Грунтовые условия Среднего Урала



Средний Урал наиболее низкая часть Уральских гор. Горные сооружения Урала претерпели сложную историю геологического развития, на протяжении которой интенсивные горообразовательные процессы неоднократно сменялись выравниванием поверхности.

Под действием физического и химического выветривания произошло раздробление и измельчение горных пород.

В результате физического выветривания горные породы разрушались до определенных пределов.

При химическом выветривании произошло резкое измельчение зерен и образование из первичных минералов породы вторичных минералов, между частицами которых возникли пластичные связи.

На территории Среднего Урала четвертичные отложения (грунты) почти сплошным чехлом покрывают дочетвертичные коренные породы.

Образование четвертичных отложений тесно связано с процессом выветривания, физического и химического разрушения горных пород и минералов на месте их залегания. Процессы выветривания наиболее сильно проявляются на поверхности земной коры, постепенно затухая с глубиной.

На Среднем Урале в четвертичном покрове больше всего распространены делювиальные и элювиальные отложения, среди которых аллювиальные и другие занимают незначительные территории

Делювий (делювиальные отложения, делювиальный шлейф)— скопление рыхлых продуктов выветривания горных пород у подножия и у нижних частей возвышенностей. [1]

В результате переноса продуктов выветривания горных пород дождевыми потоками, талыми водами (плоскостного смыва) образуется делювий. Немаловажную роль в этом играет сила тяжести, перемещающая частицы грунта. Вследствие делювиальных процессов, грунты в верхней части склона разрушаются, в нижней же, напротив, происходит накопление материала. Структура делювия не слоиста и слабо отсортирована.

На западном склоне и в зоне горно-холмистого рельефа делювий весьма распространён. Значительные площади он покрывает и на восточном склоне Среднего Урала, особенно в его западной части. Но здесь делювий отличается небольшой мощностью.

Аллювиально-делювиальные отложения логов, прорезающие берега долин рек (Исеть, Тавда, Исток, Патрушиха, Тура, Пышма, Чусовая, Уфа и др.) — от 2 до 12 м. Делювиальные отложения горно-холмистой зоны имеют относительно большую мощность: от 4 до 15–25 м. Мощность делювия на восточном склоне Среднего Урала обычно от 0,5 до 2 м на отдельных участках достигает 4 м, а иногда и более.

Элювий (элювиальные отложения)— рыхлые геологические отложения и почвы, образовываемые в результате выветривания поверхностных горных пород на месте первоначального залегания или в результате выветривания и последующей аккумуляции его продуктов под действием силы тяжести. Элювиальные отложения образовываются на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях. [1]

Элювиально-делювиальные отложения– являются продуктом разрушения и переотложения различных пород. Представляют собой хорошо отсортированные суглинки, реже супеси и глины, приуроченные к склонам водоразделов.

Элювий на Среднем Урале широко распространен, обычно расположен на плоских или пологих водоразделах. Здесь он довольно часто перекрыт делювиальными отложениями, приуроченными к неглубоким ложбинам. Но поскольку мощность делювия в этих ложбинах на восточном склоне обычно не превышает 2 м, естественными основаниями сооружений большей частью все же являются элювиальные образования.

По происхождению элювиальные грунты отличаются от аллювиальных, делювиальных пород изменением свойств исходной породы под действием выветривания.

Особенность элювиальных грунтов проявляется в неоднородности состава и свойств, своеобразных условиях залегания, склонности к значительному изменению природных свойств под влиянием действия внешних факторов, таких как обводнения, высушивания, промораживания и др. Они характеризуются сохранением в большей или меньшей степени кристаллических связей, унаследованных от материнских (исходных) пород, наряду с приобретением новой структурной связности.

Сочетание всех видов выветривания на Среднем Урале приводит к образованию своеобразных продуктов по схеме: скала, разборная рухляковая скала, рухляковые или сапролитовые крупнообломочные грунты, глинистые грунты с включением обломков прочных, рухляковых или сапролитовых обломочных грунтов.

Рухляком называют ослабленную по прочности скальную породу, в которой под действием химического выветривания часть минералов преобразована в глинистые.

В элювиальных грунтах структурная связность проявляется и в массиве, и в отдельных обломках, и по качеству отличается от структурной связности грунтов других происхождений.

Глубина развития процессов выветривания зависит от условий проникновения агентов. Наибольшее влияние выветривания наблюдается там, где грунты имеют сланцевость и трещины, от химического и минерального состава пород, их пористости, климатических условий, рельефа местности и рода внешнего покрова.

Уменьшить степень воздействия физического и органического выветривания, а также степень влияния атмосферной воды, как важного фактора химического разложения могут делювиальные образования, наносные слои, растительные слои и их сочетания.

Под влиянием высокой выветренности элювиальные образования становятся более пористыми, обладают значительной сжимаемостью, пластичностью, низким сопротивлением сдвигу и поэтому, в инженерном отношении, представляют собой слабые грунты.

Аллювиальные отложения — накапливаются в речных долинах и дельтах рек в результате сноса, отложения водным потоком рыхлых продуктов выветривания, а также продуктов механического разрушения горных пород самим потоком. Они состоят из обломочного материала различного размера и степени окатанности. Отложения аллювия обычно слоистые вследствие периодического изменения скорости, мощности и направления водных потоков. [1]

На Среднем Урале много рек. В основании строений, за небольшими исключениями, залегают прочные грунты — как, правило, коренные породы, правда сильно выветрелые и трещиноватые. Грунтам здесь характерна неустойчивость выветрелых коренных пород, чрезвычайно неоднородность грунтов: например, в одном месте может оказаться скала, а в другом — обычный суглинок (называемый «карманом выветривания»), простирающийся вглубь на 50–70 м.

На Среднем Урале дочетвертичные горные породы — это палеозойские интрузивные кислые породы (граниты, гранодиориты, кварцевые диориты и т. д.), палеозойские интрузивные основные и средние породы (габбро, габбро-диориты, диориты и др.), палеозойские интрузивные ультраосновные породы (дуниты, перидотиты и змеевики и др.), палеозойские прочие осадочные породы (конгломераты, песчаники, глинистые сланцы и др.).

На Среднем Урале четвертичные горные породы (грунтов) — это элювиальные и элювиально-делювиальные отложения (суглинки, супеси, дресва и щебень, реже глины и пески), озерные и болотные отложения (торф, глины, ил, суглинки, супеси, реже пески, гравий и галечники), делювиальные отложения (суглинки, супеси, реже глины и пески, нередко дресвяные и щебневатые).

Физико-механические свойства грунтов на Среднем Урале представлены в следующей таблице

Физико-механические свойства грунтов

Физико-механические свойства

Вид грунта

Аллювиальные отложения

Делювиальные отложения

Элювиальные и элювиально-делювиальные отложения

Озерные иболотные отложения

суглинок

глина

супесь

песок

суглинок

глина

супесь

суглинок

глина

супесь

суглинок

супесь

Естественная влажность, %

22,7–39,0

23,6–62,8

7,5–27,1

7,5–12,9

18,2–22,4

22,5–35,8

18,9

16,5–31,6

23,9–38,8

24,0–31,4

18,9–30,3

26,0–26,5

Предел текучести, %

28,9–48,0

46,0–79,0

18,0–43,5

31,0–40,5

28,9–63,3

28,2–29,4

18,8–50,7

40,2–46,1

25,2–40,7

25,1–28,5

Предел раскатывания, %

19,6–33,0

27,0–40,7

11,0–28,0

18,7–26,5

19,8–33,3

16,4–22,2

7,3–35,0

22,2–24,8

17,2–25,8

23,5

Число пластичности, %

3,5–18,9

19,0–39,4

2,7–15,5

11,0–16,0

17,1–30,0

6,0–13,0

6,2–16,1

17,5–21,3

4,1–6,6

7,6–15,3

5,0–5,7

Удельный вес, т/м3

2,58–2,81

2,35–2,73

2,65–2,78

2,66–2,69

2,61–2,70

2,69–2,99

2,82

2,55–2,86

2,72–2,75

2,73–2,93

2,69–2,76

2,76

Объемный вес, т/ м3

1,72–2,10

1,41–1,97

1,54–2,18

1,85–2,03

1,79–1,93

1,70–2,04

1,95–2,08

1,75–2,10

1,73–2,01

1,91–1,97

1,98–2,20

1,95

Пористость, %

32,0–51,7

41,8–62,9

32,4–52,9

32,9–36,1

37,6–44,8

40,8–59,0

38,4

34,4–52,8

44,4–51,5

41,8–49,0

32,5–43,4

44,2

Коэффициент пористости

0,47–1,071

0,718–1,72

0,48–1,1

0,49–0,564

0,7–0,945

0,677–1,03

0,632–0,65

0,506–1,11

0,779–1,06

0,718–0,961

0,481–0,767

0,792

Степень влажности

0,662–1,03

0,903–0,947

0,491–1,0

0,655–0,743

0,746–1,0

0,86

0,643–0,990

0,716–0,99

0,832–0,939

0,948–1,093

0,927

Консистенция

0,35–0,64

0,32–1,08

-0,19:-0,62

0,1–0,43

-0,26:-0,22

0,31

-1,43:+0,31

-0,27:+0,53

0,6

Угол внутреннего трения, град

13–28

25–35

24–32

32

15–25

15–25

21

18–22

17

16–26

41609

25

Сцепление, кгс/см2

0,05–1,30

0,11–0,48

0,08–0,4

0,27

0,15–0,50

0,05–0,54

0,20

0,70–0,84

0,18

0,50–0,85

0,29–0,75

0,32

Модуль деформации, кгс/см2

17–70

29–48

25–94

48–114

10–90

126

52–120

28,9–62,4

Коэффициент уплотнения, см2/кгс

0,020–0,09

0,012–0,38

0,007

0,014–0,033

0,009–0,101

0,007–0,036

0,019–0,049

Мощность, м

0,4–8,0

0,3–3,6

0,3–5,4

0,5–4,5

0,3–8,5

0,5–4,7

0,2–5,2

0,1–7,0

0,5–4,0

0,1–5,8

0,6–9,0

0,6–2

В строительстве необходимо изучать грунты, учитывать их свойства, так как недооценивание влияния свойств грунтов может привести к ошибкам. Ошибки могут быть допущены как при изысканиях и проектировании, так и при строительстве и даже при эксплуатации сооружений

Приведенные в таблице физико-механические свойства грунтов, позволяют выполнить расчеты для правильного выбора вида фундамента. При правильном расчете можно сократить перерасход материалов, стоимость фундамента. Так же позволяет рассчитать какую нагрузку может воспринять грунт от фундамента, чтобы не произошли деформации зданий и сооружений.

Литература:

1. Архангельский А. Л., Грунты и месторождения строительных материалов свердловской области/А. Л. Архангельский// справочник/Свердловск.: Средне-Уральское книжное издательство, 1981 г. — с.224
2. Статья В. В. Лушников «Использование мирового опыта при проектировании и строительстве фундаментов высотных зданий с учетом геологических условий Екатеринбурга»
3. Корженко Л. И., Основания и фундаменты в условиях Урала/ Л. И. Корженко//производственно-практическое издание/ Свердловск. Свердловское книжное издательство, 1963 г. — с. 153