Просідні явища в гірських породах

3.6. Просідні явища в гірських породах.

Термін “просідання (просадка)” застосовується лише по відношенню до лесових грунтів. Лесові породи наділені деякими ознаками, які відрізняють їх від інших типів пухких відкладів. Найважливіша з них – здатність багатьох різновидів лесових порід доущільнюватися при замочуванні. Саме ця їх властивість називається просіданням. Таке доущільнення супроводжується вертикальними зміщеннями поверхні землі – просіданнями. Властивість просідання виражена у різних типів лесових порід у різній мірі: у одних вона проявляється від одного лише замочування товщі водою; у інших ця властивість проявляється тількиу випадках, коли одночасно з замочуванням на ці породи передається додатковий тиск від будівель.

Основною причиною руйнування структурних зв‘язків у лесових породах є не розчинення, а послаблення (пом‘якшення) природного цементу, що утворює ці зв‘язки. Це явище має фізико-хімічну природу і пов‘язане зі здатністю молекул води адсорбуватися на поверхні мінеральних часток. У процесі адсорбції розвиваються значні сили. Тому, проникаючи у найдрібніші тріщини цементу, молекули води виконуюють розклинюючу дію, розширюючи тріщини і поступово руйнуючи природний цемент. Після руйнування цементу плівка зв‘язнаої води відіграє роль мастила, полегшуючи зміщення часток і сприяючи більш щільному їх укладанню під впливом тиску. Хімічне розчинення цементу може помітно проявлятися тільки після руйнування структурних зв‘язків, при достатньо тривалому впливі води на природний цемент і наявності досить активного водообміну.

Отже, після швидкої деформації, яка спостерігається безпосередньо після замочування, при тривалій фільтрації спостерігається процес подальшого повільного ущільнення породи. Такий процес супроводжується поступовим винесенням солей і, можливо, колоїдів (післяпросадкова деформація).

Руйнування цементаційних зв‘язків у лесових породах і розвиток просадкових явищ відбувається поступово. На думку О.К.Ларіонова, процес відбувається за такою схемою. На першому етапі, при збільшенні вологості на 2-5%, починається руйнування найменш водостійких зв‘язків. Масове руйнування зв‘язків цього типу настає при появі у порах вільної води, що відповідає вологості 17-22%. Повне руйнування неводостійких агрегатів завершується протягом 6-12 годин після водонасичення породи. Відбувається інтенсивне просідання провального типу. Другий етап просідання пов‘язаний з руйнуванням водостійких агрегатів. Деформація на цьому етапі розвивається повільно і може розтягуватися на місяці і роки (до 10-20 і більше років).

Зовнішній результат перетворення структури лесових порід при зволоженні – осідання земної поверхні. При зволоженні дощовими опадами і талими водами утворюються так звані степові блюдця: округлі або овальні пониження розмірами від кількох метрів до 50-100 м у поперечнику і глибиною до 1-1,5 м. Інколи утворюються й більші форми – поди (до 350-400 м у поперечнику і до 5-6 м глибиною).

Основна форма просідних явищ при будівництві каналів і водосховищ – утворення тріщин вздовж їх берегів з опусканням окремих терасовидних уступів між паралельними рядами тріщин. В результаті береги каналів і водосховищ набувають східчастого профілю. Ширина зони, охопленої цими явищами, сягає 80-100 м. Тріщини зяючі, відкриті, глибиною до 5-7 м, шириною до 1 м. Утворення тріщин і просідань вздовж берегів каналів у більшості випадків супроводжується просіданням всього профілю каналу (від 2-2,5 м). Просідання нерівномірне по всій довжині каналу. Такі явища починаються через 1-2 дні після заповнення каналу водою і часто продовжуються протягом кількох років.
3.6.1. Будівництво на просідних породах.
Нерівномірні просідання лесових грунтів стають причиною нерівномірних осідань різних споруд. Особливо чутливими до них є крупнопанельні споруди, які мають підвищену жорсткість, в зв‘язку з чим в їх конструкціях виникають значні величини додаткових зусиль. Тому при будівництві на просідних грунтах здійснюються спеціальні методи захисту основ від просідних явищ або для пристосування конструкції будівлі до можливих нерівномірних просідань основи. Ці заходи можуть бути об‘єднані у чотири групи:

а) заходи захисту природної основи від замочування атмосферними, грунтовими, побутовими і промисловими водами;

б) заходи штучного закріплення грунтів;

в) конструктивні заходи, які забезпечують безаварійну роботу споруд в умовах просідань;

г) повне або часткове прорізання товщі просідних порід фундаментами споруд.

Якщо величина ймовірного просідання незначна, то в більшості випадків можна обмежитися найпростішими заходами: плануванням території, що забезпечує швидке відведення поверхневих, побутових і промислових вод; влаштуванням навкруги будівлі водотривких відмощень та ін. Якщо ж величина просідань є значною, то основа повинна бути цілком захищена від замочування. Застосовуються також заходи, спрямовані на ущільнення лесових порід або їх штучне закріплення. До них належать поверхневе і глибинне ущільнення, попереднє замочування, силікатизація, термічне зміцнення та ін.

При невеликій потужності просідних порід обмежуються поверхневим ущільненням грунтів важким трамбуванням. Після цього будівництво можна здійснювати як на звичайних породах, без застосування спеціальних захисних заходів. На територіях лесових товщ великої потужності застосовується глибинне ущільнення за допомогою грунтових паль. Інколи застосовується ущільнення лесових порід шляхом їх попереднього замочування. Але процеси просідання розвиваються повільно і тому попереднє замочування слід робити завчасно, хоча б за рік до початку будівництва.

Добре зарекомендував себе метод силікатизації (шляхом нагнітання в грунт двох розчинів: силікату натрію і хлористого кальцію або лише одного силікату натрію). Крім цього, застосовується метод термічного закріплення грунтів. Обидва ці методи є дуже надійними, тому що роблять лесові грунти міцними і водостійкими. Крім того, вони дозволяють закріпити лесові породи на різних глибинах і вимагають нескладного устаткування.

Розроблені також методи електросилікатизації, кольматування лесових грунтів глинистими суспензіями та ін. Деякі фахівці вважають, що для масового будівництва житлових будівель і промислових споруд без мокрого технологічного процесу слід обмежуватися тільки заходами оберігання природної основи від замочування. Заходи, спрямовані на усунення просідності лесових порід, доцільно застосовувати тільки для великих цивільних і промислових споруд із безперервним мокрим технологічним процесом.
Запитання для самоконтролю.

1. 
   Якими специфічними властивостями складу і будови наділені лесові гірські породи?
   
2. 
   Поясніть суть явища просідання лесових порід та його наслідки.
   
3. 
   Як відбувається руйнування цементаційних зв‘язків у лесових породах?
   
4. 
   Назвіть методи захисту основ споруд від просідання.