Теория и практика проектирования фундаментов зданий и сооружений

       

ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА


Южные районы континентальной части Дальнего Востока расположены южнее зоны распространения вечномерзлых грунтов (с севера), севернее границы с КНР (с юга) и занимают юго-восточную часть Амурской области, южные и восточные районы Хабаровского и Приморского краев.

1.1. Рельеф

Бассейн реки Амур, в пределах которого расположены названные районы, в целом может быть охарактеризован как горная страна [1]. Основная часть территории, тяготеющей к рекам Амур и Уссури, представлена равнинным рельефом. Это Амуро-Зейская, Средне-Амурская, Нижне-Амурская и Приханкайская равнины, а также долины рек Уссури и РаздольнОЙ. Рельеф в междуречье Зеи и Тунгуски сложен горами Малого Хингана и западными отрогами Буреинского хребта. Такой же рельеф развит и по правобережью р.Уссури, в междуречье Хора и Алдана и сложен западными отрогами Сихотэ-Алиньского хребта.

Амуро-3ейская равнина в своей западной части возвышенная с абсолютными высотами 300–480 м над уровнем моря, а в восточной – плоско-увалистая, с абсолютной высотой 200–250 м. Густая овражно-балочная сеть, расчленяющая водоразделы, создает сложный плоско-холмистый и грядово-увалистый рельеф. Долины рек широкие заболоченные, с глубиной вреза до 80–100 м. Здесь распространены широкие поймы и террасы рек Зеи и Амура высотой от 1–2 м (пойма) до 60–80 м.

Средне-Амурская равнина – это низкая (от 45 до 100 м абсолютной высоты) территория с несколькими уровнями речных террас и обширной поймой шириной до 10–30 км. Поверхность равнины плоская, неглубоко расчленена долинами рек. По ее периферии местами разбросаны горные хребты (Большой и Малый Хехцир) высотой до 600–950 м, группы мелкосопочника (Волочаевская сопка, Хабаровские, Воронежские, Львовские, Матвеевские высоты). Равнина дренируется Амуром и его многими притоками.

В южной части рассматриваемой территории, где располагается Приханкайская равнина, долины рек Уссури и Раздольной, рельеф представлен низменными аккумулятивными плоскими участками с редкими сопками или грядами холмов.
Преобладают абсолютные высоты до 50–80 м.



1.2. Климат





Территория расположена на стыке двух климатических областей: Восточно-Азиатской и Сибирской. В связи с этим, ее климат носит муссонно-континентальный характер.

В Амуро-Зейской равнине, расположенной в западной части Приамурья, зимы холодные малоснежные, мощность снежного покрова до 10–50 см. Средняя температура воздуха в январе колеблется от –24 до –32 оС. Лето облачное, дождливое. Средняя температура воздуха в июле до 16–19 оС. С июля по сентябрь выпадает 400–500 мм осадков. Это составляет 80% их годового количества. Суровые климатические условия способствуют глубокому промерзанию грунтов: до 3–4 м. Вблизи Благовещенска обнаружены периодически возникающие перелетки мерзлоты [1, 2]. Значительной суровостью отличается климат южной части Хингано-Буреинского горного района, прилегающего к долине Амура. Здесь наблюдаются отрицательные среднегодовые температуры воздуха от 0 до –20 оС, большие годовые и суточные контрасты температур и значительное количество осадков (650–800 мм). Большая часть осадков (до 80%) выпадает в теплый период года и вызывает паводки, иногда – наводнения на реках. В долинах рек распространены многолетнемерзлые грунты мощностью не более 3–5 м. В долине реки Амур мерзлые грунты отсутствуют.

В Средне-Амурской равнине среднегодовая температура воздуха составляет +1 оС, среднегодовое количество осадков – 570–800 мм. Зима холодная с ясной погодой. Средняя температура воздуха в январе минус 21–23 оС. Мощность снежного покрова менее 30 см. Лето теплое, дождливое. Средняя температура воздуха в июле 18–21 оС. Суровая зима, маломощный снежный покров способствуют глубокому (до 2–3 м) сезонному промерзанию грунтов [1, 2].

Самый теплый климат на рассматриваемой территории в Приханкайской равнине наблюдается в долине рек Уссури и Раздольной. Зима сухая, ясная, холодная. Лето пасмурное, дождливое. Среднегодовая температура воздуха колеблется от 2 до 3,5 оС. Наиболее холодный месяц – январь, среднемесячная температура которого составляет минус 17–19 оС.


Годовая сумма осадков составляет 500– 860 мм, тогда как испаряемость составляет 500–750 мм. В летне-осенний период выпадает 60% осадков. Мощность снежного покрова 20–40 см. Маломощный снежный покров способствует сравнительно глубокому (110–180 см) промерзанию грунтов [1, 32].



1.3. Грунты



В этом подразделе дается характеристика рыхлых и связных грунтов четвертичного периода, которые являются продуктом геологической деятельности озер, болот, рек или выветривания скальных и полускальных образований и служат основаниями зданий и сооружений.

В пределах Амуро-Зейской равнины

широко распространены аллювиальные, озерно-аллювиальные, аллювиально-озерные отложения, залегающие на более древних породах. Они отмечаются повсеместно, слагая поймы и I–Y надпойменные террасы рек Амура, Зеи, Томи, Завитой и их притоков. Это в основном пески с высоким содержанием гравия и гальки, суглинки и глины [1, 3].

Галечники, залегающие обычно в нижней части разреза аллювиальных отложений, имеют косослоистую текстуру. Заполнителем является гравелистый песок, содержание которого может достигать 50%. Сложение галечников в естественном залегании плотное (плотность частиц

, пористость
).

Пески, залегающие выше галечников, гравелистые. В более высоких горизонтах встречаются пески крупные, средней крупности и очень большое распространение имеют мелкие пески. Их основные характеристики приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Характеристики грунтов юга Амуро-Зейской равнины

Характеристика грунта Пески Суглинки Глины
Плотность грунта r , г/см3 1,47–1,85 2,60–2,75 1,80–2,05
Плотность частиц r s, г/см3 2,65 1,80–2,00 2,65–2,78
Естественная влажность, w 0,13–0,38 0,21–0,32
Коэффициент пористости, e 0,45–0,72 0,40–1,10 0,50–1,10
Число пластичности, Ip 13,5–15,7 18–25
Показатель текучести, Ii 0,34–0,60 0,34–0,60
Угол внутреннего трения j , град 33–36 18–25 16–21
Удельное сцепление c, кПа 23–55 35–70
Модуль общей деформации

Ео, МПа

16–48 5–30 4–22
<


Суглинки серые, коричневато-бурые, преобладают средние и тяжелые. Минералогический состав глинистой фракции гидрослюдистый с примесью монтмориллонита. По консистенции они бывают мягкопластичными, тугопластичными и полутвердыми. Мощность суглинков, обычно залегающих с поверхности, может достигать 6–8 м.

Глины пылеватые серовато-коричневые, серые и бурые. Минералогический состав глинистой фракции гидрослюдистый. Глины средней уплотненности, пористость 41–44% (табл. 1.1). Общая мощность аллювиальных отложений колеблется от 3 до 50 м, обычно 10–15 м [1, 3].

В Средне-Амурской равнине молодые четвертичные отложения чехлом перекрывают более древние. Они представлены галечниковыми, песчано-галечниковыми, песчаными и глинистыми породами аллювиальнoго, озерного, озерно-аллювиального и аллювиально-делювиального происхождения. Описываемые отложения слагают поймы, I–IY надпойменные террасы рек Амура, Уссури и их притоков.

Галечники, лежащие в основании разреза террас, а также в долинах притоков, обычно с косослоистой текстурой и содержат 40–60% хорошо окатанной гальки. Заполнителем являются разнозернистые гравелистые пески. В естественном залегании сложение галечников плотное. Плотность частиц
, пористость
. Песчано-гравийно-галечниковые породы мощностью до 100 м, распространенные в центральной части равнины, содержат до 90% гравия и гальки. Преобладает (до 50%) мелкая галька диаметром 2–5 см.

В составе отложений кремнистые сланцы, базальты, алевролиты. Заполнителем является крупно- и среднезернистый песок. Естественная влажность этих отложений
, плотность
, плотность частиц
, пористость
.

Пески кварц-полевошпатовые, слюдистые, в основном средне- и мелкозернистые, иногда гравелистые каолинизированные (табл. 1.2).

Таблица 1.2



Характеристики грунтов Средне-Амурской равнины



Характеристика грунта Пески Суглинки Глины
Плотность грунта r , г/см3 2,09 –2,17 1,84 – 2,07 1,87–2,10
Плотность частиц r s, г/см3 2,70 –2,78 2,63 –2,72 2,60 –2,78
Естетсвенная влажность, w 0,10 – 0,18 0,17– 0,37 0,30 – 0,40
Коэффициент пористости, e 0,43 – 0,62 0,50 – 0,97 0,60 –1,0
Число пластичности, Ip 9 –17 18 –24
Показатель текучести, Ii 0 –1 0 –1
Угол внутреннего трения j , град 32 – 36 12 – 28 9 –24
Удельное сцепление c, кПа 6 – 60 14 – 82
Модуль общей деформации

Ео, МПа

26 – 49 5 –39 9 –33
<


Суглинки залегают в самой верхней части разреза террас в виде самостоятельного слоя или в виде линз и прослоек среди пластов глин.

Глинистая фракция представлена гидрослюдами с примесью монтмориллонита, каолинита. Характерна значительная (до 20%) примесь песчаной фракции.

Глины плотные полутвердые и твердые, в пойме мягкопластичные. Минералогический состав глинистой фракции монтмориллонитовый с примесью гидрослюд.

В табл. 1.2 приведены деформативные характеристики четвертичных аллювиальных, озерных, озерно-аллювиальных и аллювиально-пролювиальных глинистых грунтов, а также их делювиальных аналогов. Из таблицы видно, что

полутвердые и тугопластичные грунты обладают достаточно высокими (33 – 39 МПа) значениями модулей деформации, что гарантирует малые осадки оснований.

При замачивании оснований и их разрыхлении после морозного пучения указанные виды грунтов довольно часто приобретают мягко- и текучепластичное состояние. Модули деформации таких грунтов снижаются до значений 5 – 9 МПа, что приводит к сверхнормативным осадкам оснований сооружений

Прочностные характеристики четвертичных отложений (природные полутвердые и тугопластичные суглинки и глины) имеют довольно высокие значения: удельное сцепление колеблется в пределах 60 – 82 кПа, а угол внутреннего трения изменяется в диапазоне от 240 до 280. Такие значения сдвиговых характеристик позволяют принимать расчетные сопротивления оснований от 0,2 до 0,6 МПа. В мягко- и текучепластичных грунтах снижаются как сцепление (в 4 – 5 раз), так и угол внутреннего трения (в 2–3 раза), а несущая способность оснований может быть исчерпана при расчетных сопротивлениях 0,05 – 0,1 МПа.

Заторфованные грунты распространены в пониженных участках речных террас, занимая большие площади. Это слаборазложившиеся образования, максимальная мощность которых в районе г.Хабаровска достигает 12 м, а обычно они не более 2,5 м. Заторфованные грунты бурые рыхлые, находящиеся в переувлажненном состоянии с природной плотностью
, пористостью
, модулем деформации
, основаниями сооружений служить не могут.



Элювиально-делювиальные отложения маломощным (1– 10 м) чехлом перекрывают высокие озерные и аллювиальные террасы и предгорья. Они состоят из суглинков, иногда глин с неравномерным содержанием крупнообломочных фракций. Количество обломочного материала возрастает с глубиной до 10 – 90%. По минеральному составу глинистые фракции гидрослюдистые с примесью монтмориллонита, гидроокислов железа и органического вещества. Плотность природных грунтов находится в пределах
. Плотность сухого грунта
, плотность частиц
, естественная влажность
.

Результаты определения деформативных характеристик четвертичных элювиальных отложений – глинистых грунтов с крупнообломочными (частицы крупнее 2 мм) включениями (дресва, щебень, гравий, галька) и крупнообломочных грунтов с заполнителем из супесей, суглинков и глин свидетельствуют о том, что роль крупнообломочных включений, при содержании их 40% и более значительно (в 4 –10 раз по сравнению с обычными глинистыми грунтами) сказывается на величине модуля деформации. Осадки оснований зданий и сооружений, сложенных указанными грунтами, как правило, бывают незначительные. Прочностные характеристики этих грунтов довольно своеобразны. С увеличением содержания крупнообломочной фракции растут значения угла внутреннего трения, но уменьшаются величины удельного сцепления. При большом содержании крупных обломков (70 – 90%) сцепление за счет глинистого заполнителя несущественно. Несущая способность таких оснований почти полностью определяется внутренним трением крупнообломочной фракции грунта.

В редких случаях на глубинах 2– 4 м под толщей глинистых грунтов залегают скальные и полускальные грунты, сложенные глинистыми, песчано-глинистыми окварцованными сланцами с различной степенью выветрелости. Природная плотность их лежит в пределах
, плотность частиц
. Пористость сланцев небольшая
, иногда доходит до
, водопоглощение равно 0,65 – 4,38%. Расчетное сопротивление сжатию плотных разностей сланцев равно 15 –120 МПа, рыхлых – 4 –15 МПа. Расчетное сопротивление оснований, сложенных сланцами, обычно принимается
, учитывая их размягчаемость во времени при замачивании водой.



В Приханкайской равнине, а также в долинах рек Уссури и Раздольной, поверхностные отложения представлены четвертичными аллювиальными и озерными образованиями мощностью 2–140 м. На ограниченных предгорных участках развиты элювиально-делювиальные отложения четвертичного периода.

Аллювиальные отложения распространены в долинах рек, где они слагают пойму, I и II надпойменные террасы. Это преимущественно пылеватые пески, супеси, суглинки и глины. В долинах рек Уссури, Бикин, Раздольной и других распространены галечники. Петрографический состав галечника различный. В составе заполнителя преобладает крупный и средний песок.

Пески кварц-полевошпатовые, иногда с включением гравия до 23%. Плотность частиц песков колеблется в пределах
. Плотность в природном сложении в среднем
, пористость в рыхлом состоянии
.

Супеси залегают обычно с поверхности. Для них характерно наличие фракций мелкого и пылеватого песка, содержание которых иногда достигает 40%. Остальные характеристики супесей представлены в табл. 1.3.

Суглинки и глины залегают в пойме рек. В минералогическом составе глинистой фракции преобладают гидрослюды и монтмориллонит. Вблизи русел развиты легкие суглинки. Часто встречаются суглинки и глины с примесью песчаной фракции более 10%.

Озерные четвертичные отложения слагают с поверхности останцы древних террас, которые примыкают к предгорьям и холмам. Они представлены, главным образом, тяжелыми глинами однородного состава. В минералогическом составе глинистой фракции доминирует монтмориллонит с примесью гидрослюды. Физические свойства глин указывают на значительную степень их уплотнения (табл. 1.3).

Таблица 1.3



Характеристики грунтов Приханкайской равнины



Характеристика грунта Супеси Суглинки Глины
Плотность грунта r , г/см3 1,40 –1,80 1,84 – 2,07 1,85 – 2,09
Плотность частиц r s, г/см3 2,62 – 2,65 2,53 –2,77 2,58 –2,78
Естественная влажность, w 0,10 – 0,30 0,20 – 0,50 0,20 – 0,60
Коэффициент пористости, e 0,79 –1,27 0,54 – 0,92 0,55 –1,45
Число пластичности, Ip 3 –7 8 –17 18 – 25
Показатель текучести, Ii 0 –1 0 –1,25 0 –1,25
Угол внутреннего трения j , град 20 – 29 13 – 28 6 –24
Удельное сцепление c, Кпа 5 –13 16 – 25 1– 84
Модуль общей деформации

Ео, МПа

9 – 33 5 – 39 5 – 33
<


Элювиально- делювиальные отложения четвертичного возраста распространены на отдельных участках и представлены глинами и суглинками часто с включением щебня. Содержание глинистой фракции составляет 25 – 30%, пористость
, естественная влажность
. По консистенции это тугопластичные и полутвердые грунты.

Торфяно-иловатые грунты встречаются в устье р. Раздольной и на террасах восточного и южного побережья оз. Ханка. Мощность илов в прибортовой части долины р. Раздольной составляет 9 м, а в центральной части – до 35 м. В поверхностной 2– 4-метровой толще встречаются прослои иловатых песков мощностью до 6 м. Илы водонасыщенные характеризуются следующими свойствами: плотность частиц
, природная плотность
, пористость
, число пластичности
. Консистенция илов текучая. Слабая уплотненность, высокая гидрофильность сопровождается их низкой механической прочностью.

Торф бурого или черного цвета, жидкий, водонасыщенный, плохо разложившийся. Естественная влажность
, зольность 30 – 50%. Мощность толщи торфа не превышает 4 м. Итак, территория юга Дальнего Востока сложена довольно разнообразными грунтами, с которыми приходится встречаться изыскателям и строителям. В районах массовой застройки преобладают глинистые грунты. Часто основаниями сооружений служат пылеватые суглинки, реже – супеси и глины.

Исследованию указанных грунтов посвящен ряд работ [7, 8, 9].


Содержание раздела