Разновидности

 

Скаль­ные

Ска­льные

Полу­скаль­ные

Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания

Измененные физическим воз­действием

Силикатные

Карбонат­ные

Железистые

Пироксениты, габбро, базальты, сиениты, андезиты, граниты, липариты, гнейсы, сланцы, кварциты, песчани­ки, аргиллиты

Мраморы, рого­вики, известняки, доломиты, мела, мергели

Железные руды

Выделяются по:

1) пределу прочности на одноос­
ное сжатие в водонасыщенном со­
стоянии;

2) плотности скелета грунта;

3) коэффициенту выветрелости;

4) степени размягчаемости;

5) степени растворимости;

6) степени водопроницаемости;

7) степени засоленности;

8) 9)

структуре и текстуре; температуре

 

Кремни­стые

Опоки, трепела, диатомиты

 

Сульфатные

Гипсы, ангидриты

 

Галоидные

Галиты, карнал­литы

 

Измененные физико-химиче­ским воздействи­ем

Силикатные

Карбонат­ные

То же, что и для измененных физи­ческим воздействи­ем

Железистые

Кремни­стые

Сульфатные

Галоидные

Продолжение табл. 26

 

 

 

 

 

 

 

 

Класс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидности
Дис­персные	Связ­ные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим воз­действием	Минераль­ные: силикат­ные, желези­стые, полими­неральные	Глинистые грунты	Выделяются по: 1) гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пес­ки); 2) числу пластичности и грануло­метрическому составу (глинистые грунты и илы); 3) степени неоднородности гра­нулометрического состава (пески); 4) показателю текучести (глини­стые грунты); 5) относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты); 6) относительной деформации просадочности (глинистые грунты); 7) коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пес­ки); 8) коэффициенту пористости; 9) степени плотности (пески и крупнообломочные грунты); 10) коэффициенту выветрелости; 11) коэффициенту растворимости; 12) относительному содержанию органического вещества (пески и глинистые грунты, торфы); 13) степени разложения; 14) степени зольности; 15) степени засоленности; 16) относительной деформации пучения; 17) температуре
Измененные физико-химиче­ским воздействи­ем	Органоми-неральные	Илы, сапропели, заторфованны е грунты
Органиче­ские	Торфы и др.
Не­связные	Природные перемещен­ные образо­вания	Насыпные, на­мывные	Минераль­ные: силикат­ные, карбо­натные, по­лиминераль­ные	Крупнообломоч­ные грунты, пески

 

 

 

 

 

 

 

		Антропо­генные обра­зования	Насыпные, на­мывные	Отходы производст­венной деяте­льности	Бытовые отходы, промышленные от­ходы (строительные отходы, шлаки, шламы, золы, зо-лошлаки и др.)
Мерз­лые	Ска­льные, полу­скаль­ные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим (тепловым) воз­действием	Ледяные минеральные	Все виды скаль­ных и полускаль­ных грунтов	Выделяются как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техноген­ных грунтов и кроме того по: 1) льдистости за счет видимых ле­дяных включений; 2) температурно-прочностным свойствам; 3) степени засоленности; 4) криогенной текстуре
Измененные хи­мико-физическим воздействием
Связ­ные, не­связ­ные, ле­дяные	Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания	Измененные физическим (тепловым) воз­действием	Ледяные минеральные. Ледяные ор-ганоминера-льные	Все виды природ­ных дисперсных грунтов
		Природные перемешен­ные образо­вания	На­сып­ные, намыв­ные	Изме­ненные физиче­ским (тепло­вым) или хими­ко-физи­ческим воздейст­вием	Ледяные органические, льды	Бытовые отходы, промышленные от­ходы (строительные отходы, шлаки, шламы, золы, зо-лошлаки и др.). Ис­кусственные льды
Антропо­генные обра­зования	На­сып­ные, намыв­ные, намо­рожен­ные

• группа — по характеру структурных связей (с учетом их проч­
ности);

• подгруппа —по происхождению и условиям образования;

• тип — по вещественному составу;

• вид — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и
показателей свойств);

• разновидность — по количественным показателям веществен­
ного состава и структуры грунтов.

К недостаткам данной классификации относят отсутствие в классификации техногенных грунтов указаний на источники и способы формирования этих грунтов, на планомерность или не­планомерность отсыпания (намыва) грунтов, целенаправленно или случайно изменены грунты и др. В связи с этим специали­стами ряда организаций предложен несколько другой подход к классификации техногенных грунтов (табл. 27). Однако и данная классификация не лишена недостатков и требует дальнейшего уточнения.

Инженерно-геологические особенности техногенных грунтов будут рассмотрены ниже на третьем уровне их подразделения (подгруппа) в соответствии с классификацией ГОСТ 25100—95.

Культурные слои. Эти образования имеют своеобразные со­став, обусловленный чаще всего геологическими условиями мест­ности и включениями, которые определяются характером хозяй­ственно-культурной деятельности человека. Они имеют обычно весьма неоднородный состав как по площади, так и по вертика­ли. Культурные слои в условиях роста масштаба градостроитель­ства, урбанизации широко вовлекаются в строительную практику. В связи с неоднородностью и изменчивостью по площади соста­ва и строения их изучение требует больших усилий и затрат. По­этому строительство на многометровых культурных слоях являет­ся сложной задачей и требует при инженерно-геологических изысканиях разработки специальных материалов, способов и приборов, которые в итоге позволят надежно осуществлять стро­ительство зданий и сооружений на территориях отвалов строите­льного мусора, бытовых и производственных отходов. На терри­ториях старых кладбищ строительство запрещено; равно как и на скотомогильниках.

Природные перемещенные образования. К природным перемещен­ным образованиям относятся природные грунты, изъятые из мест их естественного залегания и подвергнутые частично производст­венной переработке в этом процессе. Природные перемещенные образования формируются, как правило, из дисперсных связных и несвязных грунтов. Скальные и полускальные грунты сначала подвергаются дроблению (например, взрывам) и перемещаются

Таблица 27 Генетическая классификация техногенных грунтов по И.В. Дудлеру (с дополнениями авторов)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Класс	Группа	Подгруппа	Тип
Технообра-зованные	Планомернооб-разо ванные	Насыпные	Свалки	Твердые коммунальные и бытовые отходы, строительные и производственные отходы
Отвалы	Шлаки металлургические, золошлаки, шламы, шахтные терриконы
Намывные	Гидроотвалы	Золошлаки, искусственные льды, золы, шламы, хвостохранилища ГОК
Непланомерно-образованные	Насыпные	Свалки и полиго­ны	Твердые бытовые отходы (ТБО), строительные и производственные отходы
Отвалы	Шлаки, золошлаки, шламы
Техногенно-переотложен-ные	Планомернопе-реотложенные	Насыпные	Отвалы	Грунты обратной засыпки, насыпи, плотины, дамбы, локальные грунтовые сооружения, вскрышные породы
Намывные	Гидроотвалы	Плотины, дамбы, хвостохранилища горно-добы-вающих предприятий, намывные территории, лока­льные сооружения. Вскрышные породы ГОК
Непланомерно-переотложенные	Насыпные	Отвалы	Грунты обратной засыпки, вскрышные породы, насыпи при производстве земляных работ, горные выработки
Техногенно-измененные	Планомерноиз-мененные	Измененные физическим воздействи­ем в естественном залегании	Уплотненные, разуплотненные, обезвоженные, замороженные, оттаявшие
Измененные химико-физическим воз­действием	Увлажненные, осушенные, химически закреп­ленные, химически модифицированные
Непланомерно-измененные	Измененные физическим воздействи­ем в естественном залегании	Разуплотненные, оттаявшие. Уплотненные без расчетов
Измененные химико-физическим воз­действием	Разуплотненные, оттаявшие, засоленные

уже как дисперсные крупнообломочные грунты. То же относится и к классу мерзлых грунтов.

Природные перемещенные образования по способам укладки делят на насыпные и намывные.

Насыпные грунты по технологии своего образования подразде­ляют на планомерно и непланомерно отсыпанные. В свою оче­редь, их можно разделить на строительные и промышленные. К насыпным строительным фунтам следует отнести в первую оче­редь грунты насыпей автомобильных и железных дорог, плотин и дамб, насыпи под основания зданий и сооружений, фунты обрат­ной засыпки при строительстве подземных линейных сооружений. К промышленным — выработанные породы горно-рудной про­мышленности, вскрышные породы, породы из горных выработок.

Насыпные грунты формируются из фунтов соседних выемок или за счет материала, доставленного из специально закладывае­мых котлованов, карьеров и разрезов к месту строительства. Структура фунтов в насыпях будет иной по сравнению со струк­турой их в естественном залегании; водный и воздушный ре­жимы тоже будут отличаться от природного воздушного и водно­го режима почв и фунтов данного района.

К характерным инженерно-геологическим особенностям грун­тов насыпей и отвалов относятся:

• нарушенность структуры фунта в теле насыпи, обусловлива­
ющая снижение прочности (по сравнению с естественным залега­
нием);

• фракционирование фунтов и самовыполаживание отвальных
откосов;

• существенное изменение прочности насыпных фунтов во
времени (сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотне­
нием или снижается при увлажнении фунтов насыпи);

• возникновение в водонасыщеиных глинистых фунтах насы­
пи порового давления, являющегося существенным фактором раз­
вития оползней различных типов.

В процессе подготовки фунтов к выемке и при выемочно-по-фузочных, фанспортных и отвальных работах происходит раз­рыхление фунтов. Коэффициент разрыхления песков (отношение плотности в условиях естественного залегания и в насыпи) со­ставляет 1,1—1,25; у глин он может увеличиваться до 1,6.

В зависимости от литологического состава различают одно­родные и неоднородные насыпи. Неоднородность насыпи может быть вызвана естественным фракционированием фунтов в про­цессе их отсыпки. При этом мелкие и крупные фракции фунтов конценфируются соответственно в верхней и нижней частях на­сыпи. Такое сложение насыпи происходит и в случае отсыпки

разнородных по составу грунтов, например песков и глин. Пес­чаная масса при этом концентрируется в верхней части насыпи, а куски и комки глины скатываются вниз. То же происходит при наличии в песках включений крупнообломочного материала.

Прочностные характеристики насыпных грунтов необходимо определять с учетом условий формирования насыпных откосов, срок службы которых обычно невелик. Поэтому при расчетах устойчивости насыпи, основание или тело которых сложено гли­нистыми водонасыщенными грунтами, следует учитывать неза­вершенность уплотнения грунтовых масс, оцениваемую по резу­льтатам сдвиговых испытаний глинистых грунтов, выполненных для различных стадий уплотнения.

Влияние фактора времени на состояние грунтов насыпи ска­зывается в приобретении этими грунтами уплотнения и сцепле­ния упрочнения. Величина «вторичного» сцепления существенно зависит от состава пород, времени существования насыпи и упрочняющей нагрузки. Время, необходимое для приобретения насыпными грунтами прочности и плотности, свойственных для них в естественном состоянии, приведено в табл. 28.

Таблица 28

Время приобретения грунтами естественной плотности (по данным исследований на газопроводах)

 

Тип грунта	Сроки уплотнения, годы
Пески средние и мелкие Супеси Суглинки и глины Супесчано-песчаные грунты с приме­сью слаборазложившегося торфа	2-4,5 4-6 8-12 2-4

Намывные грунты. Данные грунты создаются средствами гид­ромеханизации с помощью системы трубопроводов. Выполняют организованные и неорганизованные намывы. При организован­ных намывах, которые производятся в инженерно-строительных целях, возникают грунты с заранее заданными свойствами. Так намываются высокоплотные толщи песка, предназначенные слу­жить основанием зданий и сооружений, также средненапорных плотин и дамб, а иногда дорожных насыпей. При неорганизован­ном намыве решаются задачи перемещения грунта для освобож­дения рабочих площадей. Примером могут служить вскрышные работы на месторождениях полезных ископаемых и строительных материалов.

Возведение грунтовых сооружений и территорий способами гидромеханизации всегда включает:

• гидравлическую разработку грунта (обычно землесосными
снарядами, реже гидромониторами);

• гидротранспорт грунта (по магистральным и распределитель­
ным трубопроводам);

• намыв грунтов в земляные сооружения или намывные терри­
тории.

Современный уровень развития и технические средства гид­ромеханизации земляных работ позволяют возводить намывные сооружения практически из любых видов дисперсных грунтов от крупнообломочных до глинистых.

Природа инженерно-геологических свойств намывных грунтов определяется, главным образом, их составом и физико-химиче­ским взаимодействием минеральных частиц с водой. Состав грун­тов в гидроотвале зависит от состава и условий залегания породы в естественных условиях, технологических факторов и химическо­го состава поровых вод. К числу основных технологических факто­ров относятся: способ гидровскрышных работ; способ выпуска гидросмеси на карту намыва; интенсивность намывных работ. Свойства намывных грунтов зависят от физико-географических факторов — рельефа ложа и климата, инженерно-геологических свойств грунтов основания намывного сооружения — состава, со­стояния и свойств подстилающих намывные сооружения грунтов.

Состав минеральных и органических компонентов намывных грунтов определяет характер развивающихся в них структурных связей и время приобретения намывными грунтами заданных физико-механических свойств. Следует отметить, что при намыве гидросмесь (вода—грунт) разделяется на фракции. Грубые части­цы концентрируются около выпуска гидросмеси, т. е. там, где формируется приоткосная (пляжевая) зона, преимущественно тонкопесчаные пылеватые частицы слагают промежуточную зону и самые тонкие (глинистые и пылеватые) частицы формируют прудковую зону гидронамывного сооружения.

Специалисты выделяют три стадии формирования свойств на­мывных грунтов: уплотнение, упрочнение и стабилизированное состояние намывных грунтов.

После образования намывных грунтов — осадкообразования, связанного с выпадением минеральных частиц из потока гидро­смеси, поступающей на карту намыва, грунт находится в состоя­нии, близком к полному водонасыщению, и имеет очень рыхлое сложение (степень водонасыщения 5_Г намывных песков в этом случае не опускается ниже значения 0,8) — начинается стадия уплотнения.

Эта стадия характеризуется интенсивным развитием процессов уплотнения намывных грунтов. Повышение плотности достигается за счет гравитационного уплотнения; фильтрационного обжатия грунта в процессе интенсивной водоотдачи; капиллярно-мениско­вого обжатия грунта под влиянием капиллярного давления. В этот период происходит основная часть самоуплотнения намывных грунтов. Для большинства намывных песков длительность стадии уплотнения не превышает 1 года.

Стадия упрочнения характеризуется продолжением приобрете­ния прочностных свойств намывных грунтов за счет формирова­ния, главным образом, инфильтрационного обжатия песка, а так­же от действия статического давления верхних ярусов намыва и кольматации. Между частицами начинают возникать различные виды цементационных связей. В результате намывные грунты при­обретают повышенную прочность и динамическую устойчивость. Длительность этой стадии составляет от 1,5 до 3 лет (изменение свойств намывных грунтов во времени приведены в табл. 29).

Таблица 29

Изменение во времени модуля общей деформвции Е (МПа) и удельного сцепления намывных песков С (кПа)

 

 

 

Место на­мыва	Вил песка	Отношение Е/С через период	времени после намыва	(годы)
0,5
Брест	Средний и мелкий	8/1,5	12/42	12/4,4	15/4,8	16/5,1	—
	Средний при:
	е = 0,5	14/2	22/3	30/4,4	35/5,2	37/5,5	38/5,6
	е = О,55	10/2,5	16/3,5	21/4,7	25/5,2	27/5,5	28/5,6
	е = 0,6	13/1,6	19/2,3	25/3,3	28/3,8	29/4	30/4
	е = 0,65	8/1,8	11/2,4	16/3	18/3,5	19/3,6	20/3,6
	е = 0,7	10/1	14/1,5	19/2	21/2,3	22/2,5	22/2,5
Гомель	Средний	29/48	31/6,2	36/8	39/9	40/9,6	41/9,8
	Мелкий	24/6,4	26/9,6	29/13	31/15	32/16	32/16,6
Тюмень	Мелкий	0/0,5	0/2	0/3,7	0/4,7	0/5,5	0/5,7
Нижний Новгород	Средний	9/0	12/0	24/0	36/0	48/0	57/0

На стадии стабилизационного состояния упрочнение намыв­ных грунтов продолжает формироваться, главным образом, за счет образования водостойких цементационных связей (представ­ленных, например, гелем кремневой кислоты). Процесс носит за­тухающий характер. В конце стадии намывные пески относятся

уже к категории значительно упрочненных и по прочностным данным приближаются к позднечетвертичным аллювиальным пе­скам. Длительность этой стадии для намывных грунтов может достигать 10 лет и более.

Антропогенные образования.Под ними понимают твердые от­ходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органиче­ского сырья. К ним относятся: бытовые отходы, концентрирую­щиеся на городских и поселковых свалках, и промышленные отхо­ды, включающие строительные отходы, шлаки, шламы, золы, золошлаки и др.

Формирование антропогенных образований, с одной стороны, связано с геологическими и геоморфологическими условиями местности, а с другой — с историей города или поселка, с харак­терной промышленной, хозяйственной и культурной деятельно­стью человека. Антропогенные образования являются специфиче­скими грунтами, изучение которых должно проходить при сочетании инженерно-геологических, историко-археологических, технологических и геоэкологических методов исследований. В пределах промышленных центров и городских свалок большин­ство антропогенных образований являются источниками экологи­ческого загрязнения природной среды и особенно верхней части литосферы и гидросферы.

Накопление (складирование) антропогенных образований происходит за счет отвала или намыва различного мусора в пре­делах городских территорий (образование «культурного слоя»), на специально отведенных площадях под городские свалки твердых бытовых отходов и строительного мусора, на полях фильтрации, в пределах хвостохранилищ крупных промышленных предприя­тий (металлургических комбинатов, ТЭС и ТЭЦ, горно-обогати­тельных комбинатов и др.). В связи с этим по способу накопле­ния антропогенные образования подразделяют на насыпные, намывные и намороженные (в условиях сурового климата и на территориях распространения многолетне мерзлых пород).

Антропогенные образования имеют своеобразный состав, фор­мирующийся в процессе их накопления. Для большинства город­ских свалок отмечается крайняя неоднородность состава как по вертикали, так и в горизонтальном направлении, большая измен­чивость мощности этих отложений по простиранию (от несколь­ких сантиметров до 15—20 м). Для насыпных и намывных антро­погенных образований в хвостохранилищах состав отложений может отличаться большой однородностью (шлаки, зола и др.).

Основные инженерно-геологические свойства антропогенных образований зависят от их минералогического и гранулометриче­ского состава, глубины залегания (мощности), наличия или от­сутствия органических веществ (органических остатков), водона-сыщенности, минерализации подземных вод, длительности существования, рельефа и характера естественных подстилающих грунтов. На грунтах бытовых свалок возводить здания и сооруже­ния чрезвычайно трудно. В последние годы разрабатываются тех­нологии рекультивации полигонов твердых бытовых отходов, исключающие неконтролируемые выбросы биогаза и токсичного фильтрата. Это позволит эффективно использовать отчужденные под свалки площади. Лучше обстоит дело с фунтами из промышленных отходов, особенно типа отвалов и намывных хво-стохранилищ ГОК. Общим для всех этих грунтов является недо-уплотненность, водонасыщенность, способность к большой сжи­маемости.

Ориентировочно периоды времени, необходимые для естест­венного уплотнения различных видов антропогенных образований, представляются следующим образом: 1) отвалов шлаков, формо­вочной земли, отходов обогатительных фабрик, золы в зависимо­сти от состава — 10—20 лет; 2) свалок отходов различных произ­водств и бытовых отходов в зависимости от состава — 10—30 лет.

Грунты любых антропогенных образований, особенно крупно­масштабных, вызывают разнообразные нагрузки на геологиче­скую среду, во многих случаях существенно изменяют условия ее «жизни» и, взаимодействуя с другими геосферами, могут привес­ти к нарушению равновесного состояния геологической среды, вызвать нежелательные для человека экологические изменения. Таким образом, при рассмотрении вопросов складирования и строительства сооружений из антропогенных образований на первый план должна выдвигаться комплексная задача прогнози­рования инженерно-геологических и гидрогеологических условий территорий, отводимых для их складирования, изменения во вре­мени свойств этих фунтов, активизации или возникновения не­благоприятных инженерно-геологических процессов, разработки оптимальных мероприятий по охране природной среды.

В силу разнообразия входящих в антропогенные образования материалов, содержащих в своем большинстве вредные вещества, а также индивидуальностей инженерно-геологических и гидрогео­логических условий районов складирования — схемы защиты окружающей природной среды могут быть весьма разнообразны­ми. Необходимые объемы защитных мероприятий, диктуемые на­личием антропогенных образований, и их стоимость во многом

зависят от правильного выбора места их складирования. Оптима­льно они должны размещаться:

• на площадях с инженерно-геологическими и гидрогеологиче­
скими условиями, требующими наименьших затрат на природоох­
ранные мероприятия;

• ниже мест водозаборов питьевой воды; рыбоводных хозяйств
и мест нереста рыбы;

• на землях, не пригодных для сельского хозяйства, промыш­
ленного и гражданского строительства.

Улучшенные грунты. Многие грунты в их природном залегании имеют физико-механические свойства, которые не отвечают необ­ходимым требованиям строительства. Это могут быть как скаль­ные (трещиноватые, выветрелые), так и нескальные (биогенные, просадочные и т. д.) грунты. Природные грунты, свойства которых ухудшились в процессе строительных работ (искусственно разрых­ленные, увлажненные и т. д.), называют ухудшенными грунтами. Свойства грунтов, главным образом, прочностные и деформатив-ные характеристики, могут быть искусственно изменены в лучшую сторону с помощью технической мелиорации грунтов. В этом слу­чае их называют улучшенными грунтами.

Улучшение свойств грунтов производят в условиях природно­го залегания или после соответствующей переработки и последу­ющей их укладки, например, в основание объекта. Каждый улуч­шенный грунт имеет наперед заданные свойства и становится вполне пригодным для решения тех или иных строительных за­дач. Для промышленно-гражданского строительства улучшенные грунты чаще всего используются в качестве оснований зданий и сооружений. Наиболее широкое применение улучшенные грунты получили при возведении объектов на вечной мерзлоте, проса-дочных лессовых грунтах.

Глава 11

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ

Многие грунты в своем природном состоянии по своим свой­ствам не отвечают тем или иным требованиям строительства. Они могут быть недостаточно прочными, неводостойкими, пере­увлажненными, рыхлыми, трещиноватыми, с большим содержа­нием органического материала и т. д. В связи с этим в ряде слу­чаев появляется потребность в определенном преобразовании 268

грунтов и придании им тех или иных необходимых для строите­льства свойств.

При решении инженерно-строительных задач очень часто приходится преобразовывать как скальные и полускальные, так и дисперсные и мерзлые природные грунты для улучшения их свойств в соответствии с требованиями видов строительства. Это, как правило, приводит к созданию улучшенных по свойствам фунтов. В связи с этим, согласно ГОСТ 25100—95, природными образованиями, измененными в условиях естественного залегания, являются природные фунты, для которых средние значения по­казателей химического состава изменены не менее чем на 15 %. При этом к ним относятся не только фунты, подвергшиеся це­ленаправленным изменениям, но и природные грунты, в которых под влиянием деятельности человека произошли различные из­менения в составе, строении, состоянии и свойствах.

Решением вопросов улучшения свойств грунтов занимается специальное направление инженерной геологии — техническая мелиорация фунтов. Наиболее широкое применение техническая мелиорация фунтов нашла при строительстве зданий и сооруже­ний в целях искусственного изменения свойств грунтов в сторо­ну улучшения их основных свойств: прочности, водоустойчиво­сти, снижения водопроницаемости, что особенно важно, когда эти фунты используются в качестве оснований.

Существуют два основных пути получения улучшенных фун-тов — уплотнение (изменение физическим воздействием) и закреп­ление (изменение физико-химическими методами). Под фунтами, измененными физическим воздействием, понимают природные фунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замора­живание, тепловое воздействие, оттаивание и т. д.) изменяет строе­ние и фазовый состав. Под грунтами, измененными физико-хими­ческими методами, понимают природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, струк­туру и текстуру. При уплотнении, как правило, дисперсных фун­тов происходит уменьшение их пористости, увеличивается количе­ство контактов между частицами. Это приводит к увеличению общей прочности фунтового основания и уменьшению его сжима­емости. Грунты уплотняются как с поверхности (катками, тяжелы­ми трамбовками, вибрацией, замачиванием), так и в глубине толщ (фунтовые сваи, взрывы, замачивание и т. д.).

При закреплении увеличивается прочность фунтов. Это дости­гается повышением прочности контактов между отдельными час­тицами фунта или фунтовыми афегатами путем склеивания час­тиц различными химическими веществами (силикатизация, цементация и другие методы), спекания частиц друг с другом (при

обжиге фунтов, применении сверхвысоких частот), путем созда­ния ледовых контактов (замораживание фунтов), путем армирова­ния фунтового массива (применение различных типов анкеров, геотекстильных и нетканых синтетических материалов) и т. д.

Для упрочнения скальных и полускальных трещиноватых фунтов используют в основном закрепляющие методы — цемен­тацию, битумизацию, глинизацию и др. Улучшение свойств дис­персных фунтов производятся всеми методами как закрепления, так и уплотнения. Для крупнообломочных фунтов используют силикатизацию, цементацию, битумизацию, замораживание (при небольших значениях коэффициентов фильфации); для песчаных фунтов — силикатизацию, термическую обработку, смолизацию, кольматацию, замораживание, виброуплотнение, фамбование, укатку, замачивание и др.; для связных фунтов — силикатизацию, элекфоосмос, термическую обработку, трамбование, укатку, взры­вы, замачивание (для лессов), замораживание и др.; для связных органоминеральных и органических фунтов (илы, торф, заторфо-ванные фунты и др.) — электроосмос, электрохимическое закреп­ление, замораживание, фавитационное уплотнение и др.

Следует указать, что все многолетнемерзлые фунты (класс мерзлых фунтов) при оттаивании резко ухудшают свои прочно­стные и деформационные показатели.

Наибольшее количество методов улучшения свойств связано с дисперсными фунтами. Методы имеют различную сферу исполь­зования: одни методы применимы только в предпосфоечный пе­риод; а другие как в предпосфоечный период, так и во время сфоительства и эксплуатации объекта (метод силикатизации). Ряд способов улучшает свойства фунтов только на поверхности земли и до небольшой глубины (поверхностные методы), например фам­бование, уплотнение фунтов укаткой. Другие методы дают воз­можность уплотнять фунты в глубине фунтовых толщ (силикати­зация, термический обжиг) — это глубинные методы. Существуют методы, которые способны улучшить свойства фунтов, как на по­верхности, так и в глубине фунтовых массивов, например вибро­уплотнение.

Улучшение свойств фунтов в ряде случаев осуществляется пос­ле предварительного нарушения природных сфуктурных связей (фамбование, укатка), а в других случаях это достигается при со­хранении этих связей (силикатизация, химическая обработка).

В последние годы разработаны принципиально новые комп­лексные методы улучшения оснований сооружений, позволяю­щие исправлять крен зданий с отклонением от вертикальной оси до 1,0 м.

В табл. 30 показаны основные методы технической мелиорации.

Таблица 30

Методы улучшения свойств грунтов (методы технической мелиорации)

 

 

 

 

 

 

 

Класс грунтов	Группа методов	Метод	Разновидность методов
Скальные		Скрепление тре­щин скобами	-
Тампонажное за­крепление Противофильтра-ционные Защитные (уклад­ка слоев глин)	Цементация, силикатиза­ция, глинизация, битумиза­ция
Дисперс­ные, мерзлые, техногенные	Физико-ме­ханические	Механические	Трамбование, укатка, грави­тационное уплотнение, виб­роуплотнение, грунтовые сваи, энергия взрыва, замачи­вание лессовых грунтов
Физические	Электрохимическое уплот­нение, электроосмотическое осушение, обжиг, заморажи­вание
Физико-хи­мические	—	Солонцевание, кольмата-ция, гидрофобизация
Химические	С органическими вяжущими С неорганически­ми вяжущими	Битумизация, смолизация Силикатизация, цемента­ция, известкование

Скальные грунты.Ослабление прочности скальных грунтов свя­зано с трещиноватостью и пустотностью. Трещины скрепляются металлическими скобами, заделываются цементными и силикат­ными растворами, что придает скальным грунтам монолитность и прочность. Последнее называют тампонажным закреплением. В це­лях прекращения фильтрации воды трещины заливают горячим битумом или забивают глиной. Аналогичные способы используют для пустот, если они расположены вблизи поверхности земли и ограничены в объемах {противофилътрационные методы). Водора­створимые скальные грунты, например, хемогенные известняки, которые имеют достаточно высокие прочностные и деформацион­ные показатели, защищают укладкой на их поверхность слоев глин или тяжелых суглинков (защитные методы).

Дисперсные грунты.Улучшить свойства рыхлых и связных грунтов можно различными методами. По своим особенностям их разделяют на три группы:

• физико-механические (механические и физические);

• физико-химические;

• химические.

Это деление имеет известную условность, поскольку многие методы по своему содержанию не вписываются в рамки одной какой-либо группы и часто очень тесно связаны друг с другом.

В литературе по строительству методы технической мелиора­ции разделяют на две другие группы: методы уплотнения и мето­ды закрепления фунтов. Под уплотнением имеется в виду меха­ническое упрочнение грунтов, а под закреплением все другие способы улучшения свойств (физические, физико-химические и химические).

Физико-механические методы. Механические методы дают возможность уплотнять дисперсные грунты внешними нагрузка­ми (давлением, ударами, вибрацией). Различают следующие спо­собы уплотнения грунтов: 1) трамбованием; 2) грунтонабивными сваями; 3) виброуплотнением; 4) энергией взрыва; 5) укаткой; 6) гравитацией; 7) замачиванием. Сущность всех этих способов од­нотипная — уплотнение грунтов происходит за счет уменьшения пористости. При этом природные структуры грунтов нарушаются и формируются новые структурные связи. Механическое уплот­нение применяют как для рыхлых, так и для связных грунтов.

Трамбование. В промышленно-гражданском строительстве наи­большее применение получил метод механического уплотнения пылевато-глинистых грунтов трамбованием. Для трамбования ис­пользуют железобетонные или металлические трамбовки до 7 т, которые сбрасываются на грунт с некоторой высоты. В последние годы появился опыт применения сверхтяжелых трамбовок (до 80—100 т). Глубина утрамбованных лессовых просадочных суглин­ков может достигать 3—3,5 м (при сверхтяжелых трамбовках зна­чительно больше). Применяют также двухслойное уплотнение. Вначале на дне котлована вытрамбовывается первый слой. Далее на уплотненный слой отсыпается такой же грунт и тоже трамбует­ся. Так образуется второй уплотненный слой. Общая мощность утрамбованного грунта при этом может достигать 5 м. Метод трам­бования еще используют для вытрамбования строительных котло­ванов (траншей). В этих случаях дно котлованов будет иметь слой из уплотненного грунта.

Грунтонабивные сваи относят к методам глубинного уплотне­ния грунтовых массивов и используют для всех видов пылева­то-глинистых грунтов, но наибольший эффект они дают в лессо­вых просадочных грунтах. Вначале в грунте проходят буровые скважины. При этом вокруг скважин образуются зоны из уплот­ненных грунтов. Далее скважины заполняют грунтом с уплотне-272

нием. Такие сваи придают прочность массивам грунтов, а в лес­совых грунтах устраняют просадочные свойства.

Виброуплотнение применяют для повышения плотности пес­ков. Различают поверхностное и глубинное виброуплотнения. Поверхностное виброуплотнение производят с помощью вибри­рующей плиты (уплотняет до глубины 3 м) и используют для уплотнения оснований, дорожных одежд, песчаных подушек и насыпей. Глубинное виброуплотнение осуществляют глубинными вибраторами при одновременном водонасыщении грунтов. Этот способ применяют в основном для повышения несущей способ­ности грунтов оснований.

Энергия взрывов (сейсмическое уплотнение) позволяет произво­дить уплотнение грунтов в глубине массивов (водонасыщенных песков, лессовых грунтов II типа по просадочности и др.), а так­же создавать в глубине массивов грунтов подземные пустоты, ко­торые можно использовать как емкости для хранения нефти и других жидких продуктов.

Укатку грунтов применяют главным образом в дорожном строительстве, а также при подготовке оснований под полы в промышленных цехах и при планировке территорий строитель­ных площадок.

Метод гравитационного уплотнения в виде приложения стати­ческих нагрузок достаточно широко используют для уплотнения водонасыщенных грунтов (илов, торфяников и пр.). Различают наземное и подводное гравитационные уплотнения. Наземное уплотнение применяют для обжатия и повышения несущей спо­собности органоминеральных и органогенных фунтов. В качестве пригрузки используют песок (гравий, галечник) в виде слоев мощностью 2—3 м. Под действием нагрузки происходит отжатие воды и уплотнение грунтов. Способ подводного уплотнения при­меняют при строительстве сооружений в прибрежных речных и морских водах, где на дне залегают илы. На илы укладывают толщи песка. Илы постепенно уплотняются и становятся доста­точно надежным основанием.

Метод замачивания используют для механического уплотнения лессовых просадочных грунтов. В насыщенном водой лессовом грунте под действием собственного веса или собственного веса и нагрузки от объекта разрушается структура, грунт уплотняется и теряет свои просадочные свойства. Наиболее эффективно это проявляется в грунтах II типа по просадочности и на тех глуби­нах, где напряжения в грунте превышают величину начального просадочного давления. Этот метод применяют как до строитель­ства, так и в период эксплуатации объектов.

Физические методы используют физические поля (электриче­ские, температурные, магнитные). С помощью этих методов можно повышать плотность, прочность, водо- и морозостойкость грунтов, устранять просадочные свойства в лессовых образовани­ях. Наибольшее распространение получили методы, в основе ко­торых лежат:

• использование постоянного электрического тока (электрохи­
мическое закрепление и осушение грунтов);

• воздействие на грунты высоких положительных температур
(обжиг) и отрицательных температур (замораживание).

Все физические методы способны воздействовать на массивы фунтов на всю их доступную глубину. Электрический постоян­ный ток применяется для: электрохимического уплотнения; элект­роосмотического осушения грунтов. Сущность методов заключается в пропускании через сильно влажные глинистые грунты постоян­ного электрического тока. Для этого в грунт забивают металличе­ские трубы — электроды и пропускают ток. Катионы, находящие­ся в водном поровом растворе, начинают передвигаться к катоду, а от катода к аноду. В свою очередь, начинают перемещаться и анионы. При этом возникают химические реакции, образуются новые вещества, которые упрочняют структуру грунта. Движение электрического тока одновременно заставляет передвигаться воду от анода к катоду, что приводит к осушению грунта.

Эффективность метода улучшения свойств грунтов электриче­ским током может быть увеличена за счет предварительного вве­дения в фунт растворов солей или химических веществ, которые могут способствовать образованию новых и более прочных струк­турных связей.

Обжиг. В основе метода лежат высокие температуры, которые обжигают грунты и тем самым придают им прочность. Метод ча­сто называют «термическим закреплением» фунтов. Обжиг на­шел широкое применение в целях устранения просадочных свойств маловлажных лессовых фунтов. Для этого в просадочном фунте бурят скважины, в которые подают горячие газы, обжига­ющие фунт. В других случаях обжиг осуществляется за счет сжи­гания горючего вещества в самих скважинах. При обжиге созда­ется температура 900—1000 °С. В результате такого воздействия вокруг каждой скважины в радиусе 1—1,5 м фунт превращается в камнеподобное тело, похожее на кирпич, становится прочным, водоустойчивым и теряет просадочные свойства. Метод обжига позволяет устранять просадочные свойства в пределах всей тол­щи просадочных фунтов.

Замораживание. Отрицательные температуры используются для временного закрепления обводненных фунтов, главным образом,

в целях прекращения движения грунтовой воды и проникновения ее в будущий строительный котлован. Для этого вокруг будущего котлована бурят скважины. От специальной установки в скважину подается холодный раствор. Обычно для этого используется рас­твор хлористого кальция с температурой до -17 °С. Холод раство­ра замораживает воду. В итоге вокруг котлована образуется льдо-грунтовая стенка, препятствующая проникновению воды в строительный котлован, что позволяет производить в нем строите­льные работы. По окончании работ подача холода прекращается и лед растаивает. Замораживать можно все водонасыщенные фунты, но чаще всего его применяют для песков.

Физико-химические методы. Эти методы предназначены для обработки на поверхности земли дисперсных фунтов. Они дают возможность сохранять и даже несколько упрочнять их структуру, защищать ее от воздействия воды. Улучшение свойств осуществ­ляется путем обработки фунтов небольшим количеством (не бо­лее 1—3 % от веса фунта) определенных реагентов, которые воз­действуют на поверхность минеральных частиц и в целом на всю структуру.

К физико-химическим методам относятся:

• солонцевание фунтов (обработка солями);

• глинизация (или иначе «кольматация») массивов фунтов гли­
нистыми растворами;

• гидрофобизация, т. е. покрытие фунтовых структур поверх­
ностно-активными веществами, которые позволяют фунту оттал­
кивать воду.

Все эти методы чаще всего используют в дорожном строите­льстве. Для укрепления лессовых фунтов и песков в промыш-ленно-фажданском строительстве наиболее эффективным спосо­бом является кольматация. Используя большую пористость, в эти фунты под давлением нагнетается суспензия из гидрофильной (монтмориллонитовой) глины. Глинистые частицы заполняют по­ры, усиливают структурные связи и делают фунты более проч­ными, менее водопроницаемыми.

Химические методы. Улучшать свойства фунтов можно, воз­действуя на них органическими и неорганическими вяжущими веществами, которые вводят в фунты в количестве 1—5 %. Упрочнение фунтов происходит в результате изменения их со­става и характера структурных связей. Грунты после такой обра­ботки значительно увеличивают свою прочность, водо- и моро­зостойкость, уменьшается их водопроницаемость. Наиболее широко из химических методов применяют битумизацию и смо-лизацию (органические вяжущие), силикатизацию, цементацию и известкование (минеральные вяжущие). Обработка фунтов ор-

ганическими веществами и известкование относятся в основ­ном к поверхностным методам, а неорганическими вяжущи­ми—к глубинным методам.

Битумизация основана на введении в грунты битумов в виде расплавов, эмульсий или паст.

Смолизация — это упрочнение глинистых грунтов синтетиче­скими полимерами (смолами).

Силикатизация основана на внедрении в грунты технического силиката натрия (жидкого стекла), который при взаимодействии с коагулятором выделяет гель кремниевой кислоты. Этот гель выполняет роль искусственного цемента грунтов. Жидким стек­лом можно закреплять трещиноватые скальные грунты, но наи­более часто и эффективно этот метод используют для закрепле­ния песков и лессовых просадочных фунтов (рис. 62).

Упрочнение этих фунтов достигается нагнетанием через сква-жины-инъекторы жидкого стекла. Грунты становятся камнепо-добными, прочными, водонепроницаемыми, а лессовые образова­ния утрачивают просадочные свойства на длительное время. Силикатизация также является эффективным средством в упроч­нении лессовых фунтов, которые, уже будучи основаниями зда­ний, начали проявлять свои просадочные свойства и привели к деформациям здания. Силикатизации можно подвергать всю про-садочную толщу лессового массива.

Метод силикатизации дает наиболее хорошие результаты в лессовых фунтах типа супесей и суглинков.

 

 

 

4
щ
т	■в

Рис. 62. Силикатизация лессовых фунтов:

а — до строительства; б — при деформации зданий в результате просадки в период эксплуата­ции; / — участок силикатизации; 2—лессовые просадочные грунты; 3 — то же, непросадоч-ные; 4 — направление инъекции; 5 — подстилающая толща; 6— здания

Цементация как один из способов улучшения свойств грун­тов применяется во многих видах строительства. В технической мелиорации наиболее часто используют портландцемент. Цемен­том скрепляют трещины скальных грунтов. В нескальные грунты цемент вводится через скважины-инъекторы под давлением. Рас­твор может состоять из одного цемента либо цемента и специа­льных добавок. Цементный раствор заполняет трещины и поры, твердеет, существенно повышает прочность грунтов и делает их менее водопроницаемыми.

Цементация осуществляется по всей глубине толщи грунтов и особенно хороший эффект дает в песках, гравии, галечниках, су­глинках, супесях.

В настоящее время широко применяют предложенные Анри Вид ал ем армированные грунты (армогрунты), где в качестве упрочняющего элемента используется сталь, но в последнее время сетки и каркасы из пластмасс — геосинтетических матери­алов, например из полиэтилена высокого давления.

В заключение необходимо отметить, что в будущем следует ожи­дать дальнейшего развития методов улучшения свойств фунтов.

Из года в год объем строительных работ возрастает. Строите­лям предстоит осваивать районы с неблагоприятными для строи­тельства грунтами. Будет возрастать капитальность сооружений, что повысит требования к прочностным и деформационным ха­рактеристикам грунтов. Для решения всех этих задач необходимо более глубокое понимание природы грунтов, дальнейшее разви­тие технической мелиорации.

РАЗДЕЛ III ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Глава 12

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

Современные представления геоэкологической науки опреде­ляют гидросферу как одну из главных жизнеобеспечивающих гео­сфер; гидросфера — неотъемлемая часть окружающей природной среды, неразрывно связанная с литосферой, атмосферой и био­сферой и опосредованно — с деятельностью человека, его жизнью.

Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят на­звание подземных. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами на­зывают гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в одних случаях служат источ­ником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затруд­няющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, за­тапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, штольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строи­тельным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.

Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негатив­ному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Вода в условиях земной поверхности находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности морей, океанов и суши, она в парообразном состоянии поступает в атмосферу. При соответству­ющих условиях пары конденсируются и в виде атмосферных осад-

ков (дождь, снег) возвращаются на поверхность Земли — в мор­ские бассейны и на сушу. Происходит круговорот воды в природе.

Круговорот воды в природе. Различают большой, малый и внут­ренний (местный) круговорот воды. При большом круговороте ис­паряющаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стоков. Малый кругово­рот характеризуется испарением влаги с поверхности океана и вы­падением ее в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Интенсивность водообмена подземных вод. В процессе кругово­рота воды в природе происходит постоянное возобновление при­родных вод, в том числе и подземных. Процесс смены первона­чально накопившихся вод поступающими вновь называют водообменом. Подсчитано, что в круговороте воды на Земле еже­годно участвует более 500 тыс. км³ воды. Наиболее активно во­зобновляются речные воды.

Интенсивность водообмена подземных вод различна и зави­сит от глубины их залегания. В верхней части земной коры вы­деляют следующие вертикальные зоны:

• интенсивного водообмена (воды преимущественно пресные);
расположена в самой верхней части земной коры до глубины
300—400 м, реже более; подземные воды этой зоны дренируются
реками; в масштабе геологического времени — это воды молодые;
водообмен осуществляется за десятки и тысячи лет;

• замедленного водообмена (воды солоноватые и соленые); за­
нимает промежуточное положение и располагается до глубины
600—2000 м; обновление вод в процессе круговорота происходит в
течение сотен тысяч лет;

• весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов); приу­
рочена к глубоким зонам земной коры и полностью изолирована
от поверхностных вод и атмосферных осадков; водообмен — в те­
чение сотен миллионов лет.

Наибольшее значение для водоснабжения имеют подземные воды, циркулирующие в зоне интенсивного водообмена. Постоян­но пополняясь атмосферными осадками и водами поверхностных водоемов, они, как правило, отличаются значительными запасами и высоким качеством. Воды двух нижних зон, расположенных до глубины 10—15 км, в процессе круговорота практически не возоб­новляются, запасы их не пополняются.

Количественное выражение круговорота воды. Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного ба­ланса

бао = бподз + Опов + (к,

где ба.о — количество атмосферных осадков; б_подз — подземный сток; 0_тв — поверхностный сток; 0_И — испарение.

Основные расходные (0_ПОп3, 0_ПОВ и 0„) и приходные (0_ао) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом, от климата, рельефа и геологического строения района.

Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразова­ния круговорота воды, в частности для увеличения запасов пре­сных подземных вод, используемых для водоснабжения.

Происхождение подземных вод.Подземные воды в верхней ча­сти земной коры образуются путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием гравитации проса­чиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задержи­вается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты под­земных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов: характером рельефа, составом и фильтрующей способностью пород, климатом, расти­тельным покровом, деятельностью человека и т. д.

Для определения величины инфильтрационного питания ()_ип необходимо знать интенсивность инфильтрации атмосферных осадков б_ИНф и испарения (?_и:

Уи.п ⁼ Сгинф ~ би-

В ряде случаев инфильтрационная теория не в состоянии объяснить появление подземных вод. Например, в сухих пусты­нях, где количество осадков незначительно, вблизи поверхности возникают водоносные горизонты. Было доказано, что в образо­вании подземных вод принимает участие также конденсация водя­ных паров, которые проникают в поры пород из атмосферы. Этот путь образования подземных вод хорошо прослеживается в рыхлых породах, которые служат основанием сооружений. Вслед­ствие того что эти породы имеют температуру ниже окружающих пород, в них и происходит конденсация паров под фундаментом зданий.

Воды земной коры постоянно в течение длительного геологи­ческого времени пополняются ювенильными водами, которые воз­никают в глубине земли за счет кислорода и водорода, выделяе­мых магмой. Прямой выход на поверхность земли ювенильные воды в виде паров и горячих источников имеют при вулканиче­ской деятельности.

В зонах замедленного и весьма замедленного водообмена об­разуются минерализованные (соленые) воды так называемого се-диментационного происхождения. Эти воды возникли после обра­зования (седиментации) древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.

Глава 13

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы по отношению к воде характеризуются следу­ющими показателями: влагоемкостью, водоотдачей и водопрони­цаемостью. Показатели этих свойств используются при различ­ных гидрогеологических расчетах.

Влагоемкость — способность породы вмещать и удерживать в себе воду. В том случае, когда все поры заполнены водой, порода будет находиться в состоянии полного насыщения. Влажность, от­вечающая этому состоянию, называют полной влагоемкостью 1У_пл:

И'п.в = "/Рек,

где п — пористость; р_ск — плотность скелета породы.

Наибольшее значение ]У_пл совпадает с величиной пористости породы. По степени влагоемкости породы подразделяют на весь­ма влагоемкие (торф, суглинки, глины), слабовлагоемкие (мергель, мел, рыхлые песчаники, мелкие пески, лёсс) и невлагоемкие, не удерживающие в себе воду (галечник, гравий, песок).

Водоотдача У_В — способность пород, насыщенных водой, от­давать гравитационную воду в виде свободного стока. При этом считают, что физически связанная вода из пор породы не выте­кает, поэтому принимают У_В = ]У_ПЛ — У_ЫЫВ.

Величина водоотдачи может быть выражена процентным от­ношением объема свободно вытекающей из породы воды к объе­му породы или количеством воды, вытекающей из 1 м³ породы (удельная водоотдача). Наибольшей водоотдачей обладают круп­нообломочные породы, а также пески и супеси, в которых вели­чина Ж_в колеблется от 25 до 43 %. Эти породы под влиянием гравитации способны отдавать почти всю имеющуюся в их порах воду. В глинах водоотдача близка к нулю.

Водопроницаемость — способность пород пропускать гравита­ционную воду через поры (рыхлые породы) и трещины (плотные породы). Чем больше размер пор или чем крупнее трещины, тем

выше водопроницаемость пород. Не всякая порода, которой при­суща пористость, способна пропускать воду, например, глина с пористостью 50—60 % воду практически не пропускает.

Водопроницаемость пород (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации к_ф (см/с, м/ч или м/сут), представляющим собой скорость движения подземной во­ды при гидравлическом градиенте, равном 1.

По величине к_ф породы разделяют на три группы: 1) водопро­ницаемые — к_ф> м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы); 2) полупроницаемые — к_ф= 1...0,001 м/сут (глинистые пески, лесс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые известняки, мергели); 3) непроницаемые — к_ф < 0,001 м/сут (мас­сивные породы, глины). Непроницаемые породы принято назы­вать водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемые — еди­ным термином водопроницаемые, или водоносными, горизонтами.

В фильтрации может принимать участие вода в связанном со­стоянии. Так, в глинах ее приводят в состояние движения увели­чением разности напоров (градиента фильтрации), действием электро- и термоосмотических сил.

Глава 14

СВОЙСТВА И СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органо-лептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств). Органолептические свойства могут резко ухудшаться при попадании в воду естественным или искусственным путем раз­личных примесей (минеральных взвешенных частиц, органиче­ских веществ, некоторых химических элементов).

Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенно­стей геологического строения, климатических условий и т. д. Раз­личают воды холодные (температура от 0 до 20 °С), теплые, или субтермальные, воды (20—37 °С), термальные (37—100 °С), пере­гретые (свыше 100 °С). Очень холодные подземные воды цирку­лируют в зоне многолетней мерзлоты, в высокогорных районах; перефетые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7—11 "С. 282

Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают ме­ханические примеси (желтоватая, изумрудная и т. д.). Прозрач­ность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с со­ставом растворенных веществ: соленый — от хлористого натрия, горький — от сульфата магния и т. д. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения (сероводород и др.) или гниющих органических веществ.

Плотность воды — масса воды, находящаяся в единице ее объе­ма. Максимальная она при температуре 4 °С. При повышении тем­пературы до 250 °С плотность воды уменьшается до 0,799 г/см³, а при увеличении количества растворенных в ней солей повышается до 1,4 г/см³. Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффи­циентом сжимаемости, показывающим, на какую долю первонача­льного объема жидкости уменьшается объем при увеличении дав­ления на 10⁵ Па. Коэффициент сжимаемости подземных вод составляет 2,5 • 10~⁵...5 • 10~⁵ Па, т. е. вода в некоторой степени об­ладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод.

Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление час­тиц ее движению. С повышением температуры вязкость подзем­ных вод уменьшается.

Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в них солей и выражается величинами удельных сопротивлений от 0,02 до 1,00 Омм.

Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газооб­разной эманации радия-радона и др.). Даже ничтожно малые кон­центрации — сотые и тысячные доли (мг/л) некоторых радиоак­тивных элементов — могут быть вредными для здоровья человека.

Химический состав подземныхвод. Все подземные воды всегда содержат в растворенном состоянии большее или меньшее коли­чество солей, газов, а также органических соединений.

Растворенные в воде газы (О₂, СО₂, СН₄, Н₂5 и др.) придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обу­словливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают за­грязнены органическими примесями (различные болезнетворные бактерии, органические соединения, поступающие из канализаци­онных систем, и т. д.). Такая вода имеет неприятный вкус и опасна для здоровья людей.

Соли. В подземных водах наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. По общему содержанию раство­ренных солей подземные воды разделяют на пресные (до 1 г/л растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые

(10—50 г/л) и рассолы (более 50 г/л)