Техногенные изменения гидрогеологических условий, их влияние на инженерно-геологическую обстановку местности

В.М. Бевзюк, Е.В. Городнова, С.С. Колмогорова

 

Инженерно-геологическая оценка участка строительства транспортных, промышленных и гражданских сооружений

 

Контрольная работа и методические указания по ее выполнению для студентов строительных специальностей заочной формы обучения

 

 

Санкт-Петербург 2009 г.

УДК 55/551.48

П.33

 

Рецензенты:

 

Кандидат геолого-минералогических наук Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета М.С. Захаров

 

Доцент кафедры «Основания и фундаменты Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения, кандидат технических наук П.Л. Клемяционок (ПГУПС)

 

Инженерно-геологическая оценка участка строительства транспортных, промышленных и гражданских сооружений

Контрольная работа и методические указания по ее выполнению для студентов строительных специальностей заочной формы обучения: учебное пособие/ В.М. Бевзюк, Е.В. Городнова, С.С. Колмогорова. – СПб: Петербургский гос. Ун-т путей сообщения, 2009 –

 

 

Предлагаемое учебное пособие предназначено для выполнения студентами контрольной работы, в которой следует дать оценку инженерно-геологических условий конкретной площадки, предназначенной для размещения сооружений, выбор которых определяется специальностью студентов (ЖД трасса, мостовой переход, городские подземные или гражданские сооружения и т.д.).

Учитывая, что выполнение этой работы студентами-заочниками осложняется отсутствием по месту их жительства учебной литературы, а для квалифицированного использования информации, найденной ими в Интернете, им не хватает геологических знаний, помимо методических указаний в пособии в краткой форме приводится некоторая информация из лекционного курса, которая излагается применительно к прилагаемым геологическим разрезам. Как показывает практика, этот материал существенно улучшает содержание контрольной работы.

Вариант геологического разреза определяется последней цифрой учебного шифра студента.

Введение

Важнейшим средством, направленным на активизацию учебного процесса является организация самостоятельной работы студентов. Это особенно актуально для студентов заочной формы обучения. Самостоятельная работа студентов решает следующие задачи:

§ развивают у студентов навык работы со специальной литературой;

§ позволяет часть учебной программы изъять из лекционного курса, освобождая время для более детального рассмотрения наиболее сложных вопросов;

§ способствует закреплению знаний, полученных на лекционных и лабораторных занятиях;

§ вырабатывает умение использовать полученные теоретические знания для решения конкретных практических задач;

Контрольная работа по курсу «Инженерная геология» заключается в составлении заключения об инженерно-геологических условиях площадки, предназначенной для проектирования строительства какого-то конкретного сооружения.

В задании предлагается 10 инженерно-геологических разрезов (рис. 110).

Структура данной работы определяется спецификой заочного обучения – тем, что значительную часть учебной программы студенты заочники должны усваивать самостоятельно. Этот процесс нередко осложняется отсутствием по месту их жительства учебников, справочной литературы, учебных пособий, в то же время, согласно учебному плану, контрольную работу студенты должны сдавать до прослушивания лекционного курса. Поэтому помимо методических указаний по выполнению данной контрольной работы в ней приводится некоторый фактический материал из лекционного курса.

Вариант работы определяется последней цифрой учебного шифра. Например, если учебный шифр - 1-ПГС^к-82, то ваш вариант работы № 2.

 

Контрольные вопросы

 

С целью облегчения составления заключения и более четкого его изложения, предлагаются следующие узловые вопросы, ответы на которые и должны составить основу контрольной работы.

1. Осветите рельеф рассматриваемого участка с выделением основных его элементов и инженерно-геологической оценкой каждого из них.

2. Опишите все горные породы, изображенные на вашем инженерно-геологическом разрезе, указав наименование каждой породы, генезис, вещественный состав, местоположение, их строительную оценку каждой из них. Начинать описание с более древней или молодой разности.

3. Охарактеризуйте гидрогеологические условия участка с выделением и описанием всех водоносных горизонтов и освещением влияния каждого из них на инженерно-геологические условия площадки.

4. Перечислите и опишите все экзогенные процессы, которые могут встретиться в пределах рассматриваемого участка. Укажите условия, необходимые для возникновения каждого из них, формы проявления, факторы, способствующие активизации, возможные защитные мероприятия.

5. Дайте инженерно-геологическую оценку рассматриваемого участка размещения сооружений, тип которых определяется специальностью студента (ЖД трасса, мостовой переход, и т.д.). Выделите площадки, различающиеся по степени их пригодности для застройки.

 

Методические рекомендации по составлению ответов на контрольные вопросы.

 

Вопрос 1. Осветите рельеф рассматриваемого участка с выделением основных его элементов и инженерно-геологической оценкой каждой из них.

 

На формирование рельефа оказывает влияние большое количество природных факторов (геологическое строение, генезис пород, эндогенные и экзогенные геологические процессы, строительная и хозяйственная деятельность человека). Одновременно в рельефе все эти факторы находят свое отражение, т.е. он может служить индикатором геологического строения территории, геологических процессов. Например, положительные формы рельефа могут быть связаны с выходом на поверхность скальных пород (гранита, песчаников, известняков), а отрицательные формы бывают на болотах. Если с поверхности залегают аллювиальные отложения, значит, ваш участок представляет речную долину или ее элемент (террасу, пойму). Если даже небольшая возвышенность сложена пролювиальными отложениями, она может представлять конус выноса. В этом случае следует прогнозировать селевые потоки (перечень геологических индексов см. в приложении). Таким образом, установив вещественный состав пород приповерхностной зоны и его генезис можно прогнозировать динамику развития и строительную оценку каждого элемента рельефа.

Пример: Если на вашем участке приповерхностная зона в основном представлена аллювиальными отложениями (aQ), Вы имеете дело с речной долиной. Это эрозионный врез в земную кору. Элемент рельефа первого порядка в долине являются ее борта и дно. На дне следует выявить русло, пойму, прирусловый вал, старицу. Если русло находится не в центре, а приурочено к одному из бортов, значит, происходит его меандрирование и долина находится в стадии зрелости. В ней преобладает не донная, а боковая эрозия. При этом хорошо развита пойма, сложенная довольно слабыми пылевато-глинистыми породами, возможны старицы, а дно русла – илами, рыхлыми, заторфованными песками, мягкими глинами.

На бортах долин элементами рельефа второго порядка являются террасы. Это горизонтальные или слабо наклонные в сторону русла участки, вытянутые параллельно руслу. По генезису они подразделяются на эрозионные и аккумулятивные. Первые образуются в результате вреза в коренные породы. Они сложены обычно скальными или полускальными породами, хорошо выдержанными как в плане, так и по простиранию. Данные участки пригодны для размещения практически любых промышленных и гражданских сооружений.

Аккумулятивные террасы образованы аллювиальными отложениями, для которых характерно сложное переслаивание пород – встречаются благоприятные литологические разности (гравийно-галечники, крупнозернистые пески плотного сложения), но нередки илы, торф, водонасыщенные пылевато-глинистые породы, относящиеся к слабым разностям.

 

Вопрос 2. Опишите все породы, изображенные на вашем инженерно-геологическом разрезе, указав наименование каждой породы, генезис, вещественный состав, местоположение, строительную оценку каждой из них, начиная описание с наиболее древней или молодой разности.

 

Ниже приводится довольно подробное описание пород, которые встречаются в прилагаемых вариантах данной контрольной работы. Студент должен не просто переписать ответ, а проанализировать условия образования каждой породы, учесть строение грунтовой толщи, степень выветрелости, показать связь генезиса породы с ее строительными особенностями. Например, общей особенностью пролювиальных отложений является их связь с селевыми потоками, но вещественный состав, а, следовательно, и их физико-механические свойства могут существенно различаться.

 

Примеры:

Гранит – это самая распространенная интрузивная магматическая порода, имеет кристаллически зернистую структуру, цвет светлый, текстуру компактную. Минеральный состав: породообразующие минералы ортоклазы, кислые и средние плагиоклазы, кварц, акцессорные минералы: биотит, роговая обманка. В целом обладает высокими показателями механических свойств. Однако они существенно меняются в зависимости от степени его выветрелости и трещинноватости, сопротивление одноосному сжатию в выветрелой зоне может снизиться в 2-3 раза, модуль общей деформации в 4-6 раз. Выветрелые, сильно трещиноватые граниты сильно водопроницаемые, монолитные разности – водонепроницаемые. Основной формой залегания гранитов являются батолиты. Это огромные массивы, их площадь на дневной поверхности составляют десятки, и даже сотни тысяч кв.км. Мощность – десятки километров. Приповерхностная выветрелая зона, мощностью от 10 до 40 метров обычно сильно трещиноватая и обводненная.

Базальт наиболее распространенная эффузивная порода, цвет ее темный, структура порфировая или мелкозернистая, текстура пористая. Состоит из основных плагиоклазов (лабрадора, битовнита и анортита) в виде примеси содержится роговая обманка. Встречается в приповерхностной зоне в виде покровов, площадь которых могут составлять тысячи и даже десятки тысяч кв. км. Нередко переслаиваются с осадочными породами. Обладают очень высокой прочностью, выветриваются слабо. Из-за большой пористости (до 50%) нередко сильно обводнены.

Гнейс – метаморфические породы обычно светлые, кристаллические, внешне похожие на гранит и минеральный состав у них как у гранита. Образуются в результате метаморфизации гранита или продуктов его физического выветривания, т.е. кварцево-полевошпатовых песчаников. Визуально гнейс отличается наличием сланцеватости, способствующей их выветриванию. Кроме того, сланцеватость обуславливает анизотропность гнейсов.

Филлит – представляет собой продукт ранней стадии метаморфизации глинистых пород. Это породы темного цвета, тонкозернистые. Внешне похожие на аргиллиты, отличающиеся от последних хорошо выраженной сланцеватостью, переходящей в листоватость. Обладают шелковистым блеском, обусловленным наличием в филлитах серицита и талька. По своим механическим свойствам относятся к скальным породам. Недостатком является низкая морозостойкость.

Песчаник – сцементированные пески. Они относятся к скальным и полускальным разностям. Их механические свойства обусловлены прочностью обломков, составом природного цемента и видом цементации. Наиболее прочными являются зерна кварца, затем идут полевые шпаты, роговая обманка. Наименьшая прочность характерна для слюды. Оценивая природные цементы, следует отметить, что самым прочным и устойчивым к агрессивным средам является кремнистый (из опала), несколько слабее – карбонатный (из кальцита или доломита), к тому же он слабо растворим в природных водах, но в стоках кислого состава его растворимость возрастает. Средней прочностью обладает железистый цемент (из лимонита), к слабым относится гипсовый, обладающий повышенной растворимостью, и глинистый, который к тому же легко размокает и теряет связность.

Известняки – осадочные породы, состоящие из кальцита. В целом они относятся к скальным, по их физико-механическим свойствам в зависимости от структуры, меняются в широком интервале. Наиболее прочные – массивные мелкозернистые разности. Прочность оолитовых известняков несколько меньше. Самыми слабыми следует считать известняки – ракушечники. При увлажнении известняков их прочность обычно снижается в полтора-два раза. В природных условиях они относятся к слаборастворимым. В виде примеси известняки содержат и другие минералы (глинистые, кварц, доломит). С инженерно-геологической точки зрения, прежде всего, необходимо отметить пирит. При производстве земляных работ он может попасть в окислительную среду и трансформироваться в лимонит, образуя при этом серную кислоту, которая создает агрессивную среду, активизируя процесс выщелачивания известняков, а также разрушая подземные коммуникации.

Аргиллиты – глинистые породы, находящиеся на третьей (последней) стадии диагенеза. По строительной классификации относятся к скальной, реже полускальной группе. Они не обладают пластичностью, их прочность не зависит от влажности. Характеризуются повышенной хрупкостью. При производстве в них земляных работ интенсивно растрескиваются, нередко превращаясь в дресву и осыпаясь по стенкам выработок. Несмотря на высокую плотность, они нередко хорошо водопроницаемы, что обусловлено их трещинноватостью. В этом случае их можно рассматривать как водовмещающую породу. Обладают низкой морозостойкостью. В результате морозного выветривания могут переходить из твердого состояния в пластичное. В этом случае подток подземных вод может вызвать их набухание и снижение и прочности.

Мергели относятся к группе полускальных. Представляют собой переходный карбонатно-глинистый тип (20-40% глинистых частиц, остальные приходится на кальцит). В сухом состоянии (при влажности 6-8%) они обладают достаточно высокой, но крайне изменчивой прочностью. В разных точках массива она может меняться от 6-7 до 25-30 МПа. Вскрытые выработками мергели легко выветриваются, существенно ухудшая свои механические свойства, при увлажнении размокают. Особенно интенсивно этот процесс идет при переменном увлажнении – высушивании. Обладают низкой морозостойкостью. Способны набухать при увлажнении, что иногда имеет и положительное значение, т.к. способствуют закрытию трещин, а, следовательно, уменьшению водопроницаемости. При промерзании в водонасыщенном состоянии иногда склонны к пучению.

Достоинством мергелей является то, что в отличие от других карбонатных пород, они не только сами не выщелачиваются, но и препятствуют развитию этого процесса в контактирующих с ними слоях. Набухая и размокая в воде, мергели кольматируют существующие трещины и карстовые полости, прекращая (или снижая) движение карстовых вод.

 

При описании четвертичных отложений обязательно надо учитывать их происхождение (см.геологические индексы).

Элювиальные (eQ) образования представляют собой продукты выветривания горных пород, оставшихся на месте своего образования. Их внешние признаки:

1. Залегают на плоских водоразделах или на слабо наклонных участках вне сферы действия текучих вод;

2. В них отсутствует слоистость, окатанность и сортировка материалов;

3. Минеральный состав близок к материнской породе, причем близость возрастает с глубиной.

В пределах элювиальной толщи выделяют следующие горизонты, отличающиеся по своим строительным свойствам:

- Монолитная зона. По внешнему виду она не отличается от пород, не затронутых выветриванием, не имеет видимых трещин, но в ней уже произошло существенное ослабление связей между частицами в результате многократно повторяющихся концентраций напряжений на контактах под влиянием температурных колебаний. Поэтому даже при легких ударах порода легко раскалывается по скрытым плоскостям (микротрещин).

Физико-механические свойства пород этой зоны почти не отличаются от свойств материнской породы, за исключением пониженного сопротивления сдвигу и повышенной сжимаемости.

- Глыбовая зона. Для нее характерно возникновение открытых трещин выветривания, разбивающих массив на отдельные глыбы. Минеральный состав в основном соответствует материнской породе.

Физико-механические свойства пород глыбовой зоны сильно отличаются от монолитной. В частности, порода обладает большой водопроницаемостью (kф=100-200 м/сутки). Сопротивление сдвигу и сжатию продолжает уменьшаться. Способностью к капиллярному поднятию воды они не обладают, при замерзании не вспучиваются.

- Зернистая или мелкообломочная зона. Внешний вид породы на этой стадии выветривания не имеет ничего общего с материнской породой. Она состоит из хряща, щебня или песка разной крупности. Даже мелкие глыбы нередко рассыпаются от одного прикосновения к ним. Порода состоит преимущественно из минералов материнской породы, но часто встречаются и вторичные минералы, образовавшиеся в результате химического выветривания. К ним относятся глинистые минералы, лимонит, гипс, кальцит, доломит.

Таким образом, процессы выветривания в этой зоне зашли значительно дальше, чем в двух предыдущих. Если в двух первых проявилось в основном физическое выветривание, в третьей зоне примерно в таком же объеме проявляются и химическое и биологическое выветривание.

Физико-механические свойства весьма специфичны – водопроницаемость резко снижается (до нескольких единиц м/сутки), продолжает уменьшаться сопротивление сдвигу, и увеличивается сжимаемость. Появляется способность к капилярному поднятию воды, хотя выражена она довольно слабо (H_k до 0,1-0,2 м). При замерзании может незначительно пучиниться.

- Зона тонкого дробления. Породы этой зоны характеризуются высокой степенью дисперсности и в основном состоят из вторичных минералов. Первичные же тонко раздроблены и являются примесью ко вторичным.

Литологически это обычно песчано-глинистая порода: глинистый песок, супесь, суглинок, глина. Коэффициент фильтрации мал (сотые и тысячные доли м/сутки). Сжимаемость резко возрастает, сопротивление сдвигу снижается. Появляются новые специфические свойства: сцепление, пластичность, способность к набуханию и усадке при изменении влажности и др.

Из всего сказанного видно, что породы каждой зоны обладают своими вещественным составом и физико-механическими свойствами. Это определяет дифференцированный подход к ним при возведении на элювии различных промышленных и гражданских сооружений.

Например, при возведении тяжелых, ответственных сооружений (высотные дома, цеха) IV зону из-под основания обычно удаляют, в случае небольшой мощности пород III зоны, ее также снимают. Во II (глыбовой) цементируют наиболее крупные трещины. При строительстве более легких сооружений (4-6 этажных домов) можно ограничиться свайным фундаментом, а съема пород не производить.

Рассмотренное выше строение элювиальной толщи представляет собой идеальный случай. В действительности же те или иные горизонты могут получить незначительное развитие или вовсе отсутствовать. Это зависит от состава материнских пород, типа и стадии выветривания. Например, выветривание кварцевого песчаника на водорастворимом цементе (карбонатном, гипсовом) приводит к выщелачиванию последнего, в результате чего скальная порода (песчаник) превратиться в мелкообломочную (зернистую). Таким образом, элювиальная толща будет стоять из одной (третьей) зоны. В результате выветривания глинистых сланцев (аргиллитов) возникает элювиальная толща из двух горизонтов – из глыбовой и зоны тонкого дробления. В начальной стадии выветривания гранитов (базальтов) формируются первые две зоны (монолитная и глыбовая).

Оценивая со строительной точки зрения элювиальные образования можно отметить их следующие особенности:

- При выветривании пород наблюдается их разрыхление, размягчение, увеличение пористости, гидрофильности, изменение водопроницаемости и др. свойств. Поэтому элювиальные образования по своим свойствам обычно существенно отличаются в худшую сторону от подстилающих материнских пород.

- В засушливых районах, где испарение превышает количество выпадающих осадков, породы в зоне выветривания промываются слабо, поэтому в элювии накапливаются водорастворимые соли и происходит засоление пород, что существенно ухудшает их строительную оценку.

- В гумидных областях наблюдается понижение pH, что будет свидетельствовать о формировании кислой среды, весьма агрессивной по отношению к бетону и металлическим конструкциям.

- С элювием часто связаны верховодка или грунтовые воды, сильно осложняющие производство земляных работ.

- В зоне степей, лесостепей, реже полупустынь элювиальные отложения приобретают макропористость и трансформируются в лессовые разности с присущими им свойствами – легкой размокаемостью, размываемостью и просадочностью первого типа. Условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений на таких породах обычно сильно осложняются.

- В откосах элювиальные образования легко теряют устойчивость и приходят в движение – оползают, осыпаются, обваливаются.

Аллювиальные отложения (aQ) – продукты глубинной и боковой эрозии, которые переносятся речными водами и при благоприятных условиях аккумулируются, т.е. размывание пород на одном участке неизбежно приводит к седиментации на другом.

В зависимости от условий образования, вещественного состава и места их накопления аллювиальные отложения следует подразделять на русловые, пойменные и старичные.

Русловой аллювий образуется за счет разрушения дна и бортов долины речными водами. Они слагают дно русла и фундамент поймы, а также аккумулятивные террасы и являются наиболее распространенной разновидностью этого генетического типа. Мощность нередко составляет 1020 и более метров и обычно превышает пойменные и старичные отложения и часто служит естественным основанием даже тяжелых промышленных и гражданских сооружений.

Можно отметить следующие особенности русловых отложений:

- Среди них явно преобладает песчаные разности. Крупнообломочные и глинистые играют подчиненную роль. Причем, чем более мелкозернистым будет песок, тем он оказывается однороднее по крупности и минеральному составу с явным преобладанием кварца.

- Для этого генетического типа характерна косая линзовидная слоистость, обуславливающая неравномерную деформацию в основании инженерных сооружений.

- В общем случае наблюдается уменьшение дисперсности наносов с глубиной, что связано с развитием речной долины от юности до старости. Следовательно, с глубиной улучшаются механические свойства, и возрастает их обводненность.

- Иногда пески имеют малую плотность и при строительстве дают внезапные осадки, а при вскрытии их котлованами переходят в плывунное состояние.

- Верхняя зона русловой толщи постоянно перемещается вниз по течению и поэтому геологический разрез, полученный при инженерно-геологических изысканиях, даже через несколько лет может существенно измениться.

Пойменный аллювий образуется лишь в период весенних паводков и осенних ливневых дождей в пределах поймы. В его основании обычно залегает русловой аллювий. Мощность этих отложений, как правило, небольшая. Его состав и физико-механические свойства зависят от микрорельефа подстилающего слоя руслового аллювия. В понижениях рельефа образуются более глинистые разности к тому же обогащенные органикой, поэтому обладающие высокой гидрофильностью и сжимаемостью, малой прочностью.

На повышенных участках мощность пойменных отложений снижается, а гранулометрический состав будет более песчаный, отсутствует органика. Поэтому в этих отложениях прослеживается зависимость вещественного состава и физико-механических свойств от мощности слоя.

Литологически пойменные отложения чаще всего представлены пылеватыми суглинками или супесями. В них хорошо выражена горизонтальная слоистость, но по своим физико-механическим свойствам они в целом менее благоприятны, чем русловые отложения.

Старичный аллювий приурочен к замкнутым понижениям (старицам) в долинах рек, находящихся на стадии старости. Литологически они представляет собой переслаивание глинистого ила, сапропеля, торфа, заторфованных песков. Старичные отложения постоянно находятся в водонасыщенном состоянии. По своим физико-механическим свойствам они относятся к слабым разностям, анаэробная среда формирует в старицах агрессивную среду. В целом они относятся к неблагоприятным для размещения гражданских, промышленных и других сооружений. Поэтому при инженерно-геологических изысканиях следует определять местоположение стариц. Особенно сложно решать эту задачу, если на строительной площадке встречаются погребенные старицы.

Делювиальные отложения (dQ) представляют собой продукт плоскостной эрозии и практически всегда встречаются в приповерхностной зоне на бортах речных долин и у их подножия (за исключением обрывистых склонов), а также других косогоров. Литологически это супеси, суглинки, глины, нередко содержат включения полуакатанных обломков, а также линзы и прослои песка. Состав делювия определяется составом коренных пород, крутизны склона и климатом.

На пологих склонах сложенных коренными породами неустойчивыми к выветриванию (аргиллитами, алевролитами, мергелями, песчаниками на карбонатно-глинистом или железистом цементе) делювий более глинистый, однородный по гранулометрическому составу с небольшим количеством обломков. На крутых косогорах сложенных прочными обломками, устойчивыми к выветриванию, делювий менее глинистый и неоднородный по гранулометрическому составу.

В южных районах с аридным климатом, он обогащен карбонатами и гипсом, которые содержаться в виде цемента, отдельных кристаллов или крупных друз. Встречаются макропоры, нередко порода обладает просадочностью II типа.

В средних широтах (черноземная полоса) делювиальные отложения сцементированы карбонатами кальция и магния, относятся к лессовидным и нередко имеют незначительную просадочность I типа.

В гумидных областях делювиальные глинистые породы практически лишены водорастворимых солей и просадочностью не обладает.

Мощность делювия на пологих склонах большая (десятки метров), на крутых - незначительная (первые метры), но всегда закономерно возрастает вниз по склону. В основании склона часто образуются мощные шлейфы. Под ними могут залегать погребенные русловые, пойменные и старичные отложения.

Таким образом, из всего сказанного явствует, что делювиальные отложения по своему вещественному составу, состоянию и свойствам очень неоднородны. Однако их общей строительной особенностью является неустойчивое положение на склоне. Даже при незначительных внешних воздействиях они легко приходят в движение и оползают. Их устойчивость обусловлена следующими факторами:

- Крутизной склона. Однако, чем более пологий склон, тем больше мощность делювия на склоне. Если же склон крутой – делювий залегает только у подножия склона.

- Увлажнением делювия поверхностными или подземными водами. Чем больше влажность делювия, тем он менее устойчивость. Отсюда вывод: устойчивость оползневого склона меняется в зависимости от сезона. Максимальная активность оползней наблюдается весной во время снеготаяния и осенью, в период сильных и продолжительных осадков.

- Степенью глинистости делювия: наиболее устойчива супесь, наименее устойчива глина.

Пролювиальные отложения (pQ) – это рыхлые образования, возникающие в результате переноса и отложения временными потоками продуктов выветривания пород. Они распространены, главным образом, у подножия гор и образуют конуса выноса в устье горных рек. Со временем в результате их слияния формируются пролювиальные шлейфы. К этому генетическому типу относятся, главным образом, отложения селевых потоков.

Механизм образования пролювиальных отложений и форма их залегания следующие: бурные грязекаменные потоки, выходя из гор на равнину, быстро теряют живую силу и сгружают весь переносимый ими материал, формируя конус выноса. При этом у подножия гор отчетливо прослеживаются чередование повышений и понижений рельефа, придающие поверхности волнообразный вид. Повышенные участки, представляющие собой конусы выноса временных потоков. Они обычно сложены крупнообломочными материалами. Понижения являются межконусными депрессиями, которые постепенно заполняются наиболее легкими пылевато-глинистыми продуктами твердого стока селевого потока.

По мере удаления от гор крупность обломков в пролювиальной толще закономерно уменьшаются – галечники меняются последовательно гравием, песками и пылевато-глинистыми отложениями. Причем эта смена идет неравномерно, нередко языки и прослои крупного материала вклиниваются в более дисперсные отложения. Такая текстура влияет на прочность и сжимаемость толщи в основании инженерных сооружений, на устойчивость пород в откосах, обуславливает сильную изменчивость водопроницаемости. Кроме того, в крупнозернистых прослоях нередко содержаться высоконапорные воды, весьма осложняющие производство земляных работ.

Можно указать следующие особенности пролювиальных отложений:

- В центральных частях конусов выноса встречаются весьма крупные обломки скальных пород (d=1-3 м) с постепенным переходом в периферийных зонах к пылевато-глинистым разностям.

- Вследствие быстро и короткого переноса материала практически отсутствует окатанность и сортировка обломков.

- Слоистость неясновыраженная, грубая, линзовидная.

- Мощность пролювиальной толщи обычно большая (десятки и даже сотни метров).

- Гидрогеологические условия. Поверхностный водоток, достигая конуса выноса легко инфильтруется до первого водонепроницаемого слоя, и дальше движется к внешнему краю конуса выноса в виде грунтового потока. У периферийной части конуса этот поток встречает пылевато-глинистые малопроницаемые отложения и выходит на поверхность. Поэтому здесь располагается зона многочисленных источников или обширных заболоченных территорий, так называемая «зона Кара-су». Указанной закономерностью изменения вещественного состава и гидрогеологических условий в области развития пролювиальных отложений обусловлена зональность их инженерно-геологических условий. У основания конусов выноса, где преобладают хорошо проницаемые крупнообломочные отложения, характеризующиеся высокой прочностью и малой сжимаемостью, грунтовые воды залегают на большой глубине. Этот участок наиболее пригоден для застройки. Недостатком является лишь возможность возникновения неравномерных деформаций обусловленных неоднородностью гранулометрического состава этих отложений.

В «зоне Кара-су» строительные свойства водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов значительно хуже. Кроме того, здесь часто наблюдается заболоченность и засоление грунтов.

Лессы – это особая разновидность глинистых грунтов. Происхождение их может быть различное: эоловые, пролювиальные, делювиальные и даже аллювиальные. Цвет палево-желтый, на 60-90% они состоят из пылеватой фракции, естественная влажность небольшая 8-12%, пористость больше 50%. Кроме микропор, характерных для всех глинистых пород имеются и макропоры, видимые простым глазом (d>1 мм). Несмотря на высокую пористость, они обладают значительной прочностью, которая обусловлена цементацией частиц водорастворимыми природными цементами – карбонатным, сульфатным, галоидным. Их важнейшим строительным свойством является просадочность – даже при незначительном увлажнении они самопроизвольно уменьшаются в объеме, а на дневной поверхности появляются замкнутые понижения глубиной 0,5-1,0 и более метра, в зависимости от мощности лессов и зоны ее увлажнения. Распространены лессы в регионах с аридным климатом.

Второй их особенностью следует считать высокую размываемость, поэтому в районах их распространения много оврагов.

Торф – это порода, состоящая в основном из полуразложившихся растительных остатков (мха, тростника, древесины и т.д.). Торф низинных болот содержит песчано-глинистую примесь.

В природных условиях торф полностью водонасыщен. Встречается только на болотах. По физико-механическим свойствам относиться к слабым разностям. Характеризуется высокой гидрофильностью, его естественная влажность составляет сотни и даже тысячи процентов, прочность низкая, сжимаемость очень высокая.

В болотах аккумулируются, атмосферные и талые воды, поэтому они являются источником питания подземных и поверхностных вод.

Под действием дренажных систем на болотах приповерхностная зона торфяника нередко высыхает. Это приводит в засушливое лето к возникновению на болотах пожаров, которые могут продолжаться по несколько месяцев и сопровождаться тяжелыми, иногда катастрофическими последствиями.

Строительство на болотах обычно проводиться по индивидуальным проектам, чаще всего используются песчаные подушки.

Моренные отложения (gQ) образованы действием ледника. При своем движении ледники производят огромную разрушительную работу. Продукты разрушения в большинстве случаев увлекаются ледником и переносятся на большие расстояния. При таяниях ледника весь переносимый материал откладывается на дневной поверхности образуя отложения называемые мореной. В виду того, что транспортировка производится с помощью льда, а не воды, в морене совершенно отсутствует сортировка, окатанность материала, а также слоистость. Вещественный состав морены разнообразный. Чаще всего это пески, супеси или суглинки с повышенным содержанием полуокатанных обломков. Нередко они представляют собой валунно-галичники с песчанно-супесчанным заполнителем, причем даже в пределах небольшого участка наблюдается незакономерное изменение ее вещественного состава, как по глубине, так и по простиранию. Все это обуславливает неоднородность инженерно-геологических условий. В региональном же масштабе прослеживается зависимость ее вещественного состава от подстилающих пород и удаленности от центра оледенения.

Учитывая вещественный состав и условия образования можно отметить следующие строительные особенности моренных отложений:

- Поскольку в образовании морены решающую роль играет механическое воздействие льда (истирание). Причем этот процесс происходит при низких (отрицательных) температурах препятствующих развитию химического выветривания, поэтому морена состоит из первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды, роговой обманки и т.д.). Даже глинистые частицы (d<0,005 мм) представлены в основном не глинистыми минералами, а тонкодисперсным кварцем, слюдой (серицитоподобным минералом). Такой состав морены обуславливает ее низкую гидрофильность, даже при высокой дисперсности частиц.

- В виду того, что транспортировка исходного материала производится не водой, а льдом в морене практически отсутствует дифференциация обломков и частиц. Поэтому для нее характерен весьма неоднородный гранулометрический состав, что способствует плотной упаковке частиц, а, следовательно, низкой пористости и малой сжимаемости.

- Отсутствие водорастворимых солей и органического вещества. Первое препятствует цементации частиц, а второе способствует низкой гидрофильности породы.

- Высокую изменчивость вещественного состава, как по глубине, так и по простиранию, что обуславливает возникновение неравномерных деформаций инженерных сооружений.

- Наличие в моренной толще изолированных песчаных линз или карманов, содержащих напорную воду.

- Высокую плотность грунта, что связано в первую очередь с уплотняющим давлением льда, и неоднородным составом морены, следствием является большая прочность и малая сжимаемость.

- Невыветрелые моренные отложения, обладающие естественным сложением при дополнительном увлажнении, практически не изменяются своей консистенции, что обуславливает их высокой плотностью сложения. При нарушении ее (в результате земляных работ, при использовании морены для отсыпки насыпи, планировки рельефа и т.д.) супесчано-суглинистая морена легко размокает, переходя в текучее состояние, что обусловлено ее высокой пылеватостью.

- Супесчано-суглинистые разности при замерзании пучиняться, особенно при близком залегании к поверхности подземных вод.

В целом моренные отложения могут служить надежным естественным основанием даже для тяжелых инженерных сооружений. Однако, в отдельных точках, с ней могут быть связаны определенные трудности. Чаще всего это бывает связано:

- с наличием крупного валуна (d>1 м), встреченного на отметке естественного основания проектируемого сооружения;

- местного скопления гравия или галечника;

- наличие в морене «окон» с выходом на отметку фундамента проектируемого сооружения слабых межморенных или подморенных отложений.

Поэтому в каждом конкретном случае строительства тяжелых сооружений чувствительных к неравномерным деформациям следует предусматривать тщательные инженерные-геологические исследования участка застройки.

Речно-ледниковые отложения (fgQ) образуются на последней стадии существования ледника, когда талые воды при своем движении в теле ледника захватывают большое количество обломочного материала. При выходе из ледника эти потоки освобождаются от значительной части обломков, образуя морену. Далее талые воды растекаются на значительные пространства в виде неконцентрированных потоков, содержащих во взвешенном состоянии, главным образом, песчаные и пылеватые частицы. Отложения этих временных неконцентрированных приледниковых потоков, образованных за счет переработки морены, и называются речно-ледниковыми или зандровыми.

Обширность зандровых полей (сотни и тысячи кв. км.) можно объяснить не только многоводностью потоков талых вод, но также отсутствует выработанных долин. Последнее приводило к блужданию потоков на больших площадях. Этому способствовало также мерзлое состояние грунта, а отсюда затрудненная его размываемость и малая водопроницаемость, последнее препятствовало инфильтрации талых вод. По мере передвижения (отступания) края ледника зона накопления этих отложений также перемещалась, увеличивая площадь их распространения.

Литологически речно-ледниковые отложения чаще всего представлены разнозернистыми пылеватыми песками, рыхлого сложения, реже гравийно-галечниками.

Этот генетический тип обладает следующими особенностями:

- В связи с небольшой дальностью транспортировки для этих отложений характерен полиминеральный состав (кварц, полевой шпат, слюда, роговая обманка и др.), значительная угловатость обломков и частиц и слабая их сортировка.

- Суровый климат препятствует проявлению химического выветривания и развитию растительности, поэтому эти отложения лишены водорастворимых солей, а, следовательно, цементации, и органических коллоидов. Они имеют низкую гидрофильность и малую способность к адсорбции. Их водопроницаемость значительна.

- Имеют довольно грубую, часто косую слоистость.

- Их пористость в естественном залегании очень высокая, а плотность малая.

- При статических нагрузках они обладают невысокой сжимаемостью. В то же время, вследствие высокой пористости, при динамических воздействиях легко уплотняется, а несущая способность естественного основания возрастает.

- При вскрытии этих грунтов котлованами ниже уровня грунтовых вод, они легко переходят в плывунное состояние. Работа экскаваторов в таких котлованах обычно сопряжена со значительными трудностями, т.к. машины вязнут в размягченном верхнем слое.

Озерно-ледниковые отложения (lgQ) чаще всего они представлены ленточными глинами. Их отличительной особенностью является ясно выраженная ленточная текстура, обусловленная закономерным чередованием песчано-пылеватых и глинистых слоев. Каждая пара слоев образует ленту, общая мощность которой обычно не превышает 1 см.

Образование этих грунтов происходило в ультрапресных приледниковых озерах, куда сносились талыми водами продукты размыва морены. Песок и пылеватые частицы выпадали в осадок летом даже при сильном волнении, а более легкие глинистые частицы находились во взвешенном состоянии. В зимний период поверхность озера покрывалась льдом, движения воды в озере прекращалось, и начиналась седиментация глинистых частиц. Таким образом, в течение годы возникали два слоя, которые получили название «лента».

Эти отложения после своего образования значительное время находились на дне водоема, где постепенно перекрывались более молодыми осадками, обычно незначительной мощности. Из-под уровня воды ленточные глины в результате колебательных движений земной коры начали выходить совсем недавно (1-2 тыс. лет до н.э.). Следовательно, ленточные глины являются достаточно молодыми образованиями, и еще не подверглись сколько-нибудь значительному гравитационному уплотнению. Литификация их, по сути, только началась, поэтому они по своим физико-механическим свойствам относятся к слабым грунтам.

Важнейшей строительной особенностью ленточных глин является высокая «чувствительность». Если внешняя нагрузка будет меньше прочности их структурных связей, природная прочность может быть относительно высокой, и они без значительных деформаций выдерживают нагрузки 0,20-0,25 МПа, но если нагрузка превышает прочность природного каркаса, происходит снижение прочности в 3-5 раз и более.

Учитывая высокую «чувствительность» ленточных глин к нарушению природного сложения, можно рекомендовать следующую технологию производства земляных работ:

- Не допускать нарушения естественного сложения и состояния грунта в результате его промораживания, обводнения, вибрационных нагрузок.

- Не прибегать к трамбованию или втрамбовыванию в него щебня или гравия. Практика показывает, что подобные мероприятия вызывают его разжижение.

- Если грунт на дне котлована окажется поврежденным (в результате увлажнения, промораживание и т.д.), то перед кладкой фундамента этот слой необходимо удалить ручным способом.

- При сильно влажных грунтах рекомендуется устраивать подушку толщиной до 0,15 м из крупнозернистого песка или гравия, разравнивая его без трамбования.

- Заметно улучшить несущую способность ленточных глин можно с помощью дренажных устройств. Правда снижение уровня подземных вод вокруг котлована обычно вызывает некоторое оседание дневной поверхности, что может сильно деформировать расположенные поблизости сооружения.

Озерные отложения (lQ). Озера представляют собой замкнутые углубления на поверхности земли, заполненные нетекучей водой, не имеющие непосредственной связи с морем.

Несмотря на разнообразие озер по их генезису, глубине и площади распространения, солености воды и другим показателям, можно выделить и ряд общих признаков:

- среди них распространены крупнообломочные, песчаные, глинистые разности, а также торф и заторфованные грунты;

- формируются они как за счет абразивной деятельности озер, так и за счет привноса твердого стока, впадающих в озера рек;

- наблюдается определенная закономерность в распределении осадков.

В частности, к прибрежной зоне приурочены крупнообломочные разности, по мере удаления от уреза воды они последовательно сменяются песками, а затем глинистыми отложениями. Последние явно преобладают. Для глинистых отложений характерны:

- тонкая горизонтальная слоистость, хорошо выдержанная по простиранию;

- повышенное содержание органики;

- иногда встречающиеся прослойки торфа и сапропеля.

Поэтому в целом отложения пресноводных озер относятся к слабым.

Морские (нескальные) отложения (mQ) – это рыхлые породы, образующиеся при разрушении морскими водами береговой полосы прибоем, а также приносимые реками. По вещественному составу они подразделяются на обломочные, песчаные и глинистые.

Обломочные состоят из окатанных обломков; в виде заполнителя почти всегда содержат более мелкие частицы (песчаные, пылеватые, глинистые), который оказывает влияние на водопроницаемость, сжимаемость и т.д. Отсутствует заполнитель только в хорошо отсортированных и промытых отложениях, которые образуются в прибрежной зоне под влиянием прибоя, приливов или в области шельфа под воздействием морских течений, уносящих мелкий материал. Крупные обломки в большинстве случаев состоят из наиболее устойчивых и прочных пород (магматических, метаморфических). Оценивая их строительные свойства, следует отметить, что чаще всего они малосжимаемы, и в то же время, могут обладать пониженным сопротивлением сдвигу, вследствие того, что гальки и даже валуны имеют гладкую отполированную поверхность.

В общем же среди морских отложений крупнообломочные породы играют довольно скромную роль. В современных морях они распространены вдоль морских берегов или в устьях рек.

Песчаные разности образуются лишь при поступлении в морской бассейн в достаточном количестве песчаной фракции за счет выноса их реками или вследствие размыва песчаных берегов; при наличии соответствующих гидродинамических условий, препятствующих седиментации более тонких глинистых частиц или обеспечивающих вынос их из ранее образовавшихся осадков. Эти условия создаются под влиянием прибоя, волнения, донных течений, а также приливов и отливов, когда скорость движения воды небольшая (около 1 км/час).

Среди морских песков преобладают кварцевые разности, нередко с различными примесями. В частности, примесь слюды снижает угол естественного откоса, сопротивление сдвигу, несколько увеличивая их гидрофильность.

Пески, сформировавшиеся в мелководных условиях, особенно в зоне прибоя, как правило, имеют плотное сложение и невысокую сжимаемость. Глубинные пески часто характеризуются рыхлым сложением и склонностью давать большую и быструю осадку при динамических нагрузках.

Повышенная соленость морских вод способствует возникновению в морских песках цементации. Между песками (несвязными разностями) с одной стороны и песчаниками (скальными грунтами) с другой располагается ряд переходных типов с промежуточными свойствами (слабо сцементированные пески, рыхлые песчаники). Характерным свойством песков (не имеющих цементации) является отсутствие сцепления между зернами, поэтому сопротивление их сдвигу обуславливается только силой трения между ними.

Свойства сцементированных разностей (песчаников) зависят в основном от состава цемента и характера цементации. Кроме того, цементация увеличивает прочность породы и уменьшает ее пористость. Она может быть сплошной, охватывающей значительные по мощности и площади распространения толщи песчаников или частичной. В последнем случае сцементированные участки могут залегать в толще песка в виде прослоев или отдельных линз. Подобное геологическое строение иногда является причиной возникновения неравномерных деформаций в основании возводимых инженерных сооружений.

Глинистые отложения образуются во всех областях морского бассейна, где скорость движения воды не превышает 0,25 м/сек. и нет привноса более крупных фракций (пылеватых, песчаных, гравелистых и т.д.).

Среди морских образований встречаются глинистые разности на всех трех стадиях своего развития – илы, пластичные, размокающие и наконец камнеподобные неразмокающие.

Илы представляют собой молодые, преимущественно современные осадки. Встречаются они, главным образом на дне водоемов или в непосредственной близости от них. Обычно они находятся в скрыто-текучем состоянии, обладают огромной сжимаемостью, малой прочностью, т.е. по своим физико-механическим свойствам илы относятся к слабым разностям.

Большинство глинистых отложений морского генезиса, залегающих в пределах платформ, находятся на второй стадии своего развития.

Специфика морской среды, обуславливает своеобразие их вещественного состава и свойств. В частности, при выносе глинистых частиц речными водами в морской бассейн, происходит резкая смена солености воды. Вследствие чего начинается активная коагуляция глинистых частиц и образующийся на дне морского водоема осадок приобретает специфическое ячеистое строение, поэтому для глинистых пород морского генезиса характерна значительная пористость и влажность. В то же время повышенная соленость порового раствора является причиной возникновения некоторой цементации породы, а, следовательно, увеличения ее природной прочности, несмотря на значительную пористость и влажность. По этой же причине «чувствительность» глинистых пород морского генезиса мала.

Специфический физико-химический, в частности, газовый режим морских бассейнов, обуславливает образование в глинистых отложениях нестойких минералов (пирита, марказита, глауконита, троиллита, вивианита и др.). Попадая в окислительную среду, они быстро разлагаются, способствуя интенсивному образованию зоны выветривания. В частности, в Подмосковье в тугопластичных оксфордских глинах юрского периода при вскрытии их котлованами за 1 год образуется выветрелая зона мощностью до 3-4 метров. Морская среда способствует образованию в глинистом осадке минерала монтмориллонита, для которого характерна тесная обратная зависимость прочности от влажности. Поэтому на косогорах, сложенных морскими глинами монтмориллонитового состава часто возникают крупные оползни.

Эоловые пески (eoQ). Наиболее интенсивно геологическая работа ветра проявляется в песчаных пустынях, полупустынях, а также по берегам морей и заливов за счет переработки ветром пляжевых песков.

Литологически – это тонкозернистые пески, чрезвычайно однородные (фракция d=0,1-0,05 мм составляет 95-98%), кварцевого состава, рыхлые маловлажные. Кварцевый состав материнской породы и острый дефицит влаги препятствует развитию на них дернового покрова и создает благоприятные условия для перемещения песка даже при небольшой скорости ветра.

Особенно опасны для инженерных сооружений, окружающей среды, состояния здоровья человека песчаные бури при которых эоловые пески переносятся ветром на десятки и даже сотни км. Общий объем переносимой песчаной массы могут составлять 20-25 куб.км., а площадь распространения – тысячи и даже десятки тысяч кв.км.

На ограниченных участках сопоставимых со строительными площадками, отдельными сооружениями или их комплексами (поселок, город) геологическая работа ветра проявляется в разрушительной или созидательной форме в зависимости от рельефа местности и чаще всего формирует грядовые формы рельефа (барханы, дюны).

На участках, где средняя скорость ветра превышает 4,0-4,5 м/сек. происходит преимущественно разрушительная работа ветра и вынос захваченного материала (корразия, дефляция).

При средней скорости ветра от 2,5 до 4,0 м/сек. идет перевевание песков, а в пониженных участках, где средняя скорость ветра не превышает 2,5 м/сек. происходят заносы расположенных здесь сооружений. Эоловое выдувание наиболее энергично происходит с наветренной стороны, а занос сооружений - совершается на их подветренной части.

Меры борьбы с песчаными заносами зависят от региона. Для их закрепления можно использовать методы технической мелиорации (полимеризацию, цементацию, силикатизацию, битумизацию). Однако лучшим способом является посадка кустарниковой и травяной растительности.

 

Вопрос 3. Охарактеризуйте гидрогеологические условия участка с выделением и описанием всех водоносных горизонтов и освещением влияния каждого из них на инженерно-геологические условия.

 

Подземными называются воды, содержащиеся в толще пород (в порах, трещинах, карстовых пустотах). Они являются важнейшими элементами окружающей среды и оказывают огромное влияние на строительную и экологическую оценку местности. Влияние подземных вод в функционировании окружающей среды и в жизни человека проявляются в следующих формах:

- они способствуют выветриванию пород (замерзающая в трещинах подземная вода оказывает расклинивающее воздействие на стенки трещин, в результате чего происходит механическое разрушение скальных пород; при активном участии подземных вод в скальных породах происходит окисление, гидратация, выщелачивание, следствием чего является разложение пород и трансформация их из скальных в песчано-глинистые);

- питают поверхностные водоемы и водотоки;

- формируют многие элементы рельефа (слепые долины, суффозионные и карстовые воронки, аласы, просадочные блюдца и др.);

- изменяют вещественный состав и физико-механические свойства многих пород. В частности, в результате выпадения солей из подземных вод, песок превращается в песчаник, при увеличении влажности глинистых пород снижается их прочность, повышается сжимаемость, иногда увеличивается объем;

- подземные воды являются причиной возникновения ряда геологических процессов (карста, суффозии, плывунности, заболачивания, просадок в лессах, способствуют развитию оползней, пучению, грунтовым наледям);

- они являются составной частью почвы и, таким образом, формируют защитную оболочку для нижележащих слоев от развевания, размывания, высыхания и других форм выветривания;

- подземные воды осложняют производство земляных работ;

- создают агрессивную среду в грунтовой толще, тем самым, способствуя разрушению подземных частей зданий и сооружений, а также выводу из строя подземных коммуникаций;

- принимают активное участие в миграции продуктов загрязнения, следствие чего являются кислотные дожди;

- способствуют возникновению патогенных зон. С последними могут быть связаны вспышки эпидемий инфекционных болезней (дизентерия, холера и т.д.);

- подземные воды используются в качестве источника питьевого, хозяйственного и промышленного водоснабжения.

Подземные воды в природных условиях обычно встречаются в виде водоносных горизонтов. Это слой или часть слоя горных пород, определенного вещественного состава, все поры (трещины), которого заполнены свободной (гравитационной) водой. Верхняя граница горизонта именуется зеркалом, нижняя – водоупорным ложем.

Между зеркалом грунтовых вод и дневной поверхностью располагается зона аэрации. Здесь содержиться капиллярная, почвенная, а также парообразная вода.

Для оценки водоносных горизонтов с инженерно-геологической точки зрения важны следующие параметры:

- глубина залегания, мощность и область распространения данного горизонта;

- вещественный состав и генезис водовмещающих пород;

- состав подстилающего водоупорного слоя;

- наличие или отсутствие водоупорной кровли;

- водопроницаемость водоносного слоя, характеризующийся коэффициентом фильтрации;

- направление движения подземных вод (для этого необходимо установить положение в пространстве области питания и дренажа);

- химический состав и степень минерализации воды. О них можно судить по химическому составу и растворимости водовмещающих пород, а также возможности их загрязнения;

- возможность использования подземных вод данного горизонта для водоснабжения;

- дать прогноз последствий техногенных воздействий на подземные воды данного участка (длительный отбор воды, сброс в грунтовую толщу промышленных или хозяйственно-бытовых стоков и т.д.).

 

Важнейшие типы подземных вод. При инженерно-геологических изысканиях наиболее часто выделяют следующие типы подземных вод, резко различающиеся по своему влиянию на строительную оценку местности: верховодка, грунтовые, артезианские и трещинные воды.

Верховодкой называется первый от поверхности не постоянно действующий ненапорный водоносный горизонт. Обычно он располагается на небольшой глубине (до 1,5 – 2,0 м) и приурочен к поверхности линз водонепроницаемых пород, залегающих в зоне аэрации. Образованию верховодки способствует также многочисленные понижения, ямы, старые котлованы, оставшиеся от прежних земляных работ и засыпанные в настоящее время отвалами строительного мусора.

Этот тип подземных вод характеризуется исключительно неустойчивым режимом, возникает во время дождей, снеготаяния, выхода из строя водонесущих коммуникаций, легко загрязняется с поверхности. Верховодка представляет значительную опасность при строительстве. Она может вызвать подтопление подземных частей зданий и сооружений, а также явиться причиной возникновения некоторых геологических процессов (пучения, наледей). Ее отрицательное влияние особенно ощутимо вследствие того, что при инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка далеко не всегда обнаруживается, поэтому на городских территориях для устранения негативного влияния верховодки применяется дренаж, который проводиться не только вокруг отдельных зданий, но и на значительных территориях, примыкающих к строительным площадкам.

Грунтовые воды – это первый от поверхности постоянно действующий, ненапорный водоносный горизонт, он является наиболее распространенным и характеризуется следующими особенностями:

- Обладает свободной поверхностью (зеркалом грунтовых вод), т.к. сверху отсутствует водоупорные слои. Положение зеркала в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Глубина залегания грунтовых вод изменяется от 1 до 30 м и зависит от рельефа, но обычно не превышает 10 м.

- Питание осуществляется за счет атмосферных осадков, перетока речных вод и т.д.

- Их режим довольно изменчив, но по сравнению с верховодкой более стабилен. Область питания практически совпадает с областью распространения. Из-за отсутствия водоупорной кровли, грунтовые воды могут достаточно легко загрязниться с поверхности;

- Являются причиной возникновения многих геологических процессов (пучение, наледи, заболачивание, карст, суффозия, оползни, оплывание);

- Осложняют, вследствие неглубокого залегания, производство земляных работ, что является причиной подтопления подземных частей зданий, месторождений природных строительных материалов.

- Используются в качестве источника водоснабжения для небольших водопотребителей.

 

Особенности некоторых типов грунтовых вод.

Грунтовые воды аллювиальных отложений приурочены к речным долинам. Наиболее распространенной разновидностью их являются подрусловые потоки. Питание осуществляется, главным образом, за счет речных вод, а также дренирования водоносных горизонтов, перехватываемых долиной, меньшую роль играют атмосферные осадки.

Водовмещающими породами обычно являются русловые отложения. В основном они представлены песками разной крупности. Следует учитывать их частую литологическую изменчивость, как по глубине, так и по простиранию, что обуславливает высокую изменчивость их водопроницаемости и водоотдачи в пространстве. Следовательно, и дебит из отдельных разведочных скважин, расположенных друг от друга даже на небольшом расстоянии, может сильно различаться.

Наиболее перспективными следует считать переуглубленные участки долин. Нередко к ним приурочены мощные грунтовые потоки с расходами воды, составляющими десятки тысяч куб.м./сутки. Приуроченные к ним водоносные горизонты нередко используются в качестве источника для водоснабжения высококачественной питьевой водой даже для крупных водопотребителей.

Учитывая, что воды аллювиальных отложений тесно связаны с водами открытых водоемов и не защищены с поверхности от загрязнения, особое внимание следует обращать на качество последних.

Грунтовые воды ледниковых отложений широко распространены в пределах западной и северо-западной части России. Моренные валунные суглинки и глины, а также ленточные глины служат региональным водоупором для грунтовых вод, водовмещающей породой являются флювиогляциальные пески, а иногда гравийно-галечники, слагающие зандровые поля, озы и камы.

Обильное питание данных водоносных горизонтов обусловлено значительным количеством атмосферных осадков при малой испаряемости в сочетании с равнинным рельефом местности, который активизирует инфильтрацию атмосферных осадков. Кроме того, флювиогляциальные пески поглащают не только атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на площади их распространения, но и воды, стекающие с прилегающих возвышенностей, сложенных моренными суглинками. При значительной площади распространения и большой мощности флювиогляциальных песков в районах с влажным климатом создаются благоприятные условия для накопления в них значительных статических запасов грунтовых вод. Последние обычно пресные или слабо минерализованные обладают удовлетворительным качеством. Они широко используются для водоснабжения городов и промышленных центров с водопотреблением до 800 тысяч куб.м./сутки. Глубина скважин, расчитанных на эксплуатацию этих водоносных горизонтов не превышает 60-100 метров, дебит скважин достигает 1000-2000 куб.м./сутки.

Болотные воды формируются преимущественно в низинных болотах, образующихся в результате заболачивания водоемов (озер, стариц, лагун и т.д.). В результате неполного разложения болотной растительности, ухудшаются органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения: вода приобретает желтоватую окраску, затхлый запах, неприятный вкус.

Болотные воды имеют кислую реакцию (pH=2–6) и поэтому агрессивны по отношению к бетону и металлическим конструкциям.

В низинных болотах может происходить эфтрофикация воды при поступлении в них канализационных, хозяйственно-бытовых стоков или смыва атмосферными водами с сельскохозяйственных угодий фосфорных удобрений. Следствием является увеличение биомассы, что приводит к существенному ухудшению качества этих вод.

В болоте нередко создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов (бактерий, вирусов, микозов). Продукты жизнедеятельности некоторых из них обладают высокой токсичностью или относяться к патогенным.

В целом, болотные воды нельзя считать благоприятными источниками для питьевого, промышленного или хозяйственного водоснабжения.

Грунтовые воды конусов выноса играют весьма существенную роль в водоснабжении различных объектов народного хозяйства в южных, преимущественно в горных, районах страны, характеризующихся аридным климатом и значительным дефицитом пресной воды.

В горных реках с периодом паводков связано формирование селевых потоков, последствия которых носят катастрофический характер. При выходе из гор на равнину такие реки выносят и откладывают огромное количество крупнообломочного и песчано-пылеватого материала, образующего конуса выноса, которые формируют обширные предгорные равнины, сложенные с поверхности пролювиальными отложениями.

Обильное питание за счет речных вод, хорошая водопроницаемость и огромная мощность (десятки и даже сотни метров) пролювиальных отложений способствует накоплению в них весьма значительных запасов пресных подземных вод.

Этот тип водоносного горизонта широко распространен не только у подножия гор, но и в замкнутых межгорных котлованах.

Артезианские – это подземные воды, залегающие между водонепроницаемыми слоями и обладающие напором, который обусловлен разностью уровней в областях питания и разгрузки. В зависимости от характера вмещающих пород они могут быть поровыми или трещинными.

Залегают артезианские воды обычно на значительных глубинах (многие десятки и даже сотни метров) и приурочены чаще всего к синклинальным складкам. Площадь их распространения не совпадает с областью питания и, как правило, большая (сотни, а чаще тысячи кв. км.).

Почти каждый крупный артезианский бассейн содержит воды различного состава: от пресных гидрокарбонатно-кальциевых до хлоридно-натриевых рассолов.

Пресные воды распространены в области питания и образуются в результате инфильтрации в грунтовую толщу атмосферных осадков. Рассолы связаны с водами древних морских бассейнов и встречаются в наиболее глубоких участках водоносной толщи, для которых характерен затрудненный водообмен. Таким образом, в распределении вод различной минерализации наблюдается определенная зональность. Но в каждом конкретном случае химический состав и степень минерализации подземных вод зависит от соотношения площади питания и распространения водоносных пластов, а также от интенсивности питания.

В связи со значительной глубиной залегания артезианских вод, они, как правило, не ухудшают физико-механические свойства пород в пределах воздействий на них человека и не осложняют производство земляных работ.