Особенности распространения воды в просадочных грунтах

Основными источниками замачивания и повышения влажности просадочных грунтов в основании - зданий и сооружений являются: утечки воды из коммуникаций (водопровода, канализации, теплофикации) и технологических устройств (резервуаров, бассейнов, моечных площадок и т. п.); атмосферные осадки, фильтрация воды из каналов-оросителей в орошаемых районах; изменение условий аэрации при застройке территорий; повышение уровня грунтовых вод и др. Все эти источники замачивания могут проявляться в любой период строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

В зависимости от характера, интенсивности замачивания грунтов, размеров источника замачивания, образующихся форм увлажненных зон, степени повышения влажности и других факторов при проектировании оснований и фундаментов на просадочных грунтах следует учитывать возможность замачивания и повышение влажности вследствие:
а) местного замачивания грунтов основания сверху, приводящего к просадкам грунтов на ограниченной площади в пределах верхней части или реже — всей просадочной толщи;
б) интенсивного замачивания грунтов основания сверху в течение длительного времени, в результате чего происходит промачивание грунтов на всю просадочную толщу и полное проявление просадок как от собственного веса грунтов, так и нагрузок от фундаментов;
в) подъема уровня грунтовых вод, вызывающего просадку нижних слоев грунта в основном от его собственного веса;
г) медленного повышения влажности просадочного грунта основания, вызванного нарушением природных условий испарения грунтовой влаги вследствие застройки и асфальтирования территории и постепенного накопления влаги при инфильтрации в грунт поверхностных вод.

Проникая в лессовый грунт сверху, вода распространяется и перемещается в толще как сверху вниз, так и в стороны от источников увлажнения, образуя увлажненную зону грунта. На характер формирования и размеры увлажненной зоны влияет целый ряд факторов и, в частности: форма и размер источника замачивания, характер литологического строения толщи лессовых грунтов, их фильтрационные свойства и др.

Рис. 21. Схемы увлажненных зон при замачивании из источников: а — точечных; б — большой ширины.

При местном замачивании из точечных (колодцы, разрывы коммуникаций и т. п.), а также линейных источников замачивания (узких траншей, каналов) в грунте образуется увлажненная зона, имеющая в поперечном сечении форму, близкую к усеченному эллипсу (рис. 21, а). Интенсивное замачивание сверху значительной площади, как правило, приводит к образованию увлажненной зоны по форме, близкой к трапеции (рис. 21, б).

В связи с тем, что максимальные просадки, как по абсолютной величине, так и степени неравномерности проявляются при интенсивном, или местном замачивании  сверху, наиболее опасными для зданий  и сооружений являются именно эти случаи. Поэтому они должны учитываться в первую  очередь при расчетах возможных величин просадок и конструкций зданий на неравномерные деформации. В то же время при полном отсутствии возможности-замачивания просадочных грунтов сверху при расчетах должны учитываться возможные случаи подъема грунтовых вод или местного повышения влажности в пределах толщи просадочных лессовых грунтов.

Обобщая результаты выполненных исследований, характер изменения влажности в однородных толщах лессовых грунтов в пределах увлажненной зоны и ее очертание- можно принять следующими. Непосредственно под замачиваемой площадью шириной b (см. рис. 21) распространение воды происходит вертикально и степень влажности грунта близка к полному водонасыщению. За пределами замачиваемой площади вода распространяется вниз и в стороны и в этой части увлажненной зоны степень влажности изменяется от максимальной, близкой к полному водонасыщению, до естественной у границы увлажненной зоны. Переменная влажность грунта в пределах увлажненной зоны обуславливается различными видами замачивания. Непосредственно под источником замачивания располагается зона гравитационного, движения воды. Ниже ее и в стороны от источника замачивания располагаются зоны капиллярного движения и пленочного перемещения влаги.

Распространение воды в стороны от замачиваемой площади, определяющие границу увлажненной зоны, происходит по некоторой кривой (см. рис. 21), которая с достаточной для практических целей точностью может быть принята в виде прямой, наклоненной под углом β к вертикали. Анализ экспериментальных данных по распространению воды в стороны от источника замачивания показывает, что угол наклона прямой β для лессовидных супесей и лессов в среднем равняется 20—40°, а для лессовидных суглинков 45—55° при средних значениях соответственно 35° и 50°.

В слоистых по, водопроницаемости толщах лессовых грунтов распространение воды и распределение влажности в пределах увлажненной зоны происходит значительно сложнее. Влажность лессовых грунтов под замачиваемой площадью неравномерная, уменьшается по мере приближения к более фильтрующему слою и увеличивается на границе слоя с малой фильтрационной способностью. Растекание воды в стороны от источника замачивания в пределах верхней части отдельных слоев аналогично характеру распространения ее в однородных толщах, т. е. в лессовидных супесях и лессах под углом 35°, а в суглинках 50° к вертикали. В нижней части слоя по мере приближения воды к слою с меньшей фильтрационной способностью угол растекания воды увеличивается, а у кровли слоя с большей фильтрационной способностью, наоборот, уменьшается.

Распространение воды в стороны от источника замачивания зависит от рельефа местности и, главным образом, от наклона отдельных слоев грунта, увеличиваясь в сторону понижения местности и наклона слоев и с низкой фильтрационной способностью.

Анизотропность фильтрационных свойств лессовых грунтов, состоящая в том, что коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении по данным лабораторных исследований обычно в несколько раз меньше, чем в вертикальном, оказывает влияние, но не является решающим фактором при формировании увлажненной зоны в толщах неоднородных лессовых грунтов.