению значений плотности, интенсивности распада, коэффициента водопоглощения взятых на месте будущей стройки образцов (в виде обломков и глыб).

За ожидаемый период оценку стойкости элювия на месте стройки к дополнительному атмосферному выветриванию при вскрытии делают путем определения:

• скорости снижения нужного параметра степени выветрелости А за период времени t: (A1 — A2)/t;
• степени снижения параметра А: (А1 — А2)/А1;
• общего количественного снижения параметра А за весь период t: (А1 — А2).

Определяют количественные значения параметра А через заданные промежутки времени t, установленные с учетом сроков строительства, а также конкретных особенностей района. Эти же факторы влияют и на выбор максимально допустимого времени пребывания элювиального грунта в открытом состоянии.

Мероприятия по предотвращению разрушения при рытье котлованов

Чтобы у элювия не ухудшились характеристики, при начале строительства здания или сооружения должны приниматься, конечно же, определенные меры. По правилам, к примеру, при обустройстве фундаментов в данном случае нормативы не допускают делать перерывов. Также на площадке перед рытьем котлована должны быть проведены водозащитные мероприятия.

Толщина недоборов в элювиях, по правилам ГОСТ и СНиП, не должна быть меньше:

• 0,3 м — в пылеватых и глинистых пластах;
• 0,1-0,2 м — в прочих.

Иногда в грунтах этого типа встречаются достаточно большие участки углистых или сжатистых прослоек, выходящих на уровень подошвы фундамента. В этом случае величина недобора должна быть равна минимум 0,8 м. Защитный слой при разработке котлована до проектной глубины в последующем, согласно существующим нормативам, может выполняться грунтом с нарушенной структурой путем его уплотнения трамбовками или катками.

Какие меры могут приниматься при возведении зданий

Строительство на элювиальных грунтах разного рода сооружений должно производиться с соблюдением определенных правил. Для того чтобы возведенная конструкция в последующем была безопасной в эксплуатации и имела долгий срок службы, мероприятия в данном случае обычно выполняются следующие:

• Устройство под фундаментами распределяющих и амортизационных подушек из песка, гравия, щебня и других подобных пород.
• Закрепление самих элювиальных грунтов, к примеру, путем их цементирования, битумизации или глинизации.
• Замена имеющихся на участке карманов и гнезд выветривания крупнообломочным или песчаным грунтом.
• Глубокая закладка фундаментов с прорезкой элювиального грунта на всю глубину.

Дополнительные меры

Также для улучшения несущей способности таких пластов строительную площадку защищают всеми возможными способами от атмосферных вод. Особенностью строительства на элювиальных грунтах зданий и сооружений является также то, что в котлованах под фундаменты в данном случае обычно используется большое количество гидроизоляционных материалов. Прокладка стенок и дна ям и траншей на таких участках позволяет защитить подземную часть опор зданий от воздействия почвенной кислотной среды.

Отмостки сооружений при строительстве на грунтах этого типа обычно делают как можно более широкими. При этом при заливке таких защитных лент также в обязательном порядке используют гидроизолятционные материалы, укладывая их или толстым слоем (глину) или же в несколько листов (рубероид).

Источник