Анализ изменения просадочных свойств грунтов в процессе строительства зданий повышенной этажности в г. Краснодаре

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" Кубанский государственный университет"

(ФГБОУ ВПО " КубГУ")

Кафедра региональной и морской геологии

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ДИПЛОМНАЯ) РАБОТА

АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ В Г. КРАСНОДАРЕ

Работу выполнил С. С. Печорин Факультет геологический Специальность 20 304 — гидрогеология и инженерная геология Научный руководитель канд. геогр. наук, доцент О. Ю. Крицкая Нормоконтролер канд. геогр. наук, доцент О. Л. Донцова Краснодар 2014

Реферат

Печорин С.С. (дипломная работа) __ л. текста, 29 рис., 9 табл., 9 источников.

ПРОСАДОЧНОСЬ, инженерно-геологические изыскания, коэффициент водонасыщения, горные выработки, подземные воды, бурение скважин.

Дипломная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Объектом исследования являются инженерно-геологические работы, проводимые при строительстве и эксплуатации сооружений повышенной этажности. Цель работы — анализ изменения основных физико-механических свойств грунтов отвечающих за просадочные процессы в ходе проектирования, строительства и эксплуатации здания ЦДП г. Краснодар.

В процессе работы проводился анализ нормативных документов, регламентирующих проведение инженерно-геологических изысканий и проектирования на просадочных грунтах, а так же материалов отчетов по инженерно-геологическим изысканиям проводимых на участке строительства шестнадцатиэтажного здания ЦДП г. Краснодар. В результате исследования были выявлены основные закономерности распределения просадочной толщи с глубиной за время проектирования, строительства и эксплуатации здания, и дано обоснование причин изменения основных физико-механических свойств отвечающих за просадочные свойства грунтов основания.

• Введение
• 1. Общие сведения о природе просадочных грунтов
• 1.1 Просадочность лёссовых пород и просадка толщи
• 1.2 Показатели просадочности лессовых пород
• 2. Особенности проектирования и проведения инженерно-геологических изысканий на просадочных грунтах в соответствии нормативной документации
• 2.1 Специфика проектирования на просадочных грунтах
• 2.1.1 Исходные данные по грунтовым условиям для проектирования
• 2.1.2 Мероприятия по обеспечению прочности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений
• 2.2 Особенности проведения инженерно-геологических изысканий на просадочных грунтах
• 3. Инженерно-геологические условия г. Краснодара и распространение просадочных грунтов на его территории
• 3.1 Геоморфология и особенности городской территории
• 3.2 Климат
• 3.3 Гидрология
• 3.4 Почвы
• 3.5 Растительность
• 3.6 Геологическое строение
• 3.7 Гидрогеологические условия
• 3.8 Просадочные процессы на территории г. Краснодара
• 4. Анализ изменения свойств просадочной толщи в ходе строительства зданий повышенной этажности на примере площадки центрального диспетчерского пункта газопровода Россия — Турция г. Краснодар
• 4.1 Общая характеристика района изысканий
• 4.2 Анализ и сравнение результатов изысканий за 1999;2001 г. и 2013 г.
• Заключение
• Список использованных источников

Проектирование и возведение зданий и сооружений на просадочных грунтах с обеспечением их прочности и нормальной эксплуатации одна из наиболее важных и сложных проблем современного строительства. Важность ее определяется широким распространяем просадочных грунтов и, как правило, в районах наиболее интенсивного строительства, неизбежным повышением стоимости строительства при учете просадочных деформаций, возникающими иногда недопустимыми деформациями в конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете просадочных деформаций.

Сложность рассматриваемой проблемы вызвана специфическим и сложным механизмом развития просадочных деформаций, значительной толщиной слоя просадочных грунтов, достигающая иногда до 25−30 м, частым отсутствием близко расположенного подстилающего слоя достаточного высокой несущей способности.

Таким образом, объектом исследования являются просадочная толща грунтов на участке строительства шестнадцатиэтажного здания ЦДП г. Краснодар. Целью дипломной работы является анализ изменения основных физико-механических свойств грунтов отвечающих за просадочные процессы в ходе проектирования, строительства и эксплуатации здания ЦДП г. Краснодар.

В задачи данной работы входит:

изучение особенности строительства, проектирования сооружений повышенной этажности на просадочных грунтах;

сравнения изменения свойств просадочных грунтов в ходе строительства и эксплуатации сооружений повышенной этажности на просадочных грунтах;

анализ взаимосвязи основных показателей отвечающих за просадочные свойства грунтов.

Работа написана с использованием общенаучных методов, преимущественно по литературным источникам с привлечением различных нормативных документов, фондовых материалов и отчетов, полученных при прохождении производственной практики в ЗАО «НИПИ ИнжГео» .

1. Общие сведения о природе просадочных грунтов

Просадочные грунты представляют собой большой интерес для изучения. Поэтому прежде необходимо рассмотреть основные характеристик просадочных грунтов и их распространение на территории г. Краснодара.

1.1 Просадочность лёссовых пород и просадка толщи

Просадочность — важнейшее инженерно-геологическое свойство ряда горных пород. Оно выражается в их способности под действующей нагрузкой (от собственно веса толщи или дополнительной нагрузки от сооружения) при увлажнении (замачивании) уменьшать свой объем, т. е. проявлять дополнительное уплотнение. Процесс реализации последнего, развивающегося во времени, как правило с большой скоростью, и получил название «просадка», а горные породы, ее проявляющие называются просадочными.

К просадочным грунтам относятся лессовые породы, некоторые разности мелких и пылеватых песков (в частности, засоленных, с повышенной прочностью межчастичных связей), вулканических пеплов и искусственных водоненасыщенных грунтов.

Просадочность лессовых пород обусловлена особенностями их состава, состояния и строения. Здесь в первую очередь наиболее важными являются следующие пять позиций:

лессовые породы представляют собой структурированные песчано-глинисто-пылеватые дисперсные системы с резким преобладанием пылеватых частиц и обладают малой гидрофильностью, что обусловливает отсутствие или очень малую величину потенциального их набухания при увлажнении;

просадочный грунт повышенная этажность лессовые породы характеризуются низкими значениями плотности скелета и высокой пористостью (42−55% и даже несколько выше), причем среди пор преобладают поры открытые;

эти породы до момента замачивания обладают низкой природной (естественной) влажностью и соответственно твердой или полутвердой консистенцией;

в лессовых породах в различных, нередко больших количествах (до 10% и более) присутствуют карбонаты и водно-растворимые соли, которые в условиях невысокой природной влажности обуславливают структуру переходного (коагуляционно-цементационного) типа с высокой прочностью структурных связей и всего грунта в целом;

Прочность такой структуры в лессовых породах резко по величине и быстро во времени падает при водонасыщении (вплоть до практически размокания небольших образцов, помещенных в спокойную воду).

Просадка грунтов — это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действительному давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, вместе с этим увеличивается и его пористость.

Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются:

наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способность при увлажнении преодолевать силы связности грунта;

достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта.

Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта.

Наличие и величина просадочности лёссовых пород четко отображаются на компрессионной кривой, которая обычно строится в координатах коэффициент пористости (е) — давление (Р). Эта кривая для просадочных разностей грунтов имеет очень характерную форму, обусловленную резким, скачкообразным уменьшением коэффициента просадочности под действующим давлением при замачивании. На рисунке 1 отображен график компрессионной кривой, отрезок аб отображает характер уплотнения природного грунта с низкой величиной естественной влажности под нагрузкой; участок бв соответствует реализации просадочных свойств — просадке грунта при замачивании при данном давлении, а отрезок вг - уплотнению просевшего увлажненного или водонасыщенного грунта при возрастании действующего давления.

Рисунок 1 — Кривая компрессионного испытания просадочной лёссовой породы, замоченной при нагрузке 0,3 МПа [1]

Величина отрезка бв, характеризующая изменение коэффициента пористости при данном давлении при замачивании. Кроме того, надо иметь в виду, что, поскольку величина просадки зависит от давления, действующего на грунт при замачивании, значения коэффициента макропористости оказываются разными при неодинаковых нагрузках.

Характер развития просадки во времени определяется как особенностями лёссовых пород, так и особенностями повышения их влажности (до значений, превышающих начальную просадочную влажность), видом источника замачивания и динамикой изменения действующей нагрузки.

1.2 Показатели просадочности лессовых пород

Для оценки просадочных свойств в инженерной геологии предложена система характеристик, включающая косвенные и прямые показатели.

Косвенные показатели просадочности характеризуют потенциальную склонность лёссовых пород к проявлению просадки при замачивании. Они, по существу, представляют собой совокупность частных показателей и их производных, определяющих просадочность рассматриваемых пород. Эти показатели дают возможность определить, точнее, оценить склонность тех или иных лёссовых пород к просадочности, но не позволяют однозначно (достоверно) и, главное, количественно охарактеризовать величину реальной просадочности грунта.

Таких показателей в истории инженерно-геологического изучения лёссовых пород было предложено немало. Рассмотрим некоторые из них.

Одним из косвенных показателей служит плотность скелета лёссового грунта (P_d) и его производное — коэффициент пористости (е).В. И. Кругов (1998) предложил лёссовые породы в зависимости от степени плотности с учетом возможной их степени просадочности подразделять на три вида:

средней плотности е < 0,7 (P_d > 1,60 т/м³);

рыхлые при 0,7 < е < 1,0 (1,60 т/м³ > P_d > 1,35 т/м³);

очень рыхлые, е > 1,0 (P_d < 1,35 т/м³).

При таком подразделении лёссовые грунты средней плотности, как правило, всегда будут относиться к практически непросадочным вне зависимости от значений физических характеристик грунтов и при любых давлениях на них. В то же время очень рыхлые лёссовые грунты, наоборот, в большинстве случаев (за исключением полного водонасыщения) будут относиться к просадочным с наиболее высокими значениями относительной просадочности. Рыхлые лёссовые грунты занимают промежуточное положение между этими двумя видами, и степень их просадочности в основном будет определяться влажностью грунта.

Вторым косвенным показателем, используемым для оценки потенциальной просадочности лёссовых пород, является степень влажности (водонасыщенности). Известно, что лёссовые, высокопористые грунты со степенью влажности (S_r) более 0,8 являются, как правило, непросадочными.В. И. Крутовым (1998) предложена классификация лёссовых пород по этому показателю, которая включает три их вида:

маловлажные, S_r < 0,5;

влажные, 0,5 < S_r < 0,7;

очень влажные, S_r > 0,7.

Маловлажные лёссовые грунты характеризуются наибольшей просадочностью. Практически все виды рыхлых и тем более очень рыхлых лёссовых грунтов при степени влажности S_r < 0,5 обладают просадочными свойствами.

Очень влажные лёссовые грунты, наоборот, как правило, практически непросадочные (е_sl< 0,01) и лишь при очень рыхлом сложении и степени влажности в пределах S_r = 0,7−0,8 могут быть слабопросадочными с величиной относительной просадочности до 0,03.

Прямые показатели просадочности лёссовых пород количественно характеризуют это важнейшее их инженерно-геологическое свойство. Величина этих показателей непосредственно связана с нагрузкой, величиной и характером увлажнения, при определенных величинах которых возможно развитие просадки. К таким показателям относятся коэффициент относительной просадочности (относительная просадочность), начальное просадочное давление и начальная просадочная влажность.

Относительная деформация просадочности е_sl, д. е. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его замачивания при заданном давлении (давление вышележащего грунта плюс давление от сооружения) к высоте образца природной влажности. Этот коэффициент, определяемый при компрессионных испытаниях, рассчитывался и через значения высоты образца лёссового грунта:

где

h_{P -} высота образца грунта природного сложения и влажности при давлении Р, равном давлению от собственного веса вышележащих слоев грунта или этого веса и нагрузки от сооружения;

h'_P - высота образца того же грунта при давлении Р после замачивания водой.

По относительной деформации просадочности е_sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 1.

Таблица 1

2. Особенности проектирования и проведения инженерно-геологических изысканий на просадочных грунтах в соответствии нормативной документации

2.1 Специфика проектирования на просадочных грунтах

При проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах следует учитывать:

1) особенности инженерно-геологических условий площадки строительства (виды просадочных деформаций, возможные источники и режимы замачивания, характеристики грунтов, подстилающих просадочную толщу, и др.);

2) инженерную подготовку и планировку строительных площадок;

3) виды мероприятий, применяемых для обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений (устранение просадочных свойств грунтов; прорезка просадочных грунтов сваями; комплекс строительных мероприятий);

4) воздействие на проектируемые конструкции равномерных и неравномерных вертикальных (просадок) и горизонтальных перемещений грунтов оснований;

5) местные условия строительства и имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений, включая результаты наблюдений за деформациями их оснований в аналогичных грунтовых условиях;

6) наличие в зоне влияния нового строительства объектов окружающей застройки и их техническое состояние.

В грунтовых условиях II типа по просадочности при возможной просадке грунтов от собственного веса S_{sl. g}?20 см в составе проектной документации следует включать раздел «Техническая эксплуатация сооружений» (ТЭС), содержащий следующие указания для эксплуатирующих организаций:

о дополнительных требованиях к приемке в эксплуатацию законченного строительства (реконструкции) сооружения;

по проведению систематического визуального обследования несущих и ограждающих конструкций;

о систематическом контроле состояния водонесущих внутренних и наружных сетей и емкостей для воды и различных водных растворов;

по периодическим наблюдениям за влажностью грунтов в помещениях с мокрым технологическим процессом, а также в местах вводов и выпусков водонесущих коммуникаций;

о необходимых мерах по оперативной ликвидации аварийных утечек воды в случаях их обнаружения.

При проектировании в грунтовых условиях II типа по просадочности уникальных зданий и сооружений, а также объектов I и II уровней ответственности с применением принципиально новых конструктивных решений, не имевших ранее успешного применения в практике проектирования и эксплуатации, необходимо предусмотреть научно-техническое сопровождение проектирования и строительства в соответствии с требованиями СП 22.13 330.

В процессе подготовки проектной документации зданий и сооружений I и II уровней ответственности на просадочных грунтах в соответствии с ГОСТ Р 54 257, следует предусматривать контроль:

достаточности выполненных инженерно-геологических изысканий и обоснованности принятых по их результатам выводов и рекомендаций;

выполняемой проектной документации, включая принимаемые технические решения по конструктивным схемам, методы подготовки оснований, использованные расчетные модели и программные комплексы и т. п.

К проекту здания или сооружения, проектируемого на подрабатываемых территориях, следует прилагать специальный паспорт, в котором необходимо привести:

краткое описание конструктивной схемы, мер защиты, осуществляемых в период строительства и эксплуатации, а также способов выравнивания здания в случае возникновения недопустимых деформаций;

данные о прогнозируемых величинах деформаций земной поверхности и о физико-механических характеристиках грунтов основания;

указания по организации и проведению геотехнического мониторинга, включающего инструментальные наблюдения за деформациями здания или сооружения и земной поверхности;

данные о результатах инструментальных наблюдений при сдаче здания или сооружения в эксплуатацию;

план расположения неподвижных опорных реперов, которые можно использовать при наблюдениях за осадками земной поверхности, зданий и сооружений;

средства оповещения о возникновении недопустимых деформаций по информации, полученной на основании данных мониторинга.

К проекту здания или сооружения, проектируемых на просадочных грунтах, следует прилагать специальный паспорт, в котором необходимо привести:

краткое описание конструктивной схемы, предельно допустимые деформации основания и принятые в проекте мероприятия по обеспечению нормальной эксплуатации сооружения;

указания по выполнению геотехнического мониторинга в процессе строительства объекта и в первые годы после сдачи его в эксплуатацию;

рекомендации по выравниванию в горизонтальном и вертикальном положениях лифтов, подкрановых путей и других транспортных путей в случаях возникновения неравномерных деформаций;

схему застройки квартала или площадки строительства нового сооружения с нанесением на ней: существующих объектов окружающей застройки; существующих и проектируемых водонесущих инженерных коммуникаций (водопровода, канализации, водостоков, теплотрасс и др.) с указанием расположения запорных устройств для аварийного отключения отдельных участков трасс.

2.1.1 Исходные данные по грунтовым условиям для проектирования

Исходными данными по грунтовым условиям, необходимыми при проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах, наряду с инженерно-геологическим строением, гидрогеологическими условиями, основными физико-механическими характеристиками грунтов и другими являются следующие специфические характеристики:

а) просадочности грунтов (относительная просадочность е_sl, начальное просадочное давление P_sl, начальная просадочная влажность W_sl);

б) характеристики площадок, сложенных просадочными грунтами;

в) параметры оснований, представленных просадочными грунтами.

2.1.2 Мероприятия по обеспечению прочности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений

Проектирование зданий и сооружений для строительства на просадочных грунтах при возможности их замачивания необходимо осуществлять с применением одного из следующих мероприятий:

а) устранения просадочных свойств грунтов:

на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности — путем уплотнения тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых подушек, вытрамбовывания котлованов, закрепления грунтов;

на площадках с II типом грунтовых условий по просадочности — путем глубинного уплотнения грунтовыми сваями, предварительным замачиванием, в том числе с глубинными взрывами, закреплением, армированием грунтовых толщ набивными, забивными сваями, столбами из закрепленного грунта;

б) прорезки просадочной толщи H_sl грунтов забивными, набивными, буровыми сваями и фундаментами глубокого заложения с опиранием их на подстилающие непросадочные грунты повышенной несущей способности, залегающие ниже глубины

в) комплекса мероприятий, включающего:

устранение просадочных свойств грунтов по аналогии с приведенным выше для площадок с I типом по просадочности;

водозащитные мероприятия, выполняемые с целью снижения вероятности замачивания грунтов основания, исключения интенсивного замачивания на всю просадочную толщу и полного проявления просадки грунта от собственного веса, контроля за состоянием водонесущих коммуникаций, обеспечения своевременного устранения источников замачивания и т. п.;

конструктивные мероприятия, направленные на повышение прочности жестких зданий и сооружений или увеличение податливости зданий и сооружений гибкой конструкции, обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений в случаях возникновения неравномерных деформаций грунтов оснований.

2.2 Особенности проведения инженерно-геологических изысканий на просадочных грунтах

В районах развития просадочных грунтов при инженерно-геологических изысканиях дополнительно изучаются распространение в плане и разрезе просадочных грунтов, их специфические характеристики (относительная просадочность при давлениях от собственного веса грунта при полном водонасыщении и внешней нагрузки по всей глубине толщи просадочных грунтов, начальное просадочное давление и при необходимости учета неполного водонасыщения — начальная просадочная влажность), а также их гранулометрический состав.

Инженерно-геологические изыскания в районах распространения просадочных грунтов выполняются, как правило, в три этапа:

изыскания для выбора площадки строительства;

изыскания на выбранной площадке строительства;

на участках размещения отдельных зданий и сооружений.

Инженерно-геологические изыскания для выбора площадки строительства выполняются в целях разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) или технико-экономического расчета (ТЭР) строительства промышленных предприятий, зданий и сооружений, а также производственных предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения.

Инженерно-геологические изыскания на участках размещения отдельных зданий и сооружений выполняются для рабочего проекта и рабочей документации оснований и фундаментов этих зданий и сооружений.

Изыскания на участках размещения отдельных зданий и сооружений должны производиться только при наличии технических решений их оснований и фундаментов.

Материалы инженерно-геологических изысканий необходимо уточнять, если между окончанием изысканий и началом проектирования имеет место разрыв во времени (более одного-двух лет) и территория строительства за это время могла подвергнуться воздействиям, приводящим к изменению состояния и свойств просадочных грунтов.

Состав и объем дополнительных изыскательских работ по уточнению материалов инженерно-геологических изысканий следует определять в результате анализа этих материалов и данных рекогносцировочного обследования и обосновывать в программе изысканий, разрабатываемой в соответствии со специальным заданием заказчика.

Материалы инженерно-геологических изысканий прошлых лет по изучению просадочных грунтов следует использовать для оценки происшедших изменений условий распространения, залегания и характеристик свойств этих грунтов.

При составлении программы изысканий должны учитываться региональные особенности лессовых просадочных толщ:

неоднородность строения просадочной толщи (с учетом цикличности строения);

закономерности развития типов грунтовых условий по просадочности;

мощность просадочной толщи и характер ее изменчивости.

Изыскания на участках отдельных зданий и сооружений рассмотрим более подробно.

Рассмотрим более подробно изыскания на участках отдельных зданий и сооружений.

Размещение горных выработок производится по контурам и основным осям (несущих колонн, стен основных проектируемых зданий и сооружений), как правило, через 20−30 м с учетом степени изменчивости физико-механических характеристик просадочных грунтов в плане и по глубине, мощности просадочной толщи, характера залегания кровли подстилающих грунтов, но не менее четырех горных выработок в пределах каждого здания и сооружения или двух — на каждую секцию жилого дома (с учетом ранее пройденных выработок).

Глубина горных выработок назначается из расчета проходки всей толщи просадочных и заглубления в подстилающие грунты на величину, определяемую в зависимости от конструктивных особенностей проектируемых зданий и сооружений, намечаемых вариантов их оснований и фундаментов (типов и нагрузок на них) согласно требованиям нормативных документов на инженерные изыскания для соответствующих видов строительства в обычных грунтовых условиях и СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

Для обеспечения детального описания литологических особенностей просадочных грунтов на участках размещения основных зданий и сооружений I и II класса рекомендуется одну-две горные выработки проходить шурфами, располагая их в местах с наиболее резкими изменениями состава, состояния и просадочных свойств грунтов.

При изысканиях на крупных и сложных объектах на участках размещения зданий и сооружений I и II класса, проектируемых на естественном основании, следует проводить испытания грунтов штампом по ГОСТ 20 276–85 для уточнения величин относительной просадочности, начального просадочного давления и модулей деформации просадочных грунтов при природной влажности и при их полном водонасыщении в местах с повышенными и пониженными значениями указанных характеристик, установленных по данным лабораторных испытаний. Штамповые испытания производятся на отметке проектируемого заложения фундаментов и на 2−3 м ниже ее.

На отметке проведения опыта необходимо отбирать монолиты грунта для лабораторного определения физико-механических характеристик грунтов для сравнительной оценки величины расхождения значений характеристик просадочности и модуля деформации по полевым и лабораторным исследованиям.

Количество опытов назначается в зависимости от степени изменчивости характеристик грунтов, но не менее трех параллельных испытаний при природной влажности и полном водонасыщении грунтов для каждого инженерно-геологического элемента.

Определение модуля деформации просадочных грунтов штампами для зданий и сооружений II и III классов допускается не производить, если проектируемые здания и сооружения располагаются на участках 1 типа грунтовых условий просадочности и в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начального просадочного давления.

Объем лабораторных определений основных показателей свойств грунтов должен быть достаточным для получения нормативных и расчетных значений характеристик просадочных грунтов для каждого здания (сооружения) или группы малоэтажных зданий и устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, но, как правило, в количестве не менее 10 одноименных определений для инженерно-геологического элемента.

Определения прочностных характеристик просадочных грунтов необходимо, как правило, производить при полном водонасыщении, а при невозможности замачивания толщи просадочных грунтов — при установившейся влажности.

Определение прочностных характеристик просадочных грунтов для зданий и сооружений III класса допускается не производить, если назначения окончательных размеров их фундаментов будет осуществляться по расчетным сопротивлениям грунтов оснований R (0) и условия их строительства и эксплуатации исключают возможность замачивания просадочных грунтов, что должно указываться в техническом задании заказчика на изыскания.

В случае, если техническим заданием на изыскания предусматривается осуществление определенных мероприятий, направленных на преобразование строительных свойств просадочных грунтов (уплотнением различными способами: тяжелыми трамбовками, вытрамбовыванием котлованов под фундаменты, глубинным уплотнением грунтовыми сваями, предварительным замачиванием грунтов основания, в том числе глубинными взрывами, а также методами закрепления химическим, термическим и др.), то выполнение изысканий для этих целей должно осуществляться по специальной программе, обосновывающей необходимость получения (по согласованию с заказчиком) дополнительных характеристик просадочных грунтов в соответствии с требованиями СНиП по проектированию и производству работ по устройству оснований и фундаментов и руководств, составленных в их развитие.

Отчет об изысканиях на участках отдельных зданий и сооружений, помимо сведений, предусмотренных нормативными документами по инженерным изысканиям для соответствующих видов строительства, должен дополнительно содержать следующие данные:

условия залегания и распространения просадочных грунтов на участках зданий и сооружений;

тип грунтовых условий по просадочности на участках возведения отдельных зданий и сооружений, мощность просадочной толщи, характеристики просадочности грунтов по каждой горной выработке в отдельности и результаты полевых опытных работ;

графики зависимости величины относительной просадочности грунтов от давления и изменения ее по глубине (по каждой горной выработке);

результаты анализа пространственной изменчивости основных показателей физико-механических свойств просадочных грунтов (показатель текучести грунтов приводится при природной влажности и при пересчете на влажность при степени водонасыщения, равной 1);

таблица нормативных и расчетных значений основных физико-механических характеристик просадочных грунтов (с указанием интервалов изменчивости характеристик — минимальных и максимальных величин из частных определений).

3. Инженерно-геологические условия г. Краснодара и распространение просадочных грунтов на его территории

Город Краснодар расположен в южной части пологонаклонной к Азовскому морю Прикубанской аккумулятивной равнине в зоне Западно-Кубанского прогиба на правом относительно высоком берегу р. Кубань, огибающий город с юга и юго-запада. Координаты Краснодара следующие 44є58'-45є09' с. ш. и 38є51'-39є14' в. д. Параллель 45є с. ш. проходит в районе ЗАО «Краснодарэконефть», у железнодорожного моста через р. Кубань. Меридиан 39є в. д. пересекает оз. Карасун у стадиона «Кубань». Схематический план г. Краснодара отображена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схематический план г. Краснодара [6]

3.1 Геоморфология и особенности городской территории

В геоморфологическом отношении в пределах города выделяются: пойма (голоцен), среднеплейстоценовая вторая надпойменная (рисская) и раннеплейстоценовая третья (миндельская) террасы правобережья Кубани. Основные геоморфологические элементы территории г. Краснодара отображены на рисунке 3.

Формирование современного рельефа территории Краснодара происходило в условиях эрозионно-аккумулятивной деятельности Кубани на фоне позднейших колебаний земной коры, характерных для предгорной зоны северо-западного Кавказа, и отвечающих основным эпохам оледенений и межледниковых периодов. Периодическое изменение положения регионального базиса эрозии приводило к аккумуляции на значительных площадях аллювиальных отложений, приносимых рекою, а затем их частичному размыву с последующим заполнением сформированной пойменно-русловой ложбины более поздними отложениями. Таким образом, более поздние террасы оказались «вложенными» в ранее сформированные.

Периодическое изменение положения регионального базиса эрозии приводило к аккумуляции на значительных площадях аллювиальных отложений,

приносимых рекою, а затем их частичному размыву с последующим заполнением сформированной пойменно-русловой ложбины более поздними отложениями. Таким образом, более поздние террасы оказались «вложенными» в ранее сформированные. «Поднимающая себя» река интенсивно меандрировала, обуславливая разнообразие видов отложений от лиманно-старичных илов, торфов и заторфованных глин до песчано-гравийных отложений русловой фации. В средне — и позднеплейстоценовое время и в голоцене поверхности террас покрывались чехлом эолово-делювиальных или делювиальноэоловых отложений лессовидного характера, происхождение которых до настоящего времени не считают точно установленным.

3.2 Климат

Факторы, влияющие на формирование климата Краснодара, разнообразны. Основными из них являются продолжительность и интенсивность солнечного сияния, зависящие от географической широты места; среднегодовое число часов солнечного сияния для города равно 2140.

Немаловажное значение для климата города имеет и его географическая долгота.

В 20 км южнее Краснодара начинаются отроги Кавказа, простирающиеся с северо-запада на юго-восток и ограничивающие проникновение в описываемый район тропических воздушных масс. С севера и востока город открыт арктическим и континентальным воздушным массам, которые приносят зимой и весной морозную погоду без осадков, а летом сухую и жаркую. Юго-западные и западные воздушные массы несут потепление и осадки в виде мокрого снега и дождя, а летом делают погоду прохладной и дождливой.

Климат Краснодара классифицируется как умеренно континентальный. Краснодар расположен на южной границе климатического пояса умеренных широт. Циркуляции атмосферы над Краснодарским краем присущи черты меридиональной направленности на фоне общего зонального переноса над Европой. Это связано в значительной степени с влиянием акватории Черного моря на термическое состояние нижнего слоя атмосферы над ним. Преобладают массы континентального воздуха умеренных широт. Вторжение тропического воздуха обычно происходит летом, когда континентальный тропический воздух формируется над Северным Кавказом или приходит с прикаспийских степей и пустынь Средней Азии. Холодный арктический воздух легко проникает и район Краснодара, поскольку с северо-запада на его пути нет значительных горных препятствий.

Основным показателем, который дает общее представление о термическом режиме Краснодара, является средняя месячная и годовая температура воздуха. В течение года она изменяется от-1,6°С в январе до 23,3°С в июле. Амплитуда средних месячных температур составляет 24,9°С. Отрицательные средние месячные температуры воздуха наблюдаются в двух месяцах года — январе (-1,6°C) и феврале (-0,6°С). В остальные 10 месяцев температура воздуха положительная. Средняя годовая температура воздуха в городе составляет 11,1°С.

В условиях климата города резкой границы между отдельными сезонами нет. Условный показатель — переход средней суточной температуры через отдельные установленные пределы. Средняя дата наступления отрицательных среднесуточных температур (зима) — 18 декабря, а окончания — 22 февраля. Период со средней суточной температурой выше 15 °C (лето) начинается 5 мая и заканчивается 29 сентября. Первые заморозки обычно наступают 20 октября. Устойчивые морозы большой продолжительности довольно редки. Зимняя погода крайне непостоянна и может меняться в одни сутки. Здесь в январе возможны температура днем 12 °C и выше и минусовая до 25 °C, а иногда и ниже. Продолжительность безморозного периода в среднем составляет 192 дня.

Самым теплым месяцем в Краснодаре обычно бывает июль (23°С). Однако в 39% это август и в 2% - июнь. Теплая погода со средней суточной температурой воздуха выше 20 °C в среднем устанавливается с 10 июня и длится 83 дня, по 2 сентября. Около 103 дней в году температура воздуха повышается до 25 °C и выше. Абсолютный максимум температуры воздуха 42 °C. Ежегодно летом, даже в холодные годы, температура воздуха повышается до 32 °C.

Абсолютный минимум температуры воздуха в Краснодаре составляет — 36 °C. Это крайнее значение низких температур воздуха, которое встречается далеко не каждый год. Ежегодно даже в самые теплые зимы температура воздуха понижается до — 11 °C. Один раз в 10 лет минимальная температура воздуха может достигать — 30 °C, а один раз в 20 лет — 31 °C.

Средняя глубина промерзания почвы равна 0,31 м, наибольшая — 0,7 м.

Атмосферные осадки являются одним из основных режимообразующих факторов для подземных вод четвертичного водоносного комплекса. В среднем по многолетним наблюдениям за год в Краснодаре выпадает 702 мм. В теплый период выпадает в среднем 392 мм, в холодный — 310 мм, т. е. соответственно 56 и 44%. В отдельные сезоны эти суммы могут быть значительно больше или меньше. Самый засушливый месяц — сентябрь, самый дождливый — декабрь. Максимум числа дней с осадками наблюдается зимой, минимум — летом. Зимний максимум объясняется длительными обложными осадками, а летний минимум — кратковременными ливнями. Общая продолжительность осадков в Краснодаре около 800 ч. Интенсивность осадков летом больше, чем зимой.

3.3 Гидрология

Основными гидрологическими объектами Краснодара являются р. Кубань и Краснодарское водохранилище. В пределах города Кубань имеет преимущественно широтное направление и является типично равнинной рекой. Она огибает город с юга и юго-запада, имеет широкую трапецеидальную долину шириной 12−20 км. Правый берег реки крутой (до 10−12 м), левый — пологий. Правый берег интенсивно размывается.

Русло реки, положение в собственных наносах, — извилистое, деформирующееся, с редкими островками и старицами. Дно песчано-глинистое. Ширина русла 150−200 м. Средняя скорость течения в половодье 1,0−1,5 м/с, в межень — 0,4−0,6 м/с. Глубины в зависимости от водности колеблются на перекатах от 1 до 5 м, на плесах — от 10 до 15 м. Питание реки смешанное. Каждый год наблюдалось половодье и в среднем шесть-семь паводков. Самая высокая температура воды в реке в июле — августе (до 25−27°С), средняя температура в летние месяцы — около 18 °C. Ледовый покров неустойчив: в отдельные годы наблюдается несколько ледоставов, а иногда река вообще не замерзает.

3.4 Почвы

На территории Краснодара почти повсеместно (за исключением пойменных участков) распространены черноземы — выщелоченные, малогумусные, сверхмощные. Для их внешнего вида и строения характерны:

большая мощность гумусовых горизонтов — от 120 до 180 см;

сильная выщелоченность гумусовых горизонтов, выражающаяся в том, что из них вынесены легкорастворимые соли карбонатов; вскипание от действия 10-процентной соляной кислоты обнаруживается ниже 140 см, т. е. в горизонте С (в верхней части материнской породы — лессовидного суглинка);

более темная по сравнению с типичным черноземом окраска;

структура верхнего горизонта (А) зернисто-комковатая, переходящая во второй половине почвенного профиля в комковато-ореховую, а иногда в призмовидно-комковатую.

Содержание гумуса в почве составляет около 4−6% от веса почвы. Это несколько меньше, чем в типичных русских черноземах, но в сочетании с богатейшими агроклиматическими ресурсами кубанские черноземы почти не знают себе равных по плодородию. По физическим свойствам южные черноземы также несколько хуже типичных черноземов. Они более плотные, особенно в нижнем горизонте, воздухои водонепроницаемые. При смачивании они становятся вязкими и липкими, при высыхании — твердыми. Мощность гумусового слоя доходит до 75 см.

Черноземы образовались на тяжелых лессовидных суглинках, а в понижениях рельефа — на бурых глинах. Доступность влаги оказалась главным фактором, обусловившим различие в процессах почвообразования степной полосы края, поэтому выщелоченные черноземы, характерные для территории города, к северу в более засушливой зоне сменяются карбонатными черноземами с менее глубоким залеганием карбоната кальция.

3.5 Растительность

Краснодар расположен в степной зоне с характерными пойменными лесами. Однако растительность является элементом природного ландшафта, который в условиях города почти полностью преобразовался. Растительность в междуречье Кубани и Карасуна первоначально была весьма разнообразной. В пойме росла болотно-луговая растительность с камышом, вдоль бровки надпойменной террасы — дубовый лес с примесью граба, ясеня, вяза, клена; на выположенных участках ниже по склону террасы у воды — заросли ивняка. С севера к лесу примыкало степное разнотравье. По балкам росли небольшие рощицы ясеня, клена, дуба вяза, иногда тополя и ивы. Животный мир был разнообразен и многочислен.

3.6 Геологическое строение

В четвертичных отложениях города выделяется несколько геолого-литологических комплексов: пойма р. Кубани, долина р. Карасун, вторая и третья надпойменные террасы (НПТ) Кубани. В окрестностях города встречаются останцы первой террасы.

Пойма р. Кубани. Литологический состав сверху вниз представлен следующими образованиями:

насыпными грунтами (техногенными) различной мощности (tQ_IV), состава и времени отсыпки, покрывающими всю застроенную часть поймы. Намывные пески (tQ_IV) широко распространены в микрорайоне Юбилейном, в районе парка «Солнечный остров» и в других местах. Представлены они песками — от пылеватых до средней плотности. Мощность их колеблется — от 1,0 до м. Значительные территории поймы засыпаны отходами строительства — обломками бетона, кирпичей, металлоломом с суглинком, суглинистой почвой. Для участков, примыкающих к частной застройке, характерны территории намывного грунта с примесью бытового мусора — до 40% (следствие свалки бытового мусора жителями). На пойме в юго-восточной части города находятся городские свалки;

современной почвой (eQ_IV), распространенной на большей части поймы. На орошаемых площадях она местами срезана, на отдельных участках подсыпана при планировочных работах. Литологический состав почвы обычно глинистый либо суглинистый; цвет серый или желтовато-серый. Мощность почвы не выдержана и колеблется от 0,5 до 1,2 м;

аллювиальными отложениями поймы (aQ_IV), залегающими под почвами и насыпными слоями. Представлены они отложениями пойменной, старичной и русловой фации. Пойменная глинистая (aQ_IV) фация сложена глинистыми, супесчаными, суглинистыми разностями. По глубине они распространяются незакономерно: иногда это выглядит как маломощная прослойка среди русловой (песчаной) фации вверху разреза, а в редких случаях эта прослойка залегает внизу. Мощность этой фации — до 10,0 м. Старичная фация (lQ_IV) сложена иловатыми, заторфованными глинистыми грунтами, распространенными в основном сверху разреза в районе Старой Кубани. Обычно они серовато-голубоватой окраски с включениями растительных остатков с маломощными прослойками торфа. Мощность старинных отложений колеблется от 0,5 до 10 м. Русловая фация (aQ_IV) песчаная, преобладает в отложениях поймы, сложена песками различной крупности и гравелистыми грунтами. Пески голубовато-серого цвета, местами иловатые, кварцево-шпатовые, слюдистые с включением гальки и гравия хорошо ока тонных кристаллических пород. Крупные и гравелистые пески имеют незначительное распространение и залегают в подошве пойменных отложений. В целом какой-либо закономерности в распространении песков по гранулометрическому составу, как в плане, так и по глубине, не наблюдается. Мощность песчаных грунтов изменяется в широких пределах от 0,5 до 15 м и более.

Общая мощность пойменных отложений равна 20−30 м.

Долина р. Карасун. Протягивается через весь город и вносит разнообразие в геологическое строение второй НПТ, в которую она врезается в субширотном направлении. На большей части долины отложения реки перекрыты насыпными грунтами (tQ_IV), в составе которых существенную роль играют бытовые отходы, строительный мусор, отходы производств. Это неоднородные по составу и плотности грунты, слежавшиеся и неслежавшиеся, с примесью органики. В районе Краснодарского химкомбината часть долины засыпана отходами переработки пищевых продуктов, куда добавлялись бытовые отходы. Эти грунты отличаются большим содержанием органики с весьма слабыми процессами гниения и являются агрессивной средой для бетонов и металла. В нижней части долины пойма засыпана суглинками, глинами, со значительными примесями стройотходов. Мощности насыпных грунтов — от 2−3 до 10 м и более.

Отложения Карасуна образовались в физико-геологических условиях тихой степной реки, с медленно текущим водотоком и обилием влаголюбивой растительности на низких топких берегах. Учитывая литологический состав, органические примеси и условия образования, отложения реки относят к старичной фации. Наиболее четко прослеживается горизонт торфа, залегающий на отметке, близкой к 14−15 м. Выше торфов и ниже их по всей долине отмечаются прослои илов мощностью от 1,0 до 5,0 м. Илы и торфы подстилаются иловатыми, глинистыми и заторфованными глинистыми, супесчаными грунтами. Отложения имеют темно-серую окраску, с обилием растительных остатков в кровле, хорошей сохранности и обломков ракушек. Завершают разрез обычно глинистые запесоченные отложения, идентично по составу аллювиальным отложениям второй НПТ Кубани, мощностью до 5−6 м. Особенностями Красунских отложений является отсутствие выдержанных по мощности песков. Пески встречаются только в виде линз и прослоев мощностью от 3 до 15 см, подчеркивая тем самым слабое развитие русловой фации.

Общая мощность отложений р. Карасун достигает в нижней части долины до 15 м и более.

Вторая надпойменная терраса Кубани. На разрезе второй НПТ среднеплейстоценового возраста довольно четко выделяются две толщи разновозрастных, отличающихся по составу, отложений: первая толща покровных отложений делювиально-эолового происхождения, вторая — аллювиальных отложений. Четко прослеживающаяся покровная толща делювиально-эолового происхождения мощностью от 3,5 до 8,0 м представлена суглинками, супесями и изредка глинами. В качестве отличительного признака этих отложений принят лессовидный тип грунтов: их желтовато-бурая окраска, макропористость, наличие известковистых образований, вертикально-ветвистых трубчатых пор, способность вертикально отслаиваться и сохранять в естественном состоянии вертикальные откосы, способность грунтов к просадке.

Минералогический состав делювиально-эоловых грунтов второй НПТ сравнительно стабилен; основными породообразующими минералами песчаной и пылеватой фракции грунтов является кварц и полевой шпат. Глинистая фракция суглинков характеризуется довольно постоянным гидрослюдисто — монтмориллонитовым составом.

Лессовые просадочные грунты и лессовидные непросадочные грунты можно считать одновозрастными (dvQ¹_III-IV) и первичными по отношению к грунтам непросадочным, заполняющим просадочные блюдца (dvQ²_III-IV), которые являются вторичными по очередности образованиями.

Аллювиальные толщи, подстилающие покровные суглинки, делятся по разрезу на два слоя: верхний (aQ¹_II) пойменная фаркция (глинистая), и нижний (aQ¹_II) — русловая фация (песчаная). Пойменная фация залегает выше русловой фации и, следовательно, может считаться более молодой. По литологическому составу эта фация представлена супесями, суглинками, глинами и изредка маломощными прослойками песка. Глины и суглинки бурого, желто-бурого и серого цветов, плотные. Супеси залегают прослоями и линзами мощностью от 0,5 до 1,0 (изредка до 2 м). Обычно они желтовато-серого цвета. Минералогический состав аллювиальных глин (взят в процентах) следующий: глинистые минералы — 47−52, зерна кварца — 13−18, карбонаты — 5−8, полевые шпаты — 5−7, пирит — 3,5, амфибол — 2−3, отмечены единичные зерна эпидота. В пойменно-глинистой фации по разрезу прослеживается иногда четкой полосой старинная фация (lQ_II), иногда она входит фрагментально в глинистые отложения. Отложения старинной фации представлены преимущественно суглинками и глинами темно-серого или темно — коричневого цвета, в кровле заторфованными, с линзами и прослоями супеси и торфа, мощность старичных отложений 0,1−0,6, изредка до 1−3 м. Это наиболее слабые грунты в пределах второй НПТ. Подстилаются эти отложения голубовато-серыми и зеленовато-бурыми глинами, иногда слабозаторфованными, запесоченными. Мощность пойменной фации, включая и старичную фацию, колеблется от 5 до 15 м и более.

Русловая фация (aQ¹_II) аллювиальной толщи залегает под глинистыми отложениями и представлена — песками, гравием, галькой. Пески мелкие и средней крупности, серой и буровато-серой окраски кварц-полевошпатовые с гравием и галькой, в подошве — гравийные отложения с галькой и песком. Мощность русловой фации от 10 до 20 м и более.