CC BY
111
УДК 552.522
АРГИЛЛИТОПОДОБНЫЕ ГЛИНЫ В РАЙОНЕ БОЛЬШОГО СОЧИ И ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
© 2011 г. А.А. Хмелевцов
Научно-исследовательский институт территориального управления Research Institute of Territorial Administration
и градостроительного планирования and Urban Planning
Ростовского государственного строительного университета, of Rostov State Building University,
ул. Социалистическая, 162, г. Ростов-на-Дону, 344022 Socialisticheskaya st., 162, Rostov-on-Don, 344022
Рассматриваются аргиллитоподобные глины района города Большой Сочи в качестве основания опор мостов и эстакад. Исследуемые грунты широко распространены в пределах исследуемой территории, обладают специфическим строением и свойствами и проявляют набухание. Набухание аргиллитоподобных глин связано с их генезисом, плотностью и слабой цементацией структуры. После набухания в аргиллитоподобных глинах наблюдается уменьшение плотности грунта и увеличение его пористости. В результате чего изменяются физические и физико-механические свойства. Приведены физические и физико-механические свойства набухающих глин, на графиках и таблицах показаны изменения их плотности, величины набухания и показатели текучести с глубиной. Даны рекомендации по строительству на аргиллитоподобных глинах.
Ключевые слова: глина, набухание, текучесть, плотность, пластичность, фундамент, бурение.
This article discusses argillit-like clays of the Greater Sochi district as the base to underlay bridges and overpasses. The studied soils are widely distributed within the study area, have specific structure and properties, and often demonstrate swelling. The swelling of argillit-like clays is related to their genesis, the density and weak cementation structure. After the swelling of argillit-like clays a decrease in the density of the soil and increase of its porosity is observed. As a result, the physical and mechanical properties change. The paper presents the physical and physical and mechanical properties of swelling clays, the graphs and tables show the changes in their density, swelling indices and parameters of fluidity in connection with depth. The recommendations on construction on the base of argillit-like clays are given.
Keywords: day, swelling, fluidity, density, plasticity, foundation, drilling.
В связи со строительством олимпийских объектов в районе Большого Сочи ведётся активное изучение инженерно-геологических условий территории.
При проведении инженерно-геологических изысканий под строительство новой автомобильной дороги от г. Адлер до пос. Красная Поляна были изучены грунты основания дороги, опор мостов и эстакад. Хорошо изучены скальные, полускальные, крупнообломочные, мелкодисперсные несвязные и связные грунты [1]. Особый интерес представляют грунты, обладающие специфическими свойствами и требующие особого подхода при проектировании и строительстве сооружений. К таким грунтам относятся аргиллитоподобные глины (АПГ), выявленные при проведении изысканий под строительство моста через р. Мзымта на 15-м км проектируемой автодороги [2]. АПГ залегает на аргиллите, по цвету и морфологическим особенностям они схожи с аргиллитом и основным критерием их выделения, согласно ГОСТу 25100-95 [3], является характер структурных связей -водноколлоидные в отличие от цементационных связей аргиллита, и, как следствие, размокание в воде до пластичного состояния с одновременным набуханием.
Эрозионный врез реки хорошо виден в поперечном разрезе. Это в основном валунно-галечниковые отложения, но правый борт сложен АПГ (рис. 1).
Рис. 1. Инженерно-геологический разрез по оси моста
Основанием для двух из пяти опор проектируемого моста является АПГ. Для изучения физико-механических свойств АПГ в лабораторных условиях в мае 2009 г. ЗАО «СевКавТИСИЗ» были пробурены 3 скважины глубиной 32,0 м. Позднее, в марте 2010 г., с целью более детального изучения физико-механических, минералогических и петрографических особенностей АПГ была пробурена ещё одна дополнительная скважина.
По результатам бурения было выяснено, что на этом участке правый склон и прибрежная пойменная часть долины р. Мзымта с глубины 1,8-3,1 м от поверхности до глубины 23,5-26 м слагается АПГ. Общая мощность АПГ составляет 25,0-30,0 м, возраст -(Р3 1ms) верхний палеоген (олигоцен). Ниже АПГ залегает аргиллит того же возраста (Р3
Сравнительный анализ физико-механических свойств АПГ позволил выявить некоторые их особенности.
Для оценки физико-механических характеристик по глубине вся толща АПГ условно была разбита на 3 горизонтальных слоя по 10,0 м каждый. В пределах этих слоёв рассчитывались средние значения характеристик грунта. Первые два выделенных от поверхности слоя сложены АПГ с прослоями песчаника мощностью от 2 до 5 см. Третий слой сложен в виде переслаивания АПГ с аргиллитом, мощность прослоев аргиллита колеблется от 10 до 20 см.
Во всех трёх выделенных слоях вычислялся коэффициент вариации. Расчёт был проведён в соответствии с ГОСТом 20522-96 [4] путём исключения минимальных и максимальных значений, не характерных для слоя. Согласно ГОСТу 20522-96, допустимое значение коэффициента вариации в пределах слоя для физических характеристик не должно превышать 0,15 д.е., для физико-механических - 0,30 д.е.
АПГ во всех трёх случаях имеет однородный тонкодисперсный состав, изменения гранулометрического состава с глубиной не наблюдается. Содержание в АПГ пылеватой фракции в среднем составляет 45 %, глинистой - 35.
Плотность АПГ довольно высокая: в первом слое она составляет 2,13 г/см3, во втором - 2,17, в третьем -2,22. В целом по всей глубине колеблется в пределах 2,00 - 2,30 г/см3 и в среднем составляет 2,16 г/см3. Увеличение плотности наблюдается с глубиной, особенно на глубине 23,0 - 30,0 м. В пределах третьего слоя значения плотности достигают 2,25-2,30 г/см3. У аргиллита, залегающего под АПГ, плотность в среднем составляет 2,38 г/см3 [2].
С увеличением плотности АПГ возрастают значения модуля компрессионной деформации, которые в пределах первого слоя составляют 5,2 МПа, во втором -8,9, в третьем - 10,3.
Угол внутреннего трения (ф) АПГ во всех слоях одинаковый и в среднем составляет 24°. Это связано с однородностью АПГ по гранулометрическому составу. Величины удельного сцепления (С) возрастают с глубиной: в верхнем слое среднее значение удельного сцепления составляет 0,028 МПа, в среднем - 0,030, в нижнем - 0,034 МПа. Наибольшие колебания значений удельного сцепления наблюдаются в нижнем слое - от 0,024 до 0,046 МПа.
Для АПГ характерно набухание. Относительная деформация набухания или степень набухания АПГ (£,„) в виде свободно набухающего грунта в условиях невозможности бокового расширения закономерно увеличивается с глубиной. В первом слое составляет 1,8 - 17,9 %, во втором - 19,3 - 26,3. По величине набухания АПГ, согласно ГОСТу 25100-95 [3], относятся к набухающим (е8„ > 0,04 д.ед.) и по СП 11-10597 [5] характеризуются как сильнонабухающие. На рис. 2 показаны величины набухания, плотности, показатели текучести и их значения по глубине АПГ. В таблице и на рис. 2 показаны значения плотности АПГ до (в естественном состоянии) и после набухания, и чем выше значение величины набухания, тем меньше (относительно естественной) плотность АПГ после набухания. Величина набухания в пределах первого слоя в 2 раза меньше, чем во втором.
Набухание и характеристики АПГ
Показатель текучести, д.е. Плотность, г/см3 Пористость n, %
Глубина отбора образцов, Набухание, % Пластичность Влажность W,% грунта р скелета грунта
Предел Предел пла-стичн., WP % Число пла-стичн. JP, % до опыта после опыта до опыта после опыта (влажность набухания) до опыта после опыта до опыта после опыта до после опыта
м текучести ШЬ, % (естественная) опыта
2,0 1,8 34,2 20,1 14,1 0,00 0,17 18,7 22,5 2,00 1,96 1,68 1,60 37,60 40,74
4,0 3,3 35,7 20,7 15,0 -0,12 0,19 18,3 23,6 2,04 1,96 1,72 1,59 36,13 41,27
6,2 4,1 30,7 18,1 12,6 -0,09 0,90 12,5 29,5 2,01 1,90 1,79 1,47 33,58 45,46
6,9 15,5 27,2 17,1 10,1 -0,20 0,62 15,1 23,4 2,13 1,93 1,85 1,56 30,95 41,64
7,5 11,4 31,9 18,7 13,2 -0,15 0,52 16,5 25,5 2,09 1,97 1,79 1,57 33,31 41,65
9,9 17,9 32,2 18,9 13,3 -0,27 0,68 14,8 28,0 2,12 1,79 1,85 1,40 31,35 48,01
11,2 20,1 28,7 17,9 10,8 -0,38 0,69 13,4 25,3 2,16 1,84 1,90 1,47 29,19 45,41
12,4 19,3 26,3 17,5 8,8 -0,51 0,70 12,9 23,7 2,18 1,91 1,93 1,54 27,95 42,39
13,5 24,4 22,7 14,6 8,1 -0,25 1,60 11,5 27,6 2,17 1,94 1,95 1,52 27,11 43,06
14,7 26,3 24,8 15,1 9,7 -0,38 0,95 11,1 24,3 2,19 1,90 1,97 1,53 26,45 42,96
Время полного набухания глин по всем испытуемым образцам не превышало 27 ч. Характер набухания резкий. Самая активная фаза набухания с момента за-
мачивания наблюдается в течение первых 2 ч. После набухания в АПГ наблюдается уменьшение плотности скелета грунта и увеличение его пористости. До опыта
плотность скелета грунта была в интервале от 1,68 до 1,97 г/см3, то после набухания - от 1,60 до 1,40 г/см3, что связано с существенным разуплотнением структуры грунта. Для набухающих грунтов ненарушенного сложения установлена взаимосвязь между
влажностью набухания и верхним пределом пластичности, которая выражается в равенстве = (0.60-0,75)ШЬ [6]. В АПГ эта формула подтверждается только для глубин 2 и 4 м.
Плотность, г/см3 'Л '&> 1.» ув не Щ М
5
6
7
8 8
10 11 12 13 ,14
Г
46
\
\
/ 1
/
ч ш
• 1
/ / 1
/ L
1 \ \
\ ■ \
\ ■
i т
/ i ► 1
Величина набухания, %
I"
Чб
\
\
\ \
\
)
к
\
\
Показатель текучести, д.е
-?.Jü -(¿Ö 4M -С,«
\
- \
)
fi i /
6 4
<
\ \
ч
л \
i
Г
Гч
- Плоти. грунта поел е о пыггэ
- Плоти, прумтадо опыта
-Набухание
- Показатель текуч ести
Рис. 2. Изменения плотности грунта после набухания (а); величины набухания (б); показатель текучести по глубине АПГ (в)
Литература
Глубже значения влажности набухания не превышают значения верхнего предела текучести и выражаются равенством = (0,80-0,98)ШЬ.
Набухание в АПГ несомненно связано с их генезисом, переуплотнённостью и слабой цементацией структуры.
Структура АПГ имеет коагуляционный тип контакта между частицами, что характерно для набухающих грунтов. Вода свободно проникает в микроструктуру глины через капилляры в адсорбционном процессе. При этом возникает расклинивающее давление плёнок воды на частицы грунта, что вызывает разрушение структурных связей и приводит к увеличению общего объема грунта [7].
При строительстве мостов их опоры могут подвергаться воздействию набухающих АПГ как в основаниях, так и на боковых поверхностях опор, поэтому необходимо изолировать АПГ от проникновения в них воды. Можно также заменять набухающие грунты на ненабу-хающие. Наиболее сложно эти вопросы решаются при возведении опор в виде свайных фундаментов.
1.
2.
4.
6.
Объяснительная записка к Государственной геологической карте Российской федерации масштаба 1:200 000, Лист К-37-^ / В.А. Лаврищев [и др.] 2-е изд. М., 1999.
Технический отчёт об инженерно-геологических изысканиях на объекте «Строительство совмещенной железной и автомобильной дороги «Адлер-Альпика Сервис»» ЗАО «СевКавТИСИЗ». Краснодарский геологический отдел. Арх. №09/084. Краснодар, 2009.
ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация. Постановление Минстроя России от 20.02.1996. № 18-10. М., 1996.
ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. Постановление Минстроя России от 01.08.1996. № 18-58. М., 1997.
СП 11-105-97 Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Ч. I. Общие правила производства работ. М., 1997.
Трофимов В.Т. Грунтоведение. 6-е изд., переработ. и доп. М., 2005. 1024 с.
Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. 2-е изд., перераб. и доп. Л., 1984. 511 с.
Поступила в редакцию
17 февраля 2011 г.
б
а
в
