A. M. Д РАННИКОВ,
профессор, доктор геолого-минералогических наук

ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ

Издание второе, дополненное и исправленное

Допущено

шистерством высшего и среднего специального образования УССР
в качестве учебника для студентов инженерно-строительных

институтов и строительных факультетов вузов УССР

Г ос ударственное изд ательет в о
JTEPATJPbl ПО СТРОИТЕ ЛЬСТВУ И АРХИТЕКТУРЕ УССР
В книге освещаются основы геологии, гидро-
геологии и, главным образом, широкий круг во-
просов инженерной геологии применительно к
решению задач строительства зданий и соору-
жений в различных геологических условиях, в
том числе на лессовых просадочных грунтах,
плывунах, слабых и насыпных грунтах, а так-
же в оползневой зоне и в области распростра-
нения мерзлоты и карста.

Рассмотрены методы инженерно-геологиче-
ских исследований для целей строительства
гражданских и промышленных зданий и соору-
жений.

Книга предназначена в качестве учебника
для студентов инженерно-строительных институ-
тов и строительных факультетов вузов и может
служить пособием для инженеров-строителей и
геологов.
ОТ АВТОРА

Учебник «Инженерная геология» был написан на основе лек-
ций, читаемых автором в Киевском инженерно-строительном
институте, и вышел в свет в 1959 г.

В курс инженерной геологии включаются основы геологии и
гидрогеологии — в той мере, в какой это необходимо для пони-
мания и изучения собственно инженерной геологии, т. е. геоло-
гических процессов, определяющих условия строительства, и
инженерно-геологических явлений, возникающих в результате
строительства.

Важной особенностью учебника, предназначенного для сту-
дентов-строителей, является тесная связь курса инженерной гео-
логии с механикой грунтов, что позволило характеризовать мно-
гие природные процессы количественно, а не только качест-
венно.

Отражена также практика строительства в сложных гео-
логических условиях, причем каждый раз указаны необходимые
меры для обеспечения устойчивости зданий и сооружений.

При подготовке второго издания учебник дополнен новыми,
весьма важными разделами: особенности строительства зданий
и сооружений в оползневой зоне (где приводятся новые теоре-
тические положения, а также практические предложения); ус-
ловия строительства на слабых и насыпных грунтах, часто ис-
пользуемых как основание различных зданий, несмотря на
возможность значительных неравномерных осадок.

Кроме того, рассмотрен вопрос о природе селей и мерах,
необходимых для предотвращения искусственных селей в слу-
чае заполнения оврагов различными грунтами н материалами.

Полностью переработаны раздел об условиях строительства
на лессовых просадочных грунтах, раздел о природе прочности
глин. М«*п гриля изложен с учетом новых результатов -
исследовалпн и практики строительства.

Ав юр признателен всем товарищам, направившим кри«
скис замечания по первому изданию учебника, которые п
учтены при подготовке настоящего издания.
ВВЕДЕНИЕ

SlKypc инженерной геологии для различных специальностей
строительных вузов состоит из трех самостоятельных, но после-
довательно связанных частей, а именно: основ геологии,
основ гидрогеологии и инженерной геологии.

Геология изучает строение Земли, ее происхождение и раз-
витие, а также вещественный состав горных порогу Основы этой
науки были заложены трудами великого русского ученого
М. В. Ломоносова (1711—1765), шотландского геолога Д. Гетто-
на (1746—1797), англичанина Ч. Лайеля (1797—1875) и многих
других.

Большую роль в развитии геологии в России до 1917 г. сы-
грала Академия наук, однако полный расцвет геологических
наук стал возможен лишь в советское время в связи с огром-
ным размахом социалистического строительства. Большой вклад
в развитие геологии внесли известные ученые-академики стар-
шего поколения А. II. Карпинский (1847—1936), А. П. Павлов
(1854—1929), И. М. Губкин (1871—1939), А. Д. Архангельский
(1879—1940), В. И. Вернадский (1863—1945), А. Е. Ферсман
(1883—1945) и В. А. Обручев (1863—1956).

Следует отметить также выдающиеся труды в области изуче-
ния геологического строения СССР советских ученых—акаде-
миков И. С. Шатского, II. М. Страхова, Д. В. Наливкина.

Гидрогеология, или учение о подземных водах, по мере свое-
го развития выделилась в самостоятельную отрасль геологии.
Проблема использования подземных вод для орошения и водо-
снабжения издавна интересовала человечество, однако учение
о подземных водах получило развитие лишь в конце XVIII в.
в трудах М. В. Ломоносова и французских ученых П. Перро и
Э. Мариотта.

В 1880—1890 гг. известный русский ученый С. Н. Никитин
сделал первые обобщения по гидрогеологии нашей страны. Он
выявил закономерности распространения артезианских и грунто-
вых вод на Русской равнине, а также определил границы рас-
пространения артезианских бассейнов.
Начиная с 20-х годов в СССР были проведены крупные гид-
рогеологические исследования для решения проблемы водо-
снабжения важнейших промышленных областей пашей страны,
а также сельских районов, в том числе, за последние годы, для
целинных земель. Большая роль в этих работах принадлежит
таким ученым, как Ф. П. Саваренскип, Г. И. Каменский, О. К.
Ланге п др.

Инженерная геология является сравнительно молодой от-
раслью геологии. Она изучает геологические процессы, опреде-
ляющие условия строительства, и инженерно-геологические яв-
ления, возникающие в результате строительства.

Хотя становление инженерной геологии как самостоятельной
отрасли науки относится только к 20-м годам нашего столетия,
приложение геологии к решению строительных задач известно
издавна. Например, в России были проведены крупные геологи-
ческие исследования при строительстве железной дороги через
Кавказский хребет, Сибирского железнодорожного пути, За-
каспийской дороги и других сооружений.

Особенностью инженерной геологии является ее тесная связь
с механикой грунтов, гидродинамикой, физикой, физической и
коллоидной химией, па базе которых разработаны расчетные
методы. Здесь следует отметить труды известных ученых К- Тер-
цаги и А. Казагранде (США), А. Скемптона (Англия)
И др.

В Советском Союзе механика грунтов и инженерная геоло-
гия получили мощный стимул к развитию в связи со строитель-
ством в трудных геологических условиях ряда гидроэлектро-
станций (Волховской, Днепровской, Свирской, Куйбышевской,
Каховской и др.), крупных каналов (Беломорско-Балтийского,
имени Москвы, Волго-Донского и др.), таких промышленных
объектов, как Кузнецкий и Магнитогорский металлургические
комбинаты, Харьковский и Волгоградский тракторные заводы,
сооружением метро в Москве, Ленинграде и Киеве. В связи с
этим следует указать на труды в области инженерной геологии
и механики грунтов известных советских ученых Ф. П. Саварен-
ского (1881—1946), Н. М. Герсеванова (1879—1950) и др. За по-
следние годы в СССР был опубликован ряд выдающихся иссле-
дований по механике грунтов Н. А. Цытовпча, В. В. Соколовско-
го, В. А. Флорина, Н. Я- Денисова, Н. Н. Маслова и др.

Основные проблемы, которые должны решаться инженерной
геологией, можно сформулировать следующим образом:

1.	Оценка геологических условий и физико-технических
свойств пород района строительства с учетом инженерно-геоло-
гических явлений, возникающих в результате строитель-
ства.

2.	Рекомендации необходимых мероприятий по инженерной
подготовке территории.
3.	Общие указания относительно наиболее рациональных
типов и конструкций сооружений, размещения объектов и спо-
собов производства работ.

Из этого перечня видно, какое большое значение имеет ин-
женерная геология в строительном деле. Знание природных
условий района является важнейшим условием успешного стро-
ительства. Для возведения инженерных сооружений не столько
опасны неблагоприятные геологические условия сами по себе,
сколько их незнание при проектировании, с чем связано увели-
чение сроков и стоимости строительства, а иногда аварии и да-
же обрушение различных сооружений.
ЧАСТЬ I

ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

Геология — наука о строении Земли, ее происхождении и
развитии, основанная на изучении различными методами гор-
ных пород и земной коры.

Глава 1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕМЛИ

Фигура Земли

Земля представляет собой тело, близкое к шару. Истинная
фигура Земли имеет неправильную геометрическую форму и на-
зывается геоид.

Геоид несколько сплюснут у полюсов. По подсчетам Ф. Н.
Красовского полярный радиус Земли равен 6356,86 км, а сред-
ний экваториальный радиус — 6378,24 км. Средний радиус Зем-
ли считают равным 6370 км. Сжатие Земли, т. е. отношение
разности величин среднего экваториального и полярного радиу-
сов к большему из них, составляет приблизительно 9д8 .

Площадь земной поверхности равна 510 млн. км2. Объем
Земли равен 1,08Х1012 км3, а масса составляет 5,98Х1027 г.
Самая высокая точка поверхности гора Джомолунгма (Эве-
рест) поднимается над уровнем океана на 8,9 км, а самая
глубокая океаническая впадина (Марианская) имеет глу-
бину 11,03 км. Таким образом, максимальная амплитуда релье-
фа поверхности Земли достигает почти 20 км, что составляет
примерно земного радиуса.

Плотность Земли

Плотность горных пород, слагающих земную кору, колеблет-
ся от 1,4 до 3,3 г!см3. Средняя плотность, равная 2,7 г!см3, соот-
ветствует наиболее распространенным породам. Плотность Зем-
ли в целом принимают равной 5,52 г!смъ, что позволяет сде-
лать вывод о высокой плотности пород, слагающих ядро Земли.

Представление о возможном распределении плотности по
глубине можно получить из табл. 1.

Таблица 1

Распределение плотности Земли по глубине (по Буллену)

Глубина, км	.	.	.	0	640	1900	2900	6370
Плотность, г/см3	2,7	4,3	5,1	5,7 : 9,7	12,2

Предполагают, что в пентре Земли плотность вещества дости-
гает 10—12,2 г[см?. В зависимости от плотности и веса веще-
ства, слагающего Землю, с глубиной возрастает и давление.
В центре Земли давление равно приблизительно 3,5 млн. атм
(987000 атм=1 мгбар—мегабар). В табл. 2 приводятся значе-
ния давления в толще Земли.

Таблица 2

Изменение давления в толще Земли (по Буллену)

Глубина, км .	. j 640	|	1900 I 2900 I 6370

Давление, мгбары .	0,2	|	0,9 I 1.3 j 3,5

Тепловое состояние Земли

Температура самых верхних слоев Земли зависит от ряда
факторов и подвергается сезонным колебаниям, иногда дости-
гающим 100°. По мере углубления в недра Земли суточные и
сезонные колебания температуры уменьшаются и примерно на
глубине 20—25 м находится пояс постоянной температуры, рав-
ной среднегодовой температуре для данной местности (в север-
ном полушарии среднегодовая температура равна +15,5°, а в
южном +13,6°). Глубже этого пояса температура повышается.

Величина нарастания температуры при углублении на каж-
дые 100 .и называется геотермическим градиентом, а
глубина погружения, при которой температура повышается на
1 °, называется геотермической ступенью.

Величина как градиента, так и ступени в разных местах раз-
лична. Например, в США геотермическая ступень колеблется от
6,7 (штат Орегона) до 137,8 м (штат Алабама). В СССР так-
же имеются известные различия в величинах геотермической
ступени. Например, в Баку — 26 м, Донбассе —от 28 до 33 м,
Харькове — 37,7 м, Москве — 38,4 м. Условно среднее значение
геотермической ступени для СССР принято равным 33 м.

В последнее время стала известна температура на глубине
1000 м в ряде пунктов Европейской части СССР. Она изменя-
ется в пределах от 19,5 (Кривой Рог) до 90,7° (Грозный). В
Москве на глубине 1630 м температура достигает 41°.

Если исходить из величины геотермической ступени, то в
центре Земли температура должна превышать 200000°. Однако
при такой температуре Земля не могла бы оставаться в твердом
состоянии. Поэтому следует полагать, что с глубиной градиент
быстро падает. Б. Гутенберг, например, считает, что повышение
температуры с переменным градиентом наблюдается только до
глубины 500 км. Ниже этого уровня температура почти не ме-
няется (табл. 3).

Таблица 3

Нарастание температуры внутри Земли (по Гутенбергу)

Глубина, км	20	100	500	6370
Температура, град .	600	1400	1800	2000:5000

Глава 2

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ЗЕМЛИ

В вертикальном разрезе Земли можно выделить несколько
концентрических оболочек или сфер, называемых геосфер а-
м и (от греческого ge — земля). Обстоятельно изучены внешние
геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера и
биосфера.

Атмосфера

Атмосфера (от греческого athmos — дыхание), или газо-
вая оболочка, окружающая Землю на высоту до IOOOjcjh, в при-
земных слоях состоит из азота (75,5%), кислорода (23,2%) и
других газов (1,3%). Атмосфера делится на тропосферу,
простирающуюся па высоту до 10—13 км, где температура сни-
жается в среднем до —55°, стратосферу (до высоты
80 км), где наблюдаются как положительные, так и отрицатель-
ные температуры, и ионосферу (начиная с 80 км) — об-
ласть интенсивного излучения ультрафиолетовых и космических
лучей.

Гидросфера

Гидросферой называют водную оболочку Земли, зани-
мающую 71% земной поверхности, что составляет 361 млн. км2.
На сушу приходится только 29% поверхности Земли, или
149 млн. км2. Следует, однако, учесть, что средняя глубина
океана равна 3,7 км, что примерно в 1600 раз меньше земного
радиуса.

Литосфера

Литосфера, т. е. каменная оболочка Земли, доступна
наблюдению выше океанической поверхности. Бурением в на-
стоящее время достигнута глубина до 6 км. С помощью геофи-
зических методов удается проникнуть в тайны недр на еще
большую глубину. Однако достоверные данные о химическом
составе литосферы ограничиваются глубиной в 16—20 км.

Толщина литосферы колеблется в пределах 40—80 км. В
толще земной коры можно выделить два пояса: верхний—тол-
щиной 15—25 км с преобладанием кислых пород, называемых
гранитными и на значительных пространствах прикрытых оса-
дочными образованиями, и нижний — толщиной 18—35 км с пре-
обладанием основных или базальтовых пород.

Химический состав земной коры, по данным советского уче-
ного А. Е. Ферсмана, приведен в табл. 4.

Таблица 4

Химический состав земной коры (по А. Е. Ферсману)

Элементы __	Содержание, проц.		Элементы	Содержание, проц.	
	по весу	ПО объему		по весу	ПО объему
О	49,13	91,77	Na .	.	2,40	1,60
Si	26,00	0,80	Mg	2,35	0,56
Al	7,45	0,76	К	. .	2,35	2,14
Ге	4,20	0,68	н	...	1,00	0,18
Са	...	3,25	1,48	Остальные эле-		
			менты	1,87	0,03
По весу земная кора состоит наполовину из кислорода и на
четверть — из кремния. Девять основных элементов по весу со-
ставляют 98% коры, а остальные элементы — только 2%. По
объему данные еще более разительны: более 91% состава по-
род, слагающих Землю, приходится на кислород.

Биосфера

Биосфера, или сфера жизнедеятельности организмов,
связана с атмосферой, гидросферой и литосферой.

Между организмами и окружающей их средой существует
постоянное, особое взаимодействие.

Растения (свыше 500 000 видов) и животные (свыше
1 000 000 видов), обитающие на суше и в океане даже па глуби-
не до 10 км, благодаря их жизнедеятельности оказывают влия-
ние на ряд важных геологических процессов.

Прежде всего следует указать на почвообразовательный про-
цесс, происходящий в результате сложных биохимических
реакций.

На процесс образования горных пород не все организмы
влияют в одинаковой мере. К породообразующим организмам
следует отнести диатомовые водоросли с кремнистым наруж-
ным скелетом и известковые водоросли, являющиеся мощными
рифообразователями. Такие морские организмы, как форамини-
феры, радиолярии, мшанки, кораллы, иглокожие, брахиоподы,
пелециподы и другие играют большую роль в образовании гор-
ных пород. Следует указать также на растения (органические
породообразователп), образующие каустобиолиты, т. е. горю-
чие горные породы (торф, бурые и каменные угли).

Строение глубинных слоев Земли

Достоверных данных о строении глубоких недр Земли не
имеется. Долгое время ученые располагали сведениями только
по общей плотности Земли и температуре лав, извергающихся
па поверхность.

В настоящее время благодаря методам геофизики и физико-
химии стало возможным узнать значительно больше о тайпах
недр Земли. Так, с помощью сейсмических методов удалось
определить твердость (модуль сдвига) вещества Земли (табл. 5).

Таблица 5

Модуль сдвига вещества Земли на различных глубинах
(по Буллену)

Глубина, км .	|	640	।	1900 I 2900

Модуль сдвига,
дин/смг .	. |	1,4х101г	|	2,4Х1ОД2	,	3.0Х10'2
Если сравнить показатели табл. 5 с модулями сдвига же-
леза (5,1 XЮ11) и стали (7.9Х1011), то можно сделать вывод,
что Земля, исключая ее верхнюю оболочку, значительно тверже
стали.

Советский ученый Ю. Ю. Левин, изучая состав Земли в све-
те новейших научных данных, пришел к выводу, что имеющего-
ся в природе железа недостаточно для образования ядра боль-
ших размеров и что поэтому ядро Земли сложено, как и обо-
лочка, силикатными породами, находящимися в особо уплот-
ненном состоянии. В последнее время выдвигают гипотезу о
жидком состоянии вещества, слагающего ядро.

В этой связи следует заметить, что наши обычные представ-
ления о состояния тел (газообразное, жидкое, пластичное, твер-
дое) не могут распространяться на большие глубины, где не-
обычайно высокая плотность вещества обусловлена огромным
давлением, достигающим 3,5 млн. атм.

Используя данные распространения сейсмических волн (при
землетрясениях) на разных глубинах, а именно разную их ско-
рость в зависимости от вещества Земли и характера волн
(продольные, поперечные, поверхностные), можно представить
внутреннее строение Земли следующим образом: л и т о с ф е-
р а, пли кора, толщиной 40—80 км, является внешней оболоч-
кой Земли; затем залегает «манти я» Земли, простирающая-
ся па глубину до 2900 км, причем в пределах этой оболочки, на
глубине 400—900 км имеются свои особые сферы с резким из-
менением скорости прохождения волн. Очевидно, расплавленная
магма здесь не имеет сплошного распространения, а встречает-
ся в виде отдельных очагов; па глубине 2900 км начинается
ядро Земли, причем, по последним данным, внутри большого
ядра Земли имеется малое, или внутреннее ядро, радиусом око-
ло 1300 км (от глубины 5070 до 0370 км).

Таким образом, о строении и составе глубоких слоев Земли
пока можно судить лишь по косвенным данным, но не подлежит
сомнению, что в ближайшее время благодаря достижениям в
области физических наук эти проблемы будут решены.

Глава 3

происхождение земли

Одна из первых научных гипотез происхождения солнечной
системы была выдвинута И. Кантом (1724—1804). Согласно
этой гипотезе, в мировом пространстве была рассеяна первич-
ная пылеобразная материя, состоявшая из неоднородных частиц,,
различных по плотности и силе взаимного притяжения. Более)
плотные частицы притягивали менее плотные. Там, где притя-|
жение оыло наибольшим, началось формирование центрального
.тела, ~т.-е,-Солниа\ В дальнейшем^юкруГ Солнца обращались по
различным орбитам -част.цц-ы,-Д\'бторые сталкивались друг с дру-
гом и меняли направление своего-движения. Постепенно движе-
ние упорпдеДйвалось, и частицы стали соединяться. Таким об-
разокГвозникли зародыши планет., которые быстро росли путем
.притяжения все новых частиц^

В~Т796Пг7ПТ'7ТаЗйГаГ~ВьГдви1Гул другую гипотезу происхож-
дения солнечной системы, согласно которой Солнце и звезды
образовались из первичной газовой туманности^ Вращающаяся
туманность отдавала тепло, охлаждалась и уменьшалась в раз-
мере, а скорость вращения ее при этом увеличивалась. Одно-
временно росла центробежная сила, и туманность стала отде-
лять газовое вещество. Отделившиеся от туманности сгустки
сливались и образовывали планеты. Большой центральный сгу-
сток туманности превратился в Солнце.

ч^Зтг! две гипотезы, близкие по своему построению, в настоя-
щее время называют гипотезой Капта—Лапласа. Ф. Энгельс
высоко оценивал значение этих гипотез, так как впервые в
естествознание ими был введен принцип развития и процессы,
происходившие в природе, рассматривались с этой точки зрения,
исключая «божественное начало».

В дальнейшем, с развитием науки, в гипотезе Канта—Лапла-
са выявились крупные противоречия. Например, эта гипотеза
не могла объяснить распределение масс и моментов движения в
солнечной системе и др. В связи с этим был высказан ряд раз-
личных новых идей.

В^Л2СТуТруппаисследователей под руководством академика
О. Ю. Шмидта (1891 —1956) разработала и опубликовала в
1944 г. новую гипотезу о происхождении солнечной системы
и в том числе Земли. О. Ю. Шмидт считал, что все планеты
образовались из пылевой материи, обращавшейся вокруг
Солнца по эллиптическим орбитам в виде огромного роя, путем
взаимных столкновений большого числа частиц и их «слипания».
В начальной стадии образования планет тяжелые и легкие ча-
стицы были беспорядочно перемешаны, а в дальнейшем проис-
ходил процесс их дифференциации и уплотнения. Этому спо-
собствовал разогрев Земли от начальной температуры 4°С
(277°К) в результате распада радиоактивных элементов.
В. В. Белоусов, участвовавший в разработке этой гипотезы,
считает, что период максимальной температуры для верхних
слоев Земли уже пройден и начинается процесс охлаждения.

Однако отдельные положения теории О. Ю. Шмидта крити-
куются В. Г. Фесенковым. В настоящее время еще пет теории,
которая полностью могла бы поднять завесу над прошлым сол-
нечной системы. Но естествознание переживает период бурного
развития. Накопление новых фактов позволит достоверно отве-
тить на вопрос о том, как образовалась солнечная система.
Глава 4

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ФОРМЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ

Горные породы представляют собой плотные или рыхлые
агрегаты, слагающие земную кору, и состоят из одного или не-
скольких минералов. По своему происхождению горные породы
делятся па магматические, осадочные и мета-
морфические.

Породообразующие минералы

2

Рис. 1. Кристалл:
/—грани; 2—ребра; 5—
вершины.

их пересечения — реб-

-Минерал — природное химическое соединение или само-
родный элемент, кристаллический или аморфный, однородный
по своим физико-химическим свойствам. Минералы встречаются
в твердом (кварц, полевой шпат, слюда и др.), жидком
(ртуть, вода, нефть) и газообразном (углекислый газ,
сероводород и др.) состояниях.

В составе земной коры в настоящее время известно более
3000 минералов. Однако главную роль в образовании гориых
пород играют всего 20—25 минералов,
называемых породообразующи ми
(табл. 6).

Средн породообразующих минера-
лов различают существенные, или глав-
ные, которые определяют принадлеж-
ность горных пород к тому или иному
виду, и второстепенные, или несущест-
венные (акцессорные), которые встре-
чаются в небольшом количестве и оп-
ределяют^ишь разновидность горных
поротуВыше указывалось, что минера-
лы обладают кристаллической струк-
турой или бывают аморфными.

Кристаллической называют
закономерную, упорядоченную атом-
ную структуру минералов. В кристал-
лическом веществе атомы элементов
расположены в пространственных ре-
шетках. Плоскости, ограничивающие
кристаллы, называются гранями, лини

рами, а точки пересечения ребер — вершинами (рис. 1). Углы
между соответствующими гранями кристаллов одного и того же
вещества одинаковы и постоянны.

Со строением пространственной решетки связано явление
анизотропности кристаллических тел, т. с. наличие различных
свойств в разных направлениях. Свойства кристаллов обычно
Главнейшие породообразующие минералы

Подгруппы

Минералы

Химический состав

Твердость

Ортоклаз

Полевые ' Микроклин
шпаты | Альбит

I Анортит

КгО-Al2Oe-6SiO2
КгО • AI2O3 • 6SiC>2
Na2O • AI2O3 • 6SiO2
СаО • А12О3 • 2SiO2

6

6

6

6

Амфибол	Роговая	Сложный  Ca(Mg, Fe, Al) - ((Si, Al)2O«l	5-6  5-6
; и пироксен обманка (ам-			
__	фибол)		
<-	; Авгит	(пиро-  и 	; ксен)			
ts  о  S  2 Слюда  S	Биотит (чер- ная слюда)  Мусковит (бе- лая слюда)	K20 • 6 (Mg, Fe) 0 • A12O3 • 6SiO2.2H2O K2O • 3AJ2OS • 6SiO2 • 2H2O	2—3  2—3
сЗ  “ Хлорит и  5 тальк	Хлорит Тальк	Сложный 4SiO2-3MgO -H2O	1—2  1
। Оливин и змеевик	Оливин (пери- дот)  Змеевик (сер- пентин)	2 (Mg, Fe)O-SiO2  21I2O • 3 (Mg, Fe) 0 • 2SiO2	6-7  3—4
			
Каолинит	Каолинит	2H2O • A12O3 • 2SiO2	
Карбонаты	Кальцит  Доломит	CaCO3 CaCO3-MgCO3	3 3-4
Сульфаты и сульфиды	Г ипс ’Ангидрит Пирит	CaSO4• 2H2O  CaSO4  FeS2	2  ,37
Окисли и  гидроокисям	Кварц  Бурый желез- няк (лимо- нит)	SiO2  Fe2Oj • nH2O	7 1-5
одинаковы по параллельным п p;i uhi'iiii.i ни цен л ри пл гл иным
ппнрнвленням.

Аморфные вещества (жидкости, газы, стекло, кол-
лоиды) кристаллической структуры ие имеют; их частицы
рш-иолагаются в беспорядке, причем они изотропны, т. е. их
свойства одинаковы по всем направлениям. Для аморфных тел
характерна натечная форма с бугорчатой блестящей поверхно-
гп»ю. Таковы, например, натеки от капающих растворов —
сталактиты и сталагмиты (stalagma — капля). Первые образу-
ются в кровле пещер, вторые — на дне.

К физическим свойствам минералов относятся цвет, излом,
спайн01пДц_твердд4я^	вес.

* Минералы имеют весьма разнообразный цвет: белый,
серый, желтый, розовый, красный, зеленый, синий, черный со
всевозможными оттенками. Иногда они имеют металлический
блеск. Минералы могут быть и бесцветными. Цвет минералов
определяют визуально, например: молочно-белый, кроваво-
красным, оловянно-белый, латунно-желтый и т. д.

Излом, т. е. вид поверхности при разламывании, бывает
раковистый, занозистый, землистый, ровный и зернистый.

Спайность выражается в способности кристаллических
минералов раскалываться по плоскостям по строго определен-
ным (кристаллографическим) направлениям, образуя ровные
зеркально-блестящие поверхности, называем»-*' плоскостями
спайности.

Для определения твердости минерала его свежую по-
верхность царапают кусочком минерала, твердость которого из-
вестна, и по шкале Мооса (табл. 7) определяют число твердости.

Таблица 7

Твердость минералов

Минералы	Число твер- дости по шкале Мооса	Истинная твердость	Признаки твердости
Тальк	....  Г ипс	....	1  2	0,03 1 0,04 |	Чертятся ногтем
Кальцит  Флюорит (плавиковый	3	0,26	Легко чертится иожом
шпат)	  Апатит	5	0,75 1 1.23 j	Чертятся ножом
Ортоклаз	6	25	Почти не чертится но-
			JKOM
Кварц	7	40	Ножом не чертится, ца- рапает стекло
Топаз .	8	125 1	
Корунд	9	1000 I	Хорошо режут стекло
Алмаз	....	10	14000 J	
Истинная твердость минералов резко отличается от твердости,
определяемой по шкале Мооса. Цифры истинной твердости в
таблице даются в сравнении с твердостью корунда, условно при-
нятой за 1000 единиц.

Удельный вес минералов колеблется от 0,6 до 21, при-
чем выделяются следующие группы минералов:

Легкие, с удельным весом до 2,5:
нефть, смолы, угли ...........................0,5— 1,5

сера, гипс, каменная соль ....	2,0— 2,5

Средние, с удельным весом до 4:
кальцит, кварц, полевые шпаты, слюды, до-
ломит .......................................2,5— 3,0

амфиболы, пироксены, лимонит, корунд и др.	3,0— 4,0

Тяжелые, с удельным весом более 4:
барит, рудные минералы (железо, медь, се-
ребро, свинец) и самородные металлы .	8,0—21,0

Магматические горные породы

Магматическими горными породами называют
породы, которые образовались в процессе остывания магмы, под-
нявшейся в расплавленном состоянии из недр Земли. Если маг-
ма вышла на поверхность Земли, то образовавшиеся из нее по-
роды называют излившимися или эффузивными. По-
роды, которые образовались при остывании магмы в толще зем-
ной коры, называются глубинными, или интрузив-
ны м и.

-> Процесс образования магматических пород связан с криста."
лизацией магмы и зависит от температуры и давления. Остыва-
ние магмы на большой глубине происходит медленно, так как
Температура окружающей среды не намного меньше температу-
ры магмы. Кристаллизация при этом происходит наиболее пол-
но, образуя равнозерпистую или гранитную структуру по-
род, При остывании магмы ближе к поверхности кристаллиза-
ция происходит быстрее, причем породы образуются с зернами
разной величины. Такую структуру пород называют порфи-
ровидной. Магма, излившаяся на поверхность, остывает
быстро1 и приобретает стекловатую структуру. Если
в этой массе встречаются вкрапления кристаллов, то такую
структуру называют порфировой.

В состав магматических пород входят следующие основные
минералы: полевые шпаты — около 60%; кварц—12%; цвет-
ные минералы (авгит, роговая обманка, слюда)—20% и про-
чие — 8%.

Наиболее распространенной магматической породой является
гранит, широко применяющийся в строительном произ-
водстве в виде щебня, бута, плит, ступеней и т. д., а также для
изготовления памятников, колонн и различных облицовок.
Из гранита сделаны, например, колоннада Исаакиевского
собора и облицовка набережных Невы в Ленинграде, цоколи
многих домов в Киеве и А1оскве, памятник В. И. Ленину в Кие-
ве, а также облицовка многих станций Московского метрополи-
тена. Типичные граниты характеризуются равномерно зернистой
структурой и состоят из полевого шпата, кварца и цветных ми-
нералов (слюды, роговой обманки и др.). Цвет гранита бывает
серый, желтый, розовый и красный. Объемный вес его состав-
ляет обычно 2,6—2,7 г/см3. Предел прочности при сжатии ко-
леблется от 1200Х Ю5 до 2300Х 105 н/м2 *. К этой группе глубин-
ных пород оч носятся также сиенит и диорит.

Габбро так же, как и гранит, является глубинной поро-
дой зернистой структуры. Залегает в виде больших массивов
и состоит из плагиоклазовых полевых шпатов и цветных мине-
ралов. Кварца в нем обычно нет. Редко в составе габбро встре-
чаются магнетит, апатит, титанистый железняк и оливин. Ок-
раска габбро бывает черной, серой и зеленоватой. Габбро от-
личается высокой прочностью. Сопротивление его сжатию в
среднем равно 2000—2800Х105 н/м2. При полировке габбро при-
обретает красивый оттенок, что придает этой породе отличные
качества декоративного камня. Мелкозернистые разновидности
габбро используются в качестве камня для мощения дорог.

Диабаз бывает интрузивным (в виде жил) и чаще эффу-
зивным, т. е. излившимся (древневулканический). Эта мелко-
зернистая порода состоит из полевого шпата, а также авгита
дли роговой обманки. Цвет диабаза меняется от темно-зелено-
го до черного. Объемный вес его колеблется в узких пределах
(3,0—3,1 г/см3}, а предел прочности при сжатии равен 1800—
2600Х105 н/м2, достигая в отдельных случаях 4500X10? н/м2.
Диабаз хорошо полируется и используется для поделок и ук-
рашений. Некоторые его разновидности являются отличным ма-
териалом для мощения улиц. К этой группе пород относятся
также порфир и порфирит.

Базальт — излившаяся (вулканическая) плотная, мелко-
кристаллическая порода черного цвета. Ои состоит из полевого
шпата в виде мелких табличек, призмочек авгита и зерен оли-
вина. Объемный вес его достигает 3 г/см3, а временное сопро-
тивление сжатию 2000—5000Х105 н/м2. Базальт отлично про-
тивостоит выветриванию и поэтому является хорошим материа-
лом для строительства зданий, тротуаров и мостовых. К этому
типу нововулканических пород относятся также трахит,
андезит и липарит.

* Здесь и в последующем первый множитель соответствует значению
в кГ/cjh2, а второй — ^кругленное значение для перевода в н/м2.
I'hixJii.ie продукты извержений (вулканический пепел, песок
и др.) образуют вулканические туфы, которые ши-
роко используются в строительной промышленности как штуч-
ный камень и легко

Рис. 2. Жила изверженных пород-.

I—известняк; 2—жильная порода; 3—
перекр истаялизова и ный известняк.

поддаются обработ
ке, отличаясь круп-
ной пористостью п
малым удельным ве-
сом.

Формы залегания
магматических по-
род зависят от усло-
вий их образования.
Интрузивные — глу-
бинные — ТЮРОД5Л
образуют жилы И
дайки (секущий
жилы), т. е. запод!
ценные магмой по-
лые трещины (рис.
2), лакколиты
(рис. 3)—караваеоб-
разиые вздутия, или
линзы, заполненные
магмой (типичными
лакколитами явля-
ются горы Железная,
Машук, Бештау,
Змейка и Лысая в
районе Пятигорска
и др-); батоли-

ты — сложные, скромные массивы магматических пород с вол-
нистой поверхностью (рис. 4). Интрузивные тела того же харак-
тера, но гораздо* меньших размеров, называют штоками
(рис. 5).

Рис. 4. Батолит:

/—магматические породы; 2—-осадочные породы.
Эффузивные — излившиеся — горные
поверхности Земли покровы мощностью

породы образуют на
12—20 л, но в резуль-

тате повторных излияний, накладывающихся одно на другое,
мощность покрова может увеличиться до 1—3 км (Гренландия).

Осадочные горные породы

Осадочные горные породы образуются в резуль-
тате разрушения ранее существовавших на поверхности Земли
горных пород и последующего отложения и накопления продук-
тов разрушения в виде пластов.

Накопление происходит на дне водных бассейнов (морей,
океанов) и на поверхности суши. Структура осадочных пород
бывает оолитовая — зерна имеют форму мелких шаровых
стяжений, листоватая — когда породы имеют листовато-
слоистое сложение, игольчатая, волокнистая и
брекчиевидная — когда порода состоит из спаянных
остроугольных обломков.

Обычно осадочные породы имеют ясно выраженную слои-
стость (рис. 6): прямую (горизонтальную), образующуюся при
отложении осадка в спокойных условиях, и косую (перекрест-
ную) — при наличии меняющихся воздушных пли водных те-
чений в момент отложения осадка. Иногда осадочные отложе-
ния могут иметь следы ветровой или водной переработки: вол-
новую и ветровую рябь и рябь течений.

В осадочных породах тонкозернистый материал часто скреп-
ляется особыми цементами (глинистым, песчаным, известко-
вым, железистым, кремниевым и т. п.). Пористость осадочных
пород зависит от величины зерен, количества и плотности це-
мента и степени выщелачивания частиц породы циркулирую-
щими растворами.

По степени пористости осадочные породы делятся па п л о т-
ные, в которых поры не заметны па глаз; мелкопористые
и кр упвопористые (макропористые); кавер-
нозные (обычно среди известняков), где поры в виде слож-
ных каверн образовались в результате выщелачивания.

Цвет осадочных пород бывает самый разнообразный.

По минералогическому составу в осадочных породах преоб-
ладают кварц, слюда, ортоклаз, а иногда встречаются доломит,
каолинит, хлорит, кальцит, лимонит, альбит и др.

Осадочные породы делятся на обломочные, колло-
идальные, химические и органогенные.

Обломочные породы делятся по крупности и форме об-
ломков, а также степени их сцементнрованности. Выделяются
грубообломочные породы, указанные в табл. 8.

Таблица 8

Грубообломочные породы

Окатанные	Неокатан- ные	Диаметр обломков.  мм
Гравий Галька Валуны	Дресва  Щебень Г лыбы	2—10  10-200  >200
Сцементированные окатанные обломочные породы образуют
конгломераты, а неокатанные — брекчии. Грубооб-
ломочные материалы используются строителями как балласт,
щебень н бутовый камень.

К обломочным породам относятся также пески н песчаники,
супеси и все виды суглинков. По величине зерен пески и песча-
ники подразделяются на грубозернистые (гравелистые) — oj
2 до 1 мм; крупнозернистые — от 1 до 0,5 мм; среднезерни-
стые— от 0,5 до 0,25 мм; мелкозернистые — от 0,25 до 0,1 мм и
тонкозернистые — от 0,1 до 0,05 мм.

Удельный вес песчаников колеблется от 2 до 2,7, а предел
прочности — от 400 до 1400Х105 н/м2. Обычно песчаники исполь-
зуются в строительстве как облицовочный материал, в ви-
де плитняка, брусчатки и щебня. Песок находит еще более
широкое применение как составная часть бетонов и рас-
творов.

К породам коллоидального происхождения,
образовавшимся из мельчайших дисперсных частиц, относят
только глины, каолнны и бокситы.

z Породы химического и органогенного про-
исхождения, т. е. образовавшиеся путем химического вы-
падения осадка в воде, а также из остатков растений и организ-
мов, делятся на следующие группы: карбонатные, крем-
нистые, сернокислые и галоидные, желези-
стые, фосфоритовые и каустобиолиты.

Карбонатные породы широко представлены различ-
ными известняками как химического, так н органического про-
исхождения. Известняк состоит из известкового шпата с при-
месью глины и песка. При большом количестве глинистых при-
месей известняк называется мергелем.

Часто в органогенных известняках можно наблюдать хорошо
сохранившиеся раковины моллюсков и другие скелетные обра-
зования. Многие известняки имеют смешанное органогенио-хи-
мическое происхождение, например, мел, где на долю извести
органического происхождения (раковины) приходится 60—70%,
а 30—40% составляет порошкообразный кальцит химического
происхождения. Породы, содержащие более 95% CaMg (СОз)2,
называются доломитами. Однако чистые доломиты встре-
чаются редко, обычно наблюдаются различные переходы от из-
вестняка к доломиту.

К кремнистым породам относят диатомиты (скопления
микроскопических скелетов диатомовых водорослей), трепелы
(мельчайшие зернышки опала), опоки (твердая, но легкая
кремнистая порода) и кремнистые конкреции в виде желва-
ков.

К сернокислым и галоидным породам относят
каменную соль, гипс и ангидрит.
Железистые породы состоят из окислов и гидрата окиси
железа (оолитовые железные руды), карбонатов железа (сиде-
рит) и сульфидов железа (пирит).

Осадочные породы, богатые фосфатами кальция, называют
фосфоритами. Они представляют собой фосфат кальция в
аморфном виде с примесью глинистого и песчанистого мате-
риала.

К группе каустобиолитов, т. е. горючих горных по-
род, относят торф, угли (бурые, каменные н антрацит), горючие
сланцы, нефть и битуминозные породы (породы с рассеянной
в них нефтью).

В зависимости от места отложения первичного осадка раз-
личают морские и континентальные осадочные породы.

Из указанных выше осадочных пород в строительстве широ-
ко применяются известняки (для изготовления известковых ра-



Рис. 7. Пласты осадочных пород*

/—пласт; 2—кровля пласта; 3— по-
дошва пласта, 4—пропласток; 5—
линза.

створов, строительного кам-
ня и др ). Прочность извест-
няков колеблегся в значи-
тельных пределах — от 20
до 1500x10s н/ти2.

Осадочные породы, ог-
лагаясь, образуют горизон-
тальные или пологона клон -
иые слои или пласты. По-
верхность, отделяющую один
слой от другого, называют
контактом или плоскостью
наслоения. Верх пласта на-
зывается к р о в л ей, а низ —
подошвой. Расстояние
между кровлей и подошвой
на зывается мощностью

пласта. Очень тонкие слои называют пропластками, а если
они выклиниваются — линзами (рнс. 7).

В результате разнообразных движений земной коры, назы-
ваемых тектоническими, происходят нарушения первич-
ных форм залегания пород, или дислокации (от disloco —
смещаю), и пласты принимают новую форму. Дислокации де
.иятся на две группы; складчатые, или п д и к а т и в н ы е
(plico—складываю), когда волнообразные изгибы слоев идут без
разрыва их сплошности, и разрывные, нлн дизъюнктив-
ные (disjungo—разъединяю), — с разрывом сплошности слоев.

Складки — волнообразные изгибы пластов осадочных и реже
магматических горных пород — могут иметь различную форму
и размеры. Наиболее типична форма правильной двойной склад-
ки, изображенной на рнс. 8. Выпуклый участок складки назы-
вают антиклиналью, а вогнутый — синклиналью.
Выделяют следующие элементы складки (рис. 9): крылья
4 — боковые части, имеющие односторонний наклон, и замок 5—
место общего перегиба слоев или зона смыкания крыльев. Раз-

Рис. 8. Двойная складка'
/—антиклиналь; 2—синклиналь.

меры складки определяются ее высотой (для антиклинали) нли
глубиной (для синклинали) 2, шириной 3 и длиной, а также
углом складки а, образованным продолжением до пересечения

Рис. 9. Элементы складки;

1—1—шарнир; 2—высота или глубина; 3—ширина; 4—
крыло; 5—замок; «—угол складки.

поверхностей ее крыльев, и шарниром 1—1, или осью склад-
ки.

Различают складки прямые, косые, опрокинутые и лежачие
(рис. 10).

Рис. 10. Типы складок:

а—прямая; б—косая; в—опрокинутая; г—лежачая.
Разрывные дислокации характеризуются опусканием или
поднятием одной части земной коры по отношению к другой с
разрывом сплошности пород (рис. 11). Различают сбросы и
взбросы в зависимости от направления движения оторванной

Рис 11 Разрывные дислокации:
а—сброс; б—взброс; в—грабен; г—горст.

части. Если часть суши опустилась между двумя разломами, то
образуется грабен, а если поднялась — образуется горст.
Примеры грабеиа: озеро Байкал (его дно опустилось на глуби-
ну более 1 км}, Тслецкое озеро на Алтае, озеро Иссык-Куль в
Киргизии и др. Характерными горстами являются Уральские
горы, Тянь-Шань и Алтай.

Метаморфические горные породы

Под метаморфизмом следует понимать преобразова-
ния твердых горных пород под влиянием внутренних процессов-
происходящих в земной коре.
Метаморфические горные породы представляют собой глубо-
ко измененные процессами метаморфизма магматические или
осадочные породы, в которых под влиянием изменения условий
температуры, давления, состава вещества меняется не только
минералогический, но часто и химический состав, структура и
цвет.

Изменение обычной среды горных пород может произойти
в результате подъема из недр расплавленной магмы или каких-
либо растворов и газов, а также погружения или подъема пород
вследствие тектонических движений, с чем связано изменение
давления.

Различают следующие виды метаморфизма: регион ал ь-
н ы й—захватывающий большие массы пород прн высокой тем-
пературе и давлении, контактовый — развивающийся при
высокой температуре вдоль контактов-каналов, по которым
поднимается магма, и динамометаморфизм, вызывае-
мый тектоническим давлением, с чем связано образование тре-
щин. Кроме того, выделяют пневматолитовый и гидро-
термальный метаморфизмы, отличающиеся привнесем в по-
роду новых вещ^тв горячими водными растворами и газовыми
эманациями.

Все эти процессы изменяют текстуру горных пород, т. е.
пространственное расположение их составных частей. Среди со-
здаваемых метаморфизмом новых текстур следует отметить:
сланцеватую, когда чешуйчатые агрегаты и листочки рас-
полагаются параллельными полосами, зернистую — при
преобладании зерен овальной формы — и гнейсовую, когда
в породе перемежаются сланцевые и зернистые слои.

К метаморфическим породам относят- гнейсы, глинистые
и слюдяные сланцы, кварциты, мрамор, а также
роговики.

Гнейс состоит из полевых шпатов, кварца и слюды, при-
чем отличается слоистой структурой и ему одному прису-
щей текстурой. Различают ортогнейсы, образовавшиеся пу-
тем перекристаллизации магматических пород, и парагней-
с ы, образовавшиеся из осадочных пород.

Наблюдаются переходные формы от гнейса к граниту, напри-
мер, гнейс о-г ранит (ближе к граниту), и наоборот, гра-
нито-гнейс (ближе к гнейсу). Сопротивление гнейсов сжа-
тию достигает 2000X105 н/м2. Гнейсы сланцеватой структуры
менее прочны, и поэтому их использование ограничено. Зерни-
стые гнейсы применяются как строительный материал (щебень).

Сланцы глинистые, или филлиты (тонкослои-
стые, с ровной поверхностью), состоят из кварцевых зерен и
слюдяных листков. Твердость их незначительна, но некоторые
более стойкие разновидности их используются как кровельный
материал.
С л ю д я п ые слан ц ы также сложены из кварца и слю-
ды, но отличаются от филлитов зернистой структурой.

Кварциты представляют собой кварцевый песчаник
с кремнистым цементом. Мрамор (перекристаллизованный
известняк) служит важнейшим материалом для изготовления
скульптур и архитектурных деталей.

К породам контактового метаморфизма относят р о г о в н-
к и — плотные мелкозернистые породы серого (иногда розова-
то-серого) или черного цвета.

Формы залегания метамсффических пород не отличаются от
описанных выше магматических и осадочных пород.

Глава 5

ПРОЦЕССЫ ВНУТРЕННЕЙ ДИНАМИКИ ЗЕМЛИ

Процессы внутренней динамики Земли, или э н д о г е и н ы е
процессы, проявляют себя в виде тектонических движений, из-
вержений вулканов и землетрясений.

Тектонические движения

Перемещения вещества земной коры, вызывающие измене-
ния формы залегания пород и образования структур, называют
тектоническими движениями.

По вопросу об энергетическом факторе, вызывающем тек-
тонические движения (колебательные, складчатые и разрыв-
ные), нет определенного мнения. Раньше эти явления объясняли
сокращением объема земного шара вследствие постепенного ох-
лаждения (гипотеза контракции). Позднее возникла гипотеза
о горизонтальных перемещениях материков под влиянием сил,
возникающих в земной коре при вращении Земли. Однако при
дальнейшем изучении вопроса в указанных гипотезах выяви-
лось много противоречий.

Более прогрессивными следует признать предположения о
разогреве горных пород и связанном с этим увеличении их
объема и подвижности, а также неравномерном распределении
температуры под влиянием распада радиоактивных элементов.
В колебаниях земной коры большую роль играют также силы
притяжения и вращения.

Структурными элементами земной коры являются плат-
формы, складчатые зоны и океанические впа-
дин ы.

Платформы (Русская, Сибирская и др.) характеризу-
ются незначительными и мало интенсивными колебательными
движениями; это наиболее спокойные участки земной коры.
Складчатые зоны (Кавказ, Карпаты, Альпы, Гима-
лаи и др.) характеризуются исключительно интенсивными дви-
жениями; здесь формируются наиболее высокие горы. В преде-
лах этих весьма подвижных зон активно действуют вулканы и
происходят сильные землетрясения. Толща осадочных пород
достигает здесь мощности в 6—10 км.

О к е а и и ч е с к и е впадины являются областью погру-
жения и накопления осадков (геосинклиналь). В последующем
они переходят в складчатую зону.

Вулканизм

Процесс поднятия и извержения огненно-жидких масс маг-
мы в определенных местах земной поверхности называется
вулканизмом. Места прорыва магмы на поверхность Зем-
ли называют вулканами. В настоящее время насчитывают
476 действующих и не менее 2000 потухших вулканов.

Географически вулканы распределены весьма неравномерно.
Так, в Европе (не считая островов) имеется только один дейст-
вующий вулкан — Везувий. В Австралии нет пи одного вулка-
на, а в Африке известны многие. Больше всего вулканов скон-
центрировано вдоль побережья Тихого океана (огненное кольцо
Тихого океана), главным образом на островах, прилегающих к
Азиатскому материку (Зондские, Филиппинские, Новая Гвинея,
Японские, Курильские и Алеутские).

Рис. 12. Ключевская сопка. Фото В. И. Семенова.

В районе Атлантического океана вулканы известны на остро-
вах Гренландии, Зеленого Мыса, Канарских и Малых Антиль-
ских. В СССР действующие вулканы встречаются на Камчатке
и Курильских островах.

Наиболее крупным из действующих в СССР вулканов явля-
ется Ключевская сопка на Камчатке. Конус этого вулкана до-
стигает высоты 4810 м (рис. 12). Ориентировочно подсчитано,
что для образования конуса Ключевской сопки необходимо бы-
ло около 700 извержений. На рис. 13 показан вулкан Корякский.

Во время извержений вулканов на поверхность выбрасыва-
ются газы (водяные пары, водород, хлор, азот, окись угле-
рода, метан, сероводород, сернистый газ и др.), твердые
тела и лава. Извержения начинаются выходом газов, за-

Рис. 13. Корякский вулкан на Камчатке (вершина вулкана возвыша-
ется над облаками). Фото В. И. Семенова.

тем дыма (пепла) в виде столба, подымающегося вертикально
па высоту до 10 км и более. Пепел разносится на большие про-
странства. Например, во время извержения вулкана Кракатау
(остров в Зондском проливе, между Явой и Суматрой) в августе
1883 г. была выброшена огромная масса пепла, остававшаяся в
атмосфере в тёчение ряда лет и придававшая ей своеобразный
красноватый оттенок.

Газообразные раскаленные тучи, вырвавшиеся из вулкана
Пеле (гора Лысая) на о. Мартинике во время извержения в
1902 г., достигли высоты 4 км (рис. 14), а затем начали опу-
скаться, причем температура газов была настолько высокой, что
одна из таких туч испепелила город Сен-Пьер и привела к ги-
бели всех его жителей.

Во время извержений в воздух поднимаются и твердые про-
дукты, вначале небольших размеров, так называемые ляпилли
(камешки), а затем и бомбы (обломки значительных размеров).
Пепел, падая на землю, цементируется и превращается в вул-
канический туф.
Когда подводящий канал освобождается от застывших масс
выбросами газа с ляпиллями и бомбами, огненно-жидкая магма
подходит к кратеру и изливается через его край, образуя огром-
ные лавовые потоки (рис. 15).

Рис. 14. Извержение вулкана Пеле в 1902 г

При извержении вулкана Пеле в 1902 г. остроконечный ла-
вовый обелиск (рис. 16) вследствие вязкости лавы выжимался
из кратера в течение 8 месяцев и достиг 476 м в диаметре и
800 м высоты от основания (1608 м над уровнем моря).
Рпс. 15. Поток стекловатой лавы, образовавшийся во время извер-
жения вулкана Килауэ (Сандвичевы острова).

Рис. 16. Обелиск горы Пеле.
Общее количество продуктов вулканических извержений до-
стигает иногда очень больших масс. Например, Ключевская
сопка во время крупных извержений выбрасывает до 4,5 км3 ма-
териала. Трещина Лаки (Исландия) в 1883 г. в два приема вы-
бросила 3 км3 и 12,5 км3, а вулкан Санта-Мария (Гватемала) в
каждое извержение выбрасывает 1—4 км3 продуктов. На ост-
рове Суматра вулкан Темборо в 1915 г. выбросил 150 км3 пепла,
ляпиллей, бомб и лавы. В марте 1960 г. на острове Бали (Ин-
донезия) произошло грандиозное извержение вулкана Агунг,
вызвавшее гибель более 500 человек. Свыше 50 000 га плодород-
ных земель были погребены под слоем лавы и пепла. Разруше-
ны многие плотины, мосты, дороги. Потоки лавы отрезали от
внешнего мира город Карангасем. Целые деревни смыты бур-
ными потоками воды, смешанной с пеплом. Над Агунгом долго
висели облака черного дыма и были слышны глухие раскаты
взрывов в его кратере.

Необходимо указать, что в давние геологические эпохи вул-
канические процессы были более грандиозны и проявлялись в
различных частях литосферы значительно чаще. Это подтверж-
дается широким распространением на Земле в различных ши-
ротах пород вулканического происхождения.

Причиной вулканических процессов следует считать наличие,
в недрах больших, но обособленных очагов огненно-жидкой маг-
мы, находящихся под высоким давлением. В тех местах, где'
мощность литосферы меньше, скорее возможны ее прорывы и
излияния по трещинам.

Землетрясения

Землетрясения — это разной интенсивности смещения
значительных частей земной коры, часто приводящие к разру-
шению зданий, сооружений и образованию трещин и разрывов
на. поверхности. Совокупность явлений, связанных с землетрясе-
ниями. называется сейсмическими явлениями (от
греческого слова seismos — сотрясение). Местности, где часто
наблюдаются землетрясения значительной силы, называют
с е и с м и ч е с к и м и района м и.

Землетрясения происходят очень часто (в среднем 1 земле-
трясение каждый час). Абсолютно неподвижных участков на
земном шаре не существует. Любой участок земной поверхности
испытывает легкие сотрясения. Однако интенсивность колеба-
ний поверхности обычно весьма незначительна и редко ощуща-
ется людьми, только 100 землетрясений в течение года бывают
разрушительными.

Такие землетрясения являются иногда грозным бедствием
для больших районов, вызывая гибель людей и разрушение
зданий. Очаг первоначальных смещений обычно залегает на
большой глубине и называется гипоцентром, а ближай-
шая к нему область на поверхности — эпицентром. В ги-
поцентре образуются два вида колебаний — продольные
(сжатие) и поперечные (кручение). Продольные колебания
вызывают сейсмические волны со скоростью прохождения до
7—8 км!сек, а поперечные — до 3—4 км]сек.

В результате ударов и толчков из гипоцентра в эпицентре
возникают длинные поверхностные волны, распространяющиеся
в горизонтальном направлении во все стороны на огромные
расстояния. Эти удары, толчки и различные по направлению
волны производят губительные разрушения (рис. 17, 18).

Рте. 17 Трещины, образовавшиеся в результате землетрясения в Японии.
Вдали виден разрушенный мост.

Глубина очагов (гипоцентров) землетрясений колеблется от
5 до 150 км. Очаги наиболее сильных, катастрофических земле-
трясений лежат на глубине 30—100 км. В последнее время ста-
ли известны глубокофокусныс землетрясения с гипоцентром на
глубине до 700 км.

Продолжительность землетрясений и число толчков бывают
самыми различными — от нескольких секунд до нескольких
лет. Например, на Камчатке в 1923 г. землетрясение продолжа-
лось с февраля по апрель и проявило себя 195 толчками. В Япо-
нии известное землетрясение 1 сентября 1923 г. продолжалось
неделю, причем в первый день было зарегистрировано 216 уда-
ров, а во второй — 57. В районе г. Верного (теперь Алма-Ата)
28 мая 1887 г. началось землетрясение, продолжавшееся около
трех лет, причем было зарегистрировано более 600 постепенно
затухавших толчков. Крупнейшее землетрясение 1911 г. в этом

Рис. 18. Трещина на склоне, образовавшаяся в результате
землетрясения в мае 1959 г. в районе Пстроиавловска-на-
Камчатке.

же районе (известно под названием Кебинского) продолжа-
лось 4 месяца. По данным проф. П. II. Никифорова, энергия
этого землетрясения может быть приравнена к одновременному
залпу 2080'1 млн артиллерийских орудий, выбросивших снаря-
ды весом 1 т па высоту 25 км. Землетрясение 1927 г. в Крыму
после главной разрушительной фазы продолжалось еще 2 года,
причем произошло более 200 толчков. Разрушительное земле-
трясение произошло 5 и 6 октября 1948 г. в Ашхабаде.

21 мая 1960 г. в Чили произошло землетрясение огромной
силы, опустошившее провинции Нубле, Консепсьон и Арауко.
На другой день последовала еще одна серия толчков большой
силы с одновременной бурей на океане с высотой волн до 10 м.
Сильнейшие разрушения были отмечены в 13 провинциях Чили
из 24. Погибло 5 тыс. человек, пострадало около 300 тыс. чел.
Материальный ущерб достиг 1 млрд, долларов. Одновременно
с землетрясением началось извержение 14 вулканов.

В зависимости от причин возникновения различают следую-
щие три типа землетрясений: провальные, вулкани-
ческие и те к то и и ч е с к и е, или г о р о о б р а з о в а-
т е л ь н ы е.

Провал ь н ы е зем л етрясе н и я, как правило, за-
хватывают небольшую территорию. Они связаны с образовани-
ем пустот па сравнительно небольшой глубине, в результате
растворения пород подземными водами. По мере роста пустот
происходит систематическое обрушение сводов, влекущее за со-
бой проседание поверхности. Таковы провалы в районе Вол-
чанска, Харьковской область, происходившие в 1915 г., причем
сотрясения поверхности ощущались на площади в 7000—
8000 of2. Многочисленные колебания поверхности в связи с
провалами наблюдались в 1934 г. на Урале в Кизеловском рай-
оне, Пермской области.

В у л к а н и ч е с к и е з е м л е т р я с е н и я происходят толь-
ко в районах действующих вулканов. Извержение огромных
твердых и жидких масс на поверхность Земли вызывает ее сме-
щения. Иногда эти смещения начинаются до извержения. Вул-
канические землетрясения также имеют локальное распростра-
нение.

Наоборот, т е к т о н и ч е с к и е з е м л е т рясе н и я, свя-
занные с горообразовательным процессом, охватывают большие
пространства, главным образом, в горных районах.

В СССР имеются сейсмические районы, где землетрясения
часто повторяются. К таким районам относятся Дальний Восток
(в том числе Курильские острова, Камчатка, Сахалин), юг За-
падной и Восточной Сибири, Средняя Азия, Кавказ, Крым, Кар-
паты, Молдавия и Буковина.

У берегов океанов наблюдается своеобразное явление, свя-
занное с моретрясениями. Если тектоническое землетрясение
деформирует морское ^даб4 с внезапными и мгновенными пере-
мещениями крупных масс земной коры, то через 20—30 минут
образуются большие морские волны — цунами (японское
название), обрушающиеся на берега и разрушающие их. Высо-
та разрушительных волн, движущихся со скоростью 800---
900 км/ч, колеблется в значительных пределах (от 10 до 40 м).
Для сравнения укажем, что сейсмические волны рас-
пространяются в 70 раз быстрее цунами, а волны сжатия
перемещаются в 7 раз быстрее цунами.

При подходе к берегам цунами представляют огромную
опасность для всевозможных строений и людей. Так, например,
во второй половине XIX ст. серия громадных волн высотой 30—
40 м обрушилась на низкие берега Западной Явы и Южной Су-
матры, и в течение нескольких минут погибли 35500 человек.
В ноябре 1952 г. в результате цунами остров Парамушир (в
цепи Курильских островов) был полностью покрыт волнами.

Происходящие в любой точке земного шара землетрясения
регистрируются специальными приборами — сейсмогр а ф а-
м и. Наблюдения с помощью сейсмографов позволяют опреде-
лить амплитуду и период колебаний поверхности, что дает воз-
можность вычислить ускорение колебаний, передаваемых зда-
ниям.

У нас в СССР сила землетрясений измеряется по девяти-
балльной шкале ГОСТ 6249—52, причем землетрясения силой до
6 баллов считаются незначительными. В табл. 9 приведены из-
влечения из шкалы землетрясений по ГОСТ 6249—52.

Таблица 9

Шкала интенсивности землетрясений

Последствия землетрясения

1,1 : 2,0 Во многих зданиях легкие повреждения. В отдельных зда-
ниях групп А и Б значительные повреждения

В редких случаях (при влажных грунтах) поперечные
тонкие трещины на дорогах. Трещины шириной до 1 см во
влажных грунтах. В горных районах единичные случаи
оползней и осыпания грунтов. Небольшие изменения дебита
источников и уровня воды в колодцах

2,1-г-4,0	В большинстве зданий группы А значительные поврежде-

ния и в отдельных — разрушения. В большинстве зданий
группы Б легкие повреждения и во многих — значительные
повреждения. Во многих зданиях группы В легкие поврежде-
ния и в отдельных — значительные повреждения.

На крутых откосах насыпей дорог редкие оползни. В от-
дельных случаях поперечные трещины на дорогах. В единич-
ных случаях нарушение стыков трубопроводов. Поврежде-
ние каменных оград. Тонкие трещины в сухих грунтах. Боль-
шое количество трещин во влажных грунтах. Отдельные слу-
чаи оползней на берегах рек. В горных районах небольшие
оползни и осыпание грунтов. Возможны горные обвалы. В
отдельных случаях мутнеют воды в водоемах и реках. Изме-
Продолжение таблицы 9

11оследствия землетрясения

9 | 8,1-16,0

няется дебит источников и уровень грунтовых вод. В некото-
рых случаях возникают новые пли пропадают существующие
источники воды

Во многих зданиях группы А значительные разрушения и
в отдельных — обвалы. В большинстве зданий группы Б зна-
чительные повреждения н в отдельных — разрушения. В
большинстве зданий группы В лет кие повреждении н во мно-
гих — значительные повреждения

Небольшие оползли па крутых откосах выемок и насыпей
дорог. Отдельные случаи разрыва стыков трубопроводов.
Памятники и статуи сдвигаются плн опрокидываются. Камен-
ные ограды обрушиваются

Трещины в грунтах достигают нескольких сантиметров.
/Много трещин па склонах гор и во влажных грунтах. Боль-
шие огыни, оно1, «ш п горные обвалы. Воза в водоемах ста-
новится мутной. Возникают новые водоемы. Возникают новые
пли пропадают существующие источники воды. Часто меня-
ется дебит источников и уровень воды в колодцах

Во многих зданиях группы А обвалы. Ео многих зданиях
группы Б разрушения и в отдельных — обвалы. Во многих
зданиях группы В значительные повреждения и в отдельных—
разрушения

В некоторых случаях повреждения насыпей дорог и в от-
дельных — искривление железнодорожных рельсов. Большое
количество трещин на дорогах. /Многочисленные разрывы и
повреждения трубопроводов. Памятники и статуи опрокиды-
ваются. Большая часть труб и башен разрушается

Трещины шириной до 10 см в грунтах и свыше 10 см —
по склонам и берегам рек. Большое количество тонких тре-
щин в грунтах. Горные обвалы. Много оползней и осыпей.
Небольшие грязевые извержения. Сильный волноприбой в во-
доемах. Часто возникают новые, или пропадают существую-
щие источники воды

Примечания: 1. К группе А относятся здания со стенами глинобит-
ными, из кирпича-сырца, самана и т. п.; к группе Б — здания каменные и к
группе В — здания деревянные.

2. При характеристике степени повреждения и разрушения частей зданий
под легкими повреждениями подразумеваются тонкие, трещины в штука-
турке, в кладке печей и т. п.; под з н а ч и т е .ч ь н ы м и повреждениями —
трещины в штукатурке, откалывание кусков штукатурки, тонкие трещины в
степах, повреждение дымовых труб отопительных печей и т. п.; под р а з р у-
ш е н и я м и — большие трещины в стенах, расслоение каменной кладки, об-
рушение отдельных участков степ, падение карнизов и парапетов, обвалы
штукатурки, падение дымовых труб отопительных печей и т. и.; под обва-
лами — полное или частичное обрушение стен, перекрытий и т. п.
Строительство в местностях, подверженных
землетрясениям

В местностях, подверженных землетрясениям силой до 6 бал-
лов включительно, особые меры антисейсмического строитель-
ства не принимаются. При землетрясениях силой от 7 баллов и
выше технические условия предусматривают ряд специальных
мер, обеспечивающих устойчивость зданий и сооружений.

Наиболее устойчивы в сейсмическом отношении скальные и
полускальные горные породы.

К неустойчивым породам относят насыщенные водой гравий-
ные, песчаные и лессовые, а также пластичные глинистые
породы. Весьма трудно обеспечить устойчивость зданий и соору-
жений, расположенных в местности с сильно расчлененным релье-
фом, вдоль обрывистых берегов, в оврагах, ущельях, на вывет-
ренных грунтах и нарушенных породах, в оползневой зоне или
вблизи линий тектонических разрывов.

Опасно возводить сооружения на затопляемых или заболо-
ченных территориях, а также участках с близким залеганием
уровня грунтовых вод, на насыпных грунтах, оползнях и в обла-
сти развития пустот близ поверхности земли.

В сейсмических районах между зданиями рекомендуется
устраивать значительные разрывы. Ширина улиц должна быть
больше обычных норм. Выход из зданий и квартир следует
устраивать па две стороны. При необходимости устройства под-
валов их следует предусматривать под всем зданием, а не под
одной его частью, закладывая фундаменты па одной отметке,
без уступов. Этажность железобетонных зданий не ограничива-
ется. Кирпичные здания не рекомендуется возводить более 3—
5 этажей, причем следует устраивать специальные антисейсми-
ческие железобетонные пояса.

Чем проще конфигурация здания в плане (квадрат, прямо-
угольник, Kpyi), тем оно устойчивее. Если здание имеет боль-
шую протяженность, его разделяют специальными швами на
отдельные части правильной формы. Кровлю зданий следует
устраивать облегченной. Выдающиеся карнизы, балконы и
скульптурные украшения устраивать не рекомендуется. При
проектировании водоснабжения желательно предусмотреть два
самостоятельных источника водоснабжения.

По исследованиям, проведенным после землетрясения 1948 г.
в Ашхабаде, установлено, что основной причиной разрушения
даже одно- и двухэтажных зданий являлось плохое качество
кирпичной кладки и применявшихся растворов. В этом случае
и антисейсмические мероприятия не обеспечивали устойчивости
зданий. В то же время здания и сооружения из железобетона,
запроектированные как сейсмостойкие и хороню построенные,
не были повреждены. Здания из кирпичной кладки до двух эта-
жей из доброкачественных материалов и тщательно построенные
также оказались относительно устойчивыми — удовлетворитель-
но выдержали землетрясение, получив лишь небольшие повреж-
дения.

Итак, высокое качество материалов и тщательное производ-
ство строительных работ являются важнейшими условиями для
успешного строительства в сейсмических районах.

Глава 6

ДЕНУДАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Денудацией (denudatio —обнажение) называется со-
вокупность процессов разрушения горных пород на поверхности
земли и переноса продуктов разрушения в пониженные участки,
где происходит их накопление (отложение).

Денудационные, или, как их еще называют, экзо-
генные (внешние), процессы состоят из выветривания, раз-
мывающей деятельности водотоков и волноирнбоя моря, дея-
тельности подземных вод, снега, льда, ветра и перемещения ма-
териала под влиянием силы тяжести. Из этого перечня видно,
что действие денудационных процессов прямо противоположно
действию внутренних (эндогенных) сил, описанных
выше. Эндогенные силы создают основные черты строения зем-
ной коры, а экзогенные силы выравниваншот поверхность путем
разрушения гор и заполнения впадин.

Было бы неправильно не видеть тесной связи между эндо-
генными и экзогенными процессами. Характер внутренней дина-
мики и ее направленность на определенном этапе развития ка-
кой-либо части Земли определяют ход, вид н энергию денудаци-
онных процессов. В результате эндогенных и экзогенных процес-
сов и формируется рельеф Земли.

Выветривание

Выветривание м называют процесс изменения горные
пород в результате действия агентов атмосферы, солнечного из-
лучения. а также растительных и животных организмов. Этот
процесс распространен повсеместно и тесно связан с окружаю-
щей средой.

По характеру воздействия на горные породы различают ф и-
з и ч е с к о е, химическое и органическое выветри-
вание. Однако такое разделение процессов изменения или раз-
рушения горных пород весьма условно, так как они находятся
в сложном взаимодействии и не могут быть обособлены. Поэто-
му рассмотрим основные агенты выветривания без разделения
их по характеру процессов.

Солнечное излучение вызывает значительные колебания тем-
пературы, влияющие на свойства горных пород. Например, по-
переменное нагревание и охлаждение, связанное с суточным, се-
зонным и годовым колебаниями температуры, приводит к неод-
нократному изменению объема минералов и горных пород (при
нагревании — расширение, при охлаждении — сжатие). Солнеч-
ное нагревание никогда нс бывает равномерным. Оно зависит
от цвета пород, характера и наклона их поверхностей, ориенти-
ровки по странам света и от климатических условий. Перемен-
ный режим нагревания, связанный с испарением или конденса-
цией влаги, приводит к образованию трещин даже в самых
крепких породах (рис. 19). Постепенно сеть трещин становится

Рис. 19. Трещины, образовавшиеся в известняке в результате
выветривания.

все более разветвленной и глубокой. В таком состоянии сказы-
вается и дробящее действие замерзающей воды, так как при
переходе в твердое состояние она увеличивается в объеме на
9,2%.

В районах, где весной и осенью температура в течение суток
колеблется от нуля (ночью — ниже пуля, а днем — выше нуля),
процесс выветривания протекает особенно интенсивно. В юж-
ных районах СССР, где температура воздуха всегда выше нуля,
выветривание происходит также весьма энергично в результате
значительных и частых колебаний влажности пород, связанных
с их нагреванием и охлаждением.
В процессе выветривания первичные минералы постепенно
переходят во вторичные (растворимые в воде — гипс, кальцит
и пр.; нерастворимые в воде — монтмориллонит, серицит, као-
линит, опал и другие, а также различные органические соеди-
нения).

Роль растительных и животных организмов в процессах вы-
ветривания весьма значительна. Они оказывают как химичес-
кое, так и механическое воздействие на горные породы. Напри-
мер, разросшиеся корни деревьев часто вызывают дробление
пород (рис. 20); различные землероющие животные интенсивно

Рис. 2С. Разрушение известняка корнями дерева.

перерабатывают верхний слон глинистых пород. Кроме того,
многочисленные микроорганизмы вызывают химические реак-
ции, разрушающие горные породы.

Химическое выветривание заключается в переходе безводных
пород в водные гидраты (ангидрит в гипс) и закисей в связи с
поглощением кислорода в окиси (железный шпат в бурый же-
лезняк), а также в изменении минералов и пород вследствие
простого или сложного обмена (переход известняка в доломит).

Агенты выветривания могут проникать в земную кору па зна-
чительную глубину. Чем ближе порода к поверхности и значи-
тельнее сезонные колебания температуры, влажности и других
факторов, тем интенсивнее процесс выветривания и причудливее
формы рельефа (рис. 21).

Действие агентов выветривания вызывает непрерывное раз-
рушение горных пород и образование продуктов выветривания,
т. е. видоизмененных, разрушенных пород, характеризуемых
уже иными физико-техническими свойствами. Продукты вывет-
ривания, оставшиеся на месте, называются элювием.

Рис. 21. Формы рельефа, образовавшиеся в результате вы-

ветривания.

Скорость выветривания различна для разных пород. Напри-
мер, глины разрушаются скорее, чем скальные породы. Вместе
с тем процесс выветривания глин протекает с различной ско-
ростью. Встречаются глины, которые выветриваются медленно.
Имеются также глины, скорость выветривания которых столь
значительна, что этот процесс должен учитываться при строи-
тельстве. Достаточно в таких глинах отрыть котлован, как сразу
же начинается процесс их разрушения и перехода из плотного
состояния в рыхлое, лишенное связности.
Размывающая деятельность водотоков
и волноприбоя моря

Процессы выветривания, нарушающие связность пород, об-
легчают размывающую деятельность различных водотоков. Ра-
бота водотоков состоит из разрушения пород, переноса продук-
тов выветривания, их размыва (в результате чего они обтачива-
ются и шлифуются) и отложения. Интенсивность процесса раз-
рушения горных пород зависит от количества выпадающих осад-
ков, проницаемости слоев и уклона местности.

Рис. 22. Верховье оврага в лессовых грунтах.

Во время выпадения дождей часть осадков стекает по по-
верхности, образуя струи и ручейки, которые смывают верхние
слои выветрившихся горных пород и отлагают их у подножия
склона. Процесс переноса частиц пород дождевыми струями на-
зывается делювиальным (deluo — смываю), а образовав-
шиеся таким путем отложения — делювиальными.
Потоки дождевых и талых вод систематически смывают вы-
ветрившиеся породы, обнажая свежие грунты и тем самым спо-
собствуя разрушению новых слоев. Такой размыв пород проточ-
ными водами называется эрозией (erodo— размываю). В
результате эрозии постепенно образуются рытвины, промоины
и, в конечном счете, овраги (рис. 22, 23, 24). Вначале овраги

Рис. 23. Общий вид оврага в лессовых породах.

Рис. 24. Причудливые формы эрозии в песчаном грунте.

углубляются, а затем расширяются. Углубление оврагов воз-
можно до уровня, в который овраг впадает. Поэтому такой уро-
вень называется б а з п с о м э р о з и и. Размываемый материал
выносится из оврагов и со склонов, затем чаще всего попадает в
реки и переноси!ся водой дальше.
Работа рек имеет большое значение в изменении рельефа.
Собирая различные водотоки (дождевых и талых снеговых и
ледниковых вод), стремительные потоки рек пробивают себе
путь в самых крепких породах (рис. 25). В верхнем течении они

Рис. 25. Ущелье, образованное рекой в известняке.

энергично разрушают породы (рис. 26), в среднем — разруша-
ют и переносят продукты разрушения (рис. 27). В нижнем те-
чении рек обычно откладываются наносы.

В начальной стадии деятельности река энергично углубляет
свое дно. Наклонная линия дна реки стремится сравняться с
уровнем водоема, в который река впадает, т. е. базисом эрозии.
S зрелый период река имеет уже определенный профиль равно-
весия; уклон ее дна значительно уменьшается, а донная эрозия
прекращается вовсе. После этого начинается расширение доли-

Рис. 26. Горный поток.

Камчатка. Фото В. И. Семенова.

иы реки (боковая эрозия). По мерс расширения долины во-
доток реки систематически перемещается от одного берега к
другому, образуя излучины, называемые меандрам шд

В горных районах во время ливней или таяния снегов по ов-
рагам и ущельям образуются быстрые, но временные потоки во-
ды, смывающие продукты выветривания и в виде грязекамен-
Рис. 27. Глыбы пород, переносимые рекой Вилюгой. Камча и\а.
Фото В. II. Семенова.
ных потоков стремительно низвергающиеся по склонам в доли-
ну. Эти потоки разрушают дороги, мосты, селения и покрывают
грязевыми отложениями посевные площади, сады и т. д. Такие
грязекаменные потоки называют селевыми или селями,
а отложения, накапливающиеся таким путем, называют про-
лювием.

Всякое изменение высотного положения базиса эрозии тотчас
же нарушает выработанный рекой профиль дна, после чего
вновь начинается переработка долины. Укажем, например, что
для низовий Днепра базисом эрозии является уровень Черно-
го моря. Для остальной, большей части Днепра базисом эрозии
были Днепровские пороги. Однако после строительства гидро-
электростанции им. В. И. Ленина базис эрозии повысился и про-
филь реки быстро начал меняться. Сейчас, после строительства
Каховской плотины, образовался новый базис эрозии для участ-
ка реки между двумя плотинами. Очевидно, что на этом участке
также будет происходить интенсивная переработка берегов (т. е.
боковая эрозия).

р Всякая река, достигшая зрелости, имеет своеобразные сту-
пенчатые очертания склонов долины. Необходимо различать
пойму, т. е. затапливаемую в паводок часть долины, и тер-
расы — остаток поверхности былого долинного ложа. Суще-
ствует два типа террас: эрозионный, или врезанный, и
а к кумулятивный, или вложенный.

Река, пропиливая долину и перенося разрушенный материал,
в процессе донной эрозии систематически снижает свой уровень
и углубляет ложе. Если ранее река заполнила долину отложени-
ями, перенесенными водными потоками, или, как их называют,
а л л ю в и а л ь н ы м и (alluo — намываю), а затем постепенно
углубляла свое ложе в этих отложениях, то образуются а к-
кумулятивные террасы (рис. 28). Если река образовала
террасы в породах коренной основы, то такие террасы называ-
ют эрозионными^ (рис. 29).

Для характеристики геологической работы рек приведем
следующие данные о количестве ежегодных наносов, выносимых
реками, тыс. м3:

Рион	выносит	в	Черное море	• •	8000
Аму-Дарья	»	»	Аральское » .		44854
Ганг	»	»	Индийский океан	•	177000
Хуанхэ	»	»	Желтое море		900000

По данным китайского ученого Гао Пина, в устьевой части
р. Хуанхэ отлагается ежегодно 1 200 000 000 т ила.

Кроме работы рек, большое значение имеет переработка бе-
регов озер и морей действием волноприбоя. Если учесть, что об-
щее протяжение береговой линии материков и островов до-
стигает 260 000 км, то станет очевидным, что работа, осущест-

4—1473

49
вляемая волноприбоем, является серьезным геологическим фак-
тором. Процесс разрушения берегов волноприбоем называется
абразией (abrado — брею, соскабливаю).

Следует различать ветровые волны, приливы и морские те-
чения. Ветровые волны, направление и высота которых зависят

Рис. 28. Аккумулятивная терраса:

1—русло реки; 2—пойма; 3—первая надпойменная терраса; 4—
коренной берег; 5—аллювиальные пески; 6—коренные породы.

Рис. 29. Эрозионные террасы:

1—русло реки; 2—пойма; 5, 4—первая и вторая надпойменные террасы:
5—коренной берег; 6—глина; 7—известняк; 8—аллювий.

от силы и направления господствующих ветров, производят наи-
большие разрушения берегов. Вкатываясь на пляж, волна до-
стигает берегового уступа и с большой силой разбиваясь о ска-
лы, дробит и разрушает их. Этот вид абразии вызывает много-
численные обвалы берегов (рис. 30), причем скалы постепенно
дробятся, и их мелкие обломки мигрируют (переносятся) вдоль
берега. Иногда над урезом образуются волноприбойные ниши
(рис. 31).

Кроме видимой работы волноприбоя, на надводном склоне
идет интенсивный, часто незаметный, процесс абразии подводно-
го склона. Сильное волнение легко смывает слой наносов
(песчаных или галечниковых), обнажает коренную основу в при-
брежной полосе и подвергает ее интенсивному размыву, вызы-
вая крупные оползни. Этот процесс протекает весьма быстро,
если дно сложено глинистыми грунтами.

Рис. 30. Действие абразии.

Например, близ г. Кольберга берег Балтийского моря отсту-

пает ежегодно на 0,5—1,0 м. На берегу Черного моря, недале-
кого? Одессы, есть районы, где море наступает на сушу со сред-
ней скоростью 0,7—0,8 м в год. Известны случаи, когда на
отдельных участках (вблизи Гагры) за год отмывалось до 25—

30 м берега.

Приливы обычно более всего разрушают берега в устьевых
частях рек, куда морские или океанские волны устремляются с
ромной скоростью. Примером может служить наводнение в
арте 1962 г. в г. Гамбурге, где во время прилива, сопровож-
чепШеГ°СЯ ветР0М’ Дувшим со скоростью 160 км!ч, вода перешла
и Эл3 5ЛОТИНЫ’ разрушила их и поднялась вверх по рекам Везер
ловек а’ Затопив огромное пространство и вызвав гибель 500 че-
Морские течения, главным образом прибрежные, являются
лишь фактором переноса разрушенного абразией материала.
Часть этого материала уносится на большие глубины и в даль-
нейшем в прибрежной миграции не участвует, а большая часть
его переносится на другие участки берега. Таким образом, вол-

Рис. 31. Волноприбойные ниши на Черноморском побережье. Фото
А. В. Зарва.

ноприбой и течения не только разрушают берега, но могут их
наращивать, непрерывно изменяя тем самым их конфигурацию.

Значительна также геологическая деятельность подземных
вод, которые растворяют некоторые горные породы. Образова-
ние пустот в породах в результате растворения подземными во-
дами называется карстовым процессом. Подробно
явление карста рассматривается в главе 17.

Деятельность снега и льда

Снег является хорошим изолятором, предохраняющим по-
верхность земли от промерзания. Во время таяния снег питает
реки, а струи талой воды участвуют в делювиальном процессе.
В горных районах лавины снега, срываясь с гор, переносят об-
ломки скал и продукты выверивания. Лед на реках во время
ледохода перерабатывает берега и переносит значительные мас-
сы аллювиальных отложений. Большое влияние на состояние
горных пород оказывают пропластки льда в районах распрост-
ранения многолетней мерзлоты.

Геологическая деятельность льда более всего проявляется в
горных районах. Накапливающийся на больших высотах в виде

Рис. 32. Ледник.

имею°ВЫХ П0Лей снег по меРе смерзания образует толщу льда,
ются ILtyIG свое°бразную форму. Такие ледники медленно спуска-
ных пП0 СКлонам ðРв долину, увлекая за собой обломки гор-
°Род и продукты выветривания (рис. 32). Толщина слоя
льда может достигать нескольких сот метров, поэтому ледник
при движении углубляет корытообразное ложе (рис. 33). Путь
его движения устилается обломками переносимых им горных
пород. Ледник, двигаясь подобно гигантскому бульдозеру, пе-

Рис. 33. Корытообразные ложа древних ледников.

ремещает массу неотсортированного обломочного и глинистого
материала. Этот материал, перенесенный и отложенный ледни-
ками, называют мореной. Различают боковую, донную и
конечную морены (рис. 34).

Рис. 34. Ледник и его конечная морена.

По мере опускания ледника вниз его язык попадает в об-
ласть более высоких температур воздуха и начинает таять. При
потеплении процесс таяния становится столь интенсивным, что
ледник начинает сокращаться или, как говорят, отступать. Ог-
ромные потоки талой воды, вытекающие из-под ледника, выно-
сят большое количество частиц горных пород, размывают море-
ну, прорывают гряду конечной морены и растекаются на боль-
шие пространства, отлагая вынесенные продукты. Отложения
талых ледниковых вод называют флювиогляциальны-
м и (fluvius — поток, река и glacies — лед).

Если в настоящее время деятельность ледников проявляется
только в горных районах, а также на крайнем севере и юге на-
шей планеты, то в прошлом были периоды, когда оледенения
достигали исключительно больших размеров. Например, в чет-
вертичном периоде вся Северная и Восточная Европа была по-
крыта мощной толщей льда, достигавшей в центре Европейской
части СССР более 1 км. Это оледенение, названное Днепров-
ским, достигало широты Киева и в виде отдельных языков опу-
скалось почти до Днепропетровска. Ледяной покров занимал
около 30% нынешней территории нашей страны. В пределах этой
территории и вблизи ее южных границ сохранились большие
скопления ледниковых отложений: эрратические в а л у-
н ы, т. е. перенесенные ледником большие, обычно окатанные,
обломки горных пород; о з ы — крупные валы с гребнями, со-
стоящие из песчано-гравийного материала; морены дон-
ные — в виде глин или суглинков с включением исштрихован-
ных валунов (валунная глина); боковые и конечные
морены — обломки пород и валунов.

Флювиогляциальные отложения представлены песками, га-
лечником и реже валунными суглинками или глинами, вынесен-
ными потоками талых ледниковых вод южнее конечной морены.

Деятельность ветра

В местностях, подверженных значительным колебаниям тем-
пературы воздуха и лишенных растительного покрова, где к то-
му же выпадает мало осадков, ветры выдувают частицы пород,
постепенно подготовленные выветриванием, переносят их на
значительные расстояния и отлагают.

Даже ветер небольшой силы легко поднимает в атмосферу
и перебрасывает малые по размерам частицы горных пород
(пыль и песок). Сильный ветер может поднимать и переносить
гальку и даже значительные обломки пород. Высота подъема и
расстояние, на которое частицы переносятся, зависят от их веса
и силы ветра. Пыль поднимается ветром на высоту нескольких
километров, мелкозернистый песок — до нескольких десятков
метРов, а грубый крупный песок — на 8—10 м.

Ь процессе переноса частицы непрерывно сталкиваются,
лифуясь и истираясь. Если на пути движения частиц встреча-
ся препятствие, то они систематически дробят его, образуя
fnu особую ячеистую структуру поверхности породы
Частицы пород не всегда поднимаются в атмосферу. Иногда
они перекатываются силой ветра по поверхности. Скопления по-
род, перенесенных ветром, называют эоловыми отложе-
ниями (Эол — повелитель ветров в древнегреческой мифологии).
Значительная часть лессовых отложений образовалась путем
переноса ветром пылеватых частиц.

Рис. 35. Ячеистая структура и следы выдувания песчаников.

Обычно геологическая деятельность ветра более всего прояв-
ляется в полупустынных или пустынных областях, где имеются
большие скопления песков. Однако следует указать, что и в об-
житых районах ветер производит значительную работу.

Вдоль берегов рек и морей ветер перерабатывает скопления
песка, вытянутые в виде валов, и превращает их в холмы не-
правильной формы, обычно высотой 1—3 м, называемые дю-
нам и. Дюны, достигающие 40—60 м высоты, широко развиты
в Прибалтике, где ветер, перекатывая частицы песка, системати-
чески перемещает дюны. Для борьбы с дюнами, наступающими
на обжитые районы, пески закрепляют древонасаждениями.

Континентальные скопления песков в полупустынях и осо-
бенно в пустынях имеют более правильную серповидную форму
н называются барханами (рис. 36). Пустыни Сахара, Го-
би, а также Арало-Каспийского района, Мексики, Аравии, Внут-
реннего Китая и т. п. характеризуются огромными массами пес-
ка, систематически перевеваемыми ветром. Они напоминают
песчаное море (рис. 37).

Рис. 36. Барханы.

Кроме того, ветер, формируя волны в морях и океанах и
воздействуя на водные массы рек, способствует развитию эро-
зии и абразии.

Рис. 37. Песчаное море.

Особый вид денудации — перемещение земляных масс под
Влиянием силы тяжести — проявляется в виде обвалов и ополз-
Неи, описываемых в главе 16.
Глава 7

ГЕОХРОНОЛОГИЯ

Геологическое летоисчисление, т. е. определение возраста
горных пород или организмов, ранее существовавших на Земле,
может быть абсолютным и относительным, в за-
висимости от того, определяется ли возраст в годах или в услов-
ных отрезках времени, называемых эрами, периодами, эпохами,
веками.

Абсолютный возраст определяется путем учета ко-
личества гелия или свинца, выделяющихся в результате распада
радиоактивных элементов. Так как скорость распада постоянна,
то зная количество гелия или свинца в минералах, можно опре-
делить время, прошедшее с момента их образования.

Относительный возраст определяется по остаткам
организмов, находимых в горных породах (палеонтологический
метод). Развитие органического мира, как известно, происхо-
дило от простых организмов к более сложным. Сравнивая ор-
ганические остатки, найденные в горных породах, можно уста-
новить более древние и молодые горные породы. По относитель-
ному возрасту Земли различают пять эр и ряд периодов. Их
характеристика приведена в табл. 10.

Геохронологическая таблица

Таблица 10

Эра	Период	Продол- житель- ность, млн. лет	Ин-  декс	Развитие органического мира
Архейская	—	Более 1000	Л	Примитивные орга- нические формы. Появ- ление водорослей и бак- терий
Протерозой- ская (прос- тейшей жиз- ни)	—	600—800	Pt	
Палеозой- ская (древ- ней жизни)	Кембрийский	70—90	Ст	Начало развития на- земных растений и жи- вотных. Появление и развитие многочисленных беспозвоночных. Появле- ние рыб
	Ордовикский	70-80	О	
	Силурийский	40-45	S	
	Девонский	45-50	D	Развитие рыб и мол- люсков
Продолжение табл. 10

Эра	Период		Продол- житель- ность, млн. лет	Ин-  декс	Развитие органического мира
Палеозой- ская (древ- ней жизни)	Каменноуголь- ный		50—55	С	Развитие амфибий и споровых растений. По- явление хвойных расте- ний, пресмыкающихся и насекомых
	Пермский		25-30	р	
Мезозойская (средней жиз- ни)	Триасовый		30—35	т	Развитие головоно- гих моллюсков и разно- образных пресмыкаю- щихся. Появление и на- чало развития млекопи- тающих и птиц
	Юрский		25-35	J	
	Меловой		55—60	Сг	
Кайнозойская (новой жиз- ни)	Третичный	Палеоген	30-35	Pg	Расцвет млекопита- ющих и птиц. Развитие цветковых растений
		Неоген	25—30	N	
	Четвертичный или антропоген		1	Q	Появление и развитие человека. Развитие сов- ременной растительнос- ти и современного жи- вотного мира
ЧАСТЬ II

ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Гидрогеология — учение о подземных водах, их проис-
хождении, условиях залегания, законах движения, физических и
химических свойствах, связи с атмосферными и поверхностными
водами.

Глава 8

ВОДА В ЗЕМНОЙ КОРЕ

Круговорот воды в природе

Вода содержится в атмосфере, гидросфере и литосфере в раз-
ных состояних (пар, капельно-жидкое состояние, лед). Между
влагой в этих геосферах существует тесная связь, проявляемая в
виде круговорота. Круговорот воды в природе вызывает-
ся прежде всего солнечным нагреванием, следствием которого
является испарение с водной поверхности и суши, в том числе
транспирация, т. е. испарение листьями и кронами растений и
деревьев.

Испаряемая влага в виде пара поднимается в атмосферу,
при охлаждении переходит в капельно-жидкое состояние и в ви-
де атмосферных осадков выпадает на поверхность Земли. Часть
осадков расходуется на сток, попадает в реки и вливается в мо-
ря и океаны, другая часть просачивается (инфильтруется) в
недра Земли и в последующем питает реки (подземный сток).
Значительная часть осадков испаряется с поверхности морей и
суши с тем, чтобы вновь повторить описанный выше цикл.

Различают малый круговорот воды, когда испа-
рившаяся влага, например с поверхности моря или суши, здесь
ке выпадает, и большой круговорот, когда часть водя-
ных паров, скопившихся над морем, выпадает в виде осадков
на сушу и вновь возвращается реками в море.
Обозначив:

Им—годовое испарение с поверхности океанов и морей,

Ис —годовое испарение с суши,

Ом—годовые осадки на поверхности океанов и морей,

Ос —годовые осадки на поверхности суши,

С—годовой сток рек,
можно уравнение круговорота воды в природе написать в сле-
дующем виде:

Для всего земного шара Им фНс = Омф-Ос , т. е. количест-
во воды, испаряющейся с поверхности океанов и суши, равно
количеству осадков, выпадающих на поверхность океанов и
суши.

Полный большой круговорот воды в природе происходит в
весьма короткий срок. Известно, что в атмосфере содержится
всего 12 300 км3 влаги, в то время как ежегодно па поверхность
Земли в виде дождей выпадает 518 000 км3 воды. Следователь-
но, круговорот воды должен завершаться за 9 суток. В действи-
тельности этот срок несколько меньше.

На общей площади суши, составляющей 149 млн. км2 (29%
поверхности земли), сток воды в океаны и моря имеет место
только со 117 млн. км2 (так называемые сточные области), а с
остальных 32 млн. км2 сток не наблюдается (бессточные обла-
сти). В бессточных областях, например, в Арало-Каспийском
бассейне, наблюдается лишь местный круговорот воды.

Более всего содержится влаги в гидросфере. Если сравнить
количество влаги в атмосфере (А), гидросфере (Г) и литосфере
(Л), то получится приблизительно такое соотношение:

А : Г: Л-1 : 100 000 : 10.

Распределение воды в земной коре

Подземные воды широко распространены в литосфере в па-
рообразном, капельно-жидком и твердом состояниях. Как из-
вестно, на глубине 12 км температура должна быть близка к
критической температуре воды (364°), поэтому нет оснований
полагать, что вода достигает такой глубины. Наблюдения над
1лУбокими горными выработками и изучение геотермических
Условий позволяют считать, что глубина распространения круп-
ных скоплений воды в капельно-жидком состоянии не превыша-
юи, причем можно выделить определенные этажи или зоны,
личающиеся по характеру движения, накопления и химическо-
Го состава воды.
Советский ученый К. И. Игнатович в 1944 г. установил вер-
тикальную зональность подземных вод, выделив следующие три
зоны:

зону интенсивного водообмена, определяемую
глубиной эрозионного вреза, где свободно перемещаются совре-
менные, преимущественно пресные, воды, связанные с раскры-
тыми, т. е. проточными, геологическими структурами;

зону замедленного водообмена, не вскрытую
эрозионными процессами, где передвижение вод затруднено
вследствие того, что они находятся в полураскрытых геологиче-
ских структурах. Воды в этой зоне древние, постепенно вытес-
няемые молодыми. По химическому составу они преимущест-
венно минерализованные;

зону весьма замедленного водообмена, на-
ходящуюся в глубоких частях впадин, т. е. в закрытых и непро-
точных геологических структурах. Воды здесь весьма древние,
погребенные, типа хлоридно-кальциево-натриевых рассолов.

Таким образом, интенсивный водообмен современных прес-
ных вод наблюдается лишь в самых верхних частях литосферы,
вскрытых долинах рек и овражной системе. С углублением в
толщу земной коры водообмен затрудняется, вода обогащается
значительным количеством солей, минерализуется и переходит
в рассолы.

Накопление и перемещение воды в литосфере возможно бла-
годаря наличию в толще горных пород различных пустот, фор-
ма и размеры которых колеблются в значительных пределах.
Различают пустоты различных форм (поры, трещины, зоны раз-
ломов, каверны, полости, каналы, пещеры).

Пористость, т. е. отношение объема пустот к объему по-
роды, аналитически выражается в таком виде

" ( )100«’

где ус —объемный вес сухой горной породы;

?уд —удельный вес горной породы.

Пористость рыхлых отложений (песок, гравий, галечник) за-
висит от того, как расположены зерна или обломки пород. Если,
например, зерна песка залегают одно над другим, то линии, сое-
диняющие их центры, образуют куб, и пористость будет дости-
гать 47,6%- При смещении зерен линии, соединяющие их цент-
ры, образуют ромб, и тогда пористость равна 39,5%. Если зерна
верхнего ряда располагаются в пространстве между двумя ниж-
ними зернами, то линии, соединяющие их центры, образуют
тетраэдр, т. е. достигается наиболее плотное залегание, при ко-
тором пористость песка будет минимальной — 26,2%.
Пористость магматических и метаморфических пород зави-
сит от места и характера их остывания. Излившиеся породы в
результате выделения пара или других газов при остывании ча-
сто имеют разветвленную систему крупных пор. Глубинные твер-
дые породы имеют ничтожную пористость, но в результате де-
нудационных и тектонических процессов покрываются сетью
трещин, способных проводить воду.

Многие осадочные скальные породы (известняк, доломит,
мел и др.), помимо пористости, в результате выщелачивания
имеют пустоты подчас больших размеров. Для глин характер-
но наличие большого числа весьма малых пор, обычно запол-
ненных водой, причем движение воды происходит столь мед-
ленно, что практически глину считают водонепроницаемой по-
родой.

Движение воды легче всего происходит в породах, имеющих
крупные поры. Лучшими коллекторами воды следует считать
рыхлые четвертичные отложения (аллювиальные и флювиогля-
циальные пески с гравием и галечником), лавы и туфы, пори-
стые, трещиноватые и кавернозные известняки, а также зоны
разломов.

Наиболее часто встречающиеся значения пористости некото-
рых пород приведены в табл. 11.

Таблица 11

Пористость некоторых пород

Породы		Пористость, проц.	Породы	Пористость, проц.
Гравий		35—37	Известняк трещи-	
Песок		30—37	новатый	25-30
Суглинок		35-42	Мел ....	5—7
Лесс		45—55	Мел	трещино-	
Глина		43—49	ватый	40—45
Торф . .		75—90	Туф .	.	.	.	55-60
Ил Песчаник Известняк		52—96	Гранит, мрамор	
		10—24 3—5	и другие нетре- щиноватые скальч	
			ные породы	1—4

Виды воды в горных породах

состоянии.

Эт $ода в горных породах встречается в различном

HbiiJ д ОПР°С был детально разработан известным русским уче-
пэл А- Ф. Лебедевым (1882—1936), а в последующем дополнен
Рвотами Е. М. Сергеева и др.
В горных породах выделяются (рис. 38) следующие виды

воды.

Вода в виде пара (парообразная) находится в воз-
духе, заполняющем поры, и движется из мест с большей упру-

Рис. 38. Виды воды в горных породах
(по А. Ф. Лебедеву):

а—частицы породы; б—молекулы воды
в виде пара;

/—частицы с неполной гигроскопично-
стью; 2—частицы с максимальной гигро-
скопичностью; 3, 4—частицы с пленочной
водой (вода движется от частицы 4 к
частице 3, окруженной более тонкой
пленкой); 5—частицы с гравитационной
водой.

гостью пара в места с
меньшей упругостью.

Связанная в о-
д а подразделяется на
гигроскопическую, или
прочно связанную (ад-
сорбируемую), и пле-
ночную или рыхло свя-
занную. Гигроско-
пическая вода об-
разуется путем погло-
щения водяных паров
частицами горных по-
род и прочно ими удер-
живается (с силой, до-
стигающей 10тыс. атм)^
Плотность такой во-
ды в среднем равна 2,
причем замерзает она
при температуре минус
78°С. Такая твердая во-
да не перемещается без
перехода в парообраз-
ное состояние и не пе-
редает гидростатиче-
ского давления.

ГПленочная, или
рыхло связанная, в о-
д а образуется путем
конденсации водящях

паров и удерживается
в виде слоя-пленки час-
тицей горной породы с
силой, в 70 000 раз пре-
восходящей ускорение
силы тяжести.^ Пленоч-
ная вода может пере-
мещаться весьма мед-
ленно от более толстых
пленок в сторону тон-

ких и также не передает гидростатического давления.

Такое перемещение, т. е. негравитационное движение влаги
в различных направлениях, становится возможным в результа-
ie проявления всасывающей способности грунтов, возникающей
вследствие разницы толщины пленок связанной воды, диаметра
пор, а также изменения температуры влаги и электрического
потенциала.

В результате nei равитациониого движения воды в глинах на-
блюдается более полное заполнение пор водой, чем в песках.
Связанная вода может быть удалена из породы только путем
высушивания при температуре 105 110°С.

Движение влаги в направлении падения электрического по-
тенциала, называющееся электроосмосом, имеет боль-
шое значение при осушении глинистых грунтов, когда через эти
грунты пропускают постоянный ток.

/ С в о б о д н а я в о д а разделяется на капиллярную и гра-
витационную. К а п и л л я р н а я вода заполняет мелкие
поры горных пород, обладая способностью подниматься выше
уровня грунтовьпх вод, передает гидростатический напор и за-
мерзает при температуре несколько ниже нуля, передвигается
иод влиянием силы тяжести или сил поверхностного натяжения,
т. е. может быть удалена из породь^Чем диаметр пор меньше,
тем выше подъем капиллярной воды, поэтому в песках высота
капиллярного подъема колеблется от 2 до 60 см (в зависимости
от крупности зерна), в супесях от 60 до 120 см, суглинках -
от 120 до 160 см и глинах от 300 до 400 см.

Известна также к а и и л л я р н а я вода у г л о в ы х
и о р и ц о д в е ш е н и а я вода. Первая существует в виде
разобщенных между собой капель и не передвигается под дей-
ствием силы тяжести, вторая залегает в капиллярных порах,
не имеющих связи с грунтовыми водами, благодаря наличию
менисков в нижней части капилллярной зоны, препятствующих
движению воды вниз.

* Г р а в и т а ц и о и пая вод а перемещается иод влиянием
силы тяжести, передает гидростатическое давление и является
водой в обычном понимании этого слова, т. е. может сравни-
тельно легко извлекаться из горных породу

Вода в твердом состоянии представлена кристаллами, лин-
зами, прослойками п даже пластами льда в толще мерзлых по-
род.

П\ р и с т а л л и з а ц и о н н а я вода и ц е о л и т н а я в о-
д а входят в состав ряда минералов и могут быть удалены из
вещества при температуре около 400°С.

Конституционной именуют воду, связанную хими-
чески (когда И и О участвуют в молекулярном строении мине-
рала и могут быть выделены только путем полного разрушения
строения минерала при температуре выше 400°С)^ц

Исследования А. Ф. Лебедева позволили понять процесс пе-
рехода воды из одного состояния в другое в верхних слоях зем-
ной коры. На рис. 39 приводится схема распределения влаги.
В верхней зоне, так называемой зоне аэрации, где поры запол-
нены преимущественно воздухом, встречается вода гигроскопи-

Рис. 39. Схема распределения влаги в верхних слоях
земной коры:

/—зона аэрации; 2—зона капиллярной влаиц 3 — уровень,
или зеркало, грунтовых вод; 4—зона насыщения: 5—
водоупор.

ческая и пленочная. По мере перехода ее в гравитационную
она просачивается вниз, к водоупору и образует зону насыще-
ния. Над ней залегает зона капиллярной влаги, или кайма.

Водные свойства пород

К водным свойствахМ пород относятся влажность, во-
допроницаемость, в лагоем к ость и водоотд а-
ч а.

Естественная в л а ж н о с г ь пород wf т. е. количест-
во воды, содержащейся в порах пород в естественном их зале-
гании, выражается в процентах по весу к абсолютно сухой
породе, высушенной при 105—107°. Иногда влажность выража-
ется в объемных единицах, тогда

.

где —влажность в объемных единицах;
w —влажность в весовых единицах;

уо—объемный вес породы.
Кроме того, различают степень влажности, или
относительную влажность пород, g (долю заполнения пор во-

дой)

«ЧудО— «)

п

w__весовая влажность в долях единицы;

v ___удельный вес;

—пористость в долях единицы.

Если степень влажности менее 0,5 (т. е. меньше 50% пор за-

влажными и

н а сы щеп н ы-

полнено водой), то такие породы считают маловлажными;
от 0,5 ДО 0,8
от 0,8 до 1,0

м и.

Водопроницаемость по-
род — это их способность пропус-
кать через поры воду. Чем больше
зерна пород или ширина трещин в
них, тем больше их водопроницае-
мость. Различают породы в о д о- j?

проницаемые (галечник, гравий,
песок и трещиноватые породы); п о-
лупроницаемые (торф, мер-
гель, лесс, супесь) и нейро ница-
е м ы е, или водоупорные (гли-
на, плотный суглинок, скальные по-
роды без трещин).

’• Водопроницаемость пород харак-
теризуется коэффициентом
фильтрации, или водопроницае-

^777777777777777777777

Рис. 40. Элементарное сече-
ние потока:

Z—длина потока; Нь Н2—
ординаты потока; h—раз-
ница уровней (Hi—Н2).

мости, т. е. скоростью фильтрации при градиенте, равном еди-
нице.

Как известно, различают ламинарное, т. е. параллель-
но-струйчатое движение воды, и турбулентное, т. е. с
завихрениями. В пористой среде возможно только ламинарное
движение воды. Турбулентное движение имеет место лишь в
пустотах больших размеров (в крупных, незаполненных песком
трещинах, карстовых полостях, каналах, пещерах и т. д.).

*ДсеРеДине XIX в. французский ученый Дарси ввел понятие
эсРфициента фильтрации и следующим образом сформули-
в ал линейный закон фильтрации в пористой среде:
поРиииЧеСТво в°ды> фильтрующейся через породу, прямо про-
и обп°НаЛЬно па^ению напора и площади поперечного сечения

Зак Н°т^Р°поРЦионально длине пути фильтрации (рис. 40).
н Дарси можно выразить формулой

h

Q = k—^—F,
где Q-~ количество воды, просочившейся через породу;

F—площадь поперечного сечения потока;

h—разница уровней или падение напора;

/длина пути фильтрации;

/г—коэффициент фильтрации, зависящий от свойств но
роды.

Л

Отношение	---=i принято называть и а н о р и ы м г р а д и-

е н г о м, или и ь е з о м е т р и ч е с к и м v к л о и о м.

Q

Если мы преобразуем уравнение Дарси в таком виде - ki,
то получим значение фиктивной скорости v~ki, так как F
площадь поперечного сечения потока - включает площадь по-
верхности зерен. Из этого равенства вытекает, что скорость
фильтрации пропорциональна напорному градиенту в первой
степени.

Закон турбулентного движения Шезн выразил в следующий
зависимости:

v с|/ А/,

где с*—скорость;

R—гидравлический радиус, равный отношению площади по-
перечного сечения потока к смоченному периметру;

(.--эмпирический коэффициенг.

А. А. Краснопольский принял с |/ R^k и тогда u — ki ~ или
Q — kF V i, т. е. скорость турбулентного движения пропорцио-
нальна напорному градиенту в степени 1/2. Значение коэффи-
циента фильтрации для некоторых пород приведено в табл. 12.

Т а 6 . । и ц а 12

Значение коэффициента фильтрации k

	I lop оды	А’. аГ сутки	Породы	k, лгсутки
Галечник промытый		200 500	Песок мелкозерн истый	5 10
Гравий	промытый .	50 200	11есок тонкозернистый	2 5
Песок	крупнозернистый	25-50	Суиесь	.	.	.	.	1—2
1 locoк	сре днезер н истый	10 -25	Суглинок	0,3-1
			Глина 		<0,001

В л а г о е м к о с т ь ю пород называют их. способность вме-
щать и удерживать воду Различают очень влагоемкие
породы (суглинок, торф, ГЛИИЯ). слабо В л я г о с м к и
(мергель, мел. лосе i лпиистын песок) п и е вл и i <»е м ь и г
(песок, гравий, галечник, грспшпонатые породы).

Водоотдачи свойство пород, насыщенных водой, сво-
бодно отдавать гравитационную воду. Величина водоотдачи мо-
жет быть выражена процентным отношением объема свободно
вытекающей из породы воды к объему породы или ко
личесгвом воды, вытекающей из 1 породы (удельная водо-
отдача).

Происхождение подземных вод

Проблемой происхождения подземных иод занимались еще
в глубокой древности, однако только к XIX и. сформировались
современные представления по угому вопросу. Были предложе-
ны две основные теории: инфильтрационная и кон-
деи с а ц и о и н а я. Представление об и и ф л ю а ц и и. т. е,
прямом проникновении морских вод в недра Земли с последую-
щим опреснением, явно ненаучно и по-лому мижи не рассмат-
риваться.

Инфильтрационная iгорня обьяспяет происхождение подзем
ных вод просачиванием в недра части выпадающих атмосфер-
ных осадков. Ее развивали Э. Галлеи (1656 1724;. Э. Мариотт
(1620—1684), .4. В. Ломоносов «1711 1765) а ар. Эта теория
была проста, понятна. подтверждалась многочисленными наб-
людениями и удовлетворяла таиросы, возникавшие н связи с
необходимостью практически использован. подземные воды для
снабжения населения.

В 1877 г. в докладе, представленном XVIII общему собра
нию немецких инженеров во Франкфурте-на-Майпе. австрийский
гидролог О. Фольгср выступил с критикой инфильтрационной
теории, утверждая, что грунтовые воды образуются от сгуще-
ния водяных паров воздуха, проникшего в грунт, г. е. путем
конденсации.

Это воззрение О. Фолы ера подвергалось критике, причем
метеоролог Ганн указал, что в атмосфере нет такого количества
водяных паров, которое обеспечило бы питание грунтовых вод.
Критика Ганна казалась иа«.-тод|»ко убедительной, что, по вы
ражению А. Ф. Лебедева. «... па .Много лег похоронила не толь-
ко наиболее слабую часть теории Фо. «мера, по и всю теорию
в целом».

В дальнейшем теория конденсации связана с именем
А. Ф. Лебедева, который в период 1907 -1919 гг. высказал ряд
новых соображений об образовании подземных вод и не только
разработал теорию возможного образования подземных вод
путем конденсации, но также.научно обосновал ппфпльтранйок-
ную теорию. До работ А. Ф. Лебедева было трудно объяснить
характер инфильтрации, наличие сухих слоев грунта в зоне
аэрации и многое другое.

Признавая и обосновывая образование грунтовых вод пу-
тем инфильтрации, А. Ф. Лебедев считал, что при определенных
условиях грунтовые воды образуются и путем конденсации.
Если упругость водяных паров в атмосфере больше, чем в воз-
духе, заполняющем поры грунта, то будет наблюдаться пере-
движение пара из воздуха в грунт и его конденсация в охлаж-
денных слоях (до слоя постоянной температуры). При обрат-
ном соотношении будет наблюдаться передвижение водяного па-
ра из грунта в атмосферу.

Таким образом, между умозрительной конденсационной ги-
потезой О. Фольгера и научно обоснованной конденсационной
теорией А. Ф. Лебедева есть существенная разница.

Последующие многочисленные исследования и наблюдения
показали, что основным путем происхождения грунтовых вод
следует считать инфильтрационный, однако явление конденса-
ции имеет место, хотя не является существенным слагаемым
процесса образования грунтовых вод.

Классификация подземных вод

Общепринятая классификация подземных вод не разработа-
на, к сожалению, до сих пор. Известный австрийский ученый
Э. Зюсс выделил в 1902 г. по генетическим признакам, т. е. по
способу происхождения, вадозные воды (vaderе — блуж-
дать), или воды атмосферного происхождения, и ювениль-
ные (juvenus — юный), глубинного происхождения, образовав-
шиеся из водяных паров, выносимых к поверхности поднимаю-
щейся магмой.

Однако А. М. Овчинников справедливо указывает на сомни-
тельность такого пути образования вод: даже при наличии во-
дяных паров, выделяющихся из магмы, скопление ювенильных
вод било бы невозможным, так как они тотчас же смешались
бы с атмосферными водами.

Ф. П. Саваренский в 1935 г. разработал классификацию под-
земных вод по двум весьма простым принципам: характеру за-
легания и гидравлическим признакам, выделив воды безна-
порные, т. е. со свободной поверхностью (грунтовые и меж-
пластовые), а также напорные воды (межпластовые арте-
зианские и трещинные). В последующем эта классификация бы-
ла дополнена А. М. Овчинниковым, Н. И. Толстихиным и
П. П. Климентовым.

Схема классификации подземных вод приводится в табл. 13.
Т а б л и и. а

Схема классификации подземных вод

Типы подзем-
ных вод

Гидравлические
условия

Виды подземных вод

Воды зоны аэ-' Ненапорные
рации	i

Грунтовые во- То же
ды

Межпласто
вые воды
Артезианские
воды

Напорные

Верховодка. Болотные воды. Воды мор’
: ских побережий,. Надмерзлотные воды се-
i зонных таликов

Воды отложений речных долин. Воды
; ледниковых отложений. Воды степей, полу-
! пустынь и пустынь. Воды горных областей
: и предгорных равнин. Воды трещинные и
! карстовые. Надмерзлотные воды
:	Межмерзлотные и подмерзлот.ные воды.

Обычные межпластовые воды

;	Воды пластовые. Воды трещинные и

карстовые, Подмерзлотные воды

Физические свойства и химический состав
подземных вод

Вода, скопившаяся в пустотах литосферы, все время изме-
няет свой химический состав, взаимодействуя с окружающей ее
средой. Даже атмосферные осадки, еще не достигнув Земли,
обогащаются различными солями. Так, по данным Е. С. Бурксе-
ра, в Причерноморье на 1 км2 выпадает в год вместе с осадка-
ми около 10 т хлористого натрия. В районе Киева на 1 км2 вы-
падает ежегодно 2,5 т соли. В процессе инфильтрации и даль-
нейшей миграции вода в еще большей степени обогащается (при
определенном термическом режиме) различными солями. По-
этому воду следует рассматривать как природный раствор.

Вода по весу состоит из 11,11% водорода и 88,89% кисло-
рода. Вместе с простыми молекулами вода содержит и более
сложные образования, отвечающие формуле [Н2О]п.

Физические свойства природной воды определяются тем-
пературой, цветом, прозрачностью, вкусом и
запахом.

Температура воды может колебаться в значительных преде-
лах, но чаще всего вода имеет температуру 7—11°. Чистая вода
бывает бесцветной, но иногда она приобретает желтоватый отте-
нок, что свидетельствует о ее болотном происхождении, или
имеет тонкую коллоидную муть с изумрудным оттенком (серо-
водородные воды). Прозрачность воды в известной мере зави-
сит от цвета и наличия мути. Вкус связан с составом раство-
ренных веществ (соленый, горький и т. д.). Запах зависит от
наличия газов биохимического происхождения (сероводород
и др.) или гниющих органических веществ.
Химический состав подземных вол приведен в табл. 14

Т а б .1 и ца И

Химический состав подземных вол

Элементы, соединения j

1

Характеристика

Кислород (О2)  Свободная углекислота (СО?)	Окисляет металл, разрушает трубы  Часть свободной углекислоты может
Сероводород (H2S)	быть агрессивной к бетону, металлу Сероводородная вода не пригодна для
Хлор (С Г)	питания паровых котлов  Широко распространен в лодчемиых во дах, иногда свидетельствуют об их орга-
Серная кислота (сульфат- ный ион — SO4 )  Азотная кислота (нитратный	ническом загрязнении  I	Широко распространена  i	Встречается в небольших количествах
ион — NO3 )  Азотистая кислота (нитритный ион — NOo )  Натрий (Na )	Встренаегся редко, но при наличии ам миака вода не пригодна для употребления  Широко распространен в соетинслпн с
Калий (К ) Кальций (Са’) Магний (Mg*’)  Марганец (Мп”)  Железо (закись — Fe- j	: хлором  Встречается редко  Широко распространен  Распространен меньше, чем кальций  Присутствуют в незначительном коли- честве; железо придает воде неприятный
Аммиак (ион аммония—NH1)	вкус  В присутствии NO2 свидетельствует о загрязнении воды
Водород (Н)	Определяет кислотность или щелоч- ность раствора

Важной характеристикой состава подземных вод является
к о н цен т р а ц и я водород н ы х и о нов pH (логарифм
от концентрации водородных ионов в грамм-эквивалентах на
1 л, взятый с обратным знаком). Для нейтральной воды pH = 7:
для кислого раствора-..всегда меньше 7. а для щелочного -

всегда больше 7.

Подземные воды характеризуются еще ж е с т кос г ь ю, т. с.
содержанием растворенных соединений кальция и магния. Жест-
кость обычно выражается в немецких градусах. Один градус
жесткости соответствует содержанию 10 яг СаО или 7,2 мг MgO
в 1 л воды. Различают три вида жесткости: общую, завися-
щую от указанного выше содержания кальция и магния;
устранимую — часть общей жесткости, устранимую кипя-
чением. и постоянную — разность общей и устранимой.
Обычно воду с обшей жесткостью до 8° считают мягкой, до
18° — умеренно жесткой, до 30° жесткой и свыше 30° очень
жесткой.

Общая минерализация вод определяется суммой составляю-
щих ее ионов, молекул и различных соединений. О величине
общей минерализации судят но сухому или плотному остатку,
который образуется после выпаривания воды при 110°. По об-
щей минерализации различают воды пресные, содержащие до
1 г сухого остатка на 1 л; солоноватые до 3 г/л; соленые — до
10 г/л; воды повышенной солености — до 35 г/л; воды, переход-
ные к рассолам, — до 50 г!л и рассолы — свыше 50 г/л.

В табл. 15 приводятся в качестве примера результаты анали-
за подземных вод.

Табл и и а 1'

Результаты анализа подземных вод

Содержание ;	* Содержание

Анионы	мг j	1  я г-экв л	Катионы	мг л	....  л/г- эк в л
СГ	248,2	6.9	Са"	179.9	9.0
Л Л и  so4	624,0	13,1	Mr '	1	72-3	'	5,9
нсо;  о	219,6	3,5	Na*- К'	i !	8.6
Итог о		23.5			23,5

pH—7,0;

общая жесткость - 41,8°;

плотный остаток — 1560,3 ж>/л

/ л а в а 9

ВЕРХОВОДКА

Верховодка й называют наиболее плавкие oi поверхно
ста, непостоянные водоносные пропластки или линзы < залегаю-
щие в зоне аэрации.

Условия образования верховодки зависят от климатических
факторов и геологического строения местности. Если в толще
проницаемых пород зоны аэрации залегают водоупорные лин-
зы (рис. 41), то при инфильтрации атмосферных осадков часть
их задерживается и образует своеобразный водоносный гори-
зонт— верховодку. Обычно это наблюдается весной во время
снеготаяния. В засушливое время года этот водоносный слой
расходуется главным образом на испарение, транспирацию и ре-
же — на питание нижележащих грунтовых вод.
Таким образом, важнейшей особенностью верховодки являет-
ся ее временный, сезонный характер. Правда, иногда верховод
ка удерживается в течение ряда лет с обильными осадками и

исчезает в последующие засушливые годы.

Другой важной особенностью верховодки является то, что
она может образоваться даже при отсутствии в зоне аэрации

водоупорных линз, но при наличии пород с разной водопропи-

/—песок;
упорная

Рис. 41. Верховодка:

2—уровень верховодки; 3 водо-
линза; 4—уровень грунтовых вот.

5 —водоупор.

ца е мостыо. Напри-
мер, если в толще
песков зоны аэрации
встречаются линзы
более глинистых или
илистых песков с
меньшим коэффици
ентом ф ил ьт р а ци и.
чем основная масса
песка, то появление
верховодки весьма
возможно.

Точно такое же
я вл ен ие набл ю да ет -
с я в слоях суглинков,
в особенности лессо-

видных, или в лессе.

по выражению А. Ф. Лебедева,

ка, или,
кой вид

когда вследствие
разных плотности и
характера ио р и сто -
сти в зоне аэрации
образуется верховод-
подвешенные воды. Та-

верховодки широко распространен в средней и южной

полосе Европейской части СССР.

Режим влажности грунтов в зоне аэрации зависит от мио
гих факторов, а именно: от климатических условий, состава по-
род и их всасывающей способности, а также характера застрой-

ки данного участка.

Н. Я. Денисов считает существенным фактор затенения в ус-
ловиях сухого климата при возведении зданий и сооружений,
а также сплошное асфальтирование больших территорий раз-
личных предприятий. В этих случаях испарение почти полностью
исключается и влажность грунтов в зоне аэрации под сооруже-
ниями будет систематически нарастать, образуя водонасыщен
пые куполообразные зоны.

Если на таком участке будут иметь место утечки воды из
различных коммуникаций, то из-за отсутствия испарения ув-
лажнение грунтов в зоне заложения фундаментов может стать
опасным. Н. Я. Денисов предлагает для борьбы с этим явлением
страивать специальные вентиляционные каналы под зданием
У я аэрации грунтов, что увеличит испарение влаги и тем са
мым уменьшит всасывающую способность грунтов.

Водоносные пропластки или даже слои, образующиеся в ко-
выветривания (в глинах или массивных скальных породах/.

если они не постоянны, также должны быть отнесены к верхо-
водке. Если слои плотных глин залегают близко от поверхности.

то в результате выветривания они пронизываются разветвлен-
ной сетью трещин, достигающих глубины 1,5-—3,0 м, и при вы-
падении осадков вода скопляется в этой зоне. Миграция воды

по этим трещинам происходит медленно, но все же подземные
части сооружений (подвалы, каналы и т. д.) обычно затапли-
ваются. В засушливые периоды верховодка такого типа в ре-

зультате испарения исчезает.

К верховодке относят также воды дюн и морского побе-
режья. Этот тип верховодки имеет свои особенности. Поверх-
ность маломощных водоносных пропластков, образующихся в
результате инфильтрации, обычно повторяет рельеф дюн. Важно
отметить, что водоупор здесь отсутствует и верхние пресные во-

ды налегают на подстилающие их соленые воды.

В значительной мере условно к верховодке относят болотные
воды. Образование болот связано с избыточным увлажнением
залегающих близко от поверхности влагоемких водонепроницае-
мых пород при малом поверхностном стоке. Питание болот мо-
жет происходить за счет атмосферных осадков или выклиниваю-
щихся грунтовых вод. Чаще всего имеет место смешанное пи-
тание. Особый вид заболоченных земель --- плавни — образуется
на широких поймах во время разлива рек.

Верховодка представляет значительную опасность для строи-
тельства промышленных и гражданских сооружений. Залегая
близко от поверхности, т. е. в пределах глубин размещения под-
земных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные, теп-
лофикационные и другие каналы), верховодка может вызвать
их подтопление, если не предусмотреть специальные меры дре-
нирования или гидроизоляции. Чаще всего подтопление подзем-
ных частей зданий верховодкой происходит совершенно неожи-
данно, так как сезонный, временный характер этого своеобраз-
ного водоносного пропластка не всегда позволяет обнаружить
ег° пРи проведении изысканий в засушливое время года.

Г я а в а 10

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

От ^РУи^овььми водами называют подземные воды первого
зал°ве^ХН0сти ненапорного постоянного водоносного горизонта.
v—Дающего на ближайшем водоупоре.
Важной особенностью грунтовых вод является их свободная
поверхность, г. е. отсутствие напора, причем область питания
грунтовых вод чаще всего совпадает с областью их распростра-
нения. Поверхность грунтовых вод называют з е р к а л о м, или
уровнем грунтовых вод. а породу, содержащую воду. - - в о д о-
п осн ы м с л ое м, или горизонтом. Водоупор, на котором за-
легает водоносный слой, называют в о д о у п о р н ы м л о-
ж е м, а расстояние от водоупора до уровня^ грунтовых вод

б

Рис. 42. Грунтовые воды,

•<- ноток грунтовых вод; б -бассейн грунтовых вод:
в—сочетание потока грунтовых вод и бассейна:

/ яеркало грунтовых вод; 2—водопроницаемые поре
ты: 3- водоупорное ложе.

Грунтовые водь! широко распространены. Они залегают на
различной глубине, главным образом в толще четвертичных от-
ложений. Следует различать поток грунтовых вод
/грунтовый поток) и бассейн г р у и i о в ы х вод, или
пунтовый бассейц (рис. 42) . ‘ВЛТёрволГсЛучае поверхность грун-'

[^--g6^~TiMeFr~'я£цо__выраженнып уклощ_ определяющий пю,
Тоавление потокаУДв11жё1Гй^грувтйв1ТГво)ГПП1р(йпП1аёмоТср
'С£--О6рязуется при наличии уклона поверхности водоупора или
выхода грунтовых вод в дренирующую долину, независимо от
уклона водоупорного ложа. Различают у стаи о вив ш е е с я
движение, когда условия питания и дренирования постоянны, и
н е у с т а н о в и в ш е е с я, когда эти условия изменяются во
времени^

-^Бассейн грунтовых вод образуется при наличии замкнутого

понижения поверхности водоупорного ложа и характеризуется
.отсутствием течения грунтовых вод./}Часто наблюдается сочета-
ние потока и бассейна

грунтовых вод, когда
верхний слой воды уча
ствует в движении, а
нижний находится в
состоянии относитель*
ного покоя. Однако во
дообмен верхних и
нижних слоев происхо
дит.

^ТТри наличии потока
грунтовых вод необхо-
димо знать его направ-
ление и скорость для
проектирования дрена-
жа, водозаборов и др.]
"ПапраКпвштг~^ТО

может быть определено!
по замеру уровня воды1
в трех скважинах, ко-

Д1ОДЦах или шурфа Хд.
как это показано на7

Рис. 43. Схема расположения скваж.ш для
определения направления погона гру новых
вод:

/. 2. «У ч'кважины; 52 56 отмелкп уровня
грунтовых вод.

рис. 43. Если бурение скважин производи!ся специально для оп-
ределения направления потока грунтовых вод, то скважины сле-
дует расположить так, чтобы они образовали равносторонний
треугольник со сторонами, равными 200—600 м.

Устья скважин необходимо занивелировать, что позволит
После замера установившегося уровня грунтовых вод вычислить
отметки зеркала воды. Зная отметки поверхности воды, не труд

путем интерполяции провести горизонтали поверхности грун-
°ВЫх вод, или, как их называют, гидроизогипсы. Как

Дно из рис. 43, поток грунтовых вод направлен но линии, пер-
То^пкулярн°й к гидроизогипсам. Если гидроизогипсы и линии
°в имеют вид взаимно пересекающихся прямых параллель-
ных линий, то такой поток называют плоски м. Когда гидро-
изогипсы представляют собой кривые линии, а нормальные к
ним линии токов имеют вид радиусов, то такой поток называют
радиальным.

Располагая только тремя точками, можно определить на-
правление потока грунтовых вод лишь приближенно. При необ-
ходимости иметь детальную картину потока следует пробурить
ряд скважин, расположив их по правильной сетке, размеры ко-
торой зависят от геологических условий, рельефа местности и
целевого назначения.

20 0 20 ЬО 60 80 100 120

номер скважины 1

Отметка скважины 60,6 /оч

Глубина пеганиа грунтов бод 33

57,3 отметка дробна боды

Рис. 44. Карта гидроизогипс.

На основании одновременных замеров уровня воды в сква-
жинах можно построить карту гидроизогипс (рис. 44). Такая
карта позволяет легко установить направление потока
грунтовых вод и их уклон. При наличии на карте
поизогипс горизонталей поверхности можно определить глу-
1Xhv залегания грунтовых вод.

°ИСкороСТЬ потока грунтовых вод может быть
оделена солевым методом Тима, электролитическим спосо-

Ж слихтера и запуском красок.

ои голевой метод. Зная направление потока грунтовых
располагают центральную и наблюдательные скважины, как

В°кячано на рис. 45. В центральную скважину запускают кон-
центрированный 10-20-
процентный раствор по-
варенной соли, засекая
время пуска, затем пере-
мешивают воду в скважи-



пробы воды из

НапраЬление
потока

Схема расположения вы-

Рис. 46. Схема установки для определе-
ния скорости потока грунтовых вод элек-
тролитическим способом:

1—центральная скважина; 2—батарея;
3—-амперметр; 4—наблюдательная сква-
жина.

Для определения скорое
ти потока грунтовых вод:
жнпа.НТ^ЛЬНая (пусковая) сква-
’	5, 4—наблюдательные

не и, спустя некоторое
время, начинают отбирать
 — наблюла-

Рис. 45.
Работок

скважины.

пробив СКважин’ фиксируя каждый раз время отбора. Каждая
адржанияХетася азотнокислым серебром для определения со-
наблюХл?’Л.° поток’ увлекая за собой соль, доставит ее к
можно ^Тельнь1м скважинам, и по росту концентрации хлора
Расстояний 0пРеделить время, необходимое для прохождения
я Центральной до наблюдательных скважин. Зная
время / и расстояние между скважинами /, нетрудно опреде-
лить скорость потока е = у . Однако солевой метод может быть
применен только для пресных вод.

Электролитический МС1ОД в принципе не отли-
чается от описанного выше. В центральную скважину вводится
раствор электролита (хлористый аммоний), а наблюдательные
скважины оборудуются, как показано на рис. 46, для наблюде-
ний за изменением силы тока. Обсадные трубы скважин соеди-
няют проводом, подключенным к батарее (другой полюс под-
ключен к электроду, который опускается в наблюдательную
скважину). Определив время прохождения электролита по по-
казаниям амперметра и зная расстояние между скважинами
(обычно 1—3 ,и), вычисляют скорость потока.

Запуск красок. Красящие вещества (флюоресцин,
эозин, красное конго для щелочных вод, метиленовая или ани-
линовая синька — для кислых вод) употребляется для определе-
ния скорости потока только в породах, хорошо проницаемых
(крупный песок, гравии, галечник, трещиноватые или закарсто-
ванные породы).

5—20 г краски растворяют в небольшом количестве слабой
щелочи пли кислоты и запускают в центральную скважину, а в
наблюдательных отбирают пробы воды, которые сравнивают с
предварительно заготовленными эталонами различной концен-
трации. Такое сравнение позволяет уловить момент прохожде-
ния окрашенной воды через наблюдательные скважины и, как
указывалось выше, вычислить скорость потока.

Условия инфильтрации

Большое влияние на инфильтрацию оказывают геологическое
строение, рельеф местности, климатические условия, факторы
биосферы и хозяйственная деятельность человека.

В первую очередь возможность и характер инфильтрации
определяются г е о л о г и ч е с к и м с т р о е и и е м: если с по
верхности залегают водопроницаемые грунты (песок, гравии
и т. д.), то инфильтрация будет максимальной; при наличии гл и
нистых грунтов, водонепроницаемых и влагоемких, инфильтра
ция сведется к минимуму, а сток поверхностных вод резко уве-
личится.

Инфильтрация в значительной мере зависит от рельеф;
местности. При пересеченном рельефе большая часть вы
падающих осадков быстро стекает в понижения, т. е. в овраге
и долины рек. Поэтому инфильтрация на водораздельных уча
стках и на склонах бывает значительно меньшей, чем в пониже
пнях. В пределах ровных водораздельных пространств инфильт
рация всегда больше, чем на пересеченной местности. Однаю
яже в пределах равнин в небольших понижениях поверхности,
Дменуемых степными блюдцами, инфильтрация бывает значи-
и но большей, чем на более высоких участках.

1 Климатические условия, особенно осадки, темпе-
аТура и ветры, играют решающую роль в процессе инфильтра-
Как известно, количество выпадающих осадков подвержено
ЦйЛьным колебаниям. Вместе с тем их распределение по време-
нам года весьма неравномерно. Ввиду этого зависящий от осад-
ков процесс инфильтрации также протекает неравномерно.

Понятно, что чем больше осадков, тем больше может быть
инфильтрация. Но в пределах одной и той же климатической
зоны большое значение имеет распределение осадков по време-
нам года. Поясним это примером. Зимой, когда температура
воздуха понижается, грунты промерзают, осадки (снег) накап-
ливаются на поверхности, и процесс инфильтрации прекращает-
ся до весеннего таяния снегов. Весной снег может растаять
быстро, тогда большая часть скопившихся за зиму осадков уй-
дет на сток, а меньшая — на инфильтрацию. Если снег тает
медленно, причем подстилающий его грунт не промерз, тогда
сток будет незначительным за счет роста инфильтрации.

Таким образом, величина инфильтрации зависит не только
от годовой суммы осадков, ио главным образом от характера
их распределения по временам года и от условий весеннего сне-
готаяния.

На юге, где осадки выпадают только в виде дождя и грун-
ты не промерзают, большое влияние на инфильтрацию оказы-
вает частое чередование засушливых и влажных периодов.

Ветер играет важную роль в неравномерном размещении
осадков на поверхности: снег сносится ветром с возвышенностей
и перемещается в понижения, скопляясь вблизи встречающихся
препятствий; осадки в виде дождя неравномерно перераспреде-

ляются ветром в приземном слое.
Из факторов

Из факторов биосферы более всего влияет на ин-
фильтрацию травяная и древесная растительность. Связь меж-

ДУо растительностью и инфильтрацией весьма сложная. Травя-
ной покров задерживает на поверхности атмосферные осадки,
увеличивая тем самым испарение влаги. Кроме того, в вегета-
ционный период растения расходуют значительные количества
Влаги на транспирацию (захват влаги корневой системой и по-
слеДУющее испарение через крону), уменьшая количество осад-
с°в’ проникающих в грунт и питающих грунтовые воды. Вместе
ш\ем, Знмой растительность задерживает снег, предохраняю-
ин почву от промерзания, а весной способствует более равно-
верному снеготаянию.

леснЛНЯНИе дРевесн°й растительности также двоякое. В полосе
во оЫХ Массивов всегда выпадает несколько большее колпчест-
саДков, чем на открытой местности. Образуя затененные
6-1473	81
пространства и покрывая поверхность опавшими листьями и
валежником, лесные массивы тем самым уменьшают испарение
почв. Весной таяние снегов в лесу всегда длится дольше и про-
исходит равномернее, чем на открытой местности. Все это ено-
собствует увеличению запасов влаги в грунте.

Одновременно с этим кроны деревьев задерживают значи-
тельное количество выпадающих осадков, которые испаряются,
не достигнув земли. Для жизни деревьев необходимо значитель-
ное количество влаги, которая захватывается корнями иногда
на глубине 7—8 м, поднимается к поверхности и испаряется че-
рез крону.

Поэтому в районах лесных массивов в годы, когда выпадает
малое количество осадков и глубоко промерзают почвы, уро-
вень грунтовых вод в связи с испарением и транспирацией обыч-
но понижается. В годы с достаточным количеством осадков, осо-
бенно зимних, количество инфильтрующейся воды превышает
количество влаги, расходуемой на испарение и транспирацию,
и поэтому уровень грунтовых вод повышается. •

Хозяйственная деятельность человека оказы-
вает большое влияние па инфильтрацию. Прежде всего необхо-
димо указать на пахоту, в результате которой на огромных про-
странствах создаются условия, облегчающие инфильтрацию.
Кроме того, принимаются специальные меры для снегозадержа-
ния, что увеличивает инфильтрацию. В районах орошаемых зе-
мель деятельность человека также направлена на пополнение
запасов грунтовых вод.

Вместе с тем, в пределах городских территорий в результате
того, что улицы и площади замощены и оборудованы ливнесточ-
ной канализацией, количество осадков, инфильтрующихся в
грунт, намного уменьшается.

Типы грунтовых вод

Условия залегания грунтовых вод, их ресурсы, химический
состав и скорость потока весьма многообразны. Все же можно
выделить три характерных типа грунтовых вод: грунтовые воды
речи ы х д олин (в аллювиальных отложениях), водораз-
дельных пространств (в пределах распространения
ледниковых отложений и южных внеледниковых районов) и
J о р н ы х р а й о н о в Д

^Речные долины как современные, так и древние» обычно пред-
ставляют собой огромные корытообразные углубления в водо-
упорных породах, заполненные аллювиальными отложениями
-шштностью до_£Ю—100 м: _а иногда 1Ц^олщце.| Поэтому они яв-
ляются огромными естественными дренами, аккумулирующими
воду. Аллювиальные отложения представлены песками различ-
й крупности с галечником, а иногда с валунами. Встречаются
и кже торф, ил, суглинки и даже глины.

Т Особенностью этих отложении является их слоистость и ча-
я перемежаемость материала разной крупности. Обычно
пупнозернистые пески с галечником залегают в нижней части
толихи» а мелкие пески и влагоемкие породы — в верхней. Ал-
лювиальные отложения являются прекрасными коллекторами
грунтовых вод, широко используемых для водос н а б ж е н и я.

/г^ё»р-рутгТо'в ы е в о д ы р е ч и ы х д~о~лГТГн

всегда гидрав-

пически связаны с водой в реке, причем лиоо река питается за (
счет грунтовых вод, либо сама является источником питания

для грунтовых вод, что
ЧЮСТи)(у1Г7^а,-^).

можно установить по уклону их поверх-

б

Рис. 47. Связь уровней грунтовых вод с водой в реке:
«—река дренирует грунтовые воды; б—река питает грун-
товые воды;

уровень воды в реке; 2- аллювиальные отложения;
3—песок; 7 -уровень грунтовых вод; 5--водоупор.

гп\ ^еки Европейской части
РУнтовыми водами. Лишь в

межень всегда питаются
происходит кратковремеи-

ное и в°Дами. Лишь в наводок
^итание грунтовых вод (рис. 48).

Фепгяг едней Азии такие реки, как Сыр-Дарья (в пределах

воды Tai И Аму-Дар	"	. '

Купит л ое же явление наблюдается в Закавказье, в бассейнах
уры и Аракса.

ья (в районе Чарджоу), питают грунтовые
Помимо грунтовых вод на пойме и террасах, при большой
мощности аллювиальных отложений в пределах русла всегда
имеется обильный подрусловый поток.

Рис. 48. Подпор грунтовых вод высокими водами реки:
1—уровень реки в межень; 2—уровень реки в период па-
водка; 8—уровень грунтовых вод; 4—зона инфильтрации.

Условия питания грунтовых вод речных долин весьма раз-
нообразны (рис. 49). Кроме подпитывания в паводок речными
водами, имеющего иногда большое значение (по данным
М. А. Вевировской, в долине Волги у Жигулевских гор за вре-
мя паводка инфильтрация достигает 40 000 м31сутки на 1 км бе-

Рис. 49. Схема возможного питания вод речных долин:

/—уровень реки в межень; 2—уровень в период паводка; 3—атмосфер-
ные осадки; 4—область стока напорных вод; ^—уровень грунтовых вод
в аллювиальных отложениях; 6—зона инфильтрации во время павод-
ка; 7—выклинивающиеся грунтовые и меж пластовые воды; 8—сток
с возвышенностей; 9—водопроницаемые породы; 10—водоупорные
породы.
лвой линии), такое питание может происходить за счет ат-
РеГс(Ьерных осадков, выпадающих в пределах долины, стока вод
м°прилегающих возвышенностей, выклинивающихся на склоне
с реЧНой долине подземных вод, и подпитывания снизу напорны-
ми водами.

Из этих возможных источников питания грунтовых вод реч-
долин не все, понятно, наблюдаются в каждом отдельном
HnVqae (например, подпитывание снизу напорными водами).
С ледниковые отложения, покрывающие большие пространства
Рвропы и Азии, представлены в основном мореной и флювио-
гляциальными отложениями. Моренные нагромождения состоят
из обломков кристаллических пород, валунной глины и суглин-
ков и реже — из пропластков песков. Флювиогляциальные от-
ложения состоят из песков, выстилающих древние ложбины сто-
ка ледниковых вод, и являются прекрасными коллекторами вла-

ги. Хорошо проницаемые пески аккумулируют выпадающие
мосферные осадки и образуют в толще флювиогляциальных
ложений обильные водоносные горизонты.

В Европейской части СССР районы с обильны
водами в толще ледниковых отложений

ат-
от-

м и
из-

вестны в районе Минска, к востоку от Москвы, в Мещерской
низменности по Оке (между Окой, Клязьмой и Волгой), а также
в Полесье. Обширный бассейн грунтовых вот в ледниковых от-
ложениях в районе Мытищ еще с конца XVIII века использо-
вался для водоснабжения Москвы.

Во внеледниковых областях, располагающихся к югу от ко-
нечных морен и флювиогляциальных песков, необходимо выде-
лить грунтовые воды степей, полупустынь и пустынь. Для степ-
ных южных районов характерно относительно малое количество
атмосферных осадков и наличие покрова из лесса и лессовидных
суглинков, мощность которых достигает 20 40 м. Эти отложе-
ния обычно подстилаются глинами.

Водопроницаемость лесса невелика и, главное, неравномерна,
поэтому процесс инфильтрации протекает своеобразно и обыч-
но медленно. Грунтовые воды повышенной минерализации зале-
гают на глубине, превышающей 20—25 м. Иногда в толще лесса
°оразуется верховодка. В сухих степях, где количество осадков
Не превышает 400 мм в год, грунтовые воды могут залегать в
Двух-трех метрах от поверхности, как, например, в Прикаспий-
°й (в том числе и Куро-Араксинской) низменности. При таком
ложении, когда уровень грунтовых вод залегает на глубине,
хо ЬШе$ высоты капиллярного подъема или равной ей, проис-
Усиленное испарение влаги, а соли оседают в зоне аэра-
$°бразуя солончаки.

в К Полупустынях и пустынях (от Астрахани до озера Балхаш,
вестн^а ^Уме’ Кызыл-Куме, Муюн-Куме и др.) климат, как из-
°> континентальный, количество осадков не превышает
250—50 мм/год. Высокая температура воздуха здесь способст-
вует испарению влаги, превышающему количество осадков в
10—20 раз. Поэтому эти районы обычно безводны, а грунто-
вые воды там, где они имеются, залегают на большой глубине
и часто высоко минерализованы.

В. Н. Кунин, исследовавший пустыню Кара-Кум, указывает,
что питание грунтовых вод здесь происходит в основном за счет
рек (74%), стока с гор Копет-Дага (11%) и инфильтраций

....... ...

/ В горных районах максимальное количество осадА
^£ов^ стекает по крутым склонам. Другая часть осадков расхо-
^уетсяГППГис п а ренце? j Поэтом у ин^иЬгьтрацпя имеет весьма ма-
ло^гзначение, чеми объясняется отсутствие грунтовых водПВ’
"пределах межгорггых~~7Пхл1нГ7Г^	а также у"Птидпо>кия

гор скопляется большое количество галечника, вынесенного гор-
ными реками. Эти отложения являются прекрасными коллекто-
рами подземных вод, обычно используемых для орошения за-
сушливых районов. Примером такого бассейна является Фер-
ганская котловина в Средней Азии.

Режим грунтовых вод

Р е ж и м о м г р у н т о в ы х в о д называются закономер-
ные изменения во времени уровня, температуры, количества вла-
ги, химического и газового состава водоносного горизонта.

Эти колебания происходят в связи с изменением условий пи-
тания грунтовых вод и другими факторами, определяющими
природные условия.

Для практических нелеп наиболее важно знать колебания
уровня грунтовых вод. Эти колебания зависят прежде всего от
количества выпадающих осадков и близости залегания водоупо-
ра. При глубоком залегании уровня грунтовых вод колебания
уровня не носят резко сезонного характера.

Большое влияние на режим грунтовых вод оказывает дея-
тельность человека: вспашка, снегозадержание, осушение или
орошение земель, вырубка лесов или их посадка и т. д.

Г. Н. Каменский выделяет два основных типа режима под-
земных вод: в о д о р а з д е л ь н ы й т и п, присущий террито-
риям, удаленным от рек, где грунтовые воды не имеют гидрав-
лической связи с водами рек, и прибрежный тип, свой-
ственный грунтовым водам, имеющим гидравлическую связь с
водами рек или озер.

На водораздельных пространствах (водораздельный
т и и) колебания уровня грунтовых вод в течение года не пре-
вышают обычно 0,6—0,8 м, редко достигая 1,2—1,5 м. Наиболее
Пкий уровень наблюдается .зимой, а самый высокий— в мае —

июне.

Если подземные части

ооружений (подвалы, котельные, ка-

ь1) расположены выше низкого уровня грунтовых вод па
__j 5 м. то затопление едва ли возможно.

’ В долинах рек (прибрежный тип режима) положе-
уровня грунтовых вод зависит от уровня воды в реке. Наи*
^пее низкий уровень грунтовых вод наблюдается в межень, а
аиболее высокий - в паводок. Величина амплитуды колеба-
н уровня грунтовых вод зависит от высоты подъема воды в
пеке, а также от ширины поймы и террас. По мере удаления от
пеки влияние паводкового уровня резко падает.

Р д. Н. Семихатов приводит следующие данные о связи уров-
ней рек и' грунтовых вод. Так, в 1932 г. при подъеме уровня
Волги на 13,6 м уровень грунтовых вод поднялся на 11,2 м при
расстоянии 362 л/от реки, на 9,5 м — при расстоянии 627 м и на
7 2 м — при удаленности от реки на 970 я. В наводок 1933 г.
уровень воды в реке поднялся на 9,03 ж, а уровень грунтовых
вод__на 6,25 я при расстоянии от реки 362 л/., на 4,78 м — при

удаленности на 627 м и на 3,25 я — на расстоянии 970 м.

Таким образом, колебания уровня грунтовых вод речных до-
лин зависят не только от подъема уровня воды в реке, но и ог
•ширины речной долины. Для некоторых рек на расстоянии 1 —
2 км от русла уже не ощущается влияние паводка.

/' лава II

МЕЖПЛАСТОВЫЕ ВОДЫ

М е ж п л а с т о в ы я и вода м и называют воды ненапор-
ного водоносного горизонта, расположенного между водоупор-
ными слоями (рис. 50).

j__	Рис. 50 Меж пластовые йена первые воды:

гРУнто°УП°РНЬ1С ПОР°;1Ы’ ^ “ Водопроницаемые породы; 3—уровень

ВЫХ вод; 7—уровень межпластовых вод; 5—область питания

м е ж пл астового горизонта.
Такой водоносный горизонт (обычно второй от поверхности)
в ряде мест бывает вскрыт овражной сетью, где иногда может
выходить на поверхность в виде источников, которые по мере
снижения уровня воды исчезают.

В отличие от грунтовых вод, где область питания обычно
совпадает с областью распространения водоносного горизонта,
межпластовые воды имеют строго ограниченную область пита-
ния, значительно меньшую, чем площадь распространения го-
ризонта. Питание межпластовых вод происходит в тальвегах
оврагов, где перекрывающий водоупорный пласт размыт (см.
рис. 50).

В некоторых районах нашей страны этот своеобразный тип
подземных вод широко распространен (например, в пределах
УССР-—водоносный горизонт в полтавских и харьковских па-
леогеновых песках).

Глава 12

НАПОРНЫЕ, ИЛИ АРТЕЗИАНСКИЕ, ВОДЫ

Напорными, или артезианскими, водами называ-
ют воды, залегающие между водоупорными слоями и обладаю-
щие напором. Если такой водоносный горизонт вскрыт скважи-
нами, то его уровень поднимается выше кровли водоносного
пласта.

Артезианскими напорные воды стали называть в связи с тем,
что в XII веке во Франции, в провинции Артуа (древнее латин-
ское название—Артезия), стали известны и эксплуатировались
самоизливающиеся напорные воды.

Пластовые воды

Напорные воды приурочены к крупным геологическим струк
турам, причем обычно в этих структурах можно наблюдать
этажное расположение водоносных горизонтов. Площадь распро-
странения одного или нескольких напорных водоносных гори-
зонтов называют а р т е з и а неким б а с с е й но м. Для каж-
дого напорного водоносного горизонта (рис. 51) можно выделить
область питания, где водоносный горизонт пополняется
путем инфильтрации атмосферных осадков; область раз-
грузки, стока или дренажа, где напорные воды вы-
ходят на поверхность в виде восходящих источников; область
напора (расположенную между указанными выше областя-
ми), где водоносный горизонт обладает напором и вода подни-
мается выше подошвы водоупора, до определенного уровня, на-
тваемого напори ы м или пьезометрически м. Высо-
3 напора равна расстоянию от подошвы водоносного горизонта
н0 пьезометрического уровня.

д Если пробурить скважину в области напора и пьезометриче-
кий уровень поднимается выше устья скважины, то такая сква-
жина фонтанирует, а водоносный горизонт самоизливается. В
зависимости от высоты устья скважины пьезометрический уро-
вень может залегать на какой-то глубине ниже поверхности, и
тогда самоизлива не будет.

Интенсивный водообмен, т. е. движение воды в пласте, ста-
новится возможным, если область питания расположена выше
области разгрузки, как это показано на рис. 51.

Рис. 51. Схема напорного водоносного горизонта:

1—2—область питания; 2—4—область напора; 4—5—область разгрузки;
3—линия пьезометрического уровня; 6—водоупорные породы: 7—водопро-
ницаемые породы;

//—напор; а—мощность водоносного горизонта.

Если выходы водоносного пласта на поверхность находятся
на одном уровне (рис. 52), водообмен происходит весьма за-
медленно (медленное, вековое вытеснение подземных вод) и во-
да поэтому минерализована. Возможно также, что в результате

Рис- 52. Схема артезианского бассейна с замедленным водо
обменом:

/—-горизонт минерализованных вод; 2—водоупорные	породы:

3 линия пьезометрического уровня; 4—граница пресных и ми-
нерализованных вод.
геологических процессов области питания и разгрузки перекры-
ты водоупорными породам!!, ioi-да образуются погребенные
воды.

При этажном расположен!!!! водоносных горизонтов в арте-
зианском бассейне каждый горизонт имеет свою пьезометриче-
скую поверхпосI!>, которая зависит oi положения области ппта-

б

Рис. 33. Типы ари зчоиски к бисейнов:

а с прямым рельефом поверхности: 6—с обратным релье-
фом;

/ водоносные гори тонты; 2 пьесометрическпп уровень
верхнею водоносного торшонIа:-Д нье«(метрический уро
вспь нижнего во юпоеного горшопта; 7 во юупоры.

иия !! стока. Поэтому возможно различное высотное положение
пьезометрических уровнен, показанное па рис. 53. Если рельеф
поверхности повторяет изгиб водоносных пластов (прямой
рельеф!, то наблюдается повышение напора в нижних горизон-
тах; в обратном случае напор в нижних горизонтах меньше, чем
в пластах, лежащих выше.

Если в пределах артезианского бассейна пробурено значи-
тельное количество скважин, то можно построить карту изоли-
ний пьезометрических уровнен, называемую к а р т о й пьез о-
изогнпс Такая карта позволяет проектировать скважины
для пелен водоснабжения. Опа становится еще более ценным
документом, если на нее наносят изолинии кровли и иодошвы
водоносного пласта н горизонтали поверхности.

Многие артезианские бассейны занимают огромную пло-
щадь содержат ряд мощных водоносных горизонтов, способных
обеспечить водоснабжение крупных населенных пунктов. На
рис. 54 показан схематический геологический разрез ио ряду
крупных артезианских бассейнов Европейской части СССР.
Здесь необходимо указать па Подмосковную котловину (Мо-
сковский артезианский бассейн), выполненную девонскими (D3)
и, главным образом, каменноугольными (С>—С3) отложениями,
к которым приурочены водоносные горизонты в толще известня-
ков, разделенных глинами. Области питания этих водоносных
горизонтов расположены па окраинах котловины (за исключе-
нием северной п восточной).

Второй крупный артезианский бассейн — Днепровско-Донец-
кая впадина. Этот артезианский бассейн, детально изученный
К. И, Маковым, занимает обширные пространства (350 тыс. кл2)
северной (главным образом левобережной) части УССР. БССР,
а также прилегающих частей РСФСР.

Геологическое строение Днепровско-Донецкой впадины по-
казано на рис. 54. Напорные водоносные горизонты здесь встре-
чаются (снизу вверх): в девонских песчаниках и известняках:
юрских песчано-гравелистых отложениях е дебитом скважш'
100—200 м3;ч: сеноманских песках с обломками кремня с де-
битом скважин I5O 200 л:’/ч; мергельно-меловой толще, где
местами дебит скважин достигав! 20—60 м3{ч. и в бучакско-
каневскнх песках с дебитом скважин в сред нем 8—12 мл/ч.

Кроме напорных водоносных горизонтов, здесь встречаются
иеналорные межиластовые воды в толще полтавских и харьков-
ских песков, а также обильные грунтовые воды в аллювиальных
и флювиогляциальных отложениях долины Днепра.

Области питания перечисленных водоносных горизонтов
расположены на севере Украины и в пределах РСФСР, а об-
ласть разгрузки основных водоносных горизонтов — в долине
Днепра.

Далее к югу расположен Украинский кристаллический мас-
сив (см. рис. 54). где массивно-кристаллические породы часто
выходят на поверхность или покрыты отложениями палеогена,
неогена и четвертичными. В районе Днепропетровск Запорожье
р. Днепр прорывает массив.
<0



Рис. 54. Схематический геологический разрез Европейской части СССР.

I—Подмосковная котловина (Московский артезианский бассейн); II — Днепровско-Донецкая впадина; III—Украинский
кристаллический массив; IV—Причерноморская впадина.

Отложения: Q—четвертичные; N—неогеновые; Pg —палеогеновые; Сг— меловые; / -юрские; С—каменноугольные; D—
девонские; S—силурийские; Ст -кембрийские; .4 -^PrZ— докембрийские (кристаллический фундамент).
Подземные воды приурочены как к толще осадочных пород,
так и к трещинам массивно-кристаллических пород.

Качество трещинных вод обычно хорошее, причем скважины
глубиной 60—120 д дают в среднем 8—12 м3/ч. В отдельных
случаях дебит бывает больше.

Причерноморская впадина (см. рис. 54) является крупным
артезианским бассейном юга УССР, содержащим большие за-
пасы подземных вод, однако значительная часть их сильно ми-
нерализована и поэтому непригодна для питья. В первую оче-
редь это относится к водам в меловых отложениях.

На левобережье Днепра широко используется бучакский на-
порный водоносный горизонт (палеоген). Дебит скважин здесь
достигает 25—30 м3/ч.

Повсеместно используются водоносные горизонты, приуро-
ченные к сарматским, меотическим и понтическим отложениям
неогена. Дебит скважин колеблется в широких пределах от 2—
3 до 60—80 м3/ч.

Трещинные и карстовые воды

Напорные воды встречаются не только в пластах, залегаю-
щих между двумя водоупорными слоями, но и в массивах скаль-
ных трещиноватых пород (трещинные воды), а также в
карстовых пустотах (карстовые воды).

Скальные породы, главным образом, гранитные массивы, а
также осадочные породы (мел, песчаники, известняки) разби-
ты сетью трещин па значительную глубину. Различают т р е щи-
н ы выветривания, когда массив разбит мелкими и бес-
системно расположенными трещинами, и тектонические
трещин ы, обычно более крупные и ориентированные в опре-
деленном направлении.

Возможность свободной циркуляции воды по трещинам за-
висит от их размеров, взаимосвязи и промытости. Очень часто
трещины заполнены глинистыми продуктами выветривания, тог-
да циркуляция воды прекращается.

В результате инфильтрации при благоприятных условиях
трещиноватая зона скального массива насыщается водой, обра-
зуя своеобразную обводненную зону (иногда на глубину до
120 м). В этом случае в приподнятой части зоны происходит пи-
тание горизонта водой (область питания), а в долинах рек об-
разуется область стока. Разность уровней воды создает напор.
В области напора скважинами можно вскрывать напорную воду
иногда даже самоизливающуюся. Дебит таких скважин в сред-
нем равен 8—15 м3/ч, а иногда доходит и до 50 м3!ч.

Наблюдается известная закономерность между дебитом сква-
жин и их расположением. Скважины, пройденные на водораз-
дельных или приподнятых участках, всегда дают значительно
меньше воды (или вообще безводны), чем скважины, заложен-
ные в пониженных частях рельефа.

Воды, заключенные в карстовых трещинах, каналах, кавер-
нах и пещерах (карстовые воды), являются весьма своеобраз-
ным видом подземных вод. По существу карстовые воды можно
отнести к любому типу подземных вод и даже к поверхностным
потокам. Мы встречаем здесь грунтовые воды; трещинные воды,
обладающие напором; воды, циркулирующие по каналам, и да-
же подземные реки. Более подробные сведения о карстовых во-
дах, равно как и о подземных водах районов многолетней мерз-
лоты, приведены в 17-й и 19-й главах.

Иногда подземные воды имеют естественный выход на по-
верхность. Место естественного выхода подземных вод любого
химического состава на поверхность называют источником, а
пресных вод— родником, ключом или криницей.

Источники встречаются обычно в горных районах пли в об-
ласти интенсивного развития овражной сети. По мере развития
эрозионной деятельности вскрываются водоносные горизонты, и
вследствие этого образуются источники.

Следует различать источники, появляющиеся при вскрытии
верховодки, источники грунтовых вод и источники артезианских
вод.

Особым видом источников являются гейзеры, т. е. периоди-
чески фонтанирующие горячие воды области современного вул-
канизма.

Г .1 а в а 13

ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД К ВОДОСБОРНЫМ СООРУЖЕНИЯМ

При подсчете притока воды к водосборным сооружениям,
г. е. колодцам, скваЖинам, канавам и т. п., необходимо разли-
чать тип водосбора (вертикальный или горизонтальный,
совершенный или несовершенный); х а р а к тер д в и ж е и и я
потока (ламинарное пли турбулентное); гидравличе-
ские условия (воды напорные или ненапорные).

К в е р т и к а л ь н ы м водосбора м относят все виды
колодцев (скважин), причем различают совершенный ко-
лодец, когда его дно доведено до водоупора, и несоверше н-
н ы й с дном, залегающим выше водоупора. К г о р и з о н т а л ъ-
ным водосборам относят галереи, канавы, траншеи, а
также горизонтальные скважины.

Л а м и н а р н о с д в и ж е и и е, которому соответствует ли-
нейный закон фильтрации Дарси, наблюдается в пористой среде
(пески, супеси, суглинки, пористые песчаники, известняки, га-
лечник с песком), а также в порода?;, разбитых мелкими трещи-
нами (гранит, известняк, мел и др.), и даже весьма крупными,
если они заполнены продуктами выветривания. Только в круп-
ных, промытых трещинах, каналах, кавернах и полостях карсто-
вого поисхождения наблюдается т у р буле и твое д в и ж с-
н и е.

Приток воды к колодцу

Случай первый. Допустим, нам надо рассчитать возможный
приток воды к совершенному колодцу при условии, что воды
ненапорныо, а движение их ламинарное.

Подсчет производим, исходя из уравнения Дарси

Q^kiF,

где Q—количество притекающей воды;

k~~ коэффициент фи л ы ра ци и;

/—уклон потока;

F—площадь поперечного сечения фильтрующего слоя.

На рис. 55 дан схематический разрез совершенного колодца,
где Н --мощность водоносного слоя;

г—радиус колодца;

S—понижение воды при откачке;

г	h—высота непоннженного уровня воды в колодце во вре-

мя откачки (Н—S);

R—-радиус влияния колодца (расстояние от оси колодца
до ненарушенного уровня воды при откачке);

х2, У\, у2—координаты произвольно взятых точек на кривой
депрессии.
Произведем подсчет притока воды к колодцу для вобранно-
го сечения, определяемого координатами х, у. В 3ton> случае

dy

, а — поверхность цилиндра,

равная 2 яху, откуда

dV

dx

Интегрируем
у от h rq Н,

Тогда

это уравнение в пределах для х от г до R и для

№ - /г

Q =	(Ф°Р*!Ула Дюпюи).

Подставив в формулу числовое значение я (3,14) и заменив
логарифм натуральный логарифмом десятичным (переходный
коэффициент от натуральных логарифмов к десятичным равен
2,3), получим

Из этого уравнения можно вывести значение коэффициента
фильтрации

H2—h2

Формула Дюпюи может быть написана и в таком виде

Q = 1,366

(2//--S)S
lg/? — Igr

Радиус влияния определяют по эмпирической формуле Ку*
сакина

R^2SV Hk.

где k измеряется в м!сутки.

С помощью одной или двух скважин, пробуренных в преде-
лах депрессионной воронки, можно определить^ k, не зная зна-
чения R (рис. 55). Так, для одной скважины в пределах воронки

k = 0,73Q-^—^
у 2	у\

для двух скважин

где Xi—расстояние от оси колодца до первой наблюдательной
скважины;
х2—то же, второй скважины;

yi—высота воды над водоупором в первой скважине;

у2—то же, во второй скважине.

Случай второй. Влияние откачки из несовершенного колодца
(рис. 56) распространяется только на часть водоносного слоя,

Рис. 56. Схема несовершенного колодца.

которую называют активной зоной. Глубину активной зоны при-
нимают по Паркеру равной у высоты столба воды в колодце,

т. е.

4
Яо .

где Яо—мощность активной зоны;

Р—высота столба воды в колодце.

Для несовершенного колодца формула

Дюпюи имеет вид

Q — 1,36&

2	2

7/и —

IgP— IgZ

Е. А. Замарип предложил вычислять значение Hq в зависи-
мости от высоты столба воды в колодце Р и величины пониже-
ния S:

При S = 0;2P	  Я0-1,ЗР

» S-0.3P	   //0=1,5Р

х S-0.5P	 HQ=[JP

» S = 0,8P	.......	/70-1,85Р

Случай третий. Совершенный колодец; пористые и мелко-
трещиноватые породы; движение воды ламинарное; напорный
горизонт (рис. 57).

На рис. 57 приняты следующие обозначения:

Н—высота напора, отсчитываемая от подошвы водо-
носного слоя;

7-Ц73

97
г—радиус колодца;

а—мощность водоносного слоя;

S—понижение уровня во время откачки;

h—высота непониженного уровня воды в колодце во
время откачки (/7- S);

R—радиус влияния колодца;

АД, %2, i/i, У2—координаты произвольно взятых точек кривой
депрессии;

F—площадь поперечного сечения потока,

Рис. 57. Схема артезианского колодца.

Исходим из того же уравнения Дарси

Q = kiF,

dy
dx

Так как / =

а = то

dy

) = 2ъха.

L dx

Интегрируя уравнения для у в пределах h — Н и для х в пре-
делах r-yR, получим

Н - h

Q = 2nka _ lnf •

Так как я —3,14, a In —2,3 1g, то формула примет такой вид

Я — h

Q = 2,73ka lg/?__lgr ’

S

или Q = 2,7 3ka•
Отсюда

k = 0,366

— Igr)
a (H- h)

При наличии одной наблюдательной скважины

k = 0,366

Q(lgx—Igr)
я Су — а)

При наличии двух наблюдательных скважин

k = 0,366

Q(lgx, — lgxt)

«(j’2~ у()

Случай четвертый. Совершенный колодец; трещиноватые по-
роды; движение воды турбулентное; ненапорный горизонт.

При турбулентном движении по закону Шезп

Q - kl'] " /.

По А. А. Краснопольскому приток воды к колодцу вычисля-
ется по формуле

Q = 2nk

IP - /г

/ ~

или Q = 3,63k | /	1	1

у	г	R

Г. Н. Каменский после ряда упрощений и преобразований
этой формулы получил приближенное ее значение

Q-6,28/?/Y/^S.

Случай пятый. Совершенный колодец; движение воды тур-
булентное; трещиноватые породы; напорный горизонт.

По А. А. Краснопольскому

Н h

1	Г

г	R

Приближенная формула будет иметь вид

Q-6,28 kaV rS.

Для несовершенных колодцев в трещиноватых породах ак-
тивная зона вычисляется, как указывалось в случае втором.
Приток воды к канаве

Приток воды к совершенной канаве в пористых грунтах, где
движение воды ламинарное, при ненапорном водоносном гори-
зонте (рис. 58) производится также по известному уравнению
Дарси

Q ki F.

Для сечения потока с координатами (ху) , а площадь
прямоугольника F^yl, где / — длина канавы.

Рис. 58. Схема притока воды к канаве.

Тогда

Интегрируем уравнение для х в пределах от 0 до R и для у
в пределах от h до Н. Тогда для притока с одной стороны (слу-
чай расположения водозабора нормально к потоку).

а с двух сторон (случай расположения водозабора параллельно
потоку)

И2 -1г

или на 1 пог. м канавы Q^k ~—(формула Тима).

В трещиноватых породах (при турбулентном движении)
подсчет притока к горизонтальному водосбору с одной стороны
производится по формуле

/!' — h

а с двух сторон

г

Q = 2/k 1 / -

Н' — А’1

3/?

Приток воды к котловану

Приток воды к строительному котловану подсчитывается но
обычным формулам, как для большого колодца (если отноше-
ние длины к ширине котлована менее 10: 1) или как для ка-
навы. Для этого необходимо вычислить приведенный радиус г0
(радиус круга, равновеликого по площади F котловану) по фор-
муле
w	Л fe

Определив г0» можно вычислить приток по формулам для
совершенных ненапорных колодцев в пористых или крупнотре-
щиноватых породах. Например, для совершенного котлована с
ненапорными водами

Q - 1Ж

где Rk—радиус влияния котлована, равный /? + г0-

Если котлован не доведен до водоупора, то, пользуясь по-
правкой Паркера или Замарипа, вычисляют Hq — мощность ак-
тивной зоны. Тогда формула примет такой вид

Если ниже дна котлована достаточно близко залегает напор-
ный водоносный горизонт, необходимо определить толщину во-
доупорного слоя, достаточную для предохранения от прорыва
в°Ды (рис. 59). Толщина слоя Лс вычисляется по следующей
зависимости:

где //0—высота напора воды, отсчитываемая от подошвы про-

веряемого водоупорного слоя;
/?о—расстояние от дна котлована до подошвы проверяе-
мого слоя;

До—объемный вес грунта проверяемого слоя с учетом ве-
са воды в порах;

удельный вес воды.

Рис. 59. Схема котлована с напорными водами
в подстилающем слое.

Для приближенных подсчетов можно пользоваться условием

HQ< 2h(\.

Методика определения коэффициента фильтрации

Из приведенных выше формул видно, что коэффициент филь-
трации входит в каждую из них и результаты вычислений за-
висят от точности определения этой величины. Однако методы
определения k в каждом отдельном случае нужно устанавли-
вать в зависимости от потребной точности. Так, для ориентиро-
вочных подсчетов возможного притока воды в траншею или кот-
лован можно ограничиться данными, приводимыми в справочни-
ках (см. табл. 12).

При необходимости получить более достоверные данные сле-
дует определить k лабораторным способом по значительному чи-
слу образцов, так как обычно результаты лабораторных опреде-
лений имеют большие расхождения, и принять для расчета
среднее значение коэффициента фильтрации.

Определение коэффициента фильтрации лабораторным мето-
дом производится в приборе Г. Н. Каменского для суглинистых
грунтов в монолите (рис. 60) и в трубке Г. Н. Каменского для
песчаных грунтов (рис. 61). Для этих целей можно использо-
вать также трубку Спецгео (конструкция Е. В. Симонова).
Монолит ненарушенной структуры устанавливается в прибо-
ре, как показано на рис. 60. После этого прибор наполняют во-
дой и определяют количество воды, вытекающей из отводной
нижней трубки при различных напорах. Зная разность напоров
h по пьезометрам, длину пути фильтрации I и поперечное се-

Рис. 60. Схема прибора Г. Н. Ка-
менского для определения коэф-
фициента фильтрации глинистых
грунтов:

/—монолит исследуемого грунта;
2—песок, предохраняющий моно-
лит от размывания.

Рис. 61. Схема определения
коэффициента фильтрации
песков пои помощи трубки
Г. Н. Каменского.

чение монолита Л, можно с помощью формулы Дарси вычи-
слить

Трубка Каменского длиной 23 см и диаметром 2—4 см загру-
жается песком на высоту 10 см и заполняется водой, как пока-
зано на рис. 61.

Зная высоту падения уровня в трубке S за время t и путь
фильтрации I, нетрудно вычислить коэффициент фильтрации.
Имеются специальные таблицы и графики, позволяющие быстро
производить эти вычисления.

В ответственных случаях (при проектировании дренажа, не-
обходимости длительного водопонижения в котловане и т. д.)
Коэффициент фильтрации определяют с помощью опытных от-
качек. Для этого оборудуется специальный опытный узел
(рис. 62), состоящий из центральной выработки (шурф при
глубине до 5 м и скважина — при большей глубине) и одного
или четырех лучей. Чаще всего устраивают два взаимно-перпен-
Дикулярных луча с двумя-тремя наблюдательными скважинами.
Лучи ориентируются в зависимости от направления потока,
как показано на рис. 62. Расстояние между наблюдательными
скважинами на каждом луче зависит от фильтрационных свойств

Направление
потопа

Рис. 62. Опытный узел для производ-
ства откачки:

'Ц—центральная скважина; 1, 2, 3,
-/—наблюдательны с с к в а ж н ш >i.

водосодержащей породы
(см. примерные данные, при-
веденные в табл. 16).

Все скважины оборуду-
ют специальными фильтра-
ми и после предварительной
прокачки (до осветления
воды) приступают к откачке
воды с помощью насоса из
центральной скважины. От-
качку производят с двумя
пли тремя понижениями.
При каждом понижении от-
качку продолжают, пока в
течение 6—8 часов в наблю-
ла т е л ь г [ ы х с к в а ж и н а х у с т а -
навливается постоянный уро-
вень, а из центральной сква-
жины откачивается в едини-

цу времени постоянное коли-

чество воды. Лишь после этого можно приступить к следующему

понижению уровня.

Табл и ц а 16

Расстояние между центральной и наблюдательными скважинами, м

Водоносная порода

!

!

До первой До второй

скважины скважины



Суглинки .......................

Пески мелкозернистые

» среднезернистые

» крупнозернистые

Мелкотрещиноватые скальные породы

Гравийно-галечниковые породы

Крупнотрещиноватые скальные породы

1

1,5

9

3

3

5

10

3

4,5

6

8

8

15

25

Таким образом, в результате каждого понижения удается
получить такие данные: Qi (расход воды) при Sb 51набл и ^2набл ,
что позволяет вычислить yi= (Н—5ь<абл) и у2 = (Я-— 52набл )• Так
как расстояние наблюдательных скважин от центральной из-
вестно (%! И АГо), то МОЖНО ВЫЧИСЛИТЬ k

lg.v„ — 1g л,
k	0,73Q~~“7—т“

Если опытный узел состоит из двух лучей, то можно вычис-
лить k\ — по первому лучу и k2 — по второму лучу.

Тогда /?ср

2

Зависимость дебита скважин от понижения уровня воды

Между величиной дебита воды при откачке из скважины и
понижениехм уровня существует определенная зависимость, раз-
ная для непапориых вод (параболическая) и напорных (линей-
ная).

При производстве опытной откачки из одиночной скважины
(обычно при трех понижениях) представляется возможным оп-
ределить удельный дебит qG, т. с. количество воды, откачивае-
мой из скважины при понижении на 1 лц

Q

= S

Исходя из формулы Дюпюи для подсчета дебита колодца в
ненапорных водах, можно определить (Д при понижении S] и
Q2 при понижении So:

1

и

(2/7 — S.)S
= 1,36/г , п  1

1g/? - Igr

(2/7 - S ) S.

1,36/? , n :

После ряда преобразований можно написать такую зави-
симость:

S2(2H S.)
=	8,(211	S,) 

В результате опытной откачки будет известно значение (Д и
Si. Тогда, исходя из принятого значения S2, можно вычислить
ожидаемый дебит скважины Q2. Представляется возможным
вычислить необходимую величину S2 для получения заданного
дебита Q2.

Для напорных вод характерна другая зависимость

(Д

где 7о — удельный дебит, равный ~дг
Взаимодействие водозаборов

Если производить откачку воды из артезианской скважины,
то при близком расположении других артезианских скважин они
взаимодействуют, т. е. их дебиты становятся меньше и в каждой
из скважин снижается уровень воды. Это явление называют
срезкой уровня и обозначают t, М. Е. Альтовский разра-

ботал метод расчета дебита

Рис. 63. Схема взаимодействующих
скважин (по М. F. Альтовскому).

двух взаимодействующих
скважин (рис. 63), исходя
из определения коэффициен-
та снижения дебита а в каж-
дой из них по приближен-
ным формулам

б	С

где «1 и «2—коэффициенты
снижения де-
бита для сква-
жин 1 и 2 (рис.
63);

6, С—срезки уровняв
скважинах 1 и 2:

S{. S2—понижение уров-
ней воды в тех же
скважинах при

откачке.

Эти формулы справедливы, если
чае а определяют из уравнений

В противном слу-

и

£

S2

Суммарный коэффициент снижения дебита равен

2a = ai + a2-

Суммарный дебит
жается равенством

Суммарный дебит
вен

скважин без учета взаимодействия выра-

Qz — +

скважин с учетом их взаимодействия ра

Q"- (1 —
ЧАСТЬ HI

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Инженерная геология— отрасль геологии, которая
изучает геологические процессы, определяющие условия строи-
тельства, и инженерно-геологические явления, возникающие в
горных породах в результате воздействия сооружений. Основ-
ная задача инженерной геологии — разработка мероприятий по
обеспечению устойчивости земляных масс и возводимых на них
зданий и сооружений.

К геологическим, т. е. природным процессам, су-
щественно влияющим на условия строительства, следует отне-
сти движение пород со склонов, просадку, плывуны и суффозию,
а также многолетнюю (вечную) мерзлоту.

К инженерно-геологическим явлениям можно
отнести деформации пород в основании сооружений, сдвижение
горных пород в результате проходки горных выработок, перера-
ботку берегов водохранилищ, смещение земляных масс, выпуск
плывунов в котлованы, просадку лесса, морозные пучины на до-
рогах.

Определение инженерно-геологических явлений или процес-
сов, предложенное Г. Н. Каменским, затрагивает область инже-
нерной деятельности человека, связанную с воздействием соору-
жений (во время строительства и эксплуатации) на горные
породы и геологические процессы.

При изучении указанных выше процессов очень важно выя-
вить характер взаимодействия сооружений и горных пород, а
также определить возможные в связи с этим изменения природ-
ной обстановки.

В настоящее время в инженерной геологии, помимо обычных
геологических и гидрогеологических методов исследования, ис-
пользуются достижения физики, физической и коллоидной хи-
мии и механики, на основе которых разрабатываются расчетные
методы, позволяющие количественно оценивать природные яв-
ления. В этой части инженерная геология тесно связана с
механикой грунтов. Нужно отметить, что трудно провести гра-
пицу между этими двумя отраслями знания. Дальнейшее разви-
тие, очевидно, приведет к их слиянию в одну дисциплину.

Инженерно-геологические исследования должны обосновать:
а) выбор места, наиболее благоприятного по геологическим
условиям для строительства и размещения сооружений;

б)	принципиальные требования в отношении типов конструк-
ций и методов работ при возведении сооружений;

в)	инженерные мероприятия по подготовке используемой тер-
ритории.

Природные геологические процессы и инженерно-геологиче-
ские явления, связанные с деятельностью человека, тесно пере-
плетаются. Поэтому в дальнейшем эти процессы будут рассмат-
риваться совместно. Например, просадки лесса в степных про-
странствах (степные блюдца) как следствие увлажнения
атмосферными осадками являются естественным геологическим
процессом уплотнения грунтов под действием собственного веса,
а просадки, возникающие в результате увлажнения из различ-
ных инженерных сетей, суть инженерно-геологические явления.

Имеются многочисленные примеры, когда в результате не-
достаточной изученности ннжеперпо-геологическпх условий тер-
ритории строительство плотин, промышленных и гражданских
зданий и сооружений сопровождалось значительными деформа-
циями и даже крушениями.

Так, в США бетонная плотина высотой 62,5 м разрушилась
в связи с наличием в основании растворимых грунтов, не выяв-
ленных при инженерно-геологических изысканиях.

Поучительна также авария на одном элеваторе в Канаде.
Вскоре после постройки и первой засыпки 25 000 т зерна эле-
ватор начал оседать и опустился с одной стороны на 8,8 лъ а с
противоположной — па 1,5 я. При этом грунт из-под фундамен-
та был выдавлен на высоту 1,5— 1,8 лц а крен элеватора до-
стиг 27°.

Произведенное исследование позволило установить недоста-
точность выполненных ранее инженерно-геологических изыска-
ний, при которых не была обнаружена неоднородность грунтов
основания, явившаяся причиной аварии.

В копне 1959 г. во Франции, в районе г. Фрежюс, произошла
тяжелая катастрофа на арочной плотине Мальпассе высотой
65 я. Ночью на спящий город хлынул огромный поток (до
47 млн. л<3) воды и грязи, мчавшийся со скоростью 80 км/ч
и затопивший улицы, сады и дома. В результате катастро-
фы погибло 422 человека. Велик был и материальный
ущерб.

Расследованием было установлено, что причиной катастро-
фы явилось слабое основание под частью плотины, не обнару-
женное при инженерно-геологических изысканиях, объем кото-
рых был явно недостаточен.
По американским статистическим данным в период с 1799
по 1839 гг. было разрушено 247 плотин в результате недоста-
точности ассигнований на инженерно-геологические исследо
ванн я.

Г л а в а 14

ИНЖЕНЕРНО ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Классификация пород

Разработка инженерно-геологической классификации горных
пород, удовлетворяющей запросам практики и в то же время
разносторонне научно обоснованной, представляет большие
трудности. Широкое признание строителей получила классифи-
кация горных пород Ф. П. Саваренского, учитывающая их ос-
новные физические свойства, отношение к воде и главнейшие
особенности.

В Строительных нормах и правилах (СНиП, П-Б.1—62)
принята инженерно-геологическая классификация горных пород,
приведенная ниже, которая базируется на указанных принципах
классификации Ф. П. Саваренского.

I.	Скальные породы — изверженные, метаморфические и оса-
дочные с жесткой связью между зернами (спаянные и сцемен-
тированные), залегающие в виде сплошного массива или трещи-
новатого слоя.

II.	Крупнообломочные породы (несцементированные), содер-
жащие по весу более 50% обломков кристаллических или оса-
дочных пород размером более 2 мм:

а)	щебень (пли окатанный — галечник) —вес частиц круп-
нее 10 мм составляет более 50%;

б)	дресва (пли окатанный — гравий) — вес частиц крупнее
2 мм составляет более 50%.

III.	Песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, содержа-
щие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм:

а)	гравелистый песок — вес частиц крупнее 2 мм составляет
более 25%;

б)	крупнозернистый песоквес частиц крупнее 0,5 мм со-
ставляет более 50%;

в)	песок среднезернистый вес частиц крупнее 0,25 мм со-
ставляет более 50%;

г)	песок мелкозернистый - вес частиц крупнее 0,1 мм со-
ставляет более 75%;

д)	песок пылеватый—вес часлиц крупнее 0,1 мм составляем
менее 75%.

IV.	Глинистые — связные грунты, супеси, суглинки и собст-
венно глины.
Супеси и суглинки — это грунты, занимающие переходное
положение между песком и глиной. По свойствам суглинки от-
носят к глинам, а супеси находятся ближе к пылеватым пескам^

Более точное разделение этих видов грунтов можно сделать
на основании трехчленной классификации, приведенной в табл.
17, где грунты разделяются по содержанию песчаных (0,05—
2,0 мм), пылеватых (0,005—0,05 мм) и глинистых (<0,005 мм)
частиц. Как видно, нет грунтов, в состав которых входили бы
только частицы одного рода.ГРазличие между песком, супесью,
суглинком и глиной (по гранулометрическому составу) заклю-
чается только в количественном соотношении песчаных, пыле-
ватых и глинистых частиц^

Таблица 17

Классификация пород по гранулометрическому составу

	Размер частиц, мм		
Грунты	глинистых  <0,005	пылеватых 0,005—0,05	песчаных 0,0’5—2,0
			
	Содержание фракций, проц.		
Глина  »	пылеватая	>30  >30	Больше, чем пес- чаных	Больше, чем пылеватых
			
		i	
Суглинки: грубопесчаный •  мелкопесчаный .  пылеватый . .	ЗО Ю  30—10  30—10	Больше, чем пес- чаных	Больше, чем пылеватых; преобладают частицы >0,25 мм  Больше, чем пылеватых; преобладают частицы <0,25 мм
			
			
Супеси: грубопесчаная .  мелкопесчаная .  пылеватая . .	10-3  10-3  10—3	Больше, чем пес- чаных	Больше, чем пылева- тых; преобладают час- тицы >0,25 мм  Больше, чем пылева- тых; преобладают части- цы <0,25 мм
			
			
Песок ....  » пылеватый .	<3  <3	Больше, чем пес- чаных	Больше, чем пылева- тых
Ряд исследователей (Н. А. Цытович, II. Я. Денисов и др.),
оценивая горные породы как основание для различных соору-
жений, выделяют скальные породы, обладающие высо-
кой прочностью, и собственно грунт ы, т. е. рыхлые (галеч-
ник, гравий, песок), а также связные (глинистые) отложения.

Скальные породы (граниты, диориты, диабазы, ба-
зальты, порфириты, трахиты, гнейсы, кристаллические сланцы,
кварциты, мраморы, плотные кварцитовые песчаники, известня-
ки и доломиты) отличаются жесткой связью между зернами и
высокой прочностью и водостойкостью. Связь между зернами
возникает в результате спаянности (у магматических и метамор-
фических пород) или путем цементации (у осадочных пород).
Прочность этих пород (сопротивление сжатию 1200—2500X
Х105 н/м2) во много раз больше максимального давления от
зданий и сооружений (3—5Х Ю5 н)м2).

К этой же группе относят сильно трещиноватые и выветрив-
шиеся породы, а также гипс, ангидрит, каменную соль, вулкани-
ческие туфы, конгломераты и брекчии со слабым цементом,
опоки, сланцеватые и кремнистые глины, глинистые и ракушеч-
ные известняки, мел, известковые туфы, каменный уголь, горю-
чие сланцы, сцементированные льдом грунты в зоне устойчивой
вечной мерзлоты, не подвергающиеся оттаиванию. Все они до-
статочно прочны и слабо сжимаются. Некоторые из них раство-
ряются (гипс, каменная соль) и подвержены размягчению, оце-
ниваемому специальным коэффициентом /(рзм , представляющим
отношение пределов прочности при сжатии в водонасыщенном
и в воздушно-сухом состоянии. Если /(рзМ <0,75, то такие поро-
ды называют размягчаемыми.

Крупнообломочные породы (валуны, щебень, га-
лечник, дресва, гравий) характеризуются отсутствием связи меж-
ду обломками пород и, обычно, высокой прочностью самих об-
ломков. Общая прочность крупнообломочных пород зависит от
плотности их укладки. При этом различают рыхлую структуру
и плотную. Промежутки между обломками иногда могут быть
заполнены мелкими частицами. Переход из рыхлого в плотное
состояние легче всего осуществляется путем встряхивания по-
роды. Статическая нагрузка оказывает малое уплотняющее дей-
ствие на крупнообломочные породы, поэтому осадка возведен-
ных на них сооружений незначительна. Водопроницаемость этих
пород большая, если пустоты между обломками не заполнены
илистыми частицами. Крупнообломочные породы являются на-
дежным основанием для различных промышленных и граждан-
ских сооружений.

Наибольший интерес представляет изучение рыхлых (сы-
пучих) и связных (глинистых) грунтов, так как они намного
Менее прочны, чем скальные и крупнообломочныё, а взаимодей-
ствие между их частицами весьма сложное. Возведение соору-
женин на таких грунтах (песок, глина) требует большого вни-
мания и связано с неизбежной осадкой.

Свойства песков и глин весьма различны, поэтому сооруже-
ния воздействуют на них по-разному. Главнейшие свойства пе-
сков и глин приведены в табл. 18.

Таблица 18

Различие физических свойств песков и глин

Песок

Глина

1.	Состоит из округлых или уг- ।
ловатых зерен размером более :
0,05 мм

2.	Суммарная поверхность час- i
тиц малая

3.	Структура зависит от расиоло- !
жсния зерен	!

4.	Пористость зависит от распо- i
ложения зерен и не зависит от
влажности

5.	Водопроницаем

6.	По отношению к воде инертен

7.	Бывает в сыпучем и текучем !
состояниях, не пластичен

8.	Под нагрузкой сжимается ма-
ло, причем деформация происходит
немедленно и необратимо

1.	В основном состоит из частиц
менее 0,005 мм. Коллоидная часть
содержит минералы группы монтмо-
риллонита, каолинита и др.

2.	Суммарная поверхность частиц
очень большая

3.	Структура обусловлена связью
частиц и агрегатов и зависит от фи-
зико-химических свойств дисперсной
системы

4.	Пористость не поястоянна, за-
гшеит от влажности и давления

5.	Практически водоупорная

6.	Вступает в физико-химичес-
кое взаимодействие с водой

7.	Бывает в трех состояниях:
твердом, пластичном и текхчем

8.	Под нагрузкой сильно сжима-
ется с небольшой скоростью. Де-
формация сжатия частично обрати-
м а

Различие в размерах и форме частиц у песка и глины ока-
зывает большое влияние на свойства этих грунтов. Происходит
это в связи с наличием в глинах мельчайших (<2п) частиц,
которые обладают коллоидальными свойствами. Такие глинис-
тые частицы весьма., активны и определяют свойства грунтов.
К. Терцаги указывал на аналогию грунтов с бетоном, где нес-
мотря на высокое содержание песка и щебня (80—90% во весу
в сухом состоянии) активную роль в образовании бетона играет
только цемент. Такую же роль в грунтах играют собственно гли-
нистые частицы.

Решающее значение в различии песка и глины имеет минера-
логический состав, в частности, наличие в мелкодисперсной ча-
сти глин вторичных глинистых минералов (продуктов химиче-
ского выветривания первичных минералов). По их влиянию на
свойства глин различают такие группы минералов:
монтмориллонитовая (монтмориллонит, сапонит,
бейделлит, нонтронит);

л л л и тона я (иллит, серицит);

к а о л и и и г о в а я (каолинит, диккит, накрит, галлуазит);

Минералы монтмориллонитовой группы обладают подвижной
кристаллической решеткой и могут раздвигаться при увлажне-
нии. Монтмориллонит обладает повышенной адсорбционной спо-
собностью, весьма гидрофилен, т. е. энергично связывает воду,
хотя может отдавать воду и вновь обводняться.

Глины, содержащие мои i мориллонит, менее водопроницаемы,
но набухают и легко оползают. Некоторые исследователи назы-
вают их оползневыми глинами.

Минералы каолипитовой группы обладают прочной непод-
вижной решеткой, значительно менее гидрофильны, чем мине-
ралы монтмориллонитовой группы, меньше набухают, но более
водопроницаемы.

Минералы иллитовой группы обладают промежуточными
свойствами. Иллит относят к начальной стадии изменения пер-
вичных минералов.

Суммарная, а значит и удельная поверхность частиц у песка,
как правило, намного меньше, чем у глин. Так, в 1 л3 песка
диаметром частиц 1 мм суммарная поверхность зерен достигает
4000 ж2, а в 1 м* глины с частицами размером 0,001 мм (1//)
суммарная поверхность частиц достигает 6 млн. м2. Этим опре-
деляется наличие огромной поверхностной энергии частиц гли-
ны, что позволяет удерживать большое количество связанной
воды.

Помимо способности глинистых частиц притягивать и прочно
удерживать связанную воду, такие частицы способны также
сорбировать (поглощать) ионы из окружающих растворов. Та-
кие поглощенные ионы обычно обмениваются с ионами раство-
ров, поэтому их называют не только поглощенными, но и об-
менными.

Процессы обмена положительно заряженных ионов (катио-
нов) связаны с емкостью поглощения или емкостью катионного
обмена, которая выражается в миллиграмм-эквивалентах на
100 г частиц. Обычно при наличии одновалентных катионов
(Na: ) глинистые частицы связывают большее количество воды,
чем при двухвалентных катионах (Са4 +, j 'j.

Таким образом, если в глинах произойдет замена двухва-
лентных обменных катионов катионами одновалентными, то это
будет равносильно росту числа глинистых частиц.

Вторичные глинистые минералы характерны различной ем-
костью поглощения. Так, для каолинита эта величина (в мг • же
на 100 г) колеблется от 3 до 15, для иллита 10-г 40 и монтморил-
лонита 80-^" 150.
Песок состоит из иоиов силиция, несущих четыре положи-
тельных заряда, компенсируемых четырьмя отрицательными за-
рядами кислорода. Поэтому частицы песка электронейтральны и
инертны по отношению к воде.

Ион алюминия глинистой частицы, несущий три положитель-
ных заряда, окружен четырьмя отрицательными зарядами кисло-
рода. Значит, одни отрицательный заряд кислорода остается не-
компенсированным. Слой отрицательных зарядов на поверхности
глинистой частицы 1—1 (рис. 64) притягивает положительные

/ 2	3

Рнс. 64 Схема двойного электрического поля
глинистой частицы;

1- I - поверхность глинистой частицы; 2- 2 —слой
связанной воды (положительно заряженный).

3 3 диффузный слой; 4 - 4—свободный раствор

ионы (катионы) из жидкости, окружающей ее в виде слоя 2—2.
Неподвижные слои 1—1 и 2—2 называют двойным электриче-
ским слоем. В слое 3—3 наблюдается некоторая подвижность,
гак как заряды слоя 2—2 не могут погасить все заряды слоя
1—1. Слой 3—3 называют диффузным слоем. Слой 4—4 пред
ставляет собой свободный раствор.

Количество воды в слоях от /—1 до 3—3. связанной по-
верхностью частиц (твердая вода, или пленочная, по А. Ф. Ле-
бедеву), зависит о г гидрофильности минералов, размеров по-
верхности частиц и состава взаимодействующего с частицей
водного раствора.

Структура песков зависит от расположения зерен, что опре-
деляет ее пористость (крайние возможные пределы пористости
25,95—47,64%) и не зависит от влажности.
Структура глин весьма сложна и зависит от многих факто-
ров.

Глинистые частицы способны образовывать сложные агрега-
ты. Это свойство называют свертыванием, или коагу-
л я ц и е й. Коагуляция происходит при сближении частиц во
время уплотнения осадков. Наибольшей коагуляционной способ-
ностью обладают минералы монтмориллонитовой группы.

Агрегаты глинистых частиц в дальнейшем соединяются в бо-
лее крупные ассоциации, образуя глинистую породу определен-
ной структуры. Иногда наблюдается процесс, обратный коагуля-
ции, т. е. распад агрегатов, называемый пептизацией. Гли-
ны обладают свойством пластичности и могут находиться в
твердом, пластичном и текучем состоянии.

Песок, лишенный структурных связей, находится в сыпучем
или текучем состоянии. При увлажнении он характеризуется пе-
реходным состоянием (наблюдается небольшая связность ча-
стиц) .

Пористость глины не постоянна и зависит от влажности и
давления.

Образование осадочных пород связано с с е д и м е н т а ц и-
е й, т. е. с процессом накопления осадков. В дальнейшем под
влиянием давления от собственного веса и различных физико-
химических процессов происходит постепенное уплотнение
грунтов. Такое явление называют диагенезом. Одним из
примеров диагенеза может служить процесс довольно медлен-
ного перехода ила в более плотные разновидности глинистый
грунтов.

Ил — тонкодисперсный, микроструктурный осадок водных
бассейнов (морских, озерных, речных). В начальной стадии ил
находится в текучем состоянии. Однако в ходе уплотнения по-
являются водно-коллоидные связи между частицами и образу-
ется илистый суглинок, а впоследствии глины.

Пески под нагрузкой сжимаются на небольшую величину,
причем процесс деформации происходит быстро, а глины сильно
сжимаются с небольшой скоростью; это позволяет заключить,
что песок является очень надежным основанием для различных
зданий и сооружений. Глина в этом отношении уступает песку,
но было бы неправильно относить глины к плохим основаниям.
Только ил и весьма молодую глину следует отнести к слабым,
легко деформируемым основаниям.

Показатели физико-технических свойств пород

Физико-технические свойства пород зависят от их генезиса и
последующих условий существования и непрерывно изменяются
в зависимости от условий среды. Они характеризуются специ-
альиыми показателями, определяемыми опытным путем или в
лаборатории на образцах с нарушенной структурой или в мо-
нолитах ненарушенной структуры. Показатели физико-техниче-
ских свойств грунтов подразделяются на общие, характеризую-
щие грунты любого состава, и специальные, которые характери-
зуют свойства только рыхлых или только связанных грунтов.

Гранулометрический состав грунтов, т. е. процентное содер-
жание (по весу) частиц разного размера, позволяет, пользуясь
табл. 17, классифицировать их, а также определить действую-
щий, или эффективный, диаметр f/ю,—такой диаметр час-
тиц, меньше которого в грунте содержится по весу 10% частиц.
Д и а м е т р шее т идесят и с/б0 — это такой диаметр частиц,
меньше которого в грунте содержится 60% частиц. Зная эти
два диаметра, можно вычислить коэф ф и ц и е н т н е о д н о-
р о д н о с т и К\{

и*

А в ~	,

а1о

Чем меньше /\н, тем однороднее грунт. При значении Кн до
3 принято считать грунт однородным, более 3 — неоднородным.

О б ъ е м н ы и в е с определяется при наличии монолитов
грунта ненарушенной структуры по формуле

Р

7 и = у ’

где Р—-вес грунта;

И—объем.

Для песчаных грунтов определяют дополнительно объемный
вес в наиболее рыхлом и наиболее плотном умаКс состоя-
ниях.

Удельный вес уу1 определяется в образцах нарушен-
ной структуры. Он зависит от минералогического состава грун-
та и колеблется для песков и глин в узких пределах 2,59х-2,85,
а чаще всего 2,65 л-2,75.

Зная объемный и удельный веса и влажность грунтов, мож-
но вычислить пористость, коэффициент пористости и степень
влажности для любых грунтов (см. часть II).

Коэффициент пористости г, т. е. отношение
объема пустот к объему твердых частиц грунта, вычисляют по
формуле

7 уд - Д>_

7 о 1-л

где /?—пористость грунта в долях единицы.

Песчаные грунты разделяются на плотные, средней плот-
ности и рыхлые, в зависимости от величины коэффициента по-
ристости, приведенной в табл. 19 (по СНИП П-Б.1-62).
Коэффициенты пористости г песчаных грунтов

—		ПЛОТ!	1ые	Г рунты	
Вилы	песчаных грунтов			средней плотности ’	рыхлые
Пески	гравелистые, круп-				
ные	и средней крупности	•; Менее	0,55	0,55-: -0,65	Более 0,6ч
Пески	мелкие	;	w	0.60	0,60ч 0,75	0,75
Пески	пылеватые	и	0,60	0,60ч 0,80	0,80

Плотность песков можно вычислить по степени плот-
ности D

£макс £
/у ~ ж ,
гмакс — ?мип

г ле а—коэффициент пористости песка природной плот-
ности;

£макс и з.мин—соответственно коэффициенты пористости песка в
наиболее рыхлом и плотном состоянии.

Пески в зависимости от степени плотности бывают:

Рыхлые ..... при D от 0,0 до 0,33

Средней плотности .	.	.	» D » 0,34 » 0,06

Плотные .	.	.	.	.	» D » 0,67 » 1.0

Объемный вес сухого грунта вычисляют по формуле

То

i сух J w

где весовая влажность в долях единицы

Объемный вес грунтов, залегающих ниже уровня волы, вы-
числяют по формуле

W...* f *•/

I ВОД ' I ул

л) ,

где и—пористость в долях единицы.

Плас т и ч и о с т ь глинис гых грунтов определяется преде-
лами пластичности и текучести (пределы Аттерберга). Пре-
дел пластичности 1FP—влажность в процентах, меньше
которой грунт переходит в твердое состояние. Предел те-
кучести №т—влажность в процентах, больше которой грунт
переходит в текучее состояние. Ч и с л о м пластичност и
1ГП называют разность пределов текучести и пластичности:

Таким образом, если природная влажность w глинистого
грунта меньше предела пластичности, то грунт находится в
твердом состоянии. Если влажность больше предела пластич-
ности, но меньше предела текучести — грунт пластичный. Если
влажность больше предела текучести, то грунт находится в
текучем состоянии.

По числу пластичности различают такие грунты (по СНиПу):

Супесь	.	I Юпс 7

Суглинок...................... 7<1ЕП< 17

Глина ......	№п>17

Указанные пределы пластичности и текучести имеют услов-
ное значение, так как определяются после превращения грунтов
в порошок, т. е. нарушения их структуры.

Грунт в природных условиях с ненарушенной структурой
значительно прочнее глинистой пасты, по которой в лабора-
тории определяют пределы текучести и пластичности. Поэто-
му, если влажность грунта превышает предел текучести, то в
природных условиях при этой влажности грунты могут не пе-
реходить в текучее состояние.

Пределами пластичности условно пользуются для определе-
ния консистенции глинистых грунтов с помощью пока з а т е-
ля консистенции В. определяемого по формуле

В~ w„

где w—природная влажность в проц.

По величине показателя консистенции В различают глини-
стые грунты разного состояния:

Супеси

Твердые......................... В<0

Пластичные .	.	.	()<В<1

Текучие .	....	В> I

Суглинки и глины

Твердые	....	В<0

Полутвердые .	.	О < В <0,25

Тугопластичные .	.	0,25<В<0,50

Мягкопластичные	.	0,50<В<0.75

Текучепластичные	0.75<В<1

Текучие ....	...	В>1

Глинистые грунты можно также классифицировать по зна
чению показателя коллоидной активности А
(по А* Скемптону):

д ,—------— “ ——— ,

т	т

где т—количество частиц диаметром менее 0,002 мм.

А. Скемптон разделяет глинистые грунты по величине А на
три группы:

Неактивные .	/1<0,75

Нормальные	0.75<Л<1,25

Активные	А >1,25
Чем больше показатель .4. тем больше возрастает способ-
ное гь глинистых грунтов к набуханию, усадке и уплотнению
при увеличении давления. С помощью этого показателя можно
косвенно определить минералогический состав глин, так как
каолинптовые глины неактивны, иллитовые обычно нормальные,
а монтмориллонитовые активны.

К. Терцаги рекомендует выражать консистенцию глинисты^
грунтов по величине пре д е ла пр о ч ноет и цилиндрически4
или призматических образцов ненарушенной структуры при од-
ноосном сжатии (105н/.ч2):

Очень мягкая

Мягкая

Среднежесткая

Жесткая

Очень жесткая

Чрезвычайно жесткая

<0,25
< i,25—0,50
0.50—1,00
1,00—2,00
2,00—4,00

>4,00

При действии на грунт значительной нагрузки он уплотня-
ется, т. е. уменьшается объем некоторой части грунта в преде-
лах действия приложенной нагрузки. Песчаные грунты, даже

р ы хл ые, с ж и м а ются
быстро, но очень не-
значительно. Так, по
данным Э. И. Прозоро-
вича, при давлении
51-4-256 X 105 н/м'2 на пе-

сок с размером зерен
0,5 мм и начальной по-
ристостью 41,1% пори-
стость уменьшилась
при максимальном дав
лении до 36,1%.

Для песка с разме-
ром зерен 0,074 мм и
начальной пористостью
54,8 % при давлении
51 X Ю5 н/м2 пористость
уменьшилась до 48,2%.

Динамическая на-
грузка, связанная с виб-
рацией, вызывает уп-
лотнение рыхлого пес

Рис. 65. График зависимости пористости
глины от давления.

ка и намного уменьшает начальную пористость.

Глинистые грунты иод нагрузкой медленно уплотняются.
Для вычисления возможной осадки сооружений, возведенных
на глинистых грунтах, и определения некоторых характерных
показателей прочности глин производят опыты в специальном
компрессионном приборе для установления зависимости пори-
стости от давления в образцах ненарушенной структуры. Ре-
зультаты опыта изображаются графически (рис. 65). Зависи-
мость пористости от давления выражается в виде кривой сжатия
(компрессионной кривой).

Пользуясь кривой сжатия, можно вычислить коэффици-
ент упл от не н и я а:

где £1—коэффициент пористости при давлении Ру,

£9—коэффициент пористости при давлении Р2.

Коэффициент уплотнения является показателем уменьшения

пористости при увеличении давления на 1Х105 н/м2.

По значению коэффициента уплотнения принято такое де-
ление грунтов:

Сильносжимаемые
Среднесжимаемые
Слабосжимаемые
Несжимаемые

^>0,1 X 10s м-/н

0,1 >£>0,005
0,005> я > 0.001

о <0,001	»

Для расчета осадки грунта при возведении сооружений поль-
зуются значением модуля деформации (сжимаемо-
сти) Е

3(1 Д-

н/м2 ,

где /3~безразмерный коэффициент, равный для песка 0,76, су-
леей — 0,72, суглинка — 0,57 и глины — 0,43.

С он р от и влен и е грунтов сдвигу определяется на спе-
циальных приборах и выражается углом внутреннего трения
>Ф (град) и сцепление с (н/м2), В результате опытных срезов по
определенной методике (для глин — в образцах ненарушенной
структуры) при разных вертикальных нагрузках можно графи-
чески изобразить зависимость (рис. 66) срезающих сил т и вер-
тикального давления Q. Полученные точки соединяют прямой.
Угол, образуемый этой прямой с. осью абсцисс, называют углом
внутреннего трения ф.

Значение тангенса угла ф называют коэффициентом
трения f.

Сцепление с, присущее только глинистым грунтам, определя-
ется отрезком ординаты, отсеченным прямой зависимости сре-
зающих усилий от вертикального давления (см. рис. 66).

Н. Н. Маслов ввел понятие об угле сопротивления сдвигу у?,
определение которого показано на рис. 66.

По данным Н. Н. Маслова, величина угла внутреннего тре-
ния песков колеблется от 26 до 35° в зависимости от плотности
120
и величины зерен: Угол внутреннего трения глин колеблется в
широких пределах от 8 до 22°, а сцепление—от 0,1 Х105 до
IX Ю5 н1м'2'. суглинков — соответственно 13—25° и 0,1—0,6X
Х163 «/лг2; супесей — 18—28° и 0,02—0,2 XI О5 w/лВ. в зависимо-

Вертикальнее давление Q

Рис. 66. График зависимости между давлением
и сопротивлением сдвигу.

В табл. 20 приведены показатели, характеризующие физико-
технические свойства песчаных и глинистых грунтов.

Т а б л и ц а 26

Показатели физико-технических свойств грунтов
““показатели^	|

определяемые в ла* ;	Вычисляемые показатели	I Грунты

боратории

Гранулометри-
ческий состав

Коэффициент неоднородности

/г - *г’

Л н —

л,(.

Влажность (ве-
совая) w

Пористость

Обт>емный вес у0

Удельный вес

«о

(у, (1 - W)

Коэффициент пористости

Степень влажности

Любые

„ = ® ->л и " «)

п

Объемная влажность
Показатели,
определяемые в
лаборатории

Продолжение табл 20
i

Вычисляемые показа гели	j Грунты

Объемный вес сухого грунта

7 сух = ‘

1 - w

Объемный вес грунта ниже уровня во-
ды ;boi ==* (Туд — !)(!-«)

Угол внутрен- Коэффициент трения / —tg<f
него трения ?

Модуле, сжимаемости

Кривая сжатия	ВП 4-0

а

Любые

Коэффициеш фильтрации А'

Предел плас- j г ич ноет И U7;,	11 ИСЛ 0 11 л и стич н ост и  wn -	- и;
Предел юкуче< с т и 1КГ	!	I Указатель консистенции  w -- №..  ——1  w п  Показа!ель коллоидной активности	Глины  .1 _
Сцепление .	Коэффициент уплотнения а ~ —	  Р — Г 2*1
Объемный вес в наиболее плот- ном "(макс и рыхлом 7 мин состояниях  Угол есте- \ стг\ иного откоса и	Степень плотности  y-j	макс	-  Умаю' "мим	ПеСКИ

Г л а в а

/5

ПРИРОДА И ХАРАКТЕР ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ

Познание природы деформаций связных грунтов находит-
ся в прямой зависимости от представлений о причинах связ-
ности грунтов. Долгое время глинистые грунты рассматрива-
лись с точки зрения механики сыпучих тел. что не давало воз
можности понять сущность процесса.

В 1925 г. работы К. Терцаги позволили подойти к реше-
нию сущности природы деформаций.

Трудами советских ученых IT М. Герсеванова, ГТ Л. Ребин-
дера, II. А. Цытовича, II. Я. Денисова, II. IT Маслова, И. В. По-
пова и др. были разработаны теоретические положения, позво-
лившие по-новому объяснить многие явления в грунтах.

Н. А. Цытович, рассматривая природу деформаций грунтов,
выделяет упругие, остаточные и полную деформации.

Под у и р у г о й д е ф о р м а ц и е й понимается процесс
возвращения частиц деформируемого тела в прежнее положе-
ние. В грунтах этот вид деформации, даже при незначитель-
ных нагрузках, всегда сопровождается остаточн ы м и д е-
фо р м а и и я м и, т. е. такими, когда частицы тела остаются в
положении, полученном под действием нагрузки.

В грунтах остаточные деформации в десятки раз превосхо-
дят упругие. Сумма остаточной и упругой деформаций состав-
ляет полную д е ф о р м а ц и ю.

Н. А. Цытович считает, что упругие деформации проявля-
ются в виде изменения обьема и искажения формы, возникаю-
щих в результате действия молекулярных сил упругости твер-
дых частиц, тонких пленок воды и замкнутых пузырьков воз-
духа. Остаточные деформации проявляются в виде уплотнения
(уменьшение пористости при нагрузке, превышающей давление
набухания), набухания (расклинивающий эффект как резуль-
тат действия электромолекулярных сил), пластических искаже-
ний формы (взаимные сдвиги частиц), разрушения структуры
(нарушение связи между частицами, излом частиц).

Н. Я. Денисов разработал теорию прочности и деформации
глинистых грунтов. Предполагается, что в первичном глинистом
осадке под влиянием сил Ван-дер-Ваальса, т. е. молекулярного
взаимодействия между частицами, проявляется первичное сце
пление. Величина этих сил зависит от числа и площади контак
тов между частицами. Структуры глинистых грунтов, образовав
шиеся в результате действия только первичного сцепления, на-
зывают коагуляционными (по П. А. Ребиндеру).

В дальнейшем наблюдается рост прочности глинистых грун-
тов вследствие действия сцепления упрочнения, т. е. цементации
частиц химическими соединениями, выпадающими из воды и
оседающими на поверхности частиц (пленки гипса, углекислой
извести, солей железа, силикатов геля кремниевой кислоты
и др.). В результате глинистые грунты становятся более проч-
ными и жесткими.

Структуру глин, образовавшуюся в результате действия сне
пления упрочнения, называют (по П. А. Ребиндеру) кристал-
лизационно-конденсационной. В тех случаях, когда глинистые
осадки малоплотные и не имеют кристаллизационных связей,
может иметь место явление тиксотропии, т. е. способность в со-
стоянии покоя упрочняться во времени, а при встряхивай ш—
терять прочность вплоть до перехода в текучее состояние.

Нарастание плотности глин обычно связано с уплотнением и
упрочнением. Под уплотнением понимается действие дав-
ления от собственного веса вышележащих слоев, а также дав-
ления в процессе горообразования, что приводит к проявлению
сил первичного сцепления и созданию коагуляционной структу-
ры глин.

У п р о ч н с н и е возникает не только от уплотнения глин, а
главным образом под влиянием химических и физико-химиче-
ских процессов, проявляющихся после уплотнения (сцепление
упрочнения) и образующих кристаллизационно-конденсацион-
ные структуры.

Отсюда можно установить и возможную природу деформа-
ции глин. Очевидно, что при определенных условиях (увеличе-
ние или уменьшение природного давления, т. е. изменение на-
пряженного состояния) деформации станут возможны, когда
будет устранено сцепление упрочнения: возникнут необратимые
смещения одних частиц относительно других. В этом случае
структура глин нарушается, поэтому II. Я. Денисов деформа-
ции такого типа называет с т р у к т у р и ы м и.

Обрати м ы е д е ф о р м а ц и и (т. е. не связанные с на-
рушением природной структуры), возникающие в результате
уменьшения толщины пленок связанной воды, названы ГТ. Я. Де-
нисовым с т р у к т у р и о-a д с о р б ц и о и и ы м и.

Нужно отметить, что плотность глин во времени под влия-
нием давления значительно повышается, в то время как у пес-
ков плотность изменяется мало. На рис. 67 показаны кривые
природного уплотнения глины и песка.

Исходя из кривой уплотнения глины, можно установить, что
каждому давлению соответствует определенная пористость
грунта, причем чем больше давление, тем меньше пористость.
Отсюда следует, что обжатие глин. т. е. осадка поверхности
вместе с возведенными на ней зданиями и сооружениями, про-
исходит за счет уменьшения объема пор.

И. Я. Денисов обращает внимание на интенсивность уплот-
нения глин, зависящую от смазывающего действия связанной
воды, количества глинистых частиц, их минералогического соста-
ва и валентности поглощенных катионов. Чем больше, напри-
мер, содержание в глине монтмориллонита, тем выше интен-
сивность уплотнения, о чем можно судить но величине предела
текучести. Чем выше этот предел, тем более интенсивным будет
уплотнение.

Состояние плотности глин может быть различным, оно свя-
зано с нормальным процессом их уплотнения, т. е. с природным
напряженным состоянием. На рис. 68 показаны кривые уплот-
нения глинистых грунтов различной влажности (по И. Я. Дени-
сову) . Кривая ab называется кривой норма л ь н о г о
у и л о г нения и характеризует грунты нормальной плотности,
при которой пористость соответствует природному давлению
(природное напряженное состояние).

:flo^ucrnocmb п

Рис 67 Кривые уплотнения грунтов:

/ глина: 2—песок

Рис. 68. Кривые уплотнения глини-
стых грунтов различной влажности
(по Н. Я. Денисову):
aedgb — грунт, насыщенный водой;
ced'mg- маловлажный грунт.

Отрезок кривой се, проходящий ниже нормальной кривой,
где давление меньше ае> характеризует переуплотненное
состояние глин. Кривая маловлажного грунта (ed'mg)
с давлением большим но меньшим , проходит выше нор-
мальной кривой и характеризует меньшую плотность, чем в нор-
мальном состоянии, т. е. и е д о у п л о т н е и и ы е грунт ы.

Изменение влажности глинистых грунтов даже без измене-
ния их напряженного состояния может вызвать переход из од-
ного состояния плотности в другое. Так, например, при потере
влаги грунтами вследствие испарения происходит уменьшение
объема грунта, называемое усадкой. Этот процесс является од-
ной из причин перехода глин нормальной плотности в переуплот-
ненное состояние.

При этом в грунте образуются трещины, т. е. деформации
структурно-адсорбционные. Вследствие этого при последующем
увлажнении переуплотненные грунты набухают и теряют проч-
ность.
Для недоуплотненных глинистых грунтов характерно другое
широко распространенное явление--- просадка, т. е. опускание
поверхности в результате увлажнения без изменения напряжен
кого состояния грунта (см. на рис. 68 отрезок d'd).

Оценку плотности глин можно произвести по их чувствитель
пости к нарушению структуры, используя для этого показ;,
г е л ь с т р у к т у р н о й и р о ч и о с т и



где S,  показатель структурной прочности, или чувствитель
ности;

цм - предел прочности глины при одноосном сжатии в не
нарушенном состоянии;

нИ"- то же, при аналогичной плотности и влажности образ
ца глины в перемятом состоянии.

К. Терцаги указывает, что обычно значение St для боль
шинства глин колеблется в пределах от 2 до 4. Для чувстви
чельных глин St отмечено в пределах 4—8. а для сверхчувстви
тельных -более 8. Известны отдельные случаи, например, в
Норвегии, где St глин достигало значения 400—500.

Следует отметить, что для глин характерны реологиче
с к и е с в о й с т в а, проявляющиеся в виде ползучести, т. е. по-
тери прочности во времени путем длительной незатухающей де-
формации без изменения приложенной нагрузки.

Процесс уплотнения песков другой, и изменения его плот-
ности по сравнению с начальным состоянием сравнительно не-
значительны. Кривая уплотнения песка всегда пологая (см.
рис. 67). Большую роль в изменении пло?ности песка играю!
вибрация и другие динамические усилия.

Если на песок воздействуют вибрационные, силы, направлен-
ные вверх, то плотность песка уменьшается; когда же такие
усилия направлены вниз, то песок укладывается весьма плотно
и становится прочным.

Такую же роль играют токи воды, направленные вверх (ги-
дродинамическое давление). Они разрыхляют песок, поэтому
прочность его уменьшается, и он может перейти в весьма рых-
лое состояние. При водопонижении, т. е. направлении токов во-
ды вниз, песок будет уплотняться.

Таким образом, песок при статических нагрузках является
весьма надежным основанием. В случаях приложения динами-
ческих усилий иногда возможно известное разуплотнение пес-
ков, в особенности водонасыщенных. Глина сама по себе при
значительной плотности является хорошим основанием, но если
в пределах одного здания в основании залегают столь различ-
ные по сжимаемости грунты, как песок и глина, то становится
при быстром таянии снега. К этому следует добавить вырубку
лесов и уничтожение дернового покрова вследствие выпаса
скота.

Бурные потоки воды смывают продукты выветривания, зах-
ватывают крупные обломки пород и, превращаясь в грязе-ка-
менный поток, несутся со скоростью примерно 2—5 м[сек, в ви-
де последовательных валов, в пониженные места (рис. 69).
Консистенция грязе-каменных масс может быть самой различ-
ной, с крайними пределами: только грязь и только камни, но все
же достаточно плотной (1,3—1,8 г! см3).

Селевые потоки представляют большую опасность для людей
и различных сооружений. Очень большие объемы перемещае-
мых с большой скоростью земляных масс все разрушают на
своем пути. Так, например, в Лос-Анжелосе (США) в марте
1938 г. селевой поток объемом 11 млн. м3 (каждую секунду вы-
носило около 2000 м3 грязи с камнями) снес десятки мостов и
домов, разрушил дороги, прервал связь. В результате этого
селя 200 человек погибли и 10 000 остались без крова. Общие
убытки оценивались в 50 млн. долларов.

В мае 1921 г. в Алма-Ате после сильного ливня на город
обрушился (с интервалом в 30—60 сек) ряд грязе-каменных
валов. Объем вынесенного твердого материала достигал при-
мерно 3,6 млн. ж3. Было разрушено много строений и погибли
400 человек.

Таким образом, очевидна опасность такого рода смещений
земляных масс и необходимость их предотвращения.

В целях предупреждения развития селевых потоков следует
террасировать склоны, регулировать поверхностный сток вод,
запрещать вырубку лесов, а также выпас скота. Однако, если
учесть площади селевых бассейнов, то станет очевидным, что
для осуществления профилактических мероприятий потребуют-
ся огромные средства. Поэтому приходится бороться с селевыми
потоками непосредственно в месте их развития.

Одним из эффективных средств борьбы с селевыми потока-
ми является система подпорных русловых запруд на пути дви-
жения селя. Подпорные стены, пересекая русло, образуют ло-
вушки и, кроме1 того, уменьшают скорость движения селевых
потоков.

В отдельных случаях для защиты территорий городов целе-
сообразно сооружение крупных земляных дамб. Для защиты же-
лезных и автомобильных дорог прибегают к сооружению селе-
спусков, т. е. крупных лотков, расположенных над дорогой в
селеопасных местах; с их помощью грязе-каменный поток пере-
брасывается над дорогой в пониженные места.

Иногда производятся работы по замыву оврагов грунтами
или хвостами (т. е. жидкими отходами различных производств).
Накопление обводненных грунтов или подобных им отходов
Рис. 69. Селевой поток (по С. М. Флейшману).
производств в оврагах без соблюдения определенных условий
может вызвать искусственный сель, крайне опасный для насе-
ленных пунктов. Поэтому замыв оврагов или размещение в их
пределах водонасыщенных отходов производств можно допу-
скать лишь в отдельных случаях.

Овраги, в которые обильно поступают грунтовые воды, а
также овраги с большой водосборной площадью не могут быть
использованы для этих целей без предварительного перехвата
подземных вод (т. е. дренирования) и сооружения ливневой ка-
нализации. Даже когда овраги заполняются грунтами природ-
ной влажности при помощи обычного транспорта, а не с по-
мощью гидромеханизации, нельзя начинать такие работы без
предварительного осуществления мер осушения оврагов.

Очевидно, что стоимость работ по перехвату подземных вод
и сооружению ливневой канализации может оказаться столь
высокой, что будет нецелесообразно размещать земляные мас-
сы в оврагах.

Важным обстоятельством является состав грунтов или дру-
гого материала, который будет использован для заполнения ов-
рага. Чистые средне- и крупнозернистые пески быстро отдают
воду и поэтому при поступлении в сухие овраги хорошо уплот-
няются и, в последующем, при наличии ливневой канализации
не могут образовать селевые потоки. Грунты (или эквивалент-
ные им материалы), содержащие глинистые частицы (супесь,
суглинки, глины) в виде пульпы (т. е. при гидроукладке), мо-
гут быть использованы для заполнения оврагов только при ус-
ловии сооружения оградительной дамбы. Такая дамба, обычно
земляная, с послойным уплотнением укаткой при оптимальной
влажности, возводится с таким расчетом, чтобы удержать на-
мытые выше земляные массы.

Не вызывает сомнения, что стоимость такой дамбы, а также
мер защиты от размыва грунтов будет высокой.

При укладке глинистых земляных масс в овраги насухо (на-
пример, автотранспортом или транспортерами) можно ограни-
читься только мерами защиты от увлажнения грунтов (дренаж
и ливневая канализация), однако такой вид транспортировки и
укладки земляных масс неэкономичен.

Обвалы и осыпи

Обвалом называется быстрое смещение (падение, опро-
кидывание, скатывание) горных пород к базису эрозии под
влиянием силы тяжести и при участии поверхностных вод, а
также в результате выветривания (рис. 70).

Осыпью называют скопление у подножия склонов мелких
обломков пород, отделившихся в результате выветривания
Рис. 70. Обвал.
/fp-ае. TJJ-НОсыпь передвигается под влиянием силы тяжести,
образуя наклон, соответствующий углу естественного откоса
'слагающих пород. При увлажнении осыпь начинает сползать.
Иакое движение называют о с о в а м и. Часто образуется осыпь
ше только из мелких обломков пород, а из песчаных частиц.

Рис. 71. Осыпь.

Обвалы и осыпи наблюдаются обычно в горных районах или
вдоль берегов с крутыми склонами. Части скал внезапно отде-
ляются и обваливаются вниз, дробясь и скатываясь в виде от-
дельных глыб в пониженные места. Основной причиной возник-
новения обвалов является выветривание. У берегов моря боль-
шую роль играет волноприбой, подмывающий подножие склона
и тем самым вызывающий обрушение скал. В сейсмических
районах обвалы происходят в результате землетрясений. "

При строительстве дорог в горных районах приходится под-
текать скалы, образуя отвесные откосы, обваливающиеся в даль-
нейшем. Иногда обваливаются глинистые породы, если их под-
стилают пески, выдуваемые ветром.

‘	и р и в атги и^дброг; трубопроводов и каналов необ-

ходимо учитывать возможность образования обвалов, борьба
с которыми представляет большие трудности. При этом лучше
всего удалять нависающие скалы.
Очевидно, что сооружение каких-либо зданий у подножия
склона, где наблюдаются обвалы и осыпи, представляет боль-
шую опасность. Поэтому на таких участках не следует возво-
дить зданий, равножак нельзя и размещать их в верховье скло-
-кщблизко к бровке, j

При строительстве дорог обход обвальных участков пред-
ставляет значительные трудности, поэтому часто приходится
предусматривать специальные меры защиты от обвалов, а имен-
но: удерживающие подпорные стены или контрфорсы, специаль-
ные площадки (полки) для перехвата выше дороги обломков
скал. Для защиты от осыпей и мелких обвалов с успехом при-
меняются защитные металлические сетки.

Рис. 72. Схема защиты пути от обвалов
и осыпей (по Н. М. Ройнишвили).

Рис. 7S. Противооб-
вальная галерея (по
Н. М. Ройнишвили).

Н. М. Ройнишвили указывает, что в районах крупных обва-
лов целесообразно сооружать улавливающие сооружения типа
стен, траншей, валов или специальных галерей. Улавливающие
сооружения применяются там, где между полотном дороги и
отвесным склоном расположен участок с крутизной не более
35—40°. На рис. 72 показан тип улавливающего сооружения,
разработанный на основе теоретических положений Н. М. Рой-
нишвили. Противообвальные галереи разных типов (один из
них показан на рис. 73) применяются там, где дорога располо-
жена у подножия отвесного склона.
Рис. 75. Оползень-поток (простой).


Рис 76. Оползневый цирк (оползень-поток сложный).

Рис. 77. Оползневые цирки.

достигала 5,7 км, а мощность оползневых накоплений — 52,5 м.

Всего там пришло в движение 114 075 тыс. горных пород.

На рис. 78 показан геологический разрез по оси оползня-
потока. Скорость движения оползших земляных масс, слагаю-
щих тело оползня, бывает различной в разных его частях и име-
ет сезонный характер (увеличивается в период обильного увлаж-
нения). Обычно с глубиной скорость движения земляных масс
уменьшается, приближаясь к нулю на границе, отделяющей зо-
ну сезонных изменений от несмещенных масс.

Каменные и щебнисто-глинистые поток и свое-
образны. Весьма часто смещения происходят не только в зоне
сезонных изменений, но и в глубоколежащих слоях. Наблю-

Рис. 78. Геологический разрез оползня-потока:

1—суглинки; 2—глины; 3—пески; 4—оползшие породы.

даются такие оползни в горных районах и вдоль берега моря.
Смещения начинаются отчленением массивов, их обвалами и
осыпями, носящими множественный характер и образующими
на склоне глыбовый навал (рис. 79).

В дальнейшем начинают развиваться оползни. Потоки хао-
тических нагромождений глыб, блоков и пакетов горных пород
опускаются вниз, вырабатывая долину каменного потока, про-
ягивающуюся на большое расстояние. В результате быстрого
выветривания образуется глинистый материал, поэтому со вре-
менем поток приобретает глинисто-щебнистый характер. Мощ-
ность оползневых накоплений может достигать в верхней части
склона 200—400 м (глыбовый навал), а в средней и нижней
части 5—20, а иногда 100 м.

Ступенчатые оползни представляют собой смеще-
ния, задевающие слои, лежащие значительно глубже сезонных
изменений. От массива плато отделяется большой участок и
опускается вниз, чуть запрокидываясь в сторону коренного скло-
на. сохраняя последовательность залегания слоев. Такой опу-
стившийся участок называют оползневой ступенью.
Обычно оползневые ступени надолго сохраняются, в особенно-
сти если в их строении принимают участие скальные породы
о

Рис 79. Оползет, в виде' камешки о потока
(известняк, песчаник и др.). По мере развития оползней одна
ступень следует за другой, образуя ряд характерных уступов.

Схема ступенчатого оползня скольжения по-
казана на рис. 80.

Со временем у ступеней, подвергшихся разрушению, резко
очерченные грани сглаживаются, образуя ряд параллельно вы-

тянутых гряд. Ступенчатые
оползни захватывают большие
участки склона протяжением
300—1200 м, опускаясь па 10—

Рис. 80. Геологический разрез ступенчатого оползня:

/—лесс; 2—красно-бурые глины; 3—известняк; 4 — мэотические глины.

25 ж, и образуют почти отвесную стену срыва (рис. 81). Общий
вид опустившейся ступени показан на рис. 82. Край верхней сту-
пени может во время опускания значительно деформироваться.

Очень часто со дна моря или реки во время перемещения
оползневых ступеней выжимаются одна или две-три гряды
(рис. 83) — оползни выдавливания.

Ступенчатые оползни могут развиваться в течение длитель-
ного периода. Участок, отделенный от плато трещиной, опуска-
ется в течение 1—2 лет на 0,5—1,0 м, но затем в течение 4—8
часов может опуститься на 10—20 м. При этом в верхней части
оползня наблюдаются вертикальные смещения, в средней части
главным образом горизонтальные, а в нижней преобладают
вертикальные (подъем).

Такой оползень часто деформирует слои, залегающие ниже
уровня моря или реки на 10—20 м. В результате многочислен-
ных оползневых подвижек вырабатывается всхолмленный кон-
такт поверхности оползших и коренных пород.

Суффозионн ы й оползень образуется в результате
выноса песчаных и пылеватых частиц фильтрационным потоком
(гидродинамическое давление).

Оползни с фиксированной наклонной плоской поверхностью
скольжения, приуроченной к контактам слоев, называют кон-
Рис. 81. Стена срыва, образовавшаяся в результате отчленения ополз
невои ступени.

Рис. 82. Верхняя оползневая ступень.
г акты ы м и (рис. 84). Такой тип оползней весьма распростра-
нен на Черноморском побережье Кавказа. Чередование слоев
известняка и песчаника с глинистыми сланцами при наклонной
поверхности их контакта в случае подсечки этих пластов в осно-

Рис. 83. Оползневая гряда, выжатая со дна моря.

Рис. 84. Схема контактного оползня:

/ — известняк; 2—глинистый сланец; 3—сместившиеся пакеты.

вании приводит к оползанию блоков и пакетов скальных пород
по поверхности глинистых сланцев. Иногда такие оползни про-
исходят в зоне выветривания, но чаще всего смещаются боль-
шие пакеты при подсечке основания, образуя серьезные препят-
ствия при строительстве и эксплуатации дорог.
Причины образования оползней

Оползни вызываются совокупным действием ряда причин,
указанных в табл. 22.

Общие условия (пассивные причины) лишь способствуют
образованию оползней, а активные причины непосредственно их

вызывают.

Таблица 22

Классификация причин, вызывающих оползни

Общие условия (пас-
сивные причины)

।

Активные причины

Геологическое строе-
ние

Тектонические движе-
ния

Условия рельефа

Изменение напряжен-
ного состояния гли-
нистых пород

Подземные воды

Поверхностные воды
Атмосферные осадки
Выветривание
Землетрясение
Некоторые виды дея-
тельности человека

Геологиче-
ское строение
может способство-
вать образованию
оползней при нали-
чии пород, обладаю-
щих способностью
деформироваться и
оползать в связи
с минералогическим
составом, структу-
рой, характером це-
мента и родом мате*
риала.

Примером служат
бурые и пестрые,

скифские, мэотические, майкопские, сарматские, юрские и другие
глины. Оползни образуются там, где эти глины вскрываются
оврагами и выемками, или вдоль берегов рек и морей.

Чередование проницаемых и водоупорных слоев или пород
разной плотности, а также падение пластов, наличие плоскостей
напластования, сланцеватости, плоскостей отдельности, сбросов,
зон дробления и трещиноватости, складчатости и столбчатой
отдельности также способствуют образованию оползней. Новей*

шие, или молодые, тектонические движения оказы-

вают прямое влияние на развитие оползневых процессов на
склонах, независимо от знака движения. При подъеме ка-
кой-либо части территории увеличивается высота склонов и,
тем самым, энергия всех денудационных процессов, в том чис-
ле и оползней. При опускании береговой полосы возрастает
активность абразии и, как следствие, развиваются оползни.

Условия рельефа, т. е. высота, крутизна склонов и
расчлененность местности, очень часто благоприятствуют разви-
тию оползней. Чем выше и круче склон, при прочих равных ус-
ловиях, тем больше возможностей для образования оползней.
Однако оползни могут возникать и на пологих и невысоких
склонах.

Активные причины вызывают оползни, воздействуя на грун-
ты, слагающие склон (снижая их прочность). Благодаря дейст-
вию силы тяжести грунты, оползая, стремятся занять более
устойчивое положение.

Изменение напряженного с о с т о я н и я глин и-
с т ы х пород проявляет себя главным образом путем пере-

пада давления, когда давление у подножия крутого скло-
на гораздо меньше, чем в несмещенном массиве. Тогда нару-

шается структура глинистых грунтов,

набухания и течения глинистых частиц.

В отдалении от
склона глинистые
грунты находятся в
гидростатически об-
жатом состоянии
(см. рис. 85, а).
Здесь элементарный
кубик находится в
состоянии устойчиво-
го равновесия, так
как главные напря-
жения равны (<71 =
= а2 = аз). Непосред-

начинается процесс

Рис. 85. Схема выдавливания глин при изменении
напряженного состояния глин (по Н. Я. Денисову):
а—элементарный кубик; б—схема перепада дав-
ления.

ственно в присклоно*
вой зоне это равно-
весие нарушено за
счет устранения од-
ной из составляю-

щих (главное горизонтальное напряжение — <7з), что и является
причиной смещения земляных масс.

Наиболее частой причиной деформации типа выдавливания
глин, слагающих основание склона, на что указывает Н. Я. Де-
нисов, является разность главных напряжений (ai—аз). Важно
отметить, что по данным Л. Бьеррума, исследовавшего образцы
норвежских морских четвертичных глин, любое, даже незначи-
тельное, уменьшение (Даз) главных горизонтальных напряже-
ний аз (т. е. бокового давления) скорее вызывает деформации,
чем рост главного вертикального напряжения (ai).

Деформация типа выдавливания, т. е. течение глин, возника-
ет, по Н. Я- Денисову, в результате перепада давления
(рис. 85, б) на уровне о—о'. Чем круче откос, тем больше разни-
ца в давлении на участках ао' и оа, равном в первом случае
весу столба земли (уоЛ), а во втором — нулю. Наоборот, при
пологом склоне влияние перепада давления будет устранено.

Течение глинистых грунтов может быть связано, как уже

указывалось выше, с явлением ползучести.

Деятельность подземных вод, увлажняющих оползне-
вые накопления и грунты несмещенной присклоновой зоны, яв-
ляется одной из важных причин, вызывающих оползни. Увлаж-
пение, подземными водами (иногда нескольких горизонтов), вы-
клинивающихся на склоне ранее оползших пород, всегда нерав-
номерно и приводит к непрерывным смещениям отдельных ча-
стей оползня.

В несмещенно!'! присклоновой зоне деятельность подземных
вод носит другой характер. Увлажнение выветрившихся пород
приводит к появлению оплывин, выносу песчаных частиц при
определенном градиенте подземного потока (суффозия) и, в
связи с этим, к образованию трещин отрыва, оседанию отколов-
шегося массива (оползневая ступень) и смещению его вниз по
склону.

Влияние увлажнения на несмещенные глинистые пласты, к
которым приурочены оползни, проявляется только в прискло-
новой зоне в момент деформации этих пород по контакту их с
водоносным пластом, где влажность глип повышенная во всей
деформируемой толще.

Деятельность поверх н о с т н ы х вод состоит из работы
рек (боковая эрозия) и волноприбоя моря (абразия). Действие
вблноприбоя вдоль побережья моря является главным факто-
ром, препятствующим выработке устойчивого профиля. Волио-
прибой самостоятельно вызывает оползни или способствует их
активизации. Необходимо различать действие абразии на над-
водный склон (пляж и уступ над ним) и его подводную часть.
Сила волноприбоя столь значительна, что крупные скалы под-
даются систематическому дроблению и разрушению. Еще боль-
шему разрушению подвергаются склоны, сложенные глинисты-
ми породами. Воздействие абразии на подводную часть склона
очень опасно, особенно в случаях, если базис оползня ниже
уровня моря. Образующееся волнение (даже при высоте вол-
ны 0,5 м) смывает наносы и отмывает глинистые грунты, сла-
гающие морское дно в прибрежной части.

По данным Г. Н. Аксентьева, в одном из районов Черномор-
ского побережья вскоре после оползня во время шторма за два
дня было отмыто 50 000 ж3 грунта нескольких оползневых гряд
на участке длиной не более 200 я. Непрерывный процесс смыва
и удаления пород, слагающих язык оползня, приводит к акти-
визации оползней и образованию новых подвижек.

Работа рек в образовании оползней связана главным обра-
зом с боковой эрозией и увлажнением оползневых накоплений
во время паводков. Систематически удаляя путем размыва
и сноса оползневые накопления и увлажняя их во время павод-
ка, реки тем самым способствуют активизации оползней.

Атмосферные осадки и выветривание оказы-
вают большое влияние на ход денудационных процессов, в том
числе на оползни. Значение процесса выветривания при обра-
зовании оползней огромно. Снос материала эрозионными или
оползневыми процессами весьма затруднен, пока на склоне не
образуются продукты выветривания.

Атмосферные осадки оказывают большое влияние на обра-
зование оползней в сфере сезонных изменений (оползней-пото-
ков), увлажняя верхние слои оползневых накоплений.

3 е м л е т р я с е н и я силой от 7 баллов и выше в результате
толчков и сотрясений вызывают оползни. При землетрясениях
силой менее 7 баллов ослабляется монолитность пород и гем
самым подготавливаются оползни.

Деятельность человека по подсечке склонов, при-
грузке их, увлажнению из различных искусственных источников
(водоемов, магистралей, каналов, канав, сантехнических
устройств), а также вырубка деревьев и кустарников, снятие
дернового покрова, неправильная распашка, земляные работы
и т. д. могут вызывать крупные оползни.

Оползневые смещения на склоне происходят после достаточ-
но длительной подготовки и развиваются постепенно, от одной
стадии к другой. Соответственно этому склон может находить-
ся в различных состояниях: подготовки смещения, самого сме-
щения временной и полной устойчивости.

Об устойчивости земляных масс, слагающих склоны, можно
судить по коэффициенту устойчивости /?, исходя из следующего
уравнения:

П ~ ’

где 27?—сумма сил, сопротивляющихся перемещению земляных
масс;

2Q—сумма активных сдвигающих сил.

Если 2/?>2Q, то /?>1, т. е. земляные массы находятся в
устойчивом состоянии.

Когда = то /7=1, т. е. земляные массы находятся в
состоянии предельного равновесия.

Если 27?<2Q, то п<1 и земляные массы находятся в не-
устойчивом состоянии.

Современные оползни по возрасту и давности подвижек де-
лятся на движущиеся (свежие, недавние), приостановившиеся
(давние) и остановившиеся, или затухшие (старые).

Классификация оползней

Изучение и систематизация природных процессов, т. е. раз-
работка классификации, позволяет установить закономерности
развития п причины их возникновения, наметить пути воздейст-
вия человека на них. В табл. 23 приведена классификация
оползней, разработанная автором.
□с

Таблица 23

Классификация оползней

Типы		Смещения в пределах зоны	Смещения, задевающие глубоколежащие слои  сезонных изменении				
		| Каменные  Оползни- и щебнисто-  Оплывины	потоки глинистые  1	потоки	Оползни	ступенчатые		Оползни	контактные
			выдав- ливания	сколь- жения ,  J	суффо- , зионные;	
Признаки	Геологические  Морфологические	Движение оползневых накоплений но коренным и оползшим породам  Циркооб- | Глыбо- Оплывшая разное ложе вый на- масса в ви- с глетчеро- вал и ви- де вытяну- видным зем- же— зем- той капли 'ляным пото- ляной по-  ком	ток	Движень  ПО ГЛИН]  Опускают оползнев! клоном	е коренных пород  1стому основанию		Чередование скальных и глинистых пород с на- клоном по падению рельефа  Смещенные пакеты и глыбы
				циеся по склону ле ступени с на- в сторону плато		
						
						
	Характер движения ; Быстрое Медленное, сезонное		/ 1 .11 И 1 P..I hH ОР .	МР/l..iPH НОР. !			
			прерывистое, заканчивается быстрым			Медленное, прерывистое
	Место развития	|	Склоны оврагов, берега рек, озер, морей				
Общие условия (пассив- ные причины)		Геологическое строение, тектонические движения, рельеф местности				
	Изменение напряженного состояния глинистых пород	Устранение структурных связей (на- бухание, течение)	Перепад давления	Набуха- ние, уменьше- ние сцеп- ления	—	Устранение сцепления по контакту
Подземные воды

	Увлажне- ние пород	Увлажне- ние поверх-	Г идродина- мическое давление —
У в, хжнение оползневых накоплений	присклоно-	ности	вынос
	вой зоны	скольжения	частиц
в нижних слоях	Увлажнение оползневых накоплений		

Уплотнение слабого

контакта

Активные причины

Поверхностные воды	Боковая эрозия, абразия, подсекающая язык оползня. Инфильтрация во время паводка		Поде	ечка подножия  склона
Атмосферные осадки	Увлажнение верхних слоев оползне- вых накоплений	Увлажнение оползневых на- коплений и массива корен- ных пород, главным обра- зом по трещинам	Увлажнение оползающих пакетов	
Выветривание	Сезонные изменения влажности, ин-! соляция, морозное воздействие при- водят к устранению сцепления	Сезонные изменения оказывают только на поверхностные		воздействие  слон
Землетрясения	Сейсмические удары, толчки, кручение			

Некоторые виды дея-

тельности человека

Подсечка склонов, пригрузка, вырубка древесной растительности, распашка, земляные рабо-
ты, увлажнение грунтов, выбор песчано-галечникового материала на пляже, дноуглубительные
работы

Дальнейшее развитие  Начальная	„т  ,	оплывины.  Этапы развития	1	форма	переход в  смещения пр0Рст0Й> за. :	тем слож-  !	ный поток	Обвалы в верхней час- ти склона, постепен- ный переход в разветв- ленный поток	Образование первой ступе- ни при отвесном откосе и узкой береговой полосе. Опускание, ступени и появ- ление новых и т. д. до стабилизации при пологом склоне	Скольжение, дробление пакетов, образование волноприбойной пиши
Меры борьбы с оползнями

Борьба с оползнями связана с преодолением больших труд-
ностей и затратой значительных средств. Для крупных ополз-
невых районов стоимость прозивооиолзпевых мероприятий ис-
числяется в 0,5—0,7 млн. руб. на 1 пог. км склона. Если в комп-
лекс мероприятий входит борьба с абразией, стоимость увели-
чивается до 1 млн. руб. на 1 пог. км. Проектирование всего
сложного комплекса противооползневых мероприятий должно
базироваться на точном ана-
лизе и р и ч и и, в ы з ы г а км ц и х
оползни, что возможно лишь
при детальном изучении при-
род н о i I обстановки, р а с ч е-
т а х ус то й ч и в ост 11 землян ы х
масс, слагающих склон, в
период строительства и пос-
ле’ завершения работ (см.

Рис. 87. Схема осушения водо-
носного горизонта забивными
фильтрами:

/—забивной фильтр; 2—водо-
насыщенные пески; 3—водо-
упорная порода; 4-галерея
для сброса дренируемых вод.

Рис. 86. Схема расположения дрен в плане-
/—бровка плато; -—трасса дренажа выше
оползня в несмещенно?..! массиве; 3—направ-
ление потока грунтовых вод; -/ — шахта; г—
оползневый склон: 6'—плато; 7—колодец;
8’— трасса дренажа у подножия стенки срыва.

стр. 159—161), изучении примеров борьбы с оползнями в дащ^
пом районе, установлении возможности механизации строи^
ных работ и технико-экономическом сравнении разлитых ва-
риантов. В табл. 24 приводится классификация медХдрьбы с
оползнями.	х

Д ’ я предотвращения перепада давления необ-
ходимо уположить откос путем срезки земляных масс в верх-
ней части откоса и укладки их у подножия. Если невозможно
произвести срезку, то прибегают к пригрузке основания откоса
земляным контрбанкетом в зоне возможного выпирания.

Борьба с п о д з е м и ы м и в о д а м и осуществляется
путем их дренирования. Дрены можно располагать выше ополз-
Классификация мер борьбы с оползнями

Активные	при-  чины, вызывающие оползни		.Меры борьбы
Изменение на- ' Уполажива-	(.резка земляных масс в верхней  пряженного	со- j ние откоса	части откоса и укладка их у подчо-  стояния глинистых	жия  пород	(перепит	Пригрузка земляным контрбчнке-  давления)	том в месте ожидаемого выпирания		
Перехват под-	Горизонтальный дренаж: трубча-  Подземиые во-,земиЬ1Х В()Д вьпле тый дренаж; сплошная прорезь; дрс-		
ды	оползня	важная галерея; горизонтальные скважины-дрены  Вертикальный дренаж: забивные фильтры, сквозные фильтры, колод- цы, сифонный дренаж  В о л и о о т б о й н ы е стены  Волноломы подводные и надвод- ные  Вуны  Завоз пляжевого материала
Поверхностные  В,,;1Ы	. от абра-  ЗИП  Защита ; у*		
	оерсч о в  . от боко- , вой эро- 1	ЗИИ	Мощение откоса  ! Тюфяки  Каменная наброска  Струен а п р а в л я ют 11 е coo р v же и и я
Атмосферные осадки	Регулирование	Микропланировка  поверхностного	Лотки, кюветы, канавы, оыстрото-  стока	кп, дорожки, дороги	
Выветривание	Защита грунтов поверхности скло- ! на	Одерновка, посев трав, древона- саждение  Изоляция поверхности
Совокупность ряда активных причин	/Механическое	Подпорные стены  сопротивление дви-	Свайные ряды, шпонки  жению земляных	Земляные контрбанке гы  мягс	Замена грунтов	поверхности  скольжения	
	Изменение физи- ко-технических свойств грунтов	Подсушка и обжиг глинистых грунтов  Электр охи м и ческое	за крепление  грунтов
Некоторые ви- ды деятельности человека	Специальный ре- жим в оползневой зоне  1	Сохранение склонов в устойчивом состоянии  Ограничения в производстве стро- ительных работ  Режим эксплуатации различных сооружений
Рис. 88. Схема сквозного фильтра:
1—двухслойная Фильтрующая засып-
ка; 2—перфорированная труба; 3—
отводная труба.

Рис. 89. Схема дренажного колодца
из сбопного железобетона:

/— (Ьитьтп; 2—готовые звенья tpv6: 3—
доенажные окна с решетками; 4—крупный
щебень; э—заполнение бетоном или глино-
бетоном.
ня в несмещенном массиве или на границе с оползшими поро-
дами в краевой зоне (рис. 86). Наиболее удовлетворительные

накоплений, что

результаты получаются при перехвате подземных вод выше
оползня. Иногда осушают толщу оползневых

рассматривается как вспо-
могательное мероприятие.

Если дренированию под-
лежит только один водонос-
ный горизонт, залегающий на
глубине свыше 10 м, рацио-
нально применять забивные
фильтры (рис. 87). Расстоя-
ние между фильтрами опре-
деляется расчетом. При не-
обходимости дренировать
несколько глубоколежащих
водоносных горизонтов луч-
ше всего применить сквоз-
ные фильтры (рис. 88), т. е.
скважины большего диамет-
ра (40—50 см) с двухслой-
ной фильтрующей засып-
кой.

Сквозные и забивные
фильтры хорошо осушают
песчаные грунты. При необ-
ходимости осушения обвод-
ненной толщи суглинков при-
меняют дренажные колодцы
(рис. 89). Если обводненная
толща суглинков или щеб-
нисто-глинистых пород со
струйчатым движением грун-
товых вод залегает на глу-
бине до 10—12 м, целесооб-
разно проектировать сплош-
ную дренажную прорезь
(рис. 90). В последнее вре-
мя за рубежом с успехом
применяют для осушения от-

1—направление потока водоносных го-
ризонтов; 2—фильтрующая засыпка; 3—
изолирующий слой глины; 4—глиняный
экран; 5—водосборная галерея; 6—ок-
но для пропуска воды; 7—-гравий.

косов выемок горизонтальные скважины-дрены максимальной
длиной 120 м.

При наличии глинистых грунтов, т. е. в случае низкой водо-
отдачи, сооружение дренажей бесполезно.

Для защиты берегов от абразии применяются
волноотбойные стены, подводные волноломы и буны. Волноот-
бойные стены (рис. 91), защищающие уступ нижней террасы,
без сооружений, предохраняющих от размыва пляж п морское
дно, делать не следует, так как они неизбежно будут деформи-
рованы.

Для защиты пляжа и морского дна от размыва применяются
подводные волноломы из бутобетонных массивов (рис. 92). Цепь
таких волноломов, вытянутая вдоль берега на известном отда-

Рнс. 91. Набережная с волноотбойной стеной во время пятибалльного
шторма.

Рис. 92. Схема подводного волнолома.

Ленин, гасит энергию подходящих волн (их высоту) на 65—
75%. Кроме гашения энергии прибоя, волнолом способствует
накоплению наносов, прикрывающих дно и образующих пляж.

При наличии продольной миграции наносов их можно удер-
живать и наращивать с помощью бун (поперечных оградитель-
ных сооружений) но схеме, указанной на рис. 93. На рис. 94 по-
казан участок береге! с образовавшимся иод защитой бун пля-
жем. Буны применяются в случаях необходимости защиты
пляжа в приурезовой полосе от размыва. Если оползень закан-

Рис. 93. Схема расположения бун:

/- морс; 2 - берег; 3 — буны; 4- направление .потока наносов.

Рис. 94. Пляж, образовавшийся после сооружения бун

чивается в море, то с целью предохранения от размыва морско-
го дна сооружают подводные волноломы. Такшм образом, буны
и подводные волноломы позволяют устранить одну из важней-
ших причин, вызывающих оползни, — действие абразии.

Борьба с размывом языка оползня (боковая
эрозия) и обводнением оползневых н а к о и л е н и и
во время паводков рек осуществляется путем укрепления берега
и возведения струен аир являющих сооружений. Укрепляют бе-
рег в том случае, если нет необходимости изменять течение рек,
а струенаправляющие сооружения призваны отклонять от берега
течение рек.

Подводный склон до отметки горизонта высоких вод укре-
пляют одиночной или двойной мостовой на мху или щебенке
(рис. 95); можно также применять бетонные плиты. Иногда под-
водный склон защищают фашинными тюфяками с каменной на-
броской. Отклонение течений от вогнутых берегов производится

Рис. 95. Схема укрепления подводного склона реки:

/—щебеночное или гравийное основание толщиной 10—15 сл;

2—мощение крупным камнем диаметром 2'5—3'0 см; 3—в у/
сота волны с набегом -(-0,5 л.

продольными струенаправляющими дамбами фис. 96), а
от выпуклых берегов — поперечными полуза/рудами-бунами
(рис. 97).

Путем регулирования поверхностного стока и защиты грун-
тов от выветривания удается значителньо уменьшить и н-
ф и л ь т р а ц и ю атмосферных осадков и тем самым
добиться стабилизации земляных масс (в первую очередь ополз-
ней-потоков). Ливневые и талые воды с площади водосбора
оползня должны быть перехвачены выше него и отведены в сто-
рону. Это осуществляется системой лотков, канав, планировкой
территории и обвалованием. Отвод воды с оползневого склона
производится после микропланировки системой телескопических
железобетонных лотков. Для защиты от выветрива-
ния и инфильтрации успешно применяются специаль-
ные изоляционные покрытия поверхности склонов, одерновка и
древонасаждение.
Если оползни вызываются р я д о м п е у с г р а и и м ы х
п р и ч и и, прибегают к устройству различных сооружений,
удерживающих движение земляных масс (подпорные с гены,
свайные ряды, земляные контрбанкеты). Иногда с успехом при-
меняют просушку и обжиг оползневых глин. И. А. Клевцов
сообщает об удачных случаях укрепления откосов выемок, сло-
женных пластичными глинами, путем их обжига. Обжиг осуще-
ствляется’в специальных галереях, пройденных в массиве пород,
подлежащих закреплению.

Борьба с оползнями успешна лишь при комплексном осу-
ществлении противооползневых мероприятий, тщательном уходе

Рис. 96. Схема продольной
струенаправляющей дамбы:
1—продольная струенаправ-
ляющая дамба; 2—направ-
ление течения реки.

Рис. 97. (Схема поперечных полузапруд-
бун:

/—буны; 2—направление течения реки.

за сооружениями в период их эксплуатации, а также создании
специального режима строительства и эксплуатации
сооружений и территории в оползневой зоне.

В районах, где неоднократно возникают оползни, необходимо
четко определить границы оползневой зоны, в пределах кото-
рой должен действовать специальный режим.

В этом случае устанавливаются:

1)	общие правила сохранения склонов в устойчивом состоя-
нии (ограничение или запрещение огородничества и поливно-
го земледелия, а также выпаса скота; сохранение дернового
покрова, кустарников и древесной растительности; запрещение
выборки песка и галечника на пляже и др.);

2)	ограничения в производстве строительных работ (дей-
ствующие нормы по строительству не распространяются на
оползневую зону); в каждом отдельном случае должен решать-
ся вопрос о возможности строительства, о способе и времени
производства земляных работ, типе фундаментов, мерах повы-
шения прочности сантехнических устройств, необходимых допол-
нительных противооползневых мероприятиях;
3)	правила эксплуатации водостоков, водопроводных маги-
стралей и различных сантехнических устройств, а также всех
видов противооползневых сооружений.

Особенности строительства в оползневой зоне

Производство строительных работ в оползневой зоне всегда
связано с большим риском, преодолением значительных труд-
ностей и, как следствие, повышением стоимости зданий и со-
оружений. Поэтому целесообразно использовать территорию, где
развиты оползни, для создания зеленой зоны. Однако в ряде
случаев возникает необходимость сооружения различных зданий
в оползневой зоне в городах, на берегу рек или морей, как это
имело место в Киеве, Горьком, Одессе, Крыму, на Черномор-
ском побережье Кавказа и в других местах.

Рис. 98. Оползневая зона (А, Б, В):

Д —несмещенный участок, прилегающий к голове оползня; Б— соб-
ственно оползень; В—несмещенный участок, прилегающий к языку
оползня; Г—оползневые накопления.

В связи с этим рассмотрим условия, при соблюдении кото-
рых возможно строительство зданий в оползневой зоне.

Оно л з и е в а я з о и а — это территория, где непосредст-
венно развиты оползни, и прилегающие к ней несмещенные уча-
стки в голове оползней п у их языков, т. е. полоса вдоль бровки
склона и у его подножия (рис. 98). Очевидно, что в каждом из
этих элементов (Л, Б, В) оползневой зоны условия строитель-
ства различны.

Общим для строительства зданий во всех элементах ополз-
невой зоны является предварительное осуществление полного
комплекса противооползневых мероприятий, описанных выше.

Рассмотрим особенности строительства на несмещенном
участке, прилегающем к голове оползня (А на рис. 98). Прежде
всего необходимо определить ширину полосы Л, для чего сле-
дует произвести расчеты общей устойчивости склона одним из
принятых методов: по круглоцилиндрической поверхности, как
это предложено К. 1ерцаги, или по методу Маслова—Берера.

Расчет устойчивости склона, т. е. определение коэффициента
устойчивости, по методу К. Терцаги сводится к определению
наиболее опасной поверхности скольжения (рис. 99). Такая по-

Рнс. 99. Схема расчета устойчивости откоса в предпо-
ложении круглоцилиндрической поверхности.

*верхность находится путем подбора центров вращения возмож-
ных поверхностей скольжения. Первый центр вращения Oi оп-
ределяется по значениям углов а и р (см. рис. 99), зависящим
от заложения откоса (табл. 25).

'Г а б л п ц а 25

Значение углов а и р

Заложение откоса	1 : 1	1:1,5	1:2	1 :3	1:5
Угол откоса	45’	33 11'	!	26 41'	1825'	11 = 19
7	2»с	26	I 25°	25°	25
3	।  »-	37	35	i 35	35°	37

После определения первого центра вращения проводится ли-
ния O\D, на которой могут располагаться другие центры враще-
ния. Точка D определяется, как показано на рис. 99. Проведя
из центров вращения (О] и назначенных выше и ниже точек
О2, Оз, дуги Lx, L2, L3...L„ радиусом /?,, R2, R3...Rn.
можно приступить к расчету коэффициента устойчивости п, для
чего неооходимо знать угол внутреннего трения грунта 97, сцеп-
ление с и объемный вес уо.

Откос разбивается на блоки (см. рис. 99), после чего опре-
деляется вес каждого блока

р. ~ р .

г I 1 i >

где F, площадь блока,

y<)i — объемный вес грунта.

Для каждого блока момент вращения можно выразить сле-
дующим образом:

/WBp = Pzsinaz/?,

а момент, удерживающий блок,

Л4уд=(Р/ cosaz tgT,- ~'r'Ci h )R,

где Ру—вес блока (ниже уровня грунтовых вод с учетом взве-
шивающего действия);

(ii —угол наклона касательной к поверхности скольжения
в точке А (см. рис. 99) к горизонту. В том случае, когда
угол сц совпадает с наклоном откоса, он принимается
со знаком плюс, а при обратном падении — со знаком
минус;

—угол внутреннего трения грунта в пределах блока;

С[ —сцепление грунта;

li —длина дуги в пределах блока.

Произведя вычисления Л4вр и М уд для каждого блока, мож-
но определить значение коэффициента устойчивости по формуле

П _ S (Pi cosay tgyz + су li )

SPy sinoty

Таким образом производится расчет значений п для каждой
поверхности скольжения, что позволит установить минимальную
величину п и тем самым наиболее опасную поверхность сколь-
жения.

Метод горизонтальных сил Маслова—Берера позволяет вы-
числить коэффициент устойчивости для разных форм поверх-
ности скольжения, которые должны быть предварительно на-
мечены. Расчет производится по схеме, показанной на рис. 100.
Определяется давление Н в пределах блока на воображае-
мую стенку при отсутствии в грунте трения и сцепления по фор-
муле

Я-P tg«,
где Р—вес расчетного блока;

«—наклон поверхности скольжения к горизонту (со знаком
плюс или минус).

W /
Затем вычисляют непогашенную часть давления (активное
давление) /? по формуле

(а—1рр),
где tf»-— угол сопротивления сдвигу при напряжении р, равный
v	с

^ = arc tg (tga+y).

Следующий этап — вычисление части (Т) общего давления
воображаемую стенку, которая воспринимается трением и
Оцеплением в грунте:

Т=Н—K=P[tga~tg (a—V’p)]-

Д

Л [77	ч-,6‘

X Ъ I Суглинок С~КОт(м*

/3___________с А\	г -

L	в^С1’а

/у	Jiij	Глина	ф - П*

С=1.5 т/м*
^•=1.8т/м3

Рис. 100. Схема расчета устойчивости склона по методу Маслова —
Берера.

Коэффициент устойчивости склона п вычисляется из урав-
яя

гт

= *(±Н) ‘

-Вычислив значения п для разных положений и очертаний
вбзможной поверхности скольжения, можно установить расстоя-
ние от бровки до выхода кривой на поверхность. Рекомендуется
принимать такое расстояние (т. е. ширину полосы Л), при ко-
тором п > 1,3.

Строительство зданий за пределами полосы А может произ-
вЛдиться без особых ограничений. Необходимо лишь предусмот-
реть меры для защиты грунтов основания от замачивания. Сс-
0| ужение зданий в полосе А связано с рядом достаточно слож-
ных мероприятий, причем чем ближе к обрыву располагается
здание, тем труднее обеспечить его устойчивость.

При возведении зданий в полосе А склон дополнительно при-
гр^жается, поэтому всегда необходимо проверять его устойчи-

11-147S	161
fiocT-ь нулем вычисления коэффициента п на строительны»! не
риод и при завершении строительства здания.

В строительный период, когда производятся земляные рабо-
ты (вскрытие котлована), т. е. удаляются земляные массы j
верхней части склона, коэффициент устойчивости увеличиваем и
Наоборот, после возведения здания склон пригружается (ьс.
здания минус вес вынутой земли), и коэффициент п уменьши
ется.

Ввиду этого целесообразно сооружать здания с подвалами,
т. е. делать более глубокие котлованы. Учитывая пригрузьд
склона и необходимость заложения фундаментов ниже возмож
ной поверхности скольжения, следует возводить здания на о,
дельно стоящих бетонных или железобетонных столбах с уши-
ренными башмаками. Поверху таких столбов укладывают ранд-
балки. Иногда бывает необходимым усилить конструкцию зда-
ния железобетонными поясами по этажам.

В таком случае применение свай в полосе А не реко
мендуется, так как даже небольшие горизонтальные усилия бо-
лее опасны для свайного фундамента, чем для столбов значи-
тельного диаметра. Опасным может оказаться также погружение
свай как путем забивки, так и вибрацией.

Строительство здании у подножия оползневого склона (в ш-
лосе В) может быть успешно осуществлено, если оползневы»
накопления, слагающие язык оползня, стабилизированы и
ставляется возможным расположить здание на известном
стоянии от оползня.

Расчеты устойчивости склона при возведении здании у с
подножия показали, что наиболее опасен строительный пенно,
так как в это время подрезка земляных масс (проходка ко
лована) может вызвать деформацию грунтов в виде выдав
вания основания. Наоборот, после возведения здания, г. е. щ
грузки, коэффициент устойчивости в значительной мере увел
чится.

Таким образом, до начала строительства нужно произвел
расчетную проверку возможности выпора основания (выдав,
вания).

Для ориентировочных расчетов можно использовать ?
способов. Например, Л. С. Юргенсон рекомендует использов..
формулу Прандтля, имеющую такой вид:

,/ z С a U ~	*

где предельное вертикальное, давление, выше которого г.
исходит выдавливание грунтов;

с—полное сцепление грунта (сопротивление сдвигу);

а—половина мощности сжимаемого слоя;
I—горизонтальное проложение склона, отношение j^a
(Н—высота склона, a—средний угол склона);

х—расстояние до рассматриваемого сечения (может быть
равно нулю).

Если природное давление на кровлю проверяемого пласта
больше значения п г ,то будет происходить выдавливание грун-
ТОВ.

Н. Я. Денисов рекомендует вычислять коэффициент устой-
чивости глинистых грунтов по отношению к течению по фор-
муле

* • ____*~'__

«\ст — ”	„	’

ai аз

где с —сцепление (сопротивление сдвигу без разделения на ср
и с), я/л/2;

и^з--наибольшее и наименьшее главные напряжения, н!м1.

для предельного состояния /густ = 1; при /?уст >1 глинистые
груйты устойчивы, г. е. находятся в нетекучем состоянии; при
неустойчивом (текучем) состоянии.

А. Скемптон предложил определять предельное давление
для глин из уравнения

$КрИТ - N

V- коэффициент, зависящий от формы и размеров нагрузки,
изменяющийся в пределах от 5 до 6,5;

с—сцепление (сопротивление сдвигу) грунтов.

, Если природное давление на кровле глин превышает щ<Рит »
уо, очевидно, выдавливание неизбежно.

Более точная методика расчета возможности выпора осно-
тния излагается в трудах Н. Н. Маслова, где рекомендуется
рёделять значение 0MitKC —угла наибольшего отклонения пол-
..дгф напряжения на наклонной площадке от нормали к этой
тощадке.

• Л. Предельное напряжение в грунте может возникнуть, когда
,^кс =(/>, т- е. угол наибольшего отклонения равен углу внут-
реннего трения. Если 0маке >(р, то в толще глин образуются об-
разрушения, и выпор грунта становится неизбежным, а
0м<кс устойчивость толщи глин обеспечена.

1 Значение (9макс определяется по формуле

sin0MaKc —Vp., + 2? (г-i-ftj ’

Р\ и Pi— большее и меньшее главные напряжения в дан-
ной точке;

уг.(.-объемный вес грунта основания склона с учетом

взвешивающего действия грунтовых вод;
,г—глубина нахождения точки ниже основания скло-
на;

/zv—фиктивная глубина для учета сцепления грунта с:

с

Методика расчета величины Pi и Р2 подробно рассмотри
в трудах Н. Н. Маслова. Вычисляя значение <9макг для се[
точек (по сетке) в основании откоса или склона, как показа(.
на рис. 101, можно установить, образуются ли зоны разрушен!
(там, где 6макс>9’), и если они есть, то оконтурить их.

1,2...24- Номера точек координатной сети, для которых
вычислялось значение угла 6макс

Рис iOl. Схема расчета возможности выдавливания глинисто"'}
основания проектируемого здания /
Из изложенного выше очевидно, что условия возведения
зданий в зоне В обратны условиям зоны Л. При строительстве
в зоне В приходится отказаться от устройства подвалов. За-
глубление фундаментов должно быть минимально допустимым
для данного района. Работы нулевого цикла следует осуществ-
лять в сжатые сроки. Фундаменты должны быть ленточные из
монолитного железобетона. Если грунты основания имеют не-
-^таточную несущую способность, то нужно запроектировать
,’чдаменты в виде сплошной железобетонной плиты или свай-
,z^e. Однако в последнем случае нельзя погружать их путем
обивки, подмыва или вибрации. Можно применить сваи иа-
з т’ые или литые (с армированием) большего диаметра, т. е.

< дварительно пробуренных скважинах.

|Рис, 102. Схематический разрез района застройки в оползневой зоне:

•, ///-—здания; /— дренаж; 2—лесс; 3—линия поверхности до планировки;

;одпорные стены; 5 — неогенные глины; 6—оползневые накопления; 7

полтавские пески.

Условия строительства в полосе Б (территория собственно
оползня) являются наиболее трудными и опасными, причем в
}яйе случаев возведение зданий становится невозможным. При
зерхностиых оползнях (если мощность оползневых накопле-
<й небольшая) строить здания легче, чем при глубинных ополз-
чх (ступенчатых и др.). На глубинных оползнях здания воз-
;4нть можно только при полной стабилизации грунтов, про-
ченной многолетними геодезическими наблюдениями.

Конструкция фундаментов зданий, возводимых в полосе Б,
Должна быть такой же, как и в полосе Л. На рис. 102 показан
пРимер успешной застройки трех улиц в разных уровнях в
°ползневой зоне. Укажем ряд важных требований. Общая пла-
Ш1РОКК.1 СКЛ0П.1 1ОЛЖ1Ы ПроИЗИОЧПП.СЯ сверчу ВНИЗ, Г.1К Kai
подрезы к-мляпых мисс у подножия склони всегда опасна.

Бише района строительств;! должен быть обеспечен надеж
ный перехват выпадающих атмосферных осадком и их сброс,
минуя участок, где производятся земляные работы.

Застройка участка должна производиться по обратной схе
ме т е снизу вверх: сначала дом Ш, затем дом // и наконец
' / (см рис 102). Расчетом доказано, при возведении зда
ний в указанном порядке в строительный период коэффициетп
устойчивости склона гораздо больше, чем при строительстве по
. схеме сверху вниз.

“Фундаменты запроектированы, как указывалось выше: дл*
дома /// — на сплошной железобетонной плите, для домов // и
/__на отдельно стоящих столбах с заглублением их ниже воз-

можного местного базиса смещения (т. е. отметок улиц — ниж
ней и средней).

Все здания, возводимые в оползневой зоне, должны быть
повышенной жесткости, простой конфигурации в плане, разре-
занные (при большом их протяжении) на отдельные отсеки.
Все строительные работы должны быть особенно высокого ка
чества.

Глава 17

ПРОСАДКИ И ПРОВАЛЫ

Просадкой называют вертикальные смещения (опуска
ние) поверхности какой-либо части территории, возникающие в

результате процесса уплотнения грунтов при их замачивании.

Провалы возникают вследствие образования пустот в
горных породах при их растворении подземными водами или в
результате проходки горных выработок.

Просадки наблюдаются в лессе и различных его видоизме-
нениях (лессовых грунтах) в результате их замачивания. В свя

зи с этим здания и сооружения, выстроенные на лессе, при его
увлажнении в результате просадок значительно деформируются
и даже разрушаются.

Таким образом, деформации зданий неизбежны, если во вре-
мя эксплуатации их вследствие неисправности санитарно-техни-
ческих устройств или по другим причинам будет замочен лесс
под фундаментом.

Строи ельная практика полна, в особенности в тридцатых
и в начале сороковых годов, многочисленными авариями граж
дамских и промышленных зданий и сооружений, возведенных
на лессовых грунтах. Ю. М. Абелев сообщает о большой осад-
ке (1,4 м) домен, сооруженных на лессе, подвергавшемся за-
r> iicfwiM- c вмслких .UM.jfiux груб и других .тори
их. Широко иии'Пнц миогииисленим** Деф рмиции Зданий pdl
пой jrazKiiociii. На ри,-. ЮЗ показана Деформация стены жИЛоь
дома в pciyai, гаге уаЛ..Ж1м-11ии 'в-ссд ii>-B<;ripai'.ii»rt вод. точной
трубой.

Просадочные ав.к-ним в лессе резко ирдевлии>| с> '.л на ир-
ригационных каналах после лергадс пуска воды (рис. 104). Ис-

Рис. 103. Трещины в стене жило-
го дома, образовавшиеся в ре-
зультате увлажнения лесса неис-
правной водосточной трубой.

Рис. 104. Просадка лесса на канале
в Средней Азии. Фото Г. А. Мав-
ляиова.

следования советских ученых позволили разработать ряд про-
тиводеформационных мероприятий для оезаварийного строи-
тельства на этих грунтах. Осуществление необходимого комп-
лекса мер привело к резкому снижению числа зданий,
подвергавшихся деформации.

Лессовые грунты и их свойства

Лессовые грунты широко распространены. Они занимают
около 15% суши со средней мощностью пласта 10 м. В отдель-
ных странах лессом покрыты огромные пространства. Например,
и Китие мощность лесса превышает 100 я. В ( С СР и республи
к.IX Средней Ллнн, па Северном К.тк.ые, 3 ik.ibk.i ite, Украине
и ряде районов Воеючпон и З.111.1 тон Сноирн мощпосп. Jiccc.i
обычно не iipeBiJiii.’ier 30 10 я. 11о данным 1. V М-тлинов i, н
Средней Л inn мощность .lecc.i uimn.i достигает 100 м. Лес
развит также в Западной Европе, Северной и Южной Америке.

Леес представляет собой мягкий, мучнистый на ощупь,
пылеватый (часто макропористый) карбонатный неслонпыи
суглинок светло-палевого, желтого, иногда желто-бурого и реже
серовато-желтого цвета. Принято отличать типичный лесс от
переотложенных его видов (лессовидный суглинок, супесь и
весьма редко встречаемая лессовидная глина). Все виды лес-
совых отложении называются лессовыми грунтами.

Лесс отличается вертикальной или столбчатой отдельностью,
т. е. способностью долго сохранять в устойчивом положении
вертикальные откосы. Толща лесса однородна и характеризует-
ся отсутствием слоистости; только в некоторых разновидностях
лессовых грунтов может быть замечена слоистость.

Своеобразен гранулометрический состав лесса. Он характе-
ризуется высоким содержанием (70—85%) пылеватых частиц
(0,05—0,005 мм), причем фракция крупной пыли (0,05—
0,01 мм) может преобладать. Число песчаных частиц (>0,05 мм)
обычно не выше 10%, а глинистых (<0,005 мм) не более 10—
14%- В лессовидных суглинках число глинистых частиц может
-Достигать 20—25% за счет уменьшения числа пылеватых частиц.

Характерной особенностью лессовых грунтов является их вы-
сокая пористость: обычно она равна 44—55%, а в отдельных
случаях достигает 58—62%. Помимо общей высокой пористости,
для лесса характерно наличие макропор, т. е. крупных пор, хо-
рошо видимых невооруженным глазом, в виде вертикальных
канальцев, стенки которых покрыты карбонатами. И. И. Трофи-
мов наблюдал в среднеазиатском лессе макропоры в виде на-
клонных и даже горизонтальных канальцев. Кроме обычных
пор и макропор, в верхних слоях лесса можно встретить круп-
ные пустоты — ходы землероев, заполненные почвой.

Природная влажность лесса обычно равна 7—12% с возмож-
ностью увеличения до 20—23%. Пластичность лесса, как и угол
внутреннего трения, обычно колеблется в незначительных пре-
делах, а именно: предел пластичности 16—17, предел текучести
26—28, число пластичности 10—12 и угол внутреннего трения
17—26°.

Вопрос о происхождении лесса до сих пор остается спорным.
Есть ряд гипотез, объясняющих происхождение лесса; главные
из них золовая, водно-ледниковая и пролювиальная.

Согласно эоловой гипотезе, лесс образовался путем перено-
са ветром пыли из пустынь или развеивания моренных и занд-
ровых отложений.
( тороипики ВО. НО 1СДИИИОГОЙ Г ПОТ' ЗЫ ИСХОДИТ ИЗ поел
•поженил, что потоки тзлых ледниковых вод переносили чистимы
пили и отлагали их, образовав в последуюшем -есс.

Пролювиальная гипотеза базируется на возможности пепе
носа частиц пыли водой горных потоков.

В связи с огромной площадью распространения лесса сле-
дует считать, чго он не мог образоваться каким-либо олиим пу-
тем.

Просадочиость

суглинки могут реагировать на ув

Рис. 105. Кривые сжатия лессовых грун-
тов:

I—мэловлэжного.	недоуплотненного

грунта: 2—насыщенного, доуптотнеичо-
ге грунта: 3—зона возможных просадок.

Под понятием просадочиость в настоящее время по-
нимают. по Н. Я. Денисову, переход грунтов из иедоуплегче то-
го состояния в состояние нормальной тля даяи< -о природ- ог
давления (напряженного состояния) плотност* под влиянием
увлажнения.

Это явление наблюдается главным образом у лессовых грун-
тов, но. очевидно, и другие
лажнение в виде проса-
док.

Причиной просадки,
как указывалось выше,
следует считать несоот-
ветствие между плотнос-
тью и прочностью. Обыч-
но. при прочих равных
условиях, плотность гли-
нистых грунтов определя-
ет их прочность. Для лес-
совых грунтов характер-
на значительная проч-
ность в маловлажном со-
стоянии. не соответствую-
щая их плотности (рис.
105). возникшая в резуль-
тате сцепления упрочне-
ния, т. е. появления струк-
турных связей между час-
тицами. в период, когда
требуемая плотность еще
не была достигнута.

При увлажнении в результате физического действия воды
(расклинива^ощее действие тонких пленок связанной воды) на-
рушаются структурные связи и число частиц в единице объема
увеличивается, т. е. они укладываются более плотно/

На рис. 105 показаны две кривые сжатия: верхняя — сухого
лессового грунта, т. е. недоуплотненного, и нижняя — увтажнен-
....	..	...			..р.ц............ IIIIKJ I' pil

н.1ч сжшпя n природном co< тяпни можем расположи1i.< я к>Л1.
ко меж ix эшми кривыми (при oicy icinuii u.ioy x.iiiun) ’км rit
кия крип.in ближе к нижней кривой, icM Менее npoc.'i.io'icii груш
и, н.юоорог, чем ближе к верхней, юм большей будет проса(Кч
ipyUI.1 liptl .<.IM.I4IIB.HHUI

Попому pc.iriipoB.iiiiii лессовых i рун юн n;i laxi.iMiinaiiiti
должно 6‘ьпь различным в i.iBiiCHMociH ог условий их образо-
вания, члнгелыюсгп no.i юйеишя в.кип. мощности lo.umi и др
Здесь пре (сювлнеюя возможным выделить закис типы лессо
вых грунтов

I inn- при замачивании деформируются от собственного
веса (просадочные лессы);

II тип — при замачивании проседают (в виде большой
дополнительной осадки) лишь при наличии пригруз-
ки от сооружеппя;

III тип — при замачивании проседают (в виде пеболыиой
дополнительной осадки) при наличии пригрузки от
сооружения. Иногда (при малых нагрузках) предварительно на-
бухают:

IV тип — не реагирует на замачивание (устойчивой
структуры).

Просадочные лессы широко распространены в Средней Азин
на ирригационных каналах, где. по данным Г. А. Мавлянова.
величина просадок достигает 2,5—3 .и, деформируя полосу ши-
риною 20 .и. В. С. Гвоздев описал просадочные явления па Ка-
бардинском канале, где просадки наблюдались от нескольких
сантиметров дт 1—2, а иногда и 3 .и, деформируя потосу ши-
риной до 80 31 к длиной до I ки.

Лессовые грунты II типа при замачивании не проседают до
тех пор, пока не будут пригружены дополнительным давлением,
после чего образуется большая (иногда в 10—20 раз больше
нормальной) дополнительная осадка. Лессы этого типа уплот-
няются при замачивании только под сооружениями.

Для лессовых грунтов с относительно слабым реагировани-
ем на замачивание, иногда с предварительным набуханием при
малых нагрузках, характерно значительное содержание гли-
нистых частиц (III тип). Находясь в слабо уплотненном
состоянии, глинистые частицы набухают, происходит неболь
шое поднятие поверхности, а затем с ростом нагрузки — про-
садка.

Из сказанного выше вытекает, что лесс, постоянно залегаю-
щий ниже грунтовых вод. подвергся уплотнению и лишен про-
садочных свойств (IV ТИП).

Обычно вслед за увлажнением через несколько часов, а чаще
через 2—3 суток начинается процесс деформации. По прекра-
щении увлажнения деформации затухают Известны весьма ред-
170
Ml* | И	форменки llumeitffi  анйьим куу*« X»

i Kri i«>ii II* i- I lit * о I * (la IM ,

1*Ы< lp<»< IIO <> j< фирнВМЯП '*'.*•* u । IL* А * и<-aiai-M »A
un n t и । п>, <1,	> hi to.tU м-i । .i м-р-ф»1«’>|»им,1 •

"ими"* < i им f -* - «к i in |uu TM>pB*in«  u.x *,	we

Пнин . ion i ipyino*. и. X '-де.""	»р»«я Kuba* >

при in n|» рмвпом mu iHi.,iiiiiti - i«mm« гар*>мв и» и|-
plll .lltlliillill I I i 'ill.iiii- MOA- 1 II||.N| ilHTb ГЦи,1О-. (ИМИЧаМОСО
Де|1< tun I ЦО.1Ы

Опыты IMi'Hlllli 1IIHI M T< .UH 1-Alhi-.« - pvOMMl Прия.aMAHI
мыс в Никополе (В If Крут- в и II Л А-янину, а т«к«- •

U_|J_LXX' JJ.XJJ._J XX-

Рнг |% Сгама ?М* "W **•>!

. твухъяр.1.. •	6 '-iMapw

иг» • г> ав—L.

1 - б часть в »ме с»ат<4 un< I и
л -ментами ... Га врем пинт 4п*МВВ-

те ьная с-»аяэ -	чатгммм*

2—непросал. • • -  - а грунт > -пу. т i j яхм1
грунт

Херсоне (А. А. Григорян), дали весьма интереснее результаты.
Так, в Никополе, где мощность лессовых грунтов д-хтнгает 32 м.
через специальные скважины было залито 10.4 я’ воды иа I м"
площади пытн >го у частка. После этого нача ia ь пр * ~ - тс 1-
щи, достигшая в центре опытного участка (ЗОх 30 -к) 1С5 лея. а
в углах—600 .м и. Важно сгметить, что про< адка, по ггодезвче
ским наблюдениям, протекала зв счет .’• уплотнения главным
образом нижних слоев, залегающих глубже 6—9 м, причем де-
формации распространялись в стороны от частка н* 19—26 ,ч
Это подтвердило указания М. Н. Гольдштейна о том, что в про
цессе просадки наблюдаются также и боковые смещения грунта

В Херсоне, где мощность просадочных грунтов дс-т»Г".’
14 я, при замачивании на опытном участке, после пропуска 6 л<э
воды иа I и2 площади началась просадка на глубине or и то
14 м. Такое же явление uad.uoдалось и в Запорожье при опытах
е замачиванием лессовых грхигон в основании кр\пиои.ше.иякно
и>ма. 11 п этом случае просадка наблюдалась главным обр.ыом
на глубине свыше 12 .и.

Важно подчеркнуть, что верхняя часть толщи до глубины
6—9 и и более иедоуплотннлаеь при замачивании. Это позволя-
ет сделать вывод оо одно- и двухъярусном строении лессовой
толщи, как показано па рис. 106.

Лессовые грунты, слагающие верхнюю часть толщи, вслед-
ствие увлажнения выпадающими атмосферными осадками при
природном давлении доуплотнились и утратили просадочные
свойства (см. рис. 106а—верхний ярус), но в нижний ярус
атмосферные осадки не проникли, и поэтому грунты сохранили
недоуплотненное состояние, т. е. являются просадочными.

Для двухъярусной толщи лессовых грунтов характерна ооль-
шая ее мощность (порядка 14—20 л). Широко распространены
также лессовые грунты одноярусного строения (см. рис. 106 6),
сложенные только непросадочными грунтами мощностью 8—
10 м. В том случае, когда возводится здание, т. е. появляется
дооавочное давление, превышающее природное, под фундамен-
том при увлажнении грунтов в сжимаемой зоне будут иметь ме-
сто просадки. Это явление характерно как для одно-, так и для
двухъярусного строения лессовой толщи.

Методы оценки просадочности лессовых грунтов

Прогноз возможного реагирования на замачивание толщ лес-
совых грунтов в местах, где проектируется строительство зданий
и сооружений, имеет большое значение, поскольку позволяет
определить характер просадочности и предусмотреть специаль-
ные меры для устранения возможности появления деформаций.

Просадочность может быть определена косвенным или пря-
мым путем. Качественная оценка просадочности лессовых грун-
тов (косвенная) может быть дана, исходя из величины пори-
стости (чем больше пористость, тем больше возможность обра-
зования просадки), влажности (сухие и маловлажные грунты
просадочны, а высоковлажные — непросадочны), мощности (чем
больше мощность толщи лессовых грунтов над уровнем грунто-
вых вод, тем выше возможность просадки, главным образом, за
счет доуплотнения нижних слоев) и условий залегания (при про-
чих равных условиях грунты водоразделов обычно более проса-
дочны, чем грунты, залегающие в пониженных местах).

Для качественной оценки просадочности можно пользовать-
ся показателем уплотнения Н. Я. Денисова
где k~-показатель уплотнения;

W',- пр< >«-л текучести. %;

уул —у И п.пый псе грунта.

г ко ффициеит пористт.-ги при природе- й влажности

При -пачепии k 1 грунты и«мрг>сзточны, а в пределах зиа-
чени-1 0.5 </г <0.73— прорадочны

К прямым методам <,прс._ -гния в< шчииы и характера
просадки относятся: замачивание то.лши лессовых грунтов на
опытных счастиях, а также опыты со статической натр-, кой
штампов и замачиванием грунтов. Однако проведение таких
опытов достаточно сложно ввиду их длительности, трудоемкости
и высокой стоимости, поэтому широкое распро<траис»1ие поду-
чил лабораторный способ определения просадоч-
II о ст и по кривым сжатия (компрессионным кривым),
предложенный Ю. М. Абелевым и Р. А. Токарь.

Этот способ основан на сравне! ин пористости грунта природ-
ной влажности и замоченного грунта при неизменном давлении
Однако результаты этого способа определения просадочиости в
какой-то мере условны, так как в компрессионном приборе про-
цесс деформаций при просадке полностью не м< -елируется.

Для оценки просадочиости предложена величина от: ситель
ной просадочиости. определяемая по формуле

Л,—fe.

где	—величина относительной просадочиости;

ht—высота образца грунта природной влажности, обжато-
го реальным давлением Рг;

hz—высота образца грунта после пропуска через него во-
ды при том же реальном давлении;

/г0—высота образца грунта природной влажности, обжато-
го давлением, равным природному.

Реальное давление, при котором следует определять величину
относительной просадочиости. определяется из уравнения

Рр=Я +	,

где Рг —давление от веса сооружения на глубине г. равное

Рг =а(Р-Реыт).

где	а—коэффициент, зависящий от формы фундаментов.

Р—давление на грунт под подошвой фундамента.

—природное («бытовое») давление грунта на отметке
заложения подошвы фундамента;

Р„р —природное давление (вес вышележащего грунта) на
глубине z.
Ьсли значение > 0,01 (или 1%). то грунты рекомендуется
относить к просадочным (по СНиП 11-Б.2—62), а при <
<0.01 —к нснросадочпым. Более оправдано предельное значе-
ние г511р в 2% (<5„р>0.02).

Для получения исходных данных для вычисления <5>1р из мо-
нолита лессовых грунтов ненарушенной структуры вырезаются

специальным кольцом два
цилиндра диаметром 82 мм
и высотой 20 мм каждый,
устанавливаются в компрес-
сионные приборы и обжи-
маются последовательно
давлением в 0.5: 1.0; 1.5; 2.0;
3.0; 4.0 XI О5 н/№. Для каж-
дой ступени нагрузки уста-
навливают с помощью инди
катера полную осадку. Один
из цилиндров грунта испы-
тывается все время при при-
родной влажности, а вто-
рой — при непрерывном за-
мачивании.

Такой способ позволяет
определить значение h\ и
для любого давления в при-
нятом диапазоне. Кроме
того, вычисляют значение

Рис. 107. Кривые сжатия лесса:
1—лесс природной влажности; 2—
лесс при непрерывном насыщении
водой.

коэффициента пористости для каждого давления при грунте
природной влажности и замоченном грунте, что позволя-
ет построить две кривые, как показано на рис. 107.

Многочисленные определения <5ир лессовых грунтов позво-
лили установить зависимость этой величины от давления. Харак-
терные данные приведены в табл. 26.

Таблица 26'

Значение относительной просадочности <5„р в зависимости от давления

Р. 10е н)м*

Пункт	0.5	1.0	2.0	3.0	4,0
Днепропетровск	0.4	2.3	5.5	13.4	16.3
Кривой Рог	0.3	1,6	5.4	7,7	9.0
Никополь	0.3	0,4	11,2	15.0	17,5
Киев		0,05	0,05	2,7	4,3
Херсон	0.5	1.4	3.3	4.3	5.7
Ростоя яя Дон ?		1.0	7.1	13,0	—
Курск	—	0,7	2,9	4.8	—

J74
Из прицеленных да.шых видно, что шелихмив Лл «аькеит
От Д.'ШЛСИИИ. Чем СО.ТЬШС Д.1МЛ1-ЦИ.', Тем Г.ЫШГ ЗН*>Ч<*НИ>,' d’r<. 3't >
устиион leno для давления в диапвтоне 0.5 5,0x10* н/м2. ИнО1-
ы встречаются лессовые грунты (обычно малой мощности;, у
которых максимальное значение г,,.. наблюдается при дивл иии
и пределах 1,5 .-2,0x1 СР или 2,0-е3,0X Иг н/м2.

Важно отмстить, ч® при малых давлениях лесолые ipyirru
обычно не реагируют на •.<> ачнвание. Это видно иг табл. 26, где
при давлениях 0,5—1,0X10'- н/ж2 чаще всего величина ме-
нее 1—2%, т. е. грунты иелросадочиы.

Возможную величи (у просадки в пределах вс.-й толщи рем,
мендуется (СНиП П-Б.2-62) определять по формуле

S = Д .

где	S—возможная суммарная величина просадки;

<5прг —относительная просадочность каждого слоя;

Hi —мощность слоя;

п—число обжимаемых слоев.

Результаты подсчетов величины возможной просадки обыч-
но расходятся с наблюдаемыми в натуре.

Учитывая условность определения просадочности в компрес-
сионном приборе, более разумно использовать эти данные лишь
для установления наличия одно- или двухъярусной толщи и по-
ложения недоуплотненных слоев, как это показано в табл. 27.

Таблица 27

Зависимость значений <5 пр от глубины залегания лессовых грунтов

	Днепропетровск			Херсон		
Глу- бина,	Объем-	г,	Относитель-  Природное няя поо,_		Объем-	Природное	Относитель- ная проса-
	ный вес Ко- г/™‘3	давление Рпр, 10* W/лГ	дойность  Опр, проц.	вый вес Ко. г/«^3	Рпр, 10* н/м-	дочноеть, опр, проц.
1	1,45	0,14	1.1	1,70	0.17	0,1
•>	1,50	0,29	1,8	1.55	0,32	0,1
3	1,55	0.45	0.9	1,60	0,48	0,7
4	1,51	0,60	2,0	1,63	0.61	2.1
5	1,53	0,75	0,8	1,53	0,76	1.0
6	1,55	0,91	1.6	1.47	0.90	2,4
7	1,-56	1,06	0.7	1.57	1.06	1.9
К	1,56	1,22	0,6	1.54	1.21	1,0
9	1,59	1,38	3.8	1.49	1,36	0.2
10	1,56	1,54	3,2	1,54	1,51	
II	1,58	1,69	4.2	1,55	1.66	3,4
12	1,63	1,79	3.2	1,68	1,83	5,0
13	—			1,63	1.99	2.о
_'l. 14 по (учении пршч (синих n i.ioi. 27 ыииых iieoftxo uimo
кроши шхрф и по всей lo.imc лессовых  pillion oioop.ui> с к.ьк
loio метр.) мопо.ппы и onpi (слип. Р ,р при природном дпн.ъ
..... '(л... таких псе ie lon.iiiiiii no (lienponciponcKv п Херсо-
ну no iiio.imor onpi le.nni.. что как в перлом, i.ik и во втором
eivi..e iiMCiiei двухъярусное строение icccoin.ix ipyiiToB. I Io
liienponeiровскх >icimi вы1 лянся яру^ проса iomiiilx (рушив

от глуоииы 9 и и inr-hi ’ по Херсону — от 10 и.	!

.Меры, обеспечивающие устойчивость сооружений,
возво гимых на просадочных лессовых грушах

Для 0о спечеипя устойчивости зданий и сооружений, возво-
(пмых па просадочных грунтах, должны быть осуществлены сие
цпальпые мероприятия, выбор которых зависит от мощности
просадочной толщи и ее строения (одно- или двухъярусного),
глубины залегания просадочных слоев, .характера и величины
просадки, конструктивных особенностей и целевого назначения
зданий и сооружении (сухая или мокрая технология), наличия
вотпзп уже возведенных объектов.

На выбор таких мер оказывают влияние также установлен-
ные сроки строительства, сравнение стоимости различных вари-
антов приспособления зданий к просадочным грунтам и наличие J
необходимых механизмов и материалов.

В настоящее время при строительстве на лессовых проса- 1
дочных грунтах эти мероприятия сводятся к таким направле-
ниям:

I.	Приведение давления па грунты от веса зданий и соору-
жений в соответствие с прочностными свойствами замоченных
лессовых грунтов.

II.	Прорезка просадочной толщи.

III.	Упрочнение и уплотнение грунтов.

IV.	Предохранение от замачивания основания.

V.	Приспособление конструкций зданий и сооружений к воз-
можным неравномерным осадкам.

Чаще всего приходится прибегать к сочетанию ряда меро-
приятий.

Приведение давления па грунт от веса зданий и
сооружений в соответствие с прочностными свой-
ствами замоченных лессовых грунтов, предложен-
ное Н. Я- Денисовым в 1951 г., является весьма важным меро-
приятие I. Дело в том, что, как правило, для лессовых грунтов
давление на грунт обычно принимается в предетах 2,Он-2,5 л
ХИГ н/м2, исходя из его прочности в сухом состоянии, но такое
давление на замоченные лессовые грунты является чрезмерным
и вызывает опасную дополнительную осадку, тем более, что ча-
ще всего меры "'ащиты основания от замачивания малоэффек-
тивны.
На рис. Юв riOKdjjHd зависимость осадки штинп» сл давле-
ния для маловльжиых лсссивых груи. в и насыщенных  дой,
но II. Я. Денисову. Точка д; на первой кривой при допускае-
мом давлении а л, находится на пределе пр.,порциоиаль ости
(начале фазы сдвигов частиц). Ей соответствует осадка Si-

Рис. 108. Схема зависимости деформаций от напряжений для
штампа, установленного иа лессовых грунтах (по Н. Я. Де-
нисову) :

1—кривая для маловлажных суглинков; 2—кривая для насы-
щенных водой суглинков; SK —подъем штампа вследств е на-
бухания; Si—осадка штампа, соответствующая давлению =юп
и =о : $:—дополнительная осадка штампа вследствие увлаж-
нения грунта; Ой—давление набухания.

Такая же точка а» при том же давлении од0П на кривой
мокрого лессового грунта соответствует фазе течения или выпо-
ра и характеризуется осадкой $2, во много раз бо. ь-
шей, чем Si. Поэтому нельзя устанавливать допускаемое чте-
ние на лессовые грунты, исходя из их прочности в сухом состо-
янии.

Следует обратить внимание на возможное набухание, пока-
занное на второй кривой (см. рис. 108), при давтении, меньшем
(Jo. Однако важно отметить, что при давлении со, где обе кривые
пересекаются, осадка одинакова как у сухих грунтов, так и у
насыщенных водой. Значит, в каждом отдельном случае может
быть подобрано давление, при котором просадка не будет иметь
места.

Выше (табл. 26) указывалось, что при малых давлениях лес-
совые грунты не реагировали на замачивание. Н. Я. Денисов
рекомендует в каждом отдельном случае устанавливать допу-
скаемое давление на лессовый грунт по опытным данным, путем
построения кривых, показанных на рис. 108. Ориентировочно
можно указать, что давление в пределах 1,0—1,2&Х105 н/м2 не
вызовет просадок при замачивании.

Кроме того, Н. Я. Денисов рекомендует устраивать в осно-
вании грунтовые подушки для рассеивания напряжений и спе-
циальные каналы для аэрации грунтов. Грунтовые подушки
мощностью 1,5—2,0 м создаются путем послойной (20—25 см)
укатки при оптимальной влажности (влажность предела
пластичности) вынутого ранее лессового грунта. Грунт 'следует
уплотнить до объемного веса 1,63 г/см3 скелета.

Очевидно, что при одноярусном строении лессовых грунтов
такие мероприятия будут весьма эффективны. При двухъярус-
ном строении толщи, если будет допущено замачивание нижних
просадочных слоев, опускание всего массива вместе со зданием
будет неизбежным. Однако при строительстве жилых домов,
если имеются каналы для аэрации грунтов, трудно ожидать
больших потерь воды из различных водных коммуникаций с тем,
чтобы вода просочилась на большую глубину.

Прорезка просадочной толщи может быть осу-
ществлена путем передачи давления от веса сооружения на ни-
жележащие непросадочные грунты. Лучше всего это можно
осуществить путем использования свайных фундаментов (желе-
зобетонные забивные сваи). Так как трение по боковой поверх-
ности свай в пределах лессовых грунтов не должно учитываться,
то глубина их погружения в непросадочные грунты будет
значительной. Поэтому такой, способ будет рациональным
лишь при сравнительно небольшой мощности просадочных
ррунтов.	I

Упрочнение и уплотнение лессовых грунтов
может быть достигнуто рядом мероприятий и прежде всего пред-
варительным замачиванием, силикатизацией, обжигом^ механи-
ческим уплотнением и глинизацией.	I

Предварительное замачивание толщи лес-
Ь'овых грунтов является эффективным способом устране-
ния просадочиости только при двухъярусном строении толщи,
т. е. когда просадочные грунты залегают на  значительной глу-
бине и вес вышележащей толщи (природное давление) доста-
точен, чтобы при замачивании произошло доуплотнение грунта.
Для этого производится бурение скважин по правильной
сетке, причем скважины заполняются фильтрующим материа-
лом (крупный песок, гравий, гранулированный шлак и др.).
Затем в скважины непрерывно заливается вода до полного уп-
лотнения толщи, что проверяется геодезическими наблюдения-
ми. Продолжительность таких работ может достигать для тер-
ритории какого-либо предприятия 6—8 месяцев.

Такой способ уплотнения лессовых грунтов может применя-
ться только на участках, где нет ранее выстроенных сооружений,

так как в процессе уплотне-
ния грунтов эти сооружения
могут быть деформированы.

Метод закрепления лесса
путем силикатизации,
разработанный В. В. Аска-
лоновым, заключается в том,
что через специальные инъ-
екторы в грунт нагнетается
под давлением 2—3 атм раст-
вор жидкого стекла (сили-
кат натрия) с удельным ве-
сом 1,13—1,15. Нагнетание
раствора производится гид-
равлическим насосом типа
, «Красный факел» (произво-
дительность 10 л/мин и дав-
ление до 30 аги) по зонам-
заходкам сверху вниз. Рас-
полагая инъекторы с учетом
Радиуса закрепления (0,5—
0,8 м), можно образовать
Закрепленный массив лесса
(рис. 109).

Прочность пород, закреп-
ленных таким способом, по-
степенно повышается и в те-

чение 30 суток достигает сопротивления сжатию 6^-8хЮ5 н/м2,
Причем порода становится водостойкой. Лесс, обработанный
раствором жидкого стекла, в воде не снижает своей прочности,
НО переменное увлажнение (просыхание и увлажнение) вызыва-
ло В лабораторных условиях разрушение грунта. Силикатизация
Лесса применялась при строительстве высоких дымовых
Труб, а также для закрепления лессового основания Одесского
ОПерного театра.

< Для закрепления влажных лессовых грунтов с малым зна-
ЧОНИем коэффициента фильтрации по предложению А. А. Аки-
мове применяется метод электросиликатизации. В до-

Рис. 109. Схема расположения инъек-
торов при силикатизации лессовых
грунтов по В. В. Аскалонову.
полнение к обычному методу силикатизации к инъекторам и к
отдельным металлическим стержням (электродам), забиваемым
в грунт между инъекторами, подключается постоянный ток си-
лой 10 а от электросварочного аппарата, что способствует ско-
рейшему удалению влаги и заполнению пор жидким стеклом.

Метод обжига, или термический способ укреп-
ления лесса, был предложен в 1934 г. Н. А. Осташевым. Лесс
обжигался в скважине струей горячего (600—800°) воздуха,
после чего образцы его становились водостойкими. В 1947 г.
И. М. Литвинов, Ф. А. Беляков и П. К. Черкасов разработали
новый термохимический способ обжига лессов, отличающийся
от первого тем, что в толще грунта (в герметически закрытых
скважинах) сжигается! при избыточном рабочем давлении 0,15—
0,5 ати твердое, жидкое или газообразное горючее с регулиро-
ванием температуры и даже химического состава продуктов го-
рения. Посде.обжига скважина заполняется трамбованным лес-
сом. В результате достигается упрочнение грунта по схеме, по-
казанной нафис. ПО.

Рис. ПО. Схема установки для термического
закрепления лесса по И. М. Литвинову:
/—компрессор;	2—трубопровод	холодного воздуха;

3—емкость для жидкого горючего; 4—фильтр; 5—насос
для подачи горючего под давлением в скважину; 6—трубо-
провод для горючего; 7—форсунка; в—затвор с камерой
сгорания; 9—зона закрепленного грунта без давления в
скважине; /0—скважина; //—зона закрепленного грунта
при давлении в скважине; 12—— иепросадочньгй грунт; 13—
просадочный лесс.

Обжигая грунт через скважины, заданные с учетом радиуса
обжига, можно образовать закрепленный массив водостойкого
кирпичеобразного грунта. И. М. Литвинов сообщает о закрепле-
нии таким способом лесса мощностью 7—8 м под фундаментами
башенной части двух восьмиэтажных жилых домов. В качестве
горючего использовалось соляровое масло. Диаметр скважин
равнялся 100 мм. Цикл обжига в скважине продолжался 7 су-
ток, в течение которых было израсходовано 700 кг горючего
(100 кг на 1 пог. л) и 25—30 м3 воздуха на 1 кг расходуемого
топлива.
Количество воздуха в скважины подается в 2,5—3 раза
больше минимально необходимого для полного сгорания топли-
ва (примерно 10—40 №/ч на 1 пог. м скважины) с избыточ-
ным давлением 0,154-0,5 ати, что позволяет регулировать тем-
пературу внутри скважины (не выше 1100-^-1200°) и увеличи-
вает зону обжига.

И. М. Литвинов указывает, что одной скважиной диаметром
40—20 см в течение 5—10 суток можно закрепить массив грунта
.мощностью 10 м и диаметром 1,54-2,5 м.

Механическое уплотнение лесса предложил
Ю. М. Абелев, разработавший поверхностное уплотнение для
малоэтажных зданий и глубинное уплотнение для многоэтаж-
ных и промышленных зданий и сооружений. Поверхностное
уплотнение Ю. М. Абелев рекомендует осуществлять путем
трамбования специальными устройствами.

Трамбовка весом не менее 14-2,5 т изготовляется из бетона
марки 200 и представляет собой усеченный конус диаметром
(большим) 0,754-1,2 м с армированным основанием и поддоном
из листовой стали толщиной 104-12 мм. В нижней трети трам-
бовки укладывается металлолом или чугунные чушки. Такая
трамбовка подвешивается к крану с фрикционной лебедкой гру-
зоподъемностью не менее 3 т и сбрасывается с высоты 3,5—
4,0 м.

Ю. М. Абелев указывает, что при уплотнении лессовых грун-
тов в Грозном, Запорожье и на других стройках понижение от-
меток дна котлована от поверхностного уплотнения достигало
С,2—0.4 м при начальной пористости 42—47%. Трамбование
грунта бывает наиболее успешным при оптимальной влажности,
фавной пределу пластичности Wp. При меньшей природной
влажности лесса необходимо увлажнить его в пределах уплот-
няемого слоя, после чего можно через сутки приступить к трам-
бованию.

Для достижения нужного уплотнения необходимо произвести
15—10 ударов трамбовкой. Отказ можно считать достигну-
тым, когда величина понижения дна от одного удара не пре-
вышает 1 см. За смену по этому способу можно утрамбовать
160—100 №.

Глубинное уплотнение, предложенное и разрабо-
танное Ю. М. Абелевым,, производится путем забивки в грунт
Инвентарных свай, представляющих собой металлические трубы
Диаметром 40 см; сваи забивают в шахматном порядке на рас-
стоянии одна от другой, примерно равном двум-трем диаметрам
Сваи (уточняется расчетом). После выдергивания свай полости
Наполняются отдельными порциями чистого лессового грунта и
71Л0ТНО трамбуются сигарообразной трамбовкой весом 250—
300 ке. Лесс, подлежащий уплотнению, должен иметь влажность
И* Менее предела пластичности. Если природная влажность лес-
са меньше, то необходимо перед уплотнением замочить котло-
ван, повысив влажность грунта до указанного значения.

Уплотнение грунта может быть достигнуто также
энергией взрыва из скважины-шпура.

Большим недостатком метода уплотнения лессовых грунтов
тяжелыми трамбовками и грунтовыми сваями следует считать
сезонность, т. е. зависимость от климатических условий. Уплот-
нение может быть успешным лишь в сухое время года, когда
влажность грунта меньше оптимальной. В дождливое время,
когда влажность грунта выше оптимальной, уплотнение не мо-
жет быть достигнуто. В зимнее время такие работы вообще
нельзя проводить.

Глинизация как средство закрепления лессовых грун-
тов была предложена В. Н. Голубковым и В. С. Шеховцевым.
Сущность этого способа сводится к инъекции в грунт под дав-
лением водной суспензии бентонитовой или суббентонитовой
глины (глины с содержанием монтмориллонита не менее 60%).

Глинистые суспензии кольматируют (заполняют) промежутки
в макро- и микроструктуре лессовых грунтов и усиливают связи
между частицами, тем самым устраняя возможность образова-
ния просадок. Путем глинизации можно закрепить грунты с ко-
эффициентом фильтрации от 0,1 до 2,0 м! сутки и пористостью
более 43%.

Глинизация осуществляется через инъекторы (радиус гли-
низации 0,3—0,7 м) путем нагнетания суспензии по заходкам
сверху вниз таким образом, чтобы получить под фундаментом
закрепленные участки в пределах сжимаемой зоны. Удельный
вес суспензии может колебаться от 1,08 до 1,16. Нагнетание
должно производиться под давлением 1,5—1,8 атм через инъек-
торы, располагаемые под углом 15—20° к вертикали.

Предохранение основания от замачивания
должно обеспечиваться путем планировки территории, надле-
жащей компоновки генеральных планов промышленных пред-
приятий и населенных пунктов, особым устройством водоводов
и полов в подвалах или в помещениях с разливом воды.

Замачивание лессового основания зданий и сооружений воз-
можно вследствие выпадения атмосферных осадков, утечек из
водопроводных, канализационных и теплофикационных маги-
стралей, пожарных резервуаров, а также потерь производствен-
ных вод. Отвод выпадающих атмосферных осадков от застроен-
ного района, в том числе с кровель, легко осуществить с помо-
щью продуманной системы планировки и ливневой канализации,
а также устройства вокруг зданий отмосток, увязанных с об-
щей планировкой территории.

Различные водоводы должны быть герметичны и отнесены от
обреза фундамента зданий на 5—15 м. При невозможности вы-
держать такое расстояние водоводы следует укладывать в спе-
циальные каналы. Для канализации лучше всего применять
длинномерные трубы диаметром не менее 150 мм.

В котельных, прачечных и душевых, располагаемых в под-
валах, а также в промышленных цехах с разливом воды необ-
ходимо обеспечить водонепроницаемость полов. Это достигается
различными путями, например уплотнением тяжелыми трамбов-
ками или перекопкой лесса, а затем, после доведения его до
оптимальной влажности, трамбованием послойно с добавкой
кирпичного щебня. Слой такого лессобетона толщиной 25 см с
различными гидроизоляционными покрытиями надежно изоли-
рует грунт от увлажнения. Такой же способ применяется при
устройстве отмостки вокруг зданий.

Приспособление конструкций зданий и сооружений к воз-
можным неравномерным осадкам осуществляется (по СНиП
П-Б.2—62) путем:

а)	разрезки зданий осадочными швами;

б)	устройства в сборных конструкциях прочных стыков и ар-
мированных поясов;

в)	увеличения размеров площадей опирания элементов кон-
струкций;

г)	устройства приспособлений для рихтовки отдельных эле-
ментов конструкций;

д)	назначения таких конструкций фундаментов, стен и дру-
гих элементов зданий, которые соответствуют условиям строи-
тельства на просадочных грунтах.

На лессовых грунтах рекомендуется проектировать фунда-
менты ленточные монолитные, закладывая их на глубину не
менее 1 м. При сборных фундаментах и стенах подвала следует
укладывать поверх блоков монолитный железобетонный пояс.
Применение столбовых фундаментов под стены не допускается,
но фундаментные башмаки под колонны могут применяться. Для
предохранения от скопления влаги под фундаментом запреща-
ется устраивать песчаные или из другого фильтрующего мате-
риала подушки.

Строительство зданий и сооружений нужно организовать так,
чтобы с момента начала производства земляных работ предо-
хранить лессовые .грунты от увлажнения атмосферными осад-
ками, утечки воды из временных водоводов и бетонно-раствор-
ных узлов.

Особое внимание следует обратить на высокое качество
строительных работ вообще и различных водоводов в частности.
Чрезвычайно важна тщательная заделка лессовым грунтом все-
возможных траншей и зазоров между фундаментом и стенами
котлована путем послойного трамбования при оптимальной
влажности.

В некоторых проектных и строительных организациях поче-
му-то опасаются природно увлажненного лесса. Между тем ув-
лажненные лессовые породы несравненно менее опасны, чем
сухие. Известно, что полная осадка 5 сооружения, возведенного
на лессовых грунтах, состоит из обычной нормальной осадки
SH и дополнительной осадки от замачивания 5ДОП:

5 = SH +5ДОП.

Чем суше лесс, тем меньше значение 5Н , а 5ДОП может быть
во много раз больше в результате увлажнения. При строитель-
стве на влажном лессе значение нормальной осадки SH будет
максимальным и осадка закончится в основном одновременно с
завершением строительных работ, а 5ДОП не будет иметь места
или будет незначительной. Поэтому строительство на влажном
лессе вполне возможно и безопасно. Однако, чем выше влаж-
ность лесса, тем больше будет величина нормальной осадки
зданий.

Рассмотренные выше мероприятия в том или ином сочета-'
нии могут обеспечить, при разумном их применении, устойчи-
вость зданий и сооружений, возводимых на лессовых просадоч-
ных грунтах. Прежде всего необходимо различать здания и со-
оружения без мокрой технологии, т. е. жилые, общественные зда-
ния, фабрики и заводы, где нет постоянного разлива воды. Для
этих объектов нецелесообразно предусматривать какие-либо ме-
ры устранения просадочности—можно ограничиться принятием
давления на грунт, соответствующего прочности мокрого лессо-
вого основания (но не сухого), устройством грунтовых подушек,
вентиляционных каналов и защитой лессового основания от за-
мачивания. Такое решение вопроса будет верным для тех райо-
нов, где лессовые грунты имеют одноярусное строение.

В тех случаях, когда возводятся здания и сооружения с
мокрой технологией, т. е. с постоянным разливом воды (пра-
чечные, бани, химические, металлургические, коксохимические
заводы и др.), необходимо устранять просадочность.

Здесь следует различать районы с одно- и двухъярусным
строением толщи лессовых грунтов. При одноярусном строении
можно ограничиться уплотнением толщи в пределах обжимае-
мой зоны или прорезкой этой зоны свайным фундаментом; иног-
да может оказаться возможным применить обжиг или силика-
тизацию. При двухъярусном строении толщи нужно закреплять
только нижнюю (просадочную) часть грунтов, обычно залегаю-
щую на глубине от 8—10 до 14—20 м. Это определяет высокую
стоимость и трудность силикатизации, обжига и применения
грунтовых свай, так как необходимо полностью закрепить всю
просадочную толщу, а не только верхнюю часть ее.

Наиболее разумным в таких условиях было бы прибегнуть
к предварительному замачиванию просадочной части толщи
лессовых грунтов, если вблизи нет уже возведенных зданий.
При ликвидации последствий аварий от просадок каких-либо
частей зданий следует применять силикатизацию или обжиг, а
для ликвидации крена можно производить замачивание грунта
основания в непросевшей части.

Возведение крупнопанельных зданий на просадочных грун-
тах возможно, если будет обеспечено выполнение следующих
условий:

а)	. общая пространственная жесткость коробки;

б)	давление на грунт не выше 1,0—1.25Х105' н/м2-,

в)	устройство грунтовой подушки для рассеивания напря-
жений толщиной не менее 1,5—2,0 м;

г)	аэрация грунта основания;

д)	защита от увлажнения грунтов основания.

Наиболее важным условием, обеспечивающим устойчивость
зданий и сооружений, возводимых на лессовых грунтах, являет-
ся высокое качество работ.

Карст

Карст — совокупность явлений, связанных с деятельностью
воды, выражающихся в растворении горных пород и образо-
вании в них пустот различной формы и размера, а также соз-
дании своеобразного рельефа поверхности^ Сам термин карст
дан по названию известного плато в Каринтии, вблизи Адриати-
ческого моря, где это явление широко распространено.

По данным Г. А. Максимовича, карстовые породы занимают
на земной поверхности примерно 51 млн. км2, т. е. около 35%
суши.

'.Для образования весьма сложных форм карста и его прояв-
лений необходимы определенные условия. Прежде всего, гор-
ные породы, слагающие местность, должны сравнительно лег-
ко растворяться в воде. К ним относят известняк, доломит, меЛ,
гипс, ангидрит, каменную и другие виды соли.^

Кроме этого, необходимо наличие достаточного количества
постоянно мигрирующей воды, проникающей в горные породы
при выпадении осадков и таянии снега (в застойной воде карст
не может ризвиваться).ГЪгруктура и мощность горных пород
также играют огромную роль. Карстовые явления могут разви-
ваться, сети 'растворимые породы разбиты сетью трещин в ре-
зультдтевывстривания или тектонических процессов. Чем боль-
J1I£—размеры трещин и густота их расположения на поверхно-
сти пород, тем быстрее, при прочих равных условияхгтгроиехо-
ЯИТдхдастворение. Чем больше мощность растворимых пород-,
тем активнее протекает развитие карста.

Большую роль играют условия залегания растворимых по-
род. Наиболее интенсивно протекает развитие карста в случае
Наклонного залегания слоев.
Процесс растворения пород зависит от химического состава
воды и пород. Вода со значительным содержанием агрессив-
ной углекислоты энергично растворяет породы. Иногда смесь
двух типов неагрессивных вод может оказаться весьма агрес-
сивной. Рельеф местности, способствующий инфильтрации
(замкнутые понижения, ровные или слабонаклонные поверх-
ности), является важным фактором развития карста.

Необходимо отличать растворение пород на поверхности от
их растворения в толще массива. Вначале вода растворяет по-
роды, залегающие на поверхности и, постепенно вырабатывая
пустоты в массиве, достигает водоупора. Поэтому различают
мелкий карст, т. е. молодой, развивающийся в верхней
части массива, и глубоки й, или зрелый карст, дошед-
ший до водоупорной подошвы массива.

Рис. 1.11. Развитие карста на поверхности известняков Крымской яйлы.

При растворении пород на поверхности образуются к а р-
р ы — системы острых гребешков или шипов, разделенных бо-
роздами глубиной от нескольких сантиметров до 2 м и более.
Вид карстовой поверхности в Крымской яйле показан на
рис. 111. По мере углубления карста образуются воронки
(рис. 112), замкнутые впадины различной величины и
формы, являющиеся наиболее типичным элементом карстового
ландшафта.

Развиваясь, карстовые воронки могут сливаться, образуя
более крупные формы рельефа — увалы, котлованы или
п о л ь я, т. е. обширные замкнутые карстовые депрессии.
Углубляясь, воронки переходят в естественные ко-
лодцы, или шахты (рис. 113). Дальнейшее развитие этих
пустот в горизонтальном направлении приводит к образованию
п о н о р, или каналов, а затем и пещер.

Наиболее крупной из известных карстовых пещер является
Мамонтовая пещера в США (штат Кентукки), имеющая ряд
огромных залов и разветвленных ходов в пяти уровнях, дости-
гающих суммарной длины примерно 250 км. Исследованная

Рис. 112. Карстовые воронки (Франция).

часть пещеры состоит из 225 проходов, 47 высоких куполов, 23
глубоких шахт, 8 водопадов, 3 рек, 2 озер и одного «моря». Эта
система карстовых пустот залегает под районом, имеющим лишь
16 км в диаметре.

Другая пещера — Карлсбадская, также в США (штат Нью-
Мексико), известна огромным размером своих пустот. Один из
подземных залов имеет длину 1200 м при высоте до 90 ж и ши-
рине до 200 м. Нижний уровень пещеры расположен на глубине
403 м.

Из крупных пещер в СССР известна Кунгурская пещера в
гипсах (Пермская область), лабиринты которой имеют длину
до 46 км. В Кунгурской пещере встречаются огромные вели-
чественные залы.
К наиболее глубоким из известных карстовых полостей сле-
дует отнести систему Дан-де-Кроль во Франции глубиной 658 м
от поверхности, Антро-ди-Корчия в Италии глубиной 541 м и
пропасть Лепино во Франции глубиной до 505 м.

Знаток отечественного карста А. А. Крубер полагал, что в
мелком карсте, несомненно, существует обычная грунтовая вода.
В глубоком карсте также могут образоваться грунтовые воды
над первым, подстилающим известняк, водоупором. Последние
исследования карста в СССР показали, что в карстовых масси-
вах вода представляет собой единую водоносную систему, при-
чем, помимо обычных грунтовых вод, можно встретить восхо-
дящие артезианские воды.

Рис. 113. Естественные колодцы, или шахты (Крым).

В верхнем этаже карста происходит вертикальное движение
воды по отдельным разработанным водотокам, а в нижнем—во-
да залегает в виде сплошного горизонта с многочисленными
выходами источников. Иногда такие карстовые источники обра-
зуют озера голубовато-зеленой воды (рис. 114). По мере раз-
вития карстовых форм может происходить поглощение воды из
всей гидрографической сети, вследствие чего образуются под-
земные реки. Иногда такие реки протекают в подземных каналах
и пещерах на протяжении многих десятков километров.

В зависимости от природных условий выделяют голый,
или средиземноморский, карст (без почвенного покрова
и коры выветривания); покрытый, или среднеевропей-
с к и й, карст (с мощной корой выветривания, покрытой почвой
и растительностью) и среднеазиатский карст (без ярких
внешних проявлений карстовых форм на поверхности с нали-
чием внутренних каналов и пещер). Чаще всего типичный кар-
стовый ландшафт характерен каменистой, безводной голой или
покрытой скудной растительностью поверхностью, изборожден-
ной каррами, сухими долинами, воронками и польями.

В Советском Союзе карстовые явления развиты в некоторых
районах Прибалтики, на Онего-Двинском водоразделе, в Пи-
него-Кулойском районе, в бассейне Нижней Клязьмы, в Подмо-

Рис. 114. Голубое озеро, питающееся из карстового источника
(Кавказ).

сковье, Тульской и Орловской областях, Донбассе, на юге По-
лесья, в Подолии, в западных областях Украины, в Поволжье,
в Приуралье, на Урале, Уфимском плато, в Крыму, на Кав-
казе, в Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке (Средне
Сибирское плоскогорье, главным образом, Приангарье, Алтай,
Северо-Байкальский район, Алданский хребет, Сихотэ-Алинь).

За рубежом карст развит повсеместно: в Европе (Балкан-
ский, Апеннинский и Пиренейский полуострова, Альпы, Карпа-
ты, Среднедунайский бассейн, Франция, Англия и др.), Азии,
Африке, Австралии, а также в Америке.

[Карстовые явления вызывают большие затруднения при ос-
воении территории и любом строительстве, особенно гидротехни-
ческом. Наиболее опасны провалы поверхности в виде воронок.
Однако было бы неправильно полагать, что строительство в кар-
стовых областях нeвoзмoжнoJ
При проектировании строительства прежде всего следует
установить интенсивность развития карста. Нужно отличать
карст современный, или активный, от древнего, или
пассивного. Активный карст обычно развит выше современ-
ного базиса эрозии, а пассивный может быть ниже этого уров-
ня. В долинах рек пассивный карст развит ниже уровня реки,
но часто он «залечивается» путем заполнения пустот нераство-
римым осадком.

Следует учитывать скорость растворения, неодинаковую для
разных пород. Наиболее быстро растворяются хлориды (ка-
менная соль) и сульфатолиты (гипс и ангидрит). Карбонатные
породы (известняки и доломиты) растворяются весьма медлен-
но. Это обстоятельство позволяет по-разному оценивать условия
строительства. Например, в плотных карбонатных породах раз-
витие карста в течение 80—100 лет будет мало ощутимым. Да-
же в рыхлых и слабых известняках в течение 50—80 лет нель-
зя заметить существенных изменений.

гВ каменной соли или сульфатных породах (гипс, ангидрит)
карст развивается быстро, образование новых воронок и прова-
лов может происходить ежегодно, поэтому строительство в та-
ком районе крайне опасно^

ГЗ. А. Макеев предлагает оценивать устойчивость массивов,
в которых проявляются карстовые явления, по скорости образо-
вания воронок, причем выделяются:

а)	участки весьма неустойчивые, где воронки возникают по
5—10 в год на 1 км2;

б)	участки неустойчивые, где возникает до 5 воронок в
год на 1 км2;

в)	участки средней устойчивости, где одна воронка на 1 км2
возникает в течение I—20 лет;

г)	участки устойчивые, где одна воронка на 1 км2 возникает
за 20—50 лет;

д)	участки весьма устойчивые, где свежие провальные фор-
мы не отмечались в течение последних 50 лет._^

Кроме активного и пассивного карста, бывает карст погре-
бенный, т. е. когда массив растворимых пород перекрыт по-
родами, отложившимися после развития карста. Если погребен-
ный карст перекрывают глины, то обычно все пустоты закрыва-
ются и заполняются ими (например, карстовые пустоты в понти-
ческом известняке юга Украины). В этом случае на карстовых
породах можно безопасно возводить сооружения.

Иногда в толще лесса или глины образуются пустоты в ре-
зультате вымывания или выноса частиц породы циркулирующей
водой. Это сравнительно редкое явление называют псевдо-
карстом. Обычно процесс псевдокарста происходит в при-
склоновой зоне, где при вертикальном токе инфильтрующихся
поверхностных вод по трещинам и ходам землероев происходит
размыв и вынос частиц в овраги. Это приводит к образованию
подземных каналов, а впоследствии — и провальных воронок.
Воронки способствуют поглощению воды и дальнейшему разви-
тию псевдокарста в глубь массива. Если лесс подстилается от-
ложениями галечника, гравия или других крупнопористых хоро-
шо проницаемых пород, то вымыв его частиц вполне -возможен
и, как следствие, образуются различные пустоты, характерные
для псевдокарста.

Сдвижение поверхности

Провалы поверхности, или ее сдвижение, происходят
в местах, где проходят горизонтальные горные выработки, в ре-
результате посадки их кровли и систематического роста высоты
сводов. Чем ближе к поверхности горная выработка, больше
ее ширина и менее плотны породы в кровле, тем скорее
образуются провалы и тем они значительнее.

Рис. 115. Провалы поверхности в Париже по улице Кламар.

Даже выработки, пройденные на большой глубине, не мо-
гут считаться безопасными, хотя просддка поверхности происхо-
дит здесь значительно медленнее.
Иногда проседают значительные по площади участки городов,
если они расположены на подработанной территории. Так, на-
пример, в Одессе под некоторой частью города имеется разветв-
ленная бессистемная сеть старинных заброшенных выработок
известняка (так называемые катакомбы). Ряд зданий, располо-
женных на поверхности над катакомбами, претерпевают весьма
характерные деформации.

В Париже, в районе улицы Кламар, где на глубине 30—50 м
также имеется разветвленная (300 км) сеть заброшенных, ста-
ринных галерей для добычи гипса, в 1961 г. произошли много-
численные обрушения поверхности. Было разрушено много до-
мов и других сооружений, имелись тяжело раненые, пропавшие
без вести и убитые. Характер разрушений виден на рис. 115.
Величина оседания поверхности достигла 6 м, причем на пло-
щади в 1 км2 не осталось ни одного целого здания.

Отсюда очевидно, что нельзя возводить здания на подрабо-
танной территории, если не приняты меры по ликвидации-гор-
ных выработок путем их закладки разными способами или
тщательного крепления, а также приспособления конструкций
зданий и сооружений к возможным провалам и просадкам..

Глава 18

ПЛЫВУНЫ И СУФФОЗИЯ

Природа плывунов и суффозии

Плывунами называют обводненные, грунты с преобла-
данием тонкопесчаных, пылеватых или илистых частиц, которые
при вскрытии перехьдят в текучее состояние.

А. Ф. Лебедев выделил два типа плывунов: псевдоплы-
вуны, или ложные плывуны, и истинные плывуны.
Под лсевдоплывунами следует понимать грунты (обычно тонко-
зернйстйе пески); которые переходят в текучее состояние- под
влиянием гидравлического режима, создающегося при проходке
котлованов с открытым водоотливом. Истинные плывуны перехо-
дят в текучее состояние благодаря наличию в составе породы
ультраколлоидных частиц.

А. Ф. Лебедев указывает на ряд признаков, по которым раз-
личают истинные и псевдоплывуны. Истинные плывуны харак-
теризуются, благодаря наличию ультраколлоидо.в, высоким объ-
емным весом (1,8—2,2 г!смР), малым значением коэффициента
фильтрации и плохой водоотдачей, а также цементацией- частиц
при высыхании вследствие клеющего действия коллоидных ча-
стиц. После высыхания плывун превращается в обычную супесь
с углом откоса 25—32°.

Угол естественного откоса истинных плывунов зависит от
их влажности. А. Ф. Лебедеву удалось установить критическое
значение влажности. При влажности до 12,5% угол откоса ко-
леблется в пределах 19ч-37°, при увеличении влажности до
13,5—15% подножие откоса оплывает до 4,5°, а верхняя часть
до 15—26°. Если влажность больше 17,5%, откос оплывает, и
плывун превращается в разжиженную массу. Таким образом,
13—14%) влажности можно считать критической влажностью
истинных плывуной.

При углублении в плывунах котлованов с открытым водоот-
ливом в стенках образуются ниши и небольшие пещеры, кото-
рые обычно быстро обваливаются. Вода в котловане молочно-
серого цвета. Если отобрать пробы плывуна и взболтать их с
дистиллированной водой, то образуются суспензии, не осажда-
ющиеся в течение ряда месяцев.

Разработка истинного плывуна идет тяжело, при погружении
лопаты или ковша экскаватора необходимы значительные уси-
лия, однако при вибрации происходит быстрое погружение
вследствие разжижения песка.

Псевдоплывуны характеризуются объемным весом в преде-
лах 1,6 и 1,8 г)см3 и отсутствием коллоидных частиц; цемента-
ция при высушивании плывуна не наблюдается, вода в котлова-
нах прозрачная или слабомутная. Угол естественного откоса не
зависит от содержания воды в породе. Коэффициент фильтрации
колеблется от 1 до 4 м в сутки, поэтому осушение псевдоплы-
вунов не представляет значительных трудностей.

С явлениями оплывания откосов и природных склонов тесно
связан процесс суффозии (suffodio — подкапывание), под
которым в настоящее время понимают механическое вымывание
частиц-пород потоком подземных вод- Такой вынос частиц пород
при фильтрации сквозь них воды становится возможным при
турбулентном движении воды (т. е. при градиенте фильтрации
выше 5), когда соотношение между диаметрами двух преобла-
дающих в породе фракций (^_), резко различающихся по вели-
чине, больше 20> а также при соотношении коэффициентов
фильтрации ) двух слоев разных песков, большем или рав-
ном 2,5.	‘

Суффозия представляет значительную опасность, так как
вынос частиц у подножия склонов всегда связан с проседанием
верхней части и образованием оползней.

Кроме плывунов, в котлованах и каналах строители часто
сталкиваются с внезапным разжижением песков в от-
косах и на склонах вдоль берегов морей и рек, а также в карьерах.

М. Н. Гольдштейн сообщает, что в Голландии в период с
1881 по 1946 г. известно 229 случаев внезапного разжижения
песка объемом до 3 млн. м3. Всего за это время оплыло
25 млн. м3 мелкозернистого однородного песка (90% содержа-
Рис. 116. Схема иглофильтра:

/—коллектор;	2—надфильтровая

груба; 3—фильтр.

Нйй частйц размером 0,2—0,07 мм). Внезапное разжиЖенйё пес-
ка обычно происходило при отливе, после высоких приливов.
Угол откоса разжиженных масс не превышал 3—4°.

Природа этого явления, связанная с рыхлым сложением об-
водненных масс, полностью не изучена, поэтому до сих пор еще
не разработан надежный метод прогноза возможности внезап-
ного разжижения песков.

Плывуны как основание сооружений

Несмотря на обводненность, грунты, образующие плывуны,
являются вполне надежным основанием, если не допущен их вы-
нос из-под фундамента.
Опыты А. Ф. Лебедева пока-
зали, что плывуны являют-
ся слабо сжимаемым осно-
ванием. При статической на-
грузке штампа площадью
0,09 м2 осадка при давлении
8Х105 н/м2 достигла всего
7 мм. При давлении на плы-
вуны 5Х105 н!м2 на глубине
16—25 м осадка наблюда-
лась в пределах 3,6—7,3 мм.
В настоящее время в СССР
накоплен большой опыт воз-
ведения сооружений на плы-
вунах. Эти здания нормаль-
но эксплуатируются и не
имеют каких-либо деформа-
ций.

В тех случаях, когда в
зданиях установлены вибри-
рующие механизмы, плывун
становится ненадежным ос-
нованием. В этом случае
приходится принимать осо-
бые протнвовибрационные
меры.

Вся сложность строитель-
ства на плывунах сводится к
умению производить земля-
ные работы, сооружать фун-
даменты и стены подвалов,

не допуская выноса плывуна в котлован. Вынос плывуна в кот-
лован крайне опасен на застроенных участках, так как неизбеж-
но вызывает резкие деформации стен и перекрытий существую-
Шйх зданий и рыхление (суффозию) самого основания в котло-
ване.

В связи с этим непосредственный открытый водоотлив из
котлована не может быть рекомендован при работе в любых
плывунах. Временное вЪдопонижение следует осуществлять пу-
тем ограждения котлована специальной иглофильтровой уста-
новкой ПВУ (передвижная водопонизительная установка).

Иглофильтры (рис. 116) погружают путем замыва, распо-
лагая их вокруг котлована (рис. 117) на расстоянии 0,8—1,2 м
друг от друга, в зависимости от фильтрующих свойств осушае-

Рис. 117. Схема иглофильтровой установки для осу-
шения котлована:

/—передвижная водопонизительная установка (ПВУ):
2—коллектор; й—иглофильтр; 4—уровень грунтовых
вод до понижения; 5—пониженный уровень грунто-
вых вод.

мой толщи. Затем иглофильтры подключаются к всасывающему
трубопроводу, связанному с передвижной установкой, в которой
смонтированы электромотор и насосный агрегат, состоящий из
водяного насоса и вакуум-насоса.
Такая установка может обеспечить понижение уровня грун-
товых вод на 5 м. Уровень воды должен быть на 0,5—1,0 м ни-
же отметки заложения фундамента. Если величина необходи-
мого понижения уровня воды превышает 5 м, следует соорудить
второй ярус иглофильтров или прибегнуть к другим способам
временного водопонижения.

Иглофильтровая установка легко понижает уровень грунто-
вых вод в песках с коэффициентом фильтрации, большим 1 м
в сутки. Известны случаи успешного водопонижения даже при
значении коэффициента фильтрации 0,15 м в сутки. Таким обра-
зом, временное понижение уровня может быть осуществлено в
истинных и псевдоплывунах. Если истинные плывуны плохо, от-
дают воду, следует прибегнуть к электродренажу (наложение
постоянного тока на иглофильтры и на самостоятельные элек-
троды).

При разных отметках заложения подошвы фундаментов зда-
ния, строящегося на плывунах, следует в первую очередь соору-
жать фундаменты наиболее глубокого заложения, а затем фун-
даменты мелкого заложения. Если это условие не осуществимо,
то при проходке котлована ниже отметок подошвы фундаментов
стен или механизмов следует до водопонижения оградить кот-
лован шпунтами.

Глава 19

МНОГОЛЕТНЯЯ (ВЕЧНАЯ) МЕРЗЛОТА

Многолетняя, или вечная мерзлота представ-
ляет толщу горных пород в земной коре с отрицательной или
нулевой температурой, в течение многих веков не подвергаю-
щуюся сезонному оттаиванию.

Площадь области распространения вечной мерзлоты дости-
гает 20—25% всей суши, а в пределах СССР—47% террито-
рии. На схематической карте (рис. 118) показаны границы
различных зон вечной мерзлоты в СССР. Южная грани-
ца области распространения вечной мерзлоты соответствует изо-
терме 0° на глубине 10 м. Мерзлота встречается в виде отдель-
ных островов с мощностью вечномерзлых грунтов до 60 м и
сплошного распространения вечномерзлых толщ мощностью от
60 до 500 м и более.

Грунты вечной мерзлоты могут заключать в себе сплошные
прослойки и линзы льда различной мощности.

Вечномерзлые нескальные грунты подразделяются на
твердо-мерзлые, пластично-мерзлые и сыпуче-
мерзлые.
Рис. 118. Карта распространения вечной мерзлоты на территории СССР,
К твердо-мерзлым относят все виды крупнообломочных, пес-
чаных, глинистых и торфяных грунтов, если они твердосмерз-
шиеся и сцементированы льдом (видны ледяные кристаллы и
прослойки). Они разрабатываются как скальные грунты.

К пластично-мерзлым относят все виды глинистых, пылева-
тых и мелкопесчаных грунтов. Лед наблюдается только в виде
мелких кристаллов. Грунт полусмерзшийся, пластичный, разра-
батывается как обычный талый грунт.

К сыпуче-мерзлым относят все виды средне- и крупнозерни-
стых песков. Они не смерзаются, находятся в сыпучем состоя-
нии, в них только изредка можно увидеть кристаллы льда.

Скальные породы не меняют своих свойств при переходе
их температуры от отрицательной к положительной.

К пучинистым грунтам относят пылеватые грунты, супе-
си, суглинки, глины и даже крупнообломочные породы, если их
промежутки заполнены пылеватыми и глинистыми частицами
более чем на 30% по весу.

Физико-технические свойства мерзлых грунтов характери-
зуются теми же показателями, что у обычных талых грунтов, и
дополнительными: величиной относительного сжатия при пере-
ходе мерзлого грунта в талое состояние при заданном давле-
нии, плотностью песчаных и крупнообломочных твердо-мерзлых
и сыпуче-мерзлых грунтов, степенью просадочиости оттаиваю-
щих грунтов и условной просадочностью этой толщи грунтов.

Относительное сжатие е оттаивающего грунта под давлением
определяется по формуле

7т—Тм
е =------.

7т

где Ты—объемный вес скелета грунта в природном мерзлом со-
стоянии;

ут—объемный вес скелета грунта после перехода его из
мерзлого в талое состояние при заданном давлении
(14-1,5x10$ н/лг2).

Степень плотности мерзлых песчаных грунтов k оп-
ределяется по формуле

А	\	’

(7п	7р) 7м

где уп—объемный вес скелета песчаного грунта в талом состоя-
нии при максимальной плотности;

7>р—объемный вес скелета песчаного грунта в талом состоя-
нии при минимальной плотности;

Ты—объемный вес скелета грунта в природном мерзлом со-
стоянии.
Грунты считаются плотными при /? <0,33; средней плотности
при 0,33<7?<0,67; рыхлыми при 0,67</?< 1,00; очень рыхлыми
при /?>1,00.

Значение /?>1,00 характерно только для сильно просадоч-
ных грунтов.

Степень просадочности оттаивающего грунта еп
определяется по величине относительного сжатия е при перехо-
де мерзлого грунта в талое состояние под давлением IX Ю5 н/л<2.

Грунты относят к непросадочным при еп< 0,03; просадочным
при 0,03<еп<0,1; сильно просадбчным при еп >0,1.

Климатические условия области многолетней мерзлоты ха-
рактеризуются отрицательной среднегодовой температурой воз-
духа с частыми антициклонами и сухой, с малым количеством
снега, длительной, почти безоблачной зимой и коротким летом.

Происхождение многолетней мерзлоты связывают с ледни-
ковым периодом, что подтверждают найденйые трупы мамон-
тов и других животных, сохранившиеся с мйгкими тканями в
толще мерзлоты до наших дней. Однако мерзлота могла обра-
зоваться и при современном суровом континентальном климате
северных районов.

Режим и строение толщи многолетней мерзлоты

Мерзлые грунты бывают безводными и образуют «сухую»
мерзлоту, что наблюдается относительно редко. Вода в толще
многолетней мерзлоты бывает в трех состояниях: парообразном,
жидком и, чаще всего, в твердом. Лед встречается в виде пла-
стов (в том числе ископаемый), прослоек и отдельных неболь-
ших линз, а чаще всего — в виде мелких кристалликов.

Как указывает Н. А. Цытович, часть воды, содержащейся в
глинистых грунтах, всегда остается в жидком виде при любой
отрицательной температуре, так как чем меньше размеры пор,
тем ниже температура, при которой вода замерзает. Например,
при диаметре трубки 1,57 мм вода замерзает прй —6,4°, а в
трубке диаметром 0,06 мм — лишь при температуре —18,5°. Учи-
тывая, что температура мерзлых грунтов не бывает ниже минус
7—8° (а чаще всего равна минус 1—1,5°), часть воды всегда
мигрирует в толще мерзлых пород. Однако даже при замерза-
нии части воды грунты сковываются и переходят в прочйое со-
стояние.

Весной и летом солнечные лучи, прогревая верхнюю зону
мерзлоты, вызывают таяние грунтов. Начиная с апреля, верхняя
граница мерзлоты опускается вглубь в течение всего лета, до-
стигая максимальной глубины в конце сентября (рис. 119). В
начале октября вновь начинается процесс смерзания грунтов,
одновременно сверху и снизу. В январе—марте промерзание до-
стигает максимального значения. Верхний слой сезонной мерз-
лоты, оттаивающий весной и замерзающий осенью, называют
деятельным слоем.. Мощность его зависит от многих фак-
торов, в том числе от рода грунта, а также географического по-
ложения района.

На побережье Северного Ледовитого океана мощность дея-
тельного слоя равна в песчаных грунтах 1,2—2,0 м, в глинистых
0,7—1,5 м, в торфяных 0,2—0,4 м. В центральной части обла-
сти многолетней мерзлоты, на широте Якутска и севернее 55-й
параллели, мощность деятельного слоя для указанных грунтов
соответственно равна 2,0—3,0, 1,5—2,3 и 0,5—0,8 м. Южнее 55-й

параллели мощность деятельного слоя составляет соответственно

2,5 4,0; 1,8-3,0 и 0,7— 1,0 л.

Рис. 119. Схема сезонной и постоянной мерзлоты:
а—разрез мерзлых и талых слоев прн соединяющей-
ся мерзлоте; б—разрез мерзлых и талых слоев прн
несоединяющейся мерзлоте;

/—слой, оттаивающий летом (деятельный слой); 2—
Попеременно талый или мерзлый слой; 3—слой мно-
голетней мерзлоты; 4—постоянно талый слой; -5—та-
лый слой в толще мерзлоты.

Во влажных породах в пределах деятельного слоя часть сол-
нечного тепла, переходя через 0°, при нагревании или охлажде-
нии расходуется на поглощение или выделение скрытой тепло-
ты плавления. В этом слое, называемом нулевой завесой,
происходит затухание температурных колебаний, и они не пе-
редаются в нижележащие слои.

Не всегда деятельный слой в течение зимнего периода пол-
ностью промерзает. Иногда слой верхней сезонной мерзлоты и
нижней устойчивой не соединяются, образуя зажатый между
мерзлотой талый слой, который может сохраняться весьма дол-
го или быть попеременно в талом и мерзлом состоянии (полно-
стью или частично).

Режим многолетней мерзлоты и связанная с этим глубина
промерзания и таяния зависят от ориентировки местности по
странам света, климатических условий, теплопроводности грун-
тов и многих других факторов. Многолетняя мерзлота чрезвы-
чайно чувствительна к любым, самым незначительным наруше-
ниям природных условий.

Водонасыщенные грунты в мерзлом состоянии хорошо отда-
ют тепло («проводят холод»). Ввиду этого влагоемкие породы,
(глины, торфяники) увеличивают зимой потерю тепла в верхних
слоях мерзлоты. Весной и летом южные склоны прогреваются
раньше и больше северных, поэтому на южных склонах интен-
сивнее развивается эрозия, образуются оплывины и оползни.

Огромна роль мха и торфяника в защите многолетней мерз-
лоты от деградации. Являясь теплоизолирующим слоем, мох и
торфяник летом не допускают тепло к мерзлым грунтам, а зи-
мой не предохраняют от морозов. М. И. Сумгин называет мох
верным стражем вечной мерзлоты.

Крупные реки в области развития многолетней мерзлоты
обычно действуют отепляюще. Граница мерзлоты от берегов к
фарватеру резко понижается на значительную глубину или пол-
ностью исчезает.

Подземные воды области многолетней мерзлоты

В области многолетней мерзлоты Н. И. Толстихин выделя-
ет несколько типов подземных вод.

Надмерзлотные воды залегают над слоем многолет-
ней мерзлоты в толще деятельного слоя. Чаще всего это обыч-
ные грунтовые воды, для которых слой устойчивой мерзлоты иг-
рает роль водоупора.

Межмерзлотные воды заключены внутри толщи мно-
голетней мерзлоты. Межмерзлотная вода может находиться в
твердом и жидком состоянии. Лед встречается в виде слоев,
линз, жил и кристалликов в порах и трещинах. В толще мерз-
лоты имеется сеть канальцев, по которым мигрирует вода
(жильная вода). Кроме этого, встречаются талики различных
размеров. Талики и канальцы, связывающие надмерзлотные и
подмерзлотные воды, играют большую роль в питании водонос-
ных горизонтов.

Подмерзлотные воды залегают ниже толщи многолет-
ней мерзлоты и находятся только в жидком состоянии. Они мо-
гут быть свободными, чаще—напорными. Питание их атмосфер-
ними водами происходит через талики и канальцы мерзлой
толщи.

В районах многолетней мерзлоты иногда встречаются выхо-
ды горячих источников с температурой до 96°, что, вероятно,
связано с наличием радиоактивных зон.

Наледи и бугры

Весьма характерны для области многолетней мерзлоты мно-
гочисленные наледи и бугры. Различают речные и грунтовые на-
леди. На реках наледи образуются в результате сужения русла
при промерзании и связанного с этим избыточного давления во-
ды. Не находя выхода в пределах русла, вода под напором про-
бивается по берегам, образуя наледи—громадные неправильной
формы скопления льда, нарастающие по мере выхода воды.

Образование грунтовых наледей связано с деятельностью
подземных вод в процессе их охлаждения и замерзания. При
смерзании деятельного слоя вода, переходя в лед, увеличивает-
ся в объеме на 9,2%, что иногда вызывает подъем поверхно-
сти. Затем начинается подток охлажденной воды, зажатой
между сезонной и устойчивой мерзлотой. Вода, находящаяся
под напором, поднимает поверхность, вызывая рост бугра, дости-
гающего высоты 7—8, а иногда 20—40 м (их называют по-якут-
ски «булгунняхи»). Диаметр бугров бывает 30—80 м. Прорывая
вершину бугра, напорная вода разбрасывает в стороны глыбы
льда больших размеров и образует наледь.

Иногда наледи образуются не только путем прорыва буг-
ров, а минуя их, в результате резкого изменения термических
условий на поверхности.

Вне области развития многолетней мерзлоты часто наблюда-
ются на дорогах пучины, т. е. относительно небольшие бугры,
связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов дорожного
полотна (мерзлотные явления). Пучины образуются с начала
зимы до весны, нарушая при оттаивании несущую способность до-
рожного покрытия. При вскрытии пучины обнаруживается скоп-
ление льда в виде линзы или прослойки. Пучины возникают, ес-
ли полотно дороги устроено на пылеватых или глинистых грун-
тах, при близком залегании грунтовых вод.

Условия строительства

Любое строительство в области многолетней мерзлоты свя-
зано с преодолением больших трудностей, так как при малей-
шем нарушении термического и водного режимов грунтов соору-
жения подвергаются значительным деформациям.
Строительство дорог обычно связано с образованием нале-
дей и бугров, препятствующих эксплуатации дорог. Речные па-
леди часто разрушают мосты. При возведении гражданских и
промышленных здании и сооружений приходится учитывать, что
в пределах деятельного слоя грунты могут находиться в
мерзлом (твердом) и талом (разжиженном) состояниях. При
таянии грунты разжижаются, вызывая трещины и изгибы стен,
а также общий креп зданий в результате неравномерной осад-
ки (рис. 120).

Рпс. 120. Дом, сооруженный в районе распространения вечной мерзлоты
(фото Дементьева);

и—вскоре посте окончания постройки; б—спустя 5 чет.

Замерзая в порах грунтов, вота, как уже отмечалось, увели-
чивается в объеме, что приводит к неравномерному подъему ча-
стей зданий. Кроме того, происходит смерзание грунтов с боко-
вой поверхностью фундаментов и стен подвалов, влекущее за
собой постепенный и неравномерный подъем отдельных частей
здания. Значительные трудности возникают при прокладке водо-
проводных и канализационных магистралей, ввиду опасности их
замерзания. Однако любые здания и сооружения могут быть ус-
пешно возведены в этих районах, причем в качестве их основа-
ния можно, использовать вечномерзлые грунты, грунты дея-
тельного слоя и талые грунты, если будут соблюдены опреде-
ленные условия.

Наиболее благоприятны в районах вечной мерзлоты участки,
сложенные из скальных и полускальпых пород или сыпуче-
мерзлых грунтов (галечник, гравий, крупный песок), особенно
если эти участки расположены на возвышенных местах с глубо-
ким залеганием уровня грунтовых вод.

Неблагоприятны для строительства толщи вечномерзлых
грунтов с ледяными линзами и прослойками, просадочными и
сильно пучинистыми грунтами ( последние в пределах деятельно-
го слоя), а также заболоченные участки в районах, где возмож-
но образование наледей.

Существует четыре метода использования грунтов в каче-
стве основания в районах вечной мерзлоты:

I.	Без учета вечномерзлого состояния грунтов основания;

II.	С сохранением вечномерзлого состояния грунтов осно-
вания;

III.	С допущением последующего оттаивания вечномерзлых
грунтов основания при строительстве и эксплуатации здания;

IV.iC предпостроечным оттаиванием вечномерзлых грунтов
основания до возведения фундаментов.

При строительстве зданий и сооружений наиболее целесооб-
разно сохранять природный мерзлотно-грунтовый режим основа-
ния. Если по тепловому режиму зданий это условие не может
быть выполнено, необходимо предусмотреть мероприятия для
предохранения зданий и сооружений от деформации.

Метод I применяется, когда на всю глубину оттаивания за-
„легают скальные породы, плотно сложенные, крупно- и мелко-
обломочные грунты без ледяных включений; сыпуче-мерзлые
песчаные и песчано-гравелистые грунты, если в нижележа-
щйх вечномерзлых грунтах отсутствуют крупные включения
льда.

Метод II целесообразно применять для неотапливаемых зда-
ний и сооружений. Если здания выделяют тепло, применение
этого метода возможно лишь при соблюдении мер по сохране-
нию режима вечной мерзлоты основания.

Методы III и IV применяются для зданий, передающих в
грунт много тепла. Конструкция зданий должна быть малочув-
ствительной к неравномерным осадкам.

Основным мероприятием для сохранения мерзлого состоя-
ния грунтов основания (метод II) является устройство проветри-
ваемого подполья.

В отапливаемых зданиях шйриной более 15 л» и промышлен-
ных зданиях, независимо от их ширины, осуществляется кругло-
годичное проветривание подполья. В зданиях шириной менее
15 м проветривание можно производить только летом, если тем-
пература мерзлых грунтов не выше —3°. Высота подполья ко-
леблется от 0,5 до 1,0 м в зависимости от ширины здания и те-
пловыделения. В промышленных зданиях, где невозможно уст-
ройство подполья, охлаждение грунтов основания может про-
изводиться через каналы побудительной вентиляции.

Под печами и дымовыми Трубами устраиваются простран-
ства для проветривания.

Помимо проветривания, необходимо предусмотреть тщатель-
ный отвод от здания выпадающих атмосферных осадков и про-
изводственных вод, не допуская их инфильтрации в грунт вблизи
фундаментов. Полы в цехах с постоянным разливом воды долж-
ны быть водонепроницаемыми.

Особое внимание должно быть обращено на надежную те-
плоизоляцию полов, поверхности вокруг сооружения (отсыпка
шлака, укладка деревянных панелей и т. п.) и подполья (торф,
шлак). Подвалы должны быть холодными, неотапливаемыми.
Подземные коммуникации, вызывающие повышение темпера-
туры грунта, следует укладывать не ближе, чем в 6 м от соору-
жений, или тщательно теплоизолировать и поднять выше от-
метки заложения фундаментов.

Здания с большим тепловыделением (бани, прачечные и др.)
разумно сооружать на расстоянии не ближе 15 м от капиталь-
ных зданий.

При методе допущения последующего оттаивания грунтов
(метод III) необходимо обеспечить равномерное распределение
приборов отопления и горячих трубопроводов. Конструкции зда-
ний следует приспосабливать к возможным неравномерным
осадкам и придавать им простые очертания в плане, отделяя
части зданий осадочными швами.

Проектирование фундаментов зданий и сооружений, возводи-
мых в районах вечной мерзлоты, имеет ряд особенностей, свя-
занных со спецификой избранного метода мерзлотно-грунтовых
условий оснований.

При методе сохранения грунтов в мерзлом состоянии (метод
II) наиболее целесообразны столбчатые (бутобетонные и же-
лезобетонные) или свайные (железобетонные) фундаменты. Для
столбчатых фундаментов нужно применять песчаные подушки
толщиной не менее 20 см или деревянные ростверки. В преде-
лах деятельного слоя следует уменьшать площадь смерзания
грунта с фундаментом, а иногда заменять грунты на теплоизо-
лирующие (шлак, торф, крупнообломочные), предохраняя их
от увлажнения.

Глубина заложения фундаментов зависит от характера грун-
тов деятельного слоя. Если в пределах деятельного слоя зале-
гают пучинистые грунты, то фундаменты заглубляются в вечную
мерзлоту на 0,75—1,0 м, а в непучинистых грунтах — на 0,75 м
[ниже поверхности планировки.

При строительстве по методу последующего или предпостро-
ечного оттаивания основания (методы III—IV) выбирают тип
фундамента, соответствующий состоянию талых грунтов. Если
при оттаивании грунты переходят в рыхлое состояние (метод
IV), то иногда их уплотняют вибрированием грунтовыми или
песчаными сваями, а при близости грунтовых вод прибегают к
водопонижению с помощью иглофильтровой установки с нало-
жением постоянного тока (электроосмотический дренаж).

Глубина заложения, фундамента (методы III и IV) зависит
от рода грунта, его влажности и положения уровня грунтовых
204
вод. Так, для мелких и пылеватых песков и супесей глубина
заложения фундаментов колеблется от 0,75—1,0 jh до //+0,25 jk,
где Н—расчетная глубина промерзания. На суглинках и глинах,
в том числе пылеватых, в зависимости от влажности глубина
промерзания колеблется от 1,0—1,25 jw до // + 0,5 м.

Для грунтов талых и сыпуче-мерзлых глубина заложения
фундаментов определяется обычным путем без учета особен-
ностей района вечной мерзлоты.

По методу IV под зданием приходится поддерживать поло-
жительную температуру в пределах сжимаемой толщи, иногда
путем укладки труб теплоносителей.

Наледи являются крупным препятствием для нормальной
эксплуатации дорог, а также зданий и сооружений. Для борьбы
с наледями производится осушение местности, утепление водо-
отводных канав, кюветов и закрытых лотков, устройство экра-
нов из глин и других материалов для преграждения подтока
грунтовых вод, устройство постоянных или сезонных мерзлотных
поясов.

Мерзлотный пояс устраивается вдоль защищаемого участка
выше по потоку грунтовых вод для его отклонения. Для этого
используется холод. Вдоль проектируемого пояса зимой систе-
матически удаляется снег, а с грунта — растительный покров,
что способствует глубокому промерзанию. Летом необходи-
мо сохранять мерзлотный пояс, покрывая его теплоизолиру-
ющим слоем (мох, торф). Иногда необходимо соорудить вто-
рой мерзлотный пояс на расстоянии 20—100 м от первого или
отрыть канаву глубиной от 1 м до 0,75 толщины деятельного
слоя.

Борьба с пучинами осуществляется путем замены пучинистых
грунтов крупным песком, гравием или шлаком и путем дрена-
жа вод, скопляющихся в дорожном полотне, и перехвата потока
грунтовых вод, направляющегося к полотну.

При строительстве водопроводных и канализационных линий
учитывают особенности, возникающие вследствие специфики
областей многолетней мерзлоты, а именно: а) трубы обычно
укладываются па глубину не менее 3 л на песчаных или граве-
листых подушках; б) поверх труб укладывают при малых рас-
ходах слой изоляции из сухих опилок, торфа, бумаги и т. п.; при
больших расходах ограничиваются засыпкой из песчаных или
гравелистых грунтов на высоту двух диаметров труб; в) по
трассе производят специальные работы по утеплению в полосе
шириной около 20 м: уборку мха и торфа, устройство водо-
отводных канав, накопление снега, устройство песчаного ва-
ла высотой 0,5 Л1 над линией труб; г) иногда при впуске во-
ды в трубопровод подогревают ее примерно до +15°; сточ-
ная канализация подогревается путем пуска в нее горячей
воды.
НАСЫПНЫЕ И СЛАБЫЕ ГРУНТЫ

Насыпными грунтами называют искусственно обра-
зованные отложения, состоящие из грунтов и различных вклю-
чений и примесей в незакономерных соотношениях.

К. слабым грунтам относят сильносжимаемые слои ила,
торфа, а также заиленные или заторфованные пески, супеси
и суглинки.

Строительство на насыпных грунтах

Большое значение в настоящее время имеет изучение усло-
вий и возможности строительства зданий и сооружений на на-
сыпных слоях. Очень часто при инженерно-геологических иссле-
дованиях насыпные грунты не изучают и не рассматривают как
возможное основание для фундаментов сооружений. Между тем,
в пределах территорий горбдов, а также промышленных пред-
приятий не удается исключить из застройки участки, где зале-
гают насыпные грунты.

Обычно при строительстве зданий на участках, где мощность
насыпных грунтов велика, фундаменты закладывают на корен-
ных грунтах, что связано со значительным увеличением стоимо-
сти строительства. Поэтому вопрос возможности строительства
зданий и сооружений с заложением фундаментов в пределах
толщи насыпных грунтов очень актуален. В настоящее время
уже накоплен некоторый опыт использования насыпей в каче-
стве оснований для сооружений. В этой связи большое практи-
ческое значение имеет классификация насыпных толщ. Первая
попытка такой классификации приводится в табл. 28.

Организованно укладываемые толщи насыпей для планиров-
ки территории (например, в пределах затопляемых районов)
или для строительства зданий и сооружений могут быть в ряде
случаев успешно использованы как основания. В особенности
это относится к песчаным намытым (рефулированным) грун-
там. Гидравлический способ укладки песков обеспечивает их
высокую плотность, мало отличающуюся от природной. Поэто-
му на таких песчаных насыпях можно возводить любые здания
и сооружения-, не опасаясь их оседания, если мощность рефули-
рованных песков значительна. Намытые суглинки, наоборот^ яв-
ляются менее надежным основанием, так как весьма медлен-
но отдают воду. Здесь важную роль играет фактор времени.
Лишь после просыхания (в зависимости от плотности) намы-
тые суглинки могут быть использованы как основание.
Классификация насыпных толщ

Тип насыпи	Состав насыпи	Способ укладки

Хаотически формируемые

Бытовая
свалка

Производ-
ственные
отходы

Пищевые отходы, обрезки кожи,
резины, утиль, грунт, строймусор, об-
ломки посуды, щепа и другие древес-
ные отходы и т. д.

Строительные (грунты, стройму-
сор)

Металлургические (шлак, метал-
лолом, формовочные материалы)

Котельные (зола, шлак)

Отходы металлообработки
(стружка, металлолом)

1'ориые: отвалы вскрыши или
пустой породы (песок, глина, облом-
ки скальных пород)

Отходы деревообработки (опил-
ки, щепа, обрезки досок и бревен)

Кожевенные (обрезкн кожи и ре-
зины)

Смешанные

Беспорядочная
ка

То же

»

»

»

»

»

свал-

Организованно укладываемые

Земляные
массы

Галечник, гравий, щебень (с пес-
чано-глинистым заполнением или
без него)

Песок, суглинок, глина (с вклю-
чением обломков скальных пород
или без них)

Навалом, гидравли-
ческим способом, с по-
слойным уплотнением
специальными механиз-
мами, автотранспортом

Шлак, гравий, щебень и галечник могут быть использованм
как надежное основание для зданий и сооружений, даже если
они насыпаются без уплотнения, а песок, суглинки и глины —
только при их послойном уплотнении.

Вопрос о возможности использования хаотически формируе-
мых насыпей как оснований для фундаментов зданий и соору-
жений гораздо сложнее. Большую роль играет степень однород-
ности, а также плотность толщи насыпи, зависящая от ее возра-
ста. Следует различать насыпь давнюю, старую и современную.
Плотность насыпи зависит от времени ее отсыпки: старые насы-
пи более уплотнены.

Не всякая хаотически формируемая насыпь может служить
основанием даже для одноэтажных зданий и легких сооружений.
Например, бытовая свалка обычно характеризуется наибольшей
неоднородностью и наименьшей плотностью, и поэтому только в
редких случаях может служить основанием для фундаментов
зданий.

Производственные отходы в этом отношении несравненно бо-
лее устойчивы и перспективны. Только отходы деревообрабаты-
вающей и кожевенной промышленности не могут быть использо-
ваны как основание для зданий и сооружений. Наоборот, строи-
тельные отходы, если в них преобладают грунты, часто с успе-
хом используются для возведения на них зданий и различных
сооружений.

Отходы металлургической промышленности и других анало-
гичных производств, указанные в табл. 28, обычно могут слу-
жить хорошим основанием, если насыпь достаточно уплотнена,
что должно быть установлено во время исследований. Следует
подчеркнуть, что наличие крупных пустот в насыпи- (например,
в металлургических отходах—спекшийся шлак и т. д.) опасно.

Для решения вопроса о возможности использования насыпи
как основания для зданий и сооружений необходимо тщательно
исследовать насыпную толщу. Изучение насыпи имеет смысл,
если ее мощность намного превышает нормальную глубину за-
ложения фундаментов.

Помимо бурения скважин, насыпь следует изучать главным
образом способом шурфования, для того чтобы определить ее
мощность, характер и состав подстилающих коренных пород, со-
став насыпи и степень ее однородности, Глубину залегания
грунтовых вод.

В шурфах следует отобрать монолиты насыпных грунтов, а
также подстилающих их коренных пород для изучения физико-
технических свойств грунтов. Однако, если насыпь состоит из
шлака, обломков металла и т. д., отбор монолитов в такой тол-
ще невозможен.

Успех сооружения зданий на насыпных грунтах зависит от
приспособления их конструкций к неравномерным осадкам.
Здесь можно указать два пути: придание конструкциям зданий
максимальной жесткости или, наоборот, максимальной гибко-
сти, т. е. возможности самостоятельной осадки отдельных ча-
стей зданий.

Жесткость зданий, возводимых на насыпях, обычно, обеспе-
чивается путем’применения фундамента в виде сплошной (иног-
да ребристой) железобетонной плиты. В отдельных случаях со-
оружаются коробчатые железобетонные фундаменты.

Интересен в этом отношении опыт сооружения в Киеве 7-
этажного сборного панельно-каркасного дома с подвалом. Фун-
дамент в виде сплошной железобетонной плиты (17X42 м) был
заложен на насыпных грунтах из лессовидного суглинка с вклю-
чением боя кирпича, строительного мусора, обломков древеси-
ны, щепы й даже бытового мусора с давлением 0,8х105 н/м2.
Грунтовые воды залегали на значительной глубине. Мощность
насыпных грунтов под плитой колебалась от 3,2 до 10 м, так
как они отсыпаны на косогоре.

За время строительства осадка здания достигла в разных его
частях 1,9—2,5 см, а за последующие 2 года увеличилась до
4,3—9,5 см (рис. 121). Как видно из рисунка, величина осадки

Рис. 121. План здания, возведенного на насыпных грунтах.
У реперов указаны мощность насыпных грунтов под плитой
(в числителе) и осадка здания (в знаменателе).

в данном случае не зависит от мощности насыпи под плитой.
Неравномерность осадки отмечена только у восточной торцовой
стены (Rp2, Rp3), однако это не отразилось на целостности
здания. Отсутствие каких-либо деформаций или крена здания
подтверждает возможность успешного строительства на насып-
ных грунтах.

На насыпных грунтах в Киеве было сооружено еще несколь-
ко зданий с фундаментами в виде сплошной железобетонной
плиты при давлении на грунт 1,0—1,1 X Ю5 н]м2. Насыпь ниже
плиты имела мощность 4,5—5,5 м и состояла из культурного
слоя, гумусированных грунтов, обрезков бревен и досок, вклю-
чений бытового мусора. Ниже залегали мелкозернистые или-
стые пески с линзами суглинков. Уровень грунтовых вод нахо-
дился ниже плиты на 0,8—1,2 м. В этих условиях под плитой
была уложена подушка из гранитного щебня слоем 0,5 м и пес-
ка— 0,3 яг. Щебень и песок уплотнялись с помощью вибрато-
ров.

Опыт сооружения этих домов также был успешным. В тече-
ние ряда лет здания нормально эксплуатируются, причем каких-
либо деформаций не обнаружено.
10. М. Абелев и Й. С. Фридман 1 описали опыт успешногс
строительства трибун стадиона «Динамо» в Минске на насып-
ных грунтах.

Опыт успешного строительства в США зданий на насыпяг
путем придания возможной гибкости конструкциям сооружений
описал Б. Далримпл 2. Несущие рамные конструкции имели от-
дельно стоящие фундаментные опоры, которые заложены в бо-
лее плотные насыпные грунты, расположенные на значительной
глубине от поверхности. В некоторых случаях применялись
свайные основания. Иногда сваи или столбы доводились до ко-
ренных отложений. Ненесущие стены опирались на обычные же-
лезобетонные ленты, не связанные жестко с несущей конструк-
цией и заложенные на нормальной Глубине на слабоуплотненной
насыпи. Полы проектировались в виде самостоятельной сплош-
ной железобетонной плиты, иногда в сочетании со сводами.

Плотность насыпных грунтов может быть повышена путем
уплотнения тяжелыми трамбовками, а иногда и вибраторами.
Б. Далримпл применял для повышения несущей способности
насыпи известь, которая вводилась в толщу насыпных грунтов
специальным буром при одновременном перемешивании. Кроме
извести, может также применяться цемент.

Одним из основных препятствий в строительстве зданий и
сооружений на насыпных грунтах является их неоднородость.
Неоднородность грунтов основания неизбежно приводит к не-
равномерным осадкам, и, как следствие, к деформации отдель-
ных частей зданий.

В этом отношении характерен пример неравномерной осад-
ки цостроенного в Киеве в 1936 г. 7-этажного кирпичного жило-
го дома (рис. 122). Обычные бутовые ленточные фундаменты
были заложены под фасадную стену и часть внутренней стены
на делювиальном лессе, а под остальной частью здания — на
старой насыпи из гумусированного лессовидного суглинка с
включением обломков кирпича и древесины. Характер залега-
ния этих пород и положение фундамента показаны на рис. 123.

Вскоре после окончания строительства в дворовой стене были
обнаружены волосные трещины, которые постепенно развива-
лись. Однако серьезный характер деформаций был установлен
лишь в 1946 г. Стал заметен крен здания на северо-восток, поя-
вились трещины шириной 2—3 см в дворовой и внутренних сте-
нах, а также в лестничных клетках. В марте 1950 г. трещины в
юго-западной торцовой стене достигли 2—8 см.

В связи с этим в 1950—1951 гг. были поставлены металличе-
ские тяжи по всему зданию. Как и следовало ожидать, даль-
нейший рост трещин прекратился, но крен здания увеличился.

1 «Строительная промышленность» № 6, 1955.

«В. Dalrympl. Fill Utilization for Building Foundations. «Proceedings Ame-
rican Society of civil engineers». March, 1954.
Геодезические наблюдения за осадкой здания были начаты в
апреле 1951 г., поэтому полная величина осадки не может быть
установлена.

Крен здания впервые был замерен в мае 1953 г., причем
было установлено, что дворовая стена на уровне 7-го этажа
отклонилась от вертикали на 30—47 см, внутренняя—на 28,8—

Рис. 122. Обший вид здания, накренившегося из-за
разнородности грунтов основания.

39 8 и фасадная стена на 33,4—43 см. Максимальное значение
крена по дворовой (47 см) и фасадной (43 см) стенам наблюда-
лось у северо-восточного угла здания. Дальнейшее увеличение
крена показано на рис. 124.

Геодезические наблюдения, проводившиеся М. М Захаренко-
вым в течение пяти лет по реперам, указанным на рис. 123 (30
16 ~3	г

ом-

Рис. 123. Грунты основания накренившегося здания (см. рис. 122):
1—лессовидный суглинок; 2—насыпной грунт.

циклов методом точного ни-
велирования), позволили ус-
тановить, что осадка проте-
кает неравномерно, образуя
большой крен. Так, репера
фасадной стены иногда при-
поднимались, но репера дво-
ровой стейы систематически
оседали, причем репер 1969
(северо-восточный угол)
осел на 17,1 мм. Данные о
скорости осадки фундамента
дворовой стены приведены
в табл.29.

Пр расчетам М. М. Заха-
ренкова к концу 1955 г. сред-
ний крен здания у северной
стороны достиг 63 см.

Осадка здания в основ-
ном произошла до начала
геодезических наблюдений
(1951 г.). Однако из табл.

Рис. 124. Разрез накренившегося
здания:

1—крен здания, см; 2—насыпные
грунты; 3—лессовидный суглинок.
Таблица 29

Скорость осадки фундамента дворовой стены накренившегося здании

(по М. М. Захаренкову)

№ ре- пе- ров	Части стен	Скорость осадки, мм в год					Осадка за 5 лет, мм
		1951	1952	1953	1954	1955	
1998  1969	Юго-восточный угол  Средняя часть  Северо-восточный угол	2,6  2,8  3,5	1.6  1,8  2,9	1,2  2,9  4,1	1.7  2,2  3,6	2,0 .2,2  3,0	9,1  11,9  17,1
	Средняя скорость осад-  ки			3,0	2,1	2,7	2,5	2,4	12,7

29 видно, что в течение последующих 5 лет осадка не затухала,
что, очевидно, связано с ростом давления на грунт по мере уве-
личения крена.

По расчетам П. X. Каминика давление на грунт при нор-
мальном положении здания достигало (105 н/м2):

По фасадной стене
По внутренней стене .

По дворовой стене

1,7—2,5

1,8—2,8

1,5—2,3

При крепе здания до 47 см по дворовой стене давление на
грунт увеличилось до 3,5—-3,7X105 м/л;2, что, очевидно, и являет-
ся причиной систематического, хотя и небольшого (2,5 льи в год),
увеличения осадки здания.

Приведенный пример наглядно подтверждает опасность за-
ложения фундаментов на разнородных грунтах.

Сказанное позволяет сделать следующие выводы. В ряде слу-
чаев (но не всегда) представляется возможным и целесообраз-
ным строительство зданий и сооружений на насыпных грунтах,
если они большой мощности (при малой мощности разумно их
прорезать), достаточно уплотнены, относительно однородны и за-
легают значительно выше уровня грунтовых вод.

Здания могут возводиться без улучшения строительных
свойств насыпных грунтов, тогда необходимо уменьшать дав-
ление на грунт и приспосабливать конструкции зданий к воз-
можным неравномерным осадкам.

Возможно и другое направление: уплотнение или упрочнение
части насыпных грунтов путем трамбования с поверхности тя-
желыми трамбовками или ввода вяжущих материалов (негаше-
ной извести или цемента). Довольно часто и с успехом прибе-
гают к частичной замене насыпных грунтов песчаными отсып-

ками с послойным уплотнением песка с помощью вибраторов.
Мощность таких подушек может колебаться от 1,5 до 3,0 м. При
большей их мощности такое решение будет неэкономичным.

Ввиду того, что насыпные грунты обладают малой несущей
способностью, фундаменты могут быть как ленточные (железо-
бетонные монолитные, перекрестные), так и в виде сплошных
железобетонных плит.

Строительство на слабых грунтах

Строительство на слабых грунтах, т. е. на торфе, иле, затор-
фованных и илистых песках, супесях и суглинках, для которых
характерна высокая сжимаемость, связано с реальной опасно-
стью их выдавливания из-под фундаментов и, как следствие,
появления чрезмерных и неравномерных осадок, влекущих боль-
шие деформации зданий и сооружений.

По СНиП П-Б.1—62, если в грунтах при прокаливании при-
температуре 100—105° содержатся растительные остатки (от
10 до 60%), то их относят к заторфованным грунтам, а при со-
держании растительных остатков более 60% считают торфом.

К илам относят грунты влажностью выше предела пластич-
ности и с коэффициентом пористости более 1 для супесей и су-
глинков и более 1,5 для глин.

Сжимаемость слабых грунтов в большой мере зависит от сте-
пени их обводнения. Водонасыщфшые илистые и торфянистые
грунты обычно высокосжимаемьы и осадка сооружений на этих
грунтах может быть очень больпдш. Так, например, осадка жи-
лого 5-этажного кирпичного дома?\озведенного на 11-метровой
толще илистых и заторфованных обводненных песков и супесей,
достигла по южному торцу здания 45 см, а по северному—82 см.
Фундаменты дома (ленточные сборные с армированным поясом
поверху блоков) были уложены на песчаной подушке (2 м). Ха-
рактерно, что такой же дом, возведенный рядом на свайном
фундаменте, дал осадку всего в 3 см.

Как торф, так и ил при залегании выше уровня грунтовых
вод уплотняются, и сжимаемость их становится меньше. Проч-
ность торфа зависит также от полноты его разложения. Обвод-
ненная толща ила и торфа большой мощности (более 15—20 м)'
ниже подошвы фундамента представляет для строительства
зданий и сооружений почти непреодолимые трудности.

Переходя к вопросу о приспособлении зданий, возводимых
на слабых грунтах, следует сказать, что в этом случае опреде-
ленные способы строительства рекомендовать трудно, так как
выбор их в большой мере зависит от конкретных геологических
условий, степени сжимаемости грунтов и характера проектируе-
мого объекта, поэтому ниже будут высказаны только общие со-
ображения по этому вопросу.
Наиболее надежным способом является возведение зданий
на свайном фундаменте, но при условии, чтобы сваи полно-
стью прорезали толщу слабых грунтов и были погружены в до-
статочно плотное основание. В противном случае применение
свай становится бессмысленным. Сваи весьма эффективны, если
мощность слабых грунтов не превышает 10—12 м\ при большей
мощности, т. е. длине свай 15—18 м и более, трудности строи-
тельства и высокая стоимость работ ограничивают возможность
применения свай.

Водопонижение с помощью иглофильтровых установок с на-
ложением постоянного тока (электродренаж по принципу
электроосмоса) позволяет не только безопасно производить
земляные работы, но в значительной мере уплотнять грунты.

Весьма полезны вертикальные дрены (скважины), заполнен-
ные песчано-гравийной смесью, располагаемые по определен-
ной сетке. Такие дрены способствуют более быстрому уплот-
нению (консолидации) грунтов. При малой мощности и близком
залегании (от отметки подошвы фундамента) слабых грунтов
возможно их полное удаление и замена песчаным или гравий-
ным грунтом.

При большой мощности слабых грунтов приходится прибе-
гать к их предварительному обжатию и даже выдавливанию
путем пригрузки (каменной, галечниковой или песчано-гравий-
ной отсыпками).

Обычно во всех случаях строительства зданий и сооружений
на слабых грунтах (кроме случая, когда применяются свайные
фундаменты, прорезающие всю толщу слабых грунтов) необхо-
димо предусматривать конструктивные меры по приспособлению
возводимых объектов к неравномерной' осадке.

Б. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 21

ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ицженерно-геологические исследования территорий, где про-
ектируется строительство гражданских и промышленных зданий
и сооружений, должны дать материалы, достаточные для реше-
ния следующих вопросов:

1)	оценки пригодности территории для застройки с учетом
возможных изменений в результате строительства;

2)	установления объема и характера инженерных мероприя-
тий по освоению территории для строительства;

3)	выбора грунтов основания и их оценки;

4)	прогноза осадки проектируемых зданий и сооружений.
Общая оценка пригодности территории для застройки тесно
связана с установлением объема необходимых для ее освоения
инженерных мероприятий. При современном уровне строитель-
ной техники могут быть освоены даже очень трудные по при-
родным условиям участки, однако это связано с дополнитель-
ными, чаше всего нецелесообразными, капиталовложениями.
Поэтому обычно производят сравнительную оценку нескольких
участков и рекомендуют тот, на котором нецелесообразных капи-
таловложений будет меньше.

Выбор грунтов основания определяет глубину заложения
фундаментов и их конструкцию. Основным здесь является прог-
ноз осадки проектируемых сооружений. Исходя из допустимых
для каждого сооружения осадок и экономической целесообраз-
ности, решают вопрос о грунте основания (т. е. о глубине за-
ложения фундамента) и о необходимых мерах его улучшения.

Объем исследовательских работ обуславливают следующие
факторы:

Стадия проектирования. Проектирование производится обыч-
но в два этапа: а) составление проектного задания, б) разра-
ботка техно-рабочего проекта. В связи с этим и инженерно-гео-
логические исследования производятся в два этапа. В тех
случаях, когда используется типовой проект, инженерно-геоло-
гические исследования ограничиваются только одним эта-
пом.

Степень изученности инженерно-геологических условий рай-
она. По этому признаку различают районы:

изученные, по которым имеются материалы инженерно-
геологических исследований и данные опыта строительства;

мало изученные, по которым имеются лишь схемати-
ческие данные о геологическом строении и гидрогеологических
условиях и нет достаточного опыта строительства;

не изученные, по которым архивных и литературных
данных о геологическом строении и гидрогеологических услови-
ях района и опыта строительства нет.

Степень сложности геологического строения. По этому при-
знаку различают районы:

сложные, геологическое строение которых характеризует-
ся частым и незакономерным чередованием пластов и линз, в
том числе слабых грунтов, а также наличием сложных геологи-
ческих процессов (оползни, карст, просадки и т. д.). Дефор-
мации выстроенных сооружений на таких участках весьма часты
и местами Значительны;

средней сложности — их геологическое строение ха-
рактеризуется почти горизонтальным залеганием слоев малой
мощности. Местами слабо проявляются такие процессы, как
оползни. Деформации выстроенных сооружений на подобных
территориях редки и незначительны;
простые, геологическое сравнение которых характеризу-
ется однородными зпачительнрй мощности слоями, залегающи-
ми почти горизонтально и выдержанными по простиранию. Оп-
лывин и оползней, осложняющих строительство, нет. Деформа-
ция сооружений не наблюдается.

Гидрогеологические условия. По этому признаку необходимо
выделить:

обводненные участки с высоким залеганием уровня
грунтовых вод. Фундаменты и подземные части зданий на та-
ких участках должны находиться ниже уровня грунтовых вод;

безводные участки с глубоким залеганием уровня
грунтовых вод. Фундаменты здесь всегда находятся выше уров-
ня грунтовых вод.

Особенности физико-химических свойств грунтов. Следует
различать грунты:

требующие специальных лабораторных и полевых
исследований (просадочные, высокодисперсные, раство-
римые скальные и полускальные, засоленные и заторфован-
ные);

не требующие специальных лабораторных и с-
с л е д о в а н и й.

Конструктивные особенности сооружений, т. е. степень чувст-
вительности зданий к неравномерным осадкам.

Исследования на стадии проектного задания

Инженерно-геологические исследования территории, прово-
димые в связи с проектированием строительства гражданских и
промышленных здани^ и сооружений на стадии проектного зада-
ния, обычно начинаются с изучения архивных материалов и
опубликованной литературы, касающихся района исследований.
На основании этих материалов составляются схематические
геологические разрезы, а также краткая записка, характеризую-
щая природные условия, в том числе и сейсмические явления.

Кроме того, непосредственно на месте работ необходимо про-
извести предварительное рекогносцировочное обследование,
обращая внимание на наличие слабых грунтов, выходов грунто-
вых вод, а также геологических процессов, определяющих' усло-
вия строительства (эрозия, абразия, оползни, обвалы,, осыпи,
карст, мерзлота, плывуны, просадочные грунты и т. д.).

Необходимо также ознакомиться с условиями строительства
на соседних участках: выяснить, какие там приняты типы, кон-
струкции и глубина заложения фундаментов; учесть характе-
ристику и принятое расчетное сопротивление грунтов основания,
условия производства земляных работ, глубину залегания грун-
товых вод, наличие или отсутствие деформаций в выстроенных
зданиях и сооружениях, а также величину их осадки.
Располагая такими данными, можно составить обоснованную
программу полевых и лабораторных исследований грунтов. Для
изучения геологического строения участка и его гидрогеологи-
ческих условий необходимо произвести разведочные работы,
бурение и шурфование. Размещение скважин производится обыч-
но по правильной сетке, как показано на рис. 125. Если участок
расположен в пределах склона к реке,
целесообразнее расположить скважины
по створам, ориентированным нор-
мально к реке (рис. 126).

Глубина скважин и расстояние меж-
ду ними определяются в зависимости
от сложности геологического строения
местности (выдержанности пластов и
их мощности). Для решения этой зада-	,3*

$9 Ю9 <’ф	129

Рис. 125. Схема размещения сква-
жин по сетке при исследованиях
на стадии проектного задания.

Рнс. 126. Схема размещения сква
жин по створам.

чи мбжно ограничиться глубиной скважин в 10 м. В тех случаях,
когда необходимо подсечь пласт большой мощности, например
толщу лесса, глубина скважин может достигать 30 м, причем
количество таких скважин не должно превышать 10—15% от
общего числа.

Если скважины располагаются по створу, то на 1 км протя-
женности створа приходится при простом геологическом стро-
ении 5 скважин,''при средней сложности—10 и при сложных усло-
виях—-15 скважин. Створы могут отстоять один от другого на
150—400 м. Соответственно при размещении скважин по пра-
вильной сетке назначается расстояние 250x250 м (простое гео-
логическое строение), 100X100 м (средней сложности) и 70Х 
Х70 м (сложное).

Следует учитывать, что указанные параметры должны кор-
ректироваться в зависимости от местных особенностей: геологи-
ческого строения, современного и древнего погребенного рельефа,
иначе могут оказаться не вскрытыми важнейшие черты геоло-
гического строения участка. Примером могут служить геоло-
гические разрезы, показанью на рис. 127, 128.

Геологический разрез по линии фасадной стены проектиро-
вавшегося 8-этажного дома был построен по данным бурения
четырех скважин (рис. 127). На этом основании был запроекти-
рован обычный ленточный фундамент. При вскрытии котлована

Рис. 127 Геологический разрез по данным бурения четырех
скважин:

I—насыпные грунты; II—глина.

в его центральной части были обнаружены насыпные грунты.
После этого дополнительно были пробурены той скважины и по-
строен новый геологический разрез (рис. 128), позволивший
оконтурить глубокий овраг, заполненный насыпными грунтами.
В связи с этим проект фундаментов пришлось переработать, из-
менилась система производства работ и значительно возросла
стоимость строительства.

Изучение гидрогеологических условий производится с помощью
указанных выше скважин путем замера в каждой из них глу-
бины появления воды и установившегося уровня. При близком
стоянии уровня грунтовых вод в зоне заложения фундаментов
или выше этой зоны несколько пройденных скважин оборуду-
ется фильтрами для систематических наблюдений за колебани-
ем уровня грунтовых вод. Наблюдательные скважины должны
располагаться таким образом, чтобы характеризовать различные
элементы цельефа (плато, склон, тальвег оврага, долина реки,
терраса). Из этих скважин после их прокачки отбираются пробы
воды для изучения ее химического состава.
Физико-технические свойства грунтов изучаются в лаборато-
рии по образцам, отобранным при бурении скважин й из
специальных шурфов. Выработки (скважины, шурфы), предна-
значенные для отбора проб для лабораторных исследований, на-
зываются техническими выработками. Количество техни-
ческих выработок составляет примерно 20% от общего числа
скважин, но их должно быть не менее двух на участках просто-

Рис. 128. Геологический разрез ио данным бурения семи скважин:
I—насыпные грунты; Я—глина; III—песок.

го геологического строения, трех — на участках геологического
строения средней сложности и пяти—на участках сложного гео-
логического строения. Пробы отбираются из каждой литологи-
ческой разности с учетом ее мощности.

Одновременно с проведением разведочных работ и отбором
образцов грунтов для изучения их физико-технических свойств
производится инженерно-геологическая съемка всего района ис-
следований. Все горные выработки, равно как учтенные и опи-
санные обнажения пород, колодцы и выходы источников должны
быть занивелированы и по координатам нанесены на топографи-
ческий план в горизонталях с сечением не реже чем 0,5 м.

После обработки материалов исследований составляется спе-
циальный отчет, о содержании которого будет сказано ниже.
Исследования на стадий технического проекта
или рабочих чертежей

Исследования на стадии технического проекта или рабочих
чертежей гражданских или промышленных зданий и сооружений
производятся после утверждения проектного задания. Поэтому
при составлении программы инженерно-геологических исследо-
ваний располагают генеральным планом застраиваемого участ-
ка, основными сведениями, характеризующими отдельные здания
и сооружения (их конструкция, тип фундаментов и глубина их
заложения, нагрузки на колонны), отчетом по инженерно-геоло-
гическим исследованиям на стадии проектного задания. Извест-
но также местоположение машин с динамическими нагрузками.

Программа инженерно-геологических исследований на ста-
дии технического или рабочего проекта должна предусматривать
детальную разведку (в пределах каждого проектируемого здания
или сооружения) геологического строения, гидрогеологических
условий и физико-технических свойств каждой литологической
разности грунтов в пределах сжимаемой толщи.

Для изучения геологического строения участка пробуривают
скважины по осям фундаментов основных зданий или по конту-
ру сооружений. Расположение скважин и их количество зависят
от размеров зданий или сооружений в плане и сложности геоло-
гического строения участка, но их должно быть не менее четырех
под каждое здание.

Расстояние между разведочными скважинами рекомендуется
принимать для участков простого геологического строения—50 м,
средней сложности — 30 и сложного — 20 м и менее.

Глубина проходки скважин зависит от величины сжимаемой
толщи, а также от особенностей геологического строения участ-
ка, Но принимать ее следует не менее 10 и не более 30 м. Зави-
симость глубины скважин от возможных нагрузок такова:

Для ленточных фундаментов

Нагрузка (до), Tjnoz. м ....	20	50	100	500

Глубина скважнн, м	.	[0	15	18	20

•,	Для прямоугольных фундаментов

Нагрузка (до), Т .	100	400	1000	5000'	10000	и более

Глубина скважин, ж	10	15	20	25	30

При изысканиях для строительства ответственных сооруже-
ний часть скважин заменяется техническими выработками. Их
количество и местоположение назначается в зависимости от
сложности геологического строения участка и чувствительности
конструкций здания к неравномерным осадкам.

Ориентировочно можно указать, что технических выработок
должно быть не менее трех-пяти для участков простого геоло-
гйческого строения. При сложйых условиях чйсЛо выработок
увеличивается. Отбор проб из этих выработок производится для
каждой литологической разности через 1 м, начиная с отметки
заложения фундаментов. Если какой-либо пласт имеет большую
мощность, можно ограничиться отбором трех проб — из кровли,
подошвы и середины пласта.

Если грунтовые воды залегают близко от поверхности или в
пределах сжимаемой толщи, при бурении необходимо установить
число водоносных горизонтов, условия их залегания (глубину
появления, статический уровень, мощность .водоносного слоя),
условия питания, направление потока (путем построения карты
гидроизогипс) и режим колебания уровня.грунтовых вод.

Режим грунтовых вод изучается в специально оборудованных
при исследованиях на стадии проектного задания наблюдатель-
ных скважинах. Кроме того, не менее чем из трех скважин от-
бираются пробы для изучения химического состава воды в свя-
зи с возможным ее агрессивным действием на бетон и металл.

Если необходимо проектировать временное или постоянное
осушение участка, следует произвести пробные откачки.

Изучение физико-технических свойств грунтов производят
как в лаборатории по пробам, отобранным из технических вы-
работок, так и в поле, путем испытания грунтов статической на-
грузкой-j

Полевые испытания грунтов статической нагрузкой необхо-
димы в пределах участков, где располагаются наиболее ответст-
венные, сооружения или здания, если требуется рассчитать воз-
можную осадку фундаментов^ Испытания производятся не ме-
нее чем в двух пунктах по каждой литологической разности
грунтов, залегающих в пределах сжимаемой толщш|

На основании собранных данных уточняется инженерно-гео-
логическая съемка, произведенная ранее, во время исследований
на стадии проектного задания, ft

При сложном геологическом строении территории, наличии
просадочных лессовых грунтов или близком залегании грунто-
вых вод необходимо произвести бурение по трассам водопро-
вода, канализации, теплофикационной сети и других подземных
каналов, причем скважины следует располагать у смотровых
колодцев или через один колодец. Глубина скважин должна
быть на 1—2 м больше проектируемой глубины колодцев.

Во время привязки типового проекта какого-либо здания или
сооружения или при проектировании одиночного здания (жилой
дом, промышленный цех) в пределах городской черты или завод-
ского поселка инженерно-геологические исследования можно
производить только для одной стадии проектирования. В этом
случае объем исследовательских работ зависит от изученности
территории на соседних участках, причем целесообразно широко
пользоваться методом аналогии.
Ёсли, напрймёр, проектйруется строительство жиЛого дома йа
участке между двумя выстроенными домами и сохранились ма-
териалы инженерно-геологических исследований этой террито-
рии, то можно ограничиться бурением четырех-шести скважин
для установления идентичности геологического строения, в
остальном приняв решение по аналогии. Кроме того, важно
установить глубину заложения фундаментов соседних зданий.
Если таких данных нет, необходимо их получить путем шурфо-
вания.

При проведении исследований в районе многолетней мерзло-
ты необходимо дополнительно установить максимальную мощ-
ность деятельного слоя и тем самым глубину залегания постоян-
ной, устойчивой мерзлоты. При наличии островной мерзлоты
необходимо точно оконтурить границы ее распространения.

На основании проведенных детальных исследований и обра-
ботки собранных материалов составляется подробный отчет.

Исследования в связи с надстройкой зданий

Очень часто увеличивают этажность старых зданий путем
надстройки одного-двух этажей. Такая надстройка обычно эко-
номически и технически целесообразна, если она производится
без уширения фундаментов. Это вполне возможно, так как под
нагрузкой грунт сжимается, т. е. уплотняется (уменьшается по-
ристость, увеличивается объемный вес), и, кроме того, при
медленной загрузке грунта со значительными интервалами, как
это происходит при надстройке, процесс деформации начинается
при значительно большем удельном давлении.

Таким образом, грунт под фундаментом здания приобретает
повышенную несущую способность, что позволяет надстраивать
здания без уширения фундамента, конечно, до известного пре-
дела, который можно установить в каждом отдельном случае,
исходя из фактических нагрузок и инженерно-геологических ус-
ловий.

Уплотнение грунта под фундаментом можно считать достиг-
нутым для песков через 1 год после окончания строительства,
для супесей и суглинков—через 1,5—2 года и для глин—через
2—3 года.

Для решения вопроса о возможности и пределах надстройки
без уширения фундаментов необходимо произвести следующие
исследования:

1)	бурение четырех-шести скважин вокруг здания, глубиной
10—15 м, в зависимости от размеров и этажности здания, а так-
же сложности геологического строения;

2)	шурфование у стен здания по всем характерным сечениям
(наружным и внутренним стенам, колоннам). Пользуясь этими
Рис. 129. Схема шурфа для
отбора монолитов грунтов
из-под фундамента:

1—место отбора монолитов;

2—фундамент.

шурфами, устанавливают глубину заложения фундаментов, их
конструкцию и размеры, а также род грунтов основания. В этих
же шурфах отбирают три монолита грунтов непосредственно
под подошвой фундамента (рис. 129) и глубже, в пределах верх-
ней части сжимаемой толщи. Вокруг здания на расстоянии 4—
5 м закладывают еще три-чегырг
шурфа. В этих шурфах отбирают
монолиты грунтов с той же глу-
бины, что и у стен здания;

3)	лабораторные исследова-
ния монолитов для установления
степени уплотнения грунтов под
фундаментом путем сравнения
объемного веса, влажности, по-'
ристости, а также кривых сжа-
тия образцов грунтов, взятых из-
под фундамента, с образцами,
взятыми вне контуров здания;

4)	обследование состояния
здания (стен, перекрытий, колонн,
выявление трещин или других
деформаций);

5)	расчет фактического давле-
ния на грунт до надстройки и
после ее осуществления.

Если этими исследованиями устанавливается удовлетвори-
тельное состояние зданий, а лабораторные исследования под-
тверждают уплотнение грунта, то надстройка возможна, т. е.
можно безопасно допустить увеличение фактического давления
на грунт на 25—35%. В отдельных случаях при благоприятных
геологических условиях давление может быть увеличено до 40—
50% от фактического.

Если сохранился проект здания и материалы инженерно-гео-
логических исследований, то нет необходимости выполнять весь
указанный выше объем исследований, а можно ограничиться
только отбором монолитов для лабораторных исследований и
проверкой состояния здания.

Исследования на стадии планировочного проектирования
градостроительных работ

При планировочном проектировании градостроительных ра-
бот установлены следующие основные стадии: а) районная пла-
нировка (группа поселков и городов, связанных между собой
производственным, социально-культурным обслуживанием и
единой системой транспорта); б) генеральный план города
(определяет развитие города); в) проект детальной планировки.
Для районной планировки инженерно-геологические условия
(геологическое строение, гидрогеологические условия, включая
источники водоснабжения, вопросы общей устойчивости терри-
тории—карст; просадочность, оползневые явления, сейсмичность,
мерзлота и т. д., наличие месторождений строительных материа-
лов) освещаются только по литературным и архивным данным.

Для разработки генерального плана реконструкции города
необходимы подробные данные об инженерно-геологических
условиях территории. Эти данные можно получить путем сбора
и систематизации архивных данных, так как трудно предполо-
жить, что строительство в городе производилось без проектов
и инженерно-геологических исследований. Поэтому в первую
очередь необходимо собрать архивные материалы и составить
карту фактического материала.

На эту карту наносятся буровые скважины и шурфы, разре-
зы которых сохранились; скважины для водоснабжения, харак-
терные колодцы, места опытов со статической нагрузкой грун-
тов, участки, где производились инженерно-геологические иссле-
дования, о которых сохранились отчеты; месторождения строи-
тельных материалов.

Кроме того, в виде таблиц обобщаются данные лаборатор-
ных определений физико-технических свойств грунтов и хими-
ческого состава воды, а также результаты опытов со статиче-
ской нагрузкой грунтов. На основании этих данных можно
установить объем дополнительных исследований (бурение, опыт-
ные и лабораторные работы), необходимых для составления
основного документа, характеризующего геологические усло-
вия — карты инженерно-геологического районирования терри-
тории.

Карта инженерно-геологического районирования составляется
в масштабе 1 : 5000 или 1 : 10 000 как по полевой съемке, разве-
дочным и опытным работам, описанным выше, так и по архив-
ным даным.

• На такой карте показывают области, где развиты оползни
и обвалы, карст, просадочность (в том числе зоны с подзем-
ными выработками) и суффозионные процессы, ограничивающие
использование территорий или требующие специальной инженер-
ной подготовки. Кроме того, карта должна отражать рельеф,
геологическое строение, гидрогеологические условия и физико-
технические свойства грунтов, на ней также отмечаются место-
рождения строительных материалов. Эти данные позволяют вы-
делить районы с различными инженерно-геологическими усло-
виями, пригодные для различных типов строительства.

При разработке генерального плана проектируемого поселка
в неосвоенном районе необходимо произвести такие же иссле-
дования и в таком же объеме, как для стадии проектного за-
дания. Бурение - следует производить по сетке с расстоянием
между скважинами 300—500 м. Глубина сКваЖиН дблжна быть
10—30 м.

Для разработки проекта детальной планировки города в
основном пользуются картой инженерно-геологического райони-
рования, пополняя ее новыми даными, полученными в резуль-
тате дополнительного бурения и изучения физико-технических
свойств грунтов, в том числе опытов со статической нагрузкой.

При разработке проекта детальной планировки существую-
щего города дополнительное бурение производится по створам
вдоль новых или реконструируемых улиц, а также в местах спе-
циальных сооружений. В случае разработки проекта детальной
планировки поселка в неосвоенном месте бурение производит-
ся, как обычно, а количество выработок определяется слож-
ностью геологического строения. Ориентировочно можно указать,
что на площади до 50 га число скважин может колебаться от
10 до 25.

Исследования при строительстве дорог

При строительстве промышленных предприятий и связанных
с ними жилых поселков обычно приходится в общем комплексе
работ решать и вопросы сооружения дорог и подъездных путей,
связывающих эти объекты с автомобильными магистралями и
железнодорожными линиями. Ввиду этого целесообразно ука-
зать на особенности инженерно-геологических исследований при
проектировании дорог.

На стадии разработки проектного задания прежде всего не-
обходимо произвести рекогносцировочное обследование местно-
сти для выбора нескольких возможных вариантов трассы дорог.
Выбор возможных вариантов трассы является наиболее ответст-
венным делом, так как определение наилучшего из них возмож-
но только при сравнении достоинств и недостатков каждого.

Намечая варианты трассы дороги, следует учитывать не
только природные условия, определяющие стоимость строитель-
ства, но и эксплуатационные расходы в последующем. Напри-
мер, всякое удлинение пути, предпринятое для обхода трудных
участков, возможно, облегчит условия строительства, а значит,
и уменьшит его стоимость, но предопределит при эксплуатации
дороги постоянный перерасход горючего на лишний пробег ма-
шин.

В дальнейшем исследования ведутся по намеченным трассам
для рекомендации наиболее целесообразного варианта.

Исследования состоят из инженерно-геологической съемки по
трассе каждого варианта в масштабе 1:25 000—1:200 000 с
разведочными работами. Если варианты трассы расположены
друг от друга на близком расстоянии, то съемкой охватывают
всю местность. В том случае, когда варианты трассы отстоят
на большом расстоянии, съемку производят только вдоль проек-
тируемой дороги. Ширина полосы съемки зависит от геологиче-
ских условий и может колебаться от 200 м до 1 км. При про-
ведении съемки в первую очередь необходимо обратить внима-
ние на участки, где развиты оползни, обвалы и осыпи, сели,
карст, мерзлота, заболоченность и др.

Разведочные работы, осуществляемые путем бурения и шур-
фования, позволяют выяснить геологическое строение и гидро-
геологические условия по трассе, а также отобрать образцы по-
род для изучения в лаборатории их физико-технических свойств.
В равнинных местах на 1 км трассы
располагают по две скважины глуби-	( )

ной 5—10 м, а при пересеченном релье-
фе — по три скважины, причем при пе-	л

реходе оврагов или небольших ручей-
ков бурят дополнительно две-три сква-

жины по поперечникам.

В местах, где проектируются выем-
ки или насыпи, в том числе на широ-
ких поймах рек, бурение производится
более детально. Для выемок глубина

скважин назначается в зависимости от
глубины выемки (Н выемки +3-?5ju),
причем не менее трех-четырех, скважин

располагаются по поперечнику, как по-
казано на рис. 130. Чтобы рассчитать
устойчивость откосов выемки, при буре-
нии и шурфовании отбирают моноли-
ты пород для изучения их физико-тех-
йических свойств, в том числе для оп-
ределения угла внутреннего трения и
едепления.

 Глубина бурения в местах соору-

Рис. 130. Схема располо-
жения скважин по попе-
речнику:

/—трасса проектируемой
дороги; /—I—номер по-
перечника.

жения насыпей зависит от грунтов основания и высоты проекти-
руемой насыпи и может колебаться от 10 до 20 м. Если насыпь
сооружается на пойме, где залегают пласты торфа или ила боль-
шой мощности, т. е. в местах, где мбжно ожидать большой осад-
ки и выдавливания слабых грунтов основания, необходимо бу-
рить скважины до глубины 15—20 м.

В местах возведения инженерных сооружений (трубы, не-

большие мосты, подпорные стены), а также заложения резервов
и устройства кавальеров по поперечникам бурят по две допол-
нительных выработки (см. рис. 130). Мостовые переходы изу-
чаются по особой программе.

На основании проведенных разведочных и съемочных работ

Составляется инженерно-геологическая карта трассы, а также
I .	|	<| ' H.J4 И И* » I l|> I' ' 1 ' И ' ।	1 I' I<»PII |<1||

1.1ЛМ1Ы1 I louni и h< pun ,i ii.iii.iii I Kill I JKi b p<i in

I,,,,,. , ремерии no ШНК/рюши» in i Норма П..ЮМ Mil
 III i .iCi

III-	|„ pt , . чр. I I HOI. I I IIIIIH, I I Выбора H.ipil.111

|l|i , II ,1	ll.lllli " .<>11.111114 I III p ip 160ГКИ ri'*

.......... up. »	। 'ihiiiok i. и. .«и ii'ii i... . ipoi пне и iiiiipti
.................................................. ,1.1. .mu । ri< ip ... и <• u lorio iiiiiti ii.iioio 6vpc
......................... ,..	. 'HI.T.l И IIII.KI llepilO-1 (.O'lOril'IceKlnl

i. mu । н.п nii« h il, ii i.uiinio. 1 10000 или I 6000
В м	I up . flip- n.r< il llll/K' lupin h оОруЖСНИЯ, IIIIClKH,

I.... ............. i. Ill	Illi llpll 111 I Ilie ПОИМ рек, IOHOTHH-

.......... I .  , , .	। Juli но . ipijM и новым поперсчии-
> i ЧП • I, 1.1 IO'.Ki I in ГПГ lib I P<

I'pi к ,чг> ripon mo 1ЯТ. Я нош kii iopo-.кно-с троитетьных ма-
ри.। in. n.i гривня, г.|.и-чпик<1, строительного камня).

По [ l> iM исследовании (оставляется спениа шный от-
в । . I ом । вгщакп'я гкчовные итоги работ.

I лава /г

IFO ЮГОРАЗВЕДОЧНЫТ РАБОТЫ

Г орные выработки

Ра .в» точны, работы водят я к прокодк! вертикалын.1 юр
лр; ботоь ь в а .к и п и шурфов

' к в а .и и н ы просидят путем извлечения образцов норо
.ы т.ак । pi и (иной, гак и • ненарушенной структурой (моно
иты) । из .дня г-•. 1ОТИЧССКОГП строения местности и ста-
ве и?, г.т.бин >а.т-тания контактов каждого слоя, а также
. тя опр. 1...I. ним мощности во 1ОНОСПЫ тоев. ( г бины иояв и
। тя во ы и .алегиния у аиовившето< я (статического) уровня.

Ш , р ф ы служат для отбора больших монотитов пород и
ки • левого и и ния в . тена  шурфов

Ра.бивка гкважин и впрфов на •'<-'’1 ности производится

। । 1Ш1.1Н и >•• шчт-ски'. ин тру ментов и плана в гориюиталя
। о.тиовр. инион высотио»! и планово» привяжон Бурснп> сква
жни и про ,-а шурфов б i опре и тения и координа! не долл,
ня производиться Закрепление скважин и шурфов на месте
гои । авт н теч >абивки дву колышков одного таподлино,
я jp-.т а > наполовину На выступающем колмшкт надписывают
номер и ка;ывают ' кв-жина (гкв.) или шурф (ш).

bjjXHHr- д Длкин-ироияводится механическими ставками или
(реже) ручным способом и раздптя>тгя на вращательное
л лари о-в рашат' । ь и ос
Скзажина пр. ь .	</.. и и

нте 1ыю	ни..интрич«хь*эе utarp

* тп< Начало । квлмаои падмввет.'
- I 4< Ч, ЛИО- а б • г • Й бпьомя Л®

। ер'носгь пик и '•! i HI)

Береик	произвмиьч . п(.чи,.|(1».

6а ровых наконечников i ря< 13g) > ке-
свика пои проймы ыиингти*
Пиитов; ложки — при п
Явных грунтов; если пе<-.и <ВОЛ1ННЫ
б', реши Прон ]“9ЛИТСЯ ПО 1О)Цк>' л г
lull К И. В этом ;«.; npNMSNTV*
применять онсашы грубы ш п»
р> крытия водоно! рог и .....та Чи

ю обсадных треб  <- - етствует ®1»г-
. , в дописных гори~> а*'= (риг Lilt
для ударного бурения цримтипы
д плота.

Вращение бурпвых намииечм|ж<и
ПрОИ I ОДИТСЯ С ПОМСЩЫи бхрпвлМ
штанг. Навинчивание i "х Н’ «
штат, равно как и и с демоата*. п<ж>-
нзводятся с полотые 'пеиналыы'
|.лючиг. подкладных вилок. ким.и«в 
универсально)1 готовой (ри. 1 14)

Hei пбокце . квпжнны- .ганьше бу
рнлн ||'?ЧН>И I ПОМиЦЦкЦ.TMNQ.ni N81.
\ катано на pin 13' Теперь 6уреШ»е
lipoll Hill 'll! I <*1| i ПОМОЩЬЮ |l.l 1.1НЧПЫ\ Me\.HHI4C<KII\ Cl.lllluill 11,1
pill I3(> показана c.iMOSiHll.HI 1>\рп1ЫЯ yei.llloiiK.I > b.V 1.|() fl IB
I.’IM (lypeiinn n.i I.IMHHIN Ю 150 'I li'i инженерно i eo пн HHeeKin
HCV IC'UHl.i 1ИП1, При hiHophlX I. I\<»il II.I бурСНИЯ pl‘»ll\»> llpeHl.llll.lc |
10 IS и. ne.ieeoolipa шо примени 11. ленше пир 1a1 illiilue буровые
ilipei .ilhl I 5 15 инженера llienptil HllpiH p.illc.i < 'I Цжолоса

Рис 134 Bciiomo!«irc.ibifi.ie иистр\мен)ы i bi Ги рения

a. 6	ключи 1ля свинчивания n pd ииипивипия

штанг; « подкладная пилка гл я удержания inr un и> время
их соединения и р/нГюра: <’ -хом\ih-жимкп, унш’срсн и.

нал го донка

(рис. 137), которые iioibo.ihioi upon шодпи. бурение ударпо-
капатпым способом на глубину до 15 м. Для обслуживания этих
станков достаточно тух рабочих, что обеспечивает высокие
технико-экономические пока 1ате.ти бурения. Станки С 'L Джо-
лога можно перецепить мотоциклом.

Обычно скважины при инженерно-! ео. ни ическнх иеслсдовл
пиях проходятся буровым комплектом, имеющим диаметр не
менее 89 им. При этом отбор обра щон проп тодит через каждые
0,5 м и по сменяемости грунтов. После очистки образцы укла-
дывают в специальные ящики.

Замеры глубины забоя скважины, уровня воды и обсадных
труб производят с точностью до ±5 см, причем для установле-
ния глубины забоя длина буровых штанг и пакопечпика заме-
ряется каждый раз перед их опусканием в скважину. Глубину
обсадки устанавливают по замеру остатка обсадных труб, дли-
на которых известна. Уровень воды замеряют с помощью cnnci
ка или хлопушки.

Бурение технических скважин нроитнодяз буровым комплек-
том, имеющим диаметр не менее 127 ми, а обрати rpynioii
(монолиты) отбирают при помощи специальных iрун топосов
(рис. 138). п-лвадяющич сохранить их приполпх-и . ,,	,

м<,ш-СТИ)ТЬ " CTp'KT'pV- J”3W-*P монолита d дол^н Г**?.
м< ис- 80 w.w. а <т,} высота щ ботс-^ 0 75d	JHT|* ,г’

После итл-ч.-вич монолита ,ру,,та \го тщате 1ьш> упаковы

Рис. 135. Схема
ручно-о бурения
скважины с по-
мощью треноги:
/—лебедка; 2—тре-
нога; •?—шарнир-
ный xomvt; 1—ко-

пают. соблюла я следующие
правила иа монолит кладут
эт.чкеткг. затем туго обма-
тывают его бинтом или мар
-1сй. покрывают каждый
слой обмолки о- бой расп-
лавленной мастикой, состоя-
щей (по весу) из 60" пара-
фина. 25 р.оска. 10*? кя-

Рис. 136. Общий вид самоходной бу-
ровой установки СБУ-150-ЗИБ с под-
нятой вышкой. Фото С. Д. Джолоса.

лонна обсадных
труб; 5—штанги;
6—буровой нако-
нечник.

нифоли и 5% минерального масла. На верхнюю грань упаковоч-
ного монолита наклеивают второй экземпляр этикетки.

Если грунтонос снабжен специальными металлическими гиль-
зами. то их используют в качестве тары для отправки моноли-
тов в лабораторию. и только открытые торцы образцов з.о1Ици10т
расплвленной мастикой.

Ооразцы разжиженного грунта направляют и таборлтррию
в стеклянных банках с притертыми пробками или герметически
закрывающимися крышками. Ооразцы парушенпои структуры
укладываются в мешочки из плотной матери»!.

Рис. 137. Беловой станок С. Д. Джочоса Д-5-15:
слава—общий вид; справа — станок, подготовленный к перевозке

Все отбираемые образцы грунта необходимо снабжать эти-
кетками, на которых должны быть указаны:

наименование организации (учреждения), производящей ис-
следования, и название или номер партии (экспедиции);

название населенного пункта, местности или строительного
объекта;

название выработки (шурф или скважина) и ее номер-
глубина отбора образца;
Риг. 133. Схема
грунтоноса

onpe ц- и иие грунт., (Ь«,з;.4. ., р<.д 1П.-т. вилии^ть й ,и, ,
пая копти Тепция;.	' *

ДОЧЖИО. ,Ь И 9.1.Й.1ИИ чип... ипЛрлынч., „0-,..<Ц и г...
подпись;

ДДТа В1ЯТИИ Обра

Помимо проб грунта, Отбирался ж пробу JAU IU CKka
ЖИ11 для химичс-ю, ана иза ()., м про ы дот in бит,, ра-
ней 1 3 л. В,<да отбирается ц >т.г iuh, >и
роные или лолулщрояые бутылки, к одну из
которых засыпают > . растертою мра . ,ра тя
связывания свободной уГ Д./КИС.Ъ.г Л ПоуДа
Для проб воды должна бы>ь чистой и л,.е.,йа
рительпо 2—.6 раза промыта .юд.зи, направ-
ляемой на анализ. Бутылки л <отн > закрывают
пробками и заливают сургучом иль смолой.
Затем наклеивают этикетки с теми же сщеде
ниями, что и дтя монолитов

Скважины обычцые и технические следхет
проходить без промывки или подлива ыхды
Если при бурении встречаются грунтовые во
ды в песках, го проходка скважины остаизвли
вается на полчаса, а в суглинистых грунтах-
не менее чем на 8 часов.

После перерыва в бурении замеряют уста-
новившийся уровень воды. В случае обнаруже-
ния напорных вод установившийся уровень
фиксируют через 10—15.мин. При дальнейшем
углублении скважины уровень воды замеряют
и записывают в буровой журнал в начале и с
конце каждой смены, а также каждый раз при
видимом резком изменении уровня.

Буровые работы должны сопровождаться полевой докумен-
тацией, которая состоит из бурового журнала и полевой колон-
ки скважины. Рекомендуемая форма охрового куриала приве-
дена в табл. 30.

Описание грунтов в буровом журнале ведется при отборе
образцов, причем номера их в журнале и на ящиках должны
совпадать. Образцы описывают в таком порядке:

род грунта и его наименование;

цвет, крупность, окатанность или угловатость зерен >для
песков);

природная консистенция;

наличие включений (для любых грунтов);

влажность;

наличие или отсутствие растительных остатков, а также сце-
ментированносты


	Месяц и число		
—	№ смены и бригады		
	Число рабочих в каждой смене		
	О  S о\д д о О S S Я Н о <г>  << ,	со  W	1  РЭ		
	Время, затраченное на вспомо- гательные работы, ч		
	Пробурено за смену, м		
	Категория трудности бурения		
	Наименование грунта, цвет, крупность зерен песка; включения, при- меси и т. д.		Описание пройденных грунтов
	Влажность, природная консистенция и т. д.		
	№ образцов		
	Каким наконечником или грун- тоносом извлечен образец		
	М от устья скважины	Глубина! взятия образ- ца	
		Глубина фрезера в момент извлечения образца	
		Глубина подошвы слоя	

S

%

3

л
и

S
Я
л>
а

9

СП
=<
о
О
03
О
3

=<

о

Я

>

Мощность слоя, м

С какой глубины взят обра-
. зец на лабораторные ис-

	следования	
о	Глубина появления	
 *4		° о
	Глубина установивше-	СО л о о Зя
5	гося уровня	О - я  . S
й	Глубина до начала	S аз
л Pi	смены	
§	Глубина, на которой	3
я	обнаружена подача пес-	£
	ка в трубы	л
	Высота пробок (подачи	я Е
	грунта)	

2
г	-	Т»'-  абг - 1г»»мая тметка VCTW — 7*. 6							" »> ”
di	Г1ЭТГИ г» •	кг	iZ и м					
							Г.ц би и >. 1Л..О» 1И- ,ГО-1Н. *
			Р орел			. W мч  «О1И< Jj ?И1«Г.'*ИО	
°-5	-.1	0.5				-г-»	Полад	
5.0	70,6	1.5			-	[ -  Пее»« Ч’ЛКО- I   ’ риистий I ^r.gt *	
		2.0	А		1V	Вэлуипый  стглииок		
						°ttgt	f'
10.0	65.6	3.0				Песок крупио- -ериистый	
15.0	С0.6	5.0	1		ЕЕ  Глина бурая 0,		

Для лессовидных грунтов необходимо указывать, имеются
ли мзкропоры и ходы землеройных животных, а также описать
материал их заполнения.

Полевая колонка скважины составляется по форме, указан-
ной в табл. 3J по мере проходки скважины По окончании про-
ходки и после н влечения труб скважина должна быть тща-
IC 11.114 |,|I..MU4IHIIH>B.1II,11 J 1 I MCI UHIII.IO'I" II*1' blhpcll 'ICHII II.I *.(••

C!< iieiiNiehUM cro'HHihOM . \K.immeM номера. I iMiioiiiipou.i
lllle uponШ0 UII* >I HM‘M '-i.ihukh немеишого piciiuipi пли
ПОСЛОВНЫМ ip.lMOOII.IIUICM МН1ОЙ ГЛИНЫ, J.lop.lrl.lll.'ICMOII 11

СКВ 1Ж1ШХ

Проходка шурфов для o.oop.i мопо.ппон и тунения струму
ры гр\1Н1 нроптоцпея обычно ю \ роняя грхнюиых под Цин

Рис. 139. Виды горных выработок
/—шурф; 2—дудка.

Рис. 140. Развертка
шурфа.

отбора монолитов со дна шурфа ниже уровня грунтовых вод
бурится скважина. ^Шурфование осуществляется с помощью
штыковых лопат или кайла прямоугольными выработками при
минимальных размерах 1.0' 1,2 л| или круглыми дудками диа-
метром 0,8- -1,0 я (рис. 139).

Проходка дудок более экономична, но так как применение
крепления в этом случае исключается, то дудки проходят лишь
в устойчивых связных грунтах (лесс, глины). В неустойчивых
грунтах проходят шурфы, причем по мере углубления стенки
шурфа крепят подготовленными заранее щитами, оставляя
смотровые окна на контактах слоев, а иногда и через каж-
дые 0.5 л.

Отбор образцов производят так же, как н в технических
скважинах, причем в грунтах твердой и твердо-пластичной кон-
систенции вырешюг кубики со сторонами не менее 50 мм. При
пластичной и текучей консистенции глинистых груитои, а также
	№ П.п
	Средняя глубина подошвы пласта, м
	Средняя мощность пласта, м
•	Описание грунта (цвет, наи- менование, включения и их распределение, слоистость и др.)
	Зарисовка стен шурфа, ори- ентированных относительно стран света (по установлен- ным условным обозначени- ям). Масштаб вертикальный 1:50
	Природная консистенция, влажность и объемный вес грунта, деформация при сдвиге
	Отметка уровня грунтовой воды, характер истечения воды из грунта, время и от- метка установившегося уровня воды
	Глубина отбора образцов грунта и проб воды для производства различных оп- ределений, м от поверхно- сти земли
	Примечание
13. Число ящиков с образцами грунтов

ПОЛЕВОЙ ЖУРНАЛ ШУРФА №_
плотных влажных песков образцы отбираются с помощью тон-
костенного режущего металлического стакана с внутренним диа-
метром d не менее 80 мм, толщиной стенок 0,02 d и высотой не
более 0,75 d.

Полевой журнал шурфа дудки ведется по форме, указанной
в табл. 32. Стенки шурфа зарисовывают в виде развертки, как
показано на рис. 140.

Организация наблюдений за режимом грунтовых вод

Целью наблюдения за режимом грунтовых вод является:
определение максимальных и минимальных уровней грунто-
вых вод и их зависимости от метеорологических условий;

установление связи и взаимозависимости грунтовых вод с
уровнем воды в реке или водоеме, если участок прибрежный;.

изучение колебаний температуры и химического состава
воды;

получение данных для построения карт гидроизогипс.

Скважины или шурфы, предназначенные для наблюдений за
колебанием уровня грунтовых вод, обычно располагают по ство-
рам, нормальным к реке или водоему, на расстоянии друг от
друга в пределах 100—400 м так, чтобы охарактеризовать раз-
личные элементы рельефа. На застроенных участках, где есте-
ственный режим грунтовых вод может быть нарушен дренажа-
ми, ливневыми системами и т. п., часть скважин следует выно-
сить за пределы влияния этих искусственных факторов.

Наблюдательные скважины оборудуются фильтрами диамет-
ром 75 мм, причем при установке в мелкозернистых песках, су-
песях и суглинках фильтры обсыпают гравием (минимальная
толщина обсыпки 50—80 мм). Верх обсадной трубы такой сква-
жины не должен выступать над поверхностью земли больше чем
на 0,2 м, причем замеры ведутся от верха трубы. Для защиты
скважины от попадания посторонних предметов верх ее плотно
закрывается крышкой с замком или особой пробкой с нарезкой
(рис. 141). В наблюдательных шурфах устраивается специаль-
ная крышка.

В связи с возможным попаданием талых и дождевых вод в
скважины зазор обсадной трубы у устья скважины тщательно
тампонируют глиной или заливают цементным раствором. Устья
наблюдательных скважин, а также точки, от которых произво-
дят замер воды (в шурфах — на крепи, в скважинах — верх об-
садной трубы), следует занивелировать и каждые три месяца
проверять. Для этой цели в районе наблюдений устанавливают
вспомогательный репер.
Замеры уровня воды в наблюдательных выработках произ-
водят каждые 5 дней одновременно по всем выработкам и в

Рис. 142. Катушка с мерным тросом.

Рис. 141. Общий вид оголов-
ка наблюдательной скважи-
ны.

одни и те же часы с помощью хлопушки или свист-
ка, прикрепляемых к катушке с мерным тросом
(рис. 142). Во время паводка («ели преследуется
цель установить зависимость уровня грунтовых вод
от уровня воды в реке) или выпадения обильных
дождей (связь с метеорологическими факторами)
замеры производят раз в 3 дня или ежедневно.

Температуру воды измеряют с помощью специ-
альных «ленивых» термометров одновременно с за-
мером уровня воды. Отбор проб воды для химичес-
кого анализа производят каждые 1—3 месяца с по-
мощью специального пробоотборника-водоноса
(рис. 143). В отдельных случаях при резком изме-
нении уровней проба воды для химического анализа
может быть отобрана вне обычных сроков.

Сведения о температуре воздуха и количестве
выпадающих осадков обычно получают с ближай-
шей метеорологической станции. Если до метеоро-
логической станции далеко, необходимо организо-
вать метеорологический пост на участке, где про-
водятся наблюдения за режимом грунтовых вод.
Изучение связи уровней грунтовых вод и реки тре-
бует организации водпоста в створе скважин для на-
блюдения за уровнем в реке в те же сроки, когда
производят замеры в скважинах.

Результаты замеров уровня грунтовых вод в

скважинах заносят в специальный журнал, формаРис. из. общий

J	вид пробоотборнн-

которого приведена В табл. 33.	ка-водоиоса.
Таблица '33

Журнал наблюдений за колебанием уровня грунтовых вод в
скважине №

Координаты скважины: х___; у____

Дата
замера

Время
замера

Глубина, м

Абсолютная
отметка

до до верха уровня
дна воды трубы воды

Состоя-
ние
погоды

Приме-
чание

I

Наблюдатель заполняет все графы, кроме 6-й и 7-й. Вычисле-
ния производятся руководителем группы.

Лабораторные исследования

Пробы грунта в виде монолитов и образцов с нарушенной
структурой, отбираемые из технических выработок, поступают
в лабораторию для специальных исследований. На основании
этих исследований вычисляют ряд характерных показателей,
указанных в табл. 20.

. Для скальных и полускальных грунтов определяют предел
прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии и коэффи-
циент размягчаемости (для полускальных грунтов, залегающих
выше уровня грунтовых вод).

Если грунты крупнообломочные, то определяют только их
гранулометрический состав.

Для грунтов рыхлых и связных необходимо определить гра-
нулометрический состав, влажность, объемный и удельный веса
и угол внутреннего трения. Эти данные позволяют вычислить по-
ристость, коэффициент пористости, степень влажности, объемный
вес грунта (сухого и находящегося ниже уровня воды) и коэф-
фициент трения.

Для глинистых грунтов дополнительно определяют предел
пластичности, предел текучести, зависимость между давлением и
пористостью (кривую сжатия), причем для лессовых грунтов—по
особой программе, и сцепление. Результаты этих анализов позво-
ляют вычислить число пластичности, коэффициент уплотнения,
относительную просадочность (для лессовых грунтов), модуль
сжимаемости, показатели консистенции и коллоидной актив-
ности.

Для песков дополнительно определяют угол естественного
откоса и объемный вес в наиболее плотном и рыхлом состоянии,
что позволит вычислить степень плотности песков.

Инженерно-геологическая съемка

Инж е не р но-г е о л о г и ч е с к а я съемка представляет
собой комплексную геологическую и гидрогеологическую съем-
ку (в различных масштабах) с изучением геологических
процессов и физико-технических свойств грунтов для целей
проектирования и строительства различных сооружений.

На основании съемки составляют инженерно-геологическую
карту. Такие карты могут быть общими, обзорными, охватываю-
щими большие территории и не рассчитанными на определенный
вид строительства. Но это могут быть и карты специальные, на-
пример, инженерно-геологическая карта долины реки в связи с
проектируемым гидротехническим строительством или карта тер-
ритории строительства промышленных объектов и т. д.

Ниже будет освещена методика инженерно-геологической
съемки в связи с планировкой городов и поселков, а также
проектированием промышленых и гражданских объектов (заво-
дов, фабрик, жилых массивов и т. д.).

Инженерно-геологическая съемка производится на точных то-
пографических картах и планах различных масштабов, причем в
состав съемки входит изучение следующих факторов:

форм рельефа с выделением на карте различных геоморфо-
логических элементов (речных долин, стариц, террас, склонов,
плато, оврагов, балок и т. д.);

геологических процессов и инженерно-геологических явлений
(обвалов, осыпей, оползней, карста, просадочных блюдец, сдви-
жений поверхности, эрозионных и абразионных явлений, суффо-
зии, многолетней мерзлоты и др.) с нанесением на карту участ-
ков их распространения;

геологического строения территориии с нанесением на карту
границ толщ пород различного состава и возраста;

гидрогеологических условий;

физико-технических, свойств геолого-литологических разно-
стей пород;

условий стока и скопления атмосферных вод и мест их сбро-
са, а также участков инфильтрации вод (в районах распростра-
нения лессовых грунтов);
состояния существующих зданий и сооружений с характери-
стикой (по возможности) грунтов оснований, конструкций фун-
даментов, нагрузки от сооружений с подробным описанием об-
наруженных деформаций сооружений в виде трещин, перекосов,

кренов и т. п.

Изучая геологическое строение местности при
съемке, следует использовать все пройденные разведочные вы-
работки (скважины и шурфы), условия расположения которых

были освещены ранее, а также описания естественных и искус-
ственных обнажений

Рис. 144. Замер элементов залеганий пла-
стов горным компасом.

(оврагов, карьеров,
котлованов) с нанесе-
нием всех, выработок и
обнажений на карту.
Если в обнажениях
пласты имеют явно вы-
раженные элементы за-
легания, эти элементы
необходимо определить
с помощью горного
компаса, как показано
на рис. 144.

Элементы зале-
гания пласта ха-

рактеризуются линией
простирания (азимут
линии простирания),

углом падения и азимутом проекции линии падения на горизон-
тальную плоскость.

Для определения простирания пласта на нем расчи-
щается ровная площадка, параллельная напластованию, и гор-
ный компас устанавливается вертикально на длинную грань,
шкалой отвеса вниз (рис. 144, /), так, чтобы свободный отвес
стоял против нуля. После этого по длинной грани компаса про-
водится черта, как показано на рис. 144, /. Это и будет линия
простирания пласта. Компас приводят в горизонтальное поло-
жение и обращают его северную часть по искомому направле-
нию. Затем освобождают магнитную стрелку и определяют ази-
мут линии простирания (рис. 144, 2), указываемый северным
концом стрелки.

Угол падения определяется путем вращения компаса
по поверхности пласта до момента, когда отвес дает наиболь-
шее отклонение. Это и будет угол падения пласта. Проведя чер-
ту по длинной грани компаса, получим линию падения (рис. 144,
3). Далее компас кладут на поверхность пласта северным кон-
цом вниз (буква С или 0° на лимбе) так, чтобы длинная грань
была расположена параллельно линии падения. Затем компас
приводят в горизонтальное положение (рис. 144,4) и по север-
ному концу стрелки отсчитывают азимут линии падения.

Результаты замеров записывают следующим образом: пр. ЮЗ
202, пд. ЮВ 112 Z31, т. е. азимут простирания 202° (ЮЗ), а
азимут линии падения 112° (ЮВ) и угол падения 31°.

Изучение гидрогеологических условий произво-
дится путем замера уровня грунтовых вод во всех выработках,
а также в имеющихся колодцах и нанесения на карту естествен-
ных выходов воды (источников). В отдельных случаях произво-
дят опытные откачки, определяют направление и скорость пото-
ка грунтовых вод, а также организуют наблюдения за режимом
грунтовых вод.

При проектировании промышленного и гражданского строи-
тельства инженерно-геологические карты можно составлять для
больших территорий (планировка населенных пунктов) или для
незначительных (фабрика, завод, жилой массив и т. д.). Ввиду
этого рекомендуется два типа карт: первый тип — карты инже-
нерно-геологического районирования масштаба 1:10 000—
1 : 25 000 и второй тип — детальные инженерно-геологические
карты масштаба 1 : 500—1 : 5 000.

Охарактеризуем требования, предъявляемые к каждой из
этих карт.

Инженерно-геологическое районирование позволяет наиболее
точно выявить природные условия, поэтому нецелесообразно на
такой карте указывать участки, пригодные, например, для мало-
этажной застройки или непригодные вообще и т. д. Основной
задачей составления инженерно-геологических карт является
объективное отображение геологических условий, т. е. естествен-
ных факторов и возможных инженерно-геологических 'явлений,
на основании которых планировщики и строители сумеют при-
нять наиболее правильное решение характера застройки и ис-
пользования территории.

Основным для такой карты является выделение районов.
Инженерно-геологическим районом считается
участок территории с едиными геоморфологическими формами и
присущим только ему геологическим строением, гидрогеологиче-
скими условиями, геологическими процессами и физико-техниче-
скими свойствами грунтов. Если в пределах районов выделяются
участки, отличающиеся по одному-двум факторам, тогда рай-
он разбивается на подрайоны.

Образец такой карты показан на рис. 145. На обычной гео-
лого-литологической карте показаны границы районов, а в та-
блице характеризуется каждый район по таким данным: назва-
ние района и его номер, геологический разрез, глубина залега-
ния грунтовых вод, рекомендуемый тип фундамента, расчетное
сопротивление грунтов, рекомендуемые инженерные мероприя-
тия.
Условные обозначении



0.

Оползшие породы

Овражный аллю-
вий (переслаива-
ющиеся гесок и
лёсс)

Песок аллювиаль-
ный

Qua

Валунный сугли-
нок (морена) -

Глина краем бу-

Nx роя

Оползень актив-
ный

у_______Уровень грунто-

вых вод

1-V Номера инженер-

но геологических
районов

Горизонтальныи

Вертикальный

Инженерно-геологические районы

				
Глубина  Геологический разрез	залегания  Районы	(мощность пластов), м	грунтовых  вод, м		Рекомендуемый тип фундаментов	Нормативное давление на грунт  106 н/м*	Рекомендуемые инженерные мероприятия
i—лессовое плато	Лесс—15	Ю 12  Глина—10			Отвод поверхностных вод, особая проч- ность водоводов
11—моренное плато	Морена—10	—  Глина—12	Ленточный сборный	1,5—3,0  1		-
III—до чина реки	Песок крупнозернистый 25—30	1—2	Ленточный	1.5—3,0			Временное водопонижение иглофильтро выми установками.  Иногда необходим дренаж
IV—овраги	Переслаивающиеся песок и	1—4  лесс 10—25		Ленточный, иногда песчаные подушки	1,5-2,0	Запрещение срезки земляных масс у подножия склона. Иногда необходим

дренаж

-V—*О11ол*н«вая
зона

плато после осуществления протш*>
оползневых мероприятий. На склонах—
нецелесообразно

Показатели строительных свойств грунтов

	Грану - метмческа*			П.»с	нчзос		о		
	с.-	(. . ржлчме								
									
Г р\ нты	ас г мп гроп-		=		5Е -	— S	«		О О
		а-	••	 _			1	—		о S а
	с ’ — —				— =	S =		*	X Л	
	== ;=				- = г =				— — “
		 	 _ -		—	—		 - _	” -		— -	

9*

Песок аллю-
виальный . .

2

Лесс ... I	5	1	80 1	1	15	20	•	-	» э— ' *	и	I •	—	Я	!•	М	хд-хх	Ж
Валунный су- глинок (морена)	48	42	10	2*	к	12	1 —ад	хж	30-3?	-		-	хз-зд	а>
Глина крас- но-бурая . .	।	8 (	53	39 I	44	22	Я		2.’	*-4<	-	и	ЗД	-	ЗД—4.0 1	300
Песок палео- геновый . . .	90 1	..		-	-	-	I *—I-	2.'	41—И	24	32	г-4	2.0—2,5 1	350

Рис. 145. Карта инженерно-геологического районирования.
Условные обозначения

31,8?

32.4 3

№ Скважины

Красна* бурая
глина

Валунный суглинок
Морена

Лесс мощностью 6-8 м.
залегает на морене
5^0.028

Лесс мощностью 8-Юм,
залегает на красно-бурой
глине C>nD0.048

3Q&J:

30.4 1Й .

0,028—0,048

Глниа красио-бурая . .

1,9—2,0

Рис. 146. Инженерно-геологическая карта

31,2 >0

6.2

32 3

~^2~* 26,1—Отметка уровня
у'	грунтовых вод

Глубина залегания
грунтовых бод

30.821 „

С8вв2б.0^5£

30,3 5

32,2'

32,1 %

Го же.
залегает на красно*
бурой глине

3ff'2w-^'325^

31,8 >?.

37,2
5.3

Отметка
устья
скважины

Уровень грунтовых
бод

Масштаб- вУОУЗОнтальныи
вертикальный

Пластичность

Показатели строительных свойст |рунюв

Трение. грЬд

Сцепление, К1 н/м

2,0—2,5

2,6-3,0

200
В другой таблице приведены основные данные, характери-
зующие физико-технические свойства геолого-литологических
разностей пород. Геологические разрезы, прилагаемые к таким
картам, дают возможность ознакомиться с характерным напла-
стованием пород. Обычно карты инженерно-геологического рай-
онирования состоят из альбома карт, куда входят еще геолого-
литологические карты коренной основы и гидрогеологическая
карта.

Детальная инженерно-геологическая карта сравнительно не-
большого участка какого-либо завода, как, например, показан-
ного на рис. 146, чаще всего расположенного в пределах одного
природного района, должна осветить условия строительства на
данном участке. Ввиду значительных колебаний в мощности
верхних слоев карта может быть построена по принципу просве-
чивания: для слоев, залегающих близко к поверхности (под поч-
вой), мощность пород показана в условных знаках таким обра-
зом, чтобы видеть подстилающий слой.

Если грунтовые воды залегают сравнительно близко от по-
верхности, на карту наносят гидроизогипсы. Кроме того, выделе-
ны участки залегания лесса с различными значениями относи-
тельной и условной просадочности. В табличной форме приведе-
ны основные показатели физико-технических свойств грунтов.
Такая карта дает все необходимые исходные данные для проек-
тирования промышленного предприятия.

Если нагрузка инженерно-геологической карты становится
чрезмерной, т. е. трудной для чтения, необходимо составить
комплекс карт (две-три карты).	<

Испытания грунтов статической нагрузкой и
расчет осадки

Порядок проведения испытаний грунтов статической нагруз-
кой подробно изложен в специальной инструкции Министерства
строительства (И 182—53), как и расчет осадки в СНиП П-Б.1—
62, поэтому эти вопросы здесь будут изложены кратко.

Испытания грунтов статической нагрузкой
производятся с целью определения числового значения модуля
сжимаемости грунта Е и выявления просадочных свойств грунта
при его замачивании (для лессовых грунтов).

Испытания производятся в шурфах глубиной до 3,5 м, а при
большей глубине— в буровых скважинах. В первом случае опыт
производится с квадратным штампом (сварным металлическим)
площадью 5000 см2 (70,9X70,9 сж), а во втором случае — с
круглым стальным штампом площадью 600 см2 (d=27,7 см).
Fla рис. 147 показаны установки для испытания в шурфе и в
буровой скважине.
Конструкция штампа и схема его установки в шурфе пока-
заны на рис. 148. Если испытуемый глинистый грунт пластичен,
а песчаные грунты водонасыщены, поверхность дна шурфа во-
круг штампа засыпают грунтом до восстановления бытового
давления.

До начала опыта прибор должен быть точно центрирован,
после чего приступают к нагрузке ступенями по 0,25 для слабых
грунтов и О,5Х1О5 н/м2 для плотных. Таким образом, для каж-

Рис. 147. Схемы приборов для испытаний грунтов стати-
ческой нагрузкой;

а—в шурфе; б—в буровой скважине;

/—платформа для груза; 2—груз; 3—индикаторы для наб-
людения за осадкой; 4—штамп; 5—штанга.

дой ступени нагрузки необходимо на платформу прибора уло-
жить от 1250 до 2500 кг груза, что следует делать весьма осто-
рожно, с тем чтобы избежать перекоса прибора.

До полной стабилизации осадки к новой нагрузке не присту-
пают. Практически под стабилизацией осадки понимается при-
ращение осадки за 24 часа не более чем на 1 мм (при измерении
приборами с точностью отсчета до 1 мм) или приращение осад-
ки за 2 часа не более чем на 0,2 мм (при измерении приборами
с точностью отсчета до 0,2 мм). Для плотных песков и-глини-
стых грунтов твердой консистенции нагрузка доводится до дав-
ления 3—5Х105 н/м2, а для грунтов иной консистенции или плот,
ности—до давления 1,5—3.0Х105 н/м2.

В течение всего опыта необходимо обеспечить непрерывное и
точное наблюдение за осадкой штампа с помощью нивелира,
прогибомера, рычажного устройства или индикатора (подробно
об этом см. Й 182-53 Минстроя). Осадки штампа измеряются
относительно неподвижных реперов, устанавливаемых на рас-
стоянии не более 2 м от центра штампа. На рис. 147 показаны
индикаторы для отсчета осадки штампа, причем осадка опреде-
ляется как среднее арифметическое измерения четырьмя или
двумя приборами, установленными симметрично относительно
центра штампа.

До начала и после окончания опыта со дна шурфа отбирают
монолиты для изучения физико-технических свойств грунта. По-
сле окончания испытания приступают к разгрузке платформы,
причем она производится ступенями, равными двойной величине

ступени при загружении. После каждой ступени разгрузки в те-
чение 1 часа ведутся наблюдения (три отсчета) за упругой от-
дачей грунта, а после полной разгрузки величина общей упру-
гой отдачи грунта устанавливается не ранее чем через 3 часа.

На основании наблюдений за осадкой штампа можно точно
установить осадку S от каждой удельной нагрузки Р и по-
строить график осадки штампа в зависимости от нагрузки
(рис. 149). Эти данные позволяют вычислить модуль сжимае-
мости Ео, используя формулу для осадки круглого жесткого
штампа

^0 — (1	f12) Sd '

где Ео—модуль сжимаемости, н!м?‘,
Р—полная нагрузка на штамп,

взятая из прямо-.

линейного участка графика зависимости осадки от ни-
грузки (границей прямолинейного участка принима-
ют точку, где приращение осадки за ступень превы-
шает приращение осадки за предыдущую ступень на-
грузки более чем в 2 раза);

d—диаметр	круга, равновеликого площади штам-

па, применявшегося при испытании (при F=0,06 л2
d=0,277 м\ при F=0,5 м2 d—0,798 м);

S—конечная осадка (в м), соответствующая нагрузке
Р и взятая по графику зависимости осадки от на-
грузки;

tu—коэффициент бокового расширения, принимаемый для
песков и супесей равным 0,3, для суглинков—0,35, а
для глин—0,42.

Нормативное значение Ео принимается равным среднему его
значению, полученному в результате нескольких испытаний одно-
го и того же слоя грунта.

Расчет осадки отдельного фундамента производится по фор-
муле

я	8,-

д = s Pi hi р. ,

где	Л —полная осадка, м;

п—число слоев, на которые разбита сжимаемая толща
основания;

Р, —полусумма	вертикальных нормальных давлений

(в н]м2), возникающих на верхней и нижней гра-
ницах слоя i от давления, передаваемого фунда-
ментом;

hi —мощность слоя i, м;

Ei —модуль деформации слоя i, н/м2\

pi —безразмерный коэффициент, зависящий от коэффи-
циента Пуассона слоя i, принимаемый для песков—
0,76, для супесей—0,72, для суглинков—0,57, для
глин—0,43.

Обработка материалов исследований и составление отчета

Материалы инженерно-геологических исследований для из-
вестных стадий проектирования должны быть тщательно обра-
ботаны, после чего составляется отчет.

Материалы бурения (полевые колонки и буровые журналы)
уточняют на основании анализов грунта, и после проверки со-
ставляют сводные геологические разрезы' (рис. 150) по каждому
створу или по всем взаимно-перпендикулярным линиям при бу-
рении по сетке. Для. стадии технического проекта геологические
Рис. 150. Геологический разрез.
Глина N

Глина Рд |гг г1

щебень

УзВестнякуГЛ Л

Песчанок rj\

морена

j ] j [	| Ангидрит

суглинок

Плывун

Мел

Песок тонко-
мелкозернистыаЗЗ&^А ьУПчсь

Песок крупно-
зернистый

Мергель

Сланец

Уголь

Суглинок

fQ Карст старый^ Шурф-скви-
жина

А конус Выноса я К^°$ис

Глина мер-
гелистая

Каолин

магматичес-
кие породы

' Заболоченность X Обнажение

Засоленность у

тической

карстовый^—2—1

Доломит

Метаморфичес-з___Уровень грунта- нагрузкой .

---------- Вых Вод

кие породы

быстрорасту- f
щие оВроги^-Л

Оползни деист-

Вующие л

Оползни затух- А
шие	-.

береговые под- л /2\
мывы

Уровень и напор'
артезианских вод
источник нисхо-
дящий
источник восхо-
дящий

Скважина

£7) КарстсВежий О

шурср

Рис. 151. Условные обозначения для геологических разрезов и инженерно-геологических карт.
разрезы составляют по контурам проектируемых здании в со-
ответствии с расположением скважин.

Напластования слоев отделяются плавными линиями, при-
чем, если пласты выклиниваются, на разрезе их протягивают
примерно до середины расстояния между скважинами.

Каждый пласт заштриховывают условными обозначениями.
У каждой скважины показывают уровень грунтовых вод и дату
замера. Часто в условных знаках даются показатели физико-
технических. свойств грунтов.

Полевую инженерно-геологическую карту также уточняют по
составленным разрезам и окончательно редактируют. Условные
обозначения, применяемые для составления геологических разре-
зов и инженерно-геологических карт, показаны на рис. 151.

Геологические условия отражаются, как указыва-
лось выше, на геологических разрезах и инженерно-геологиче-
ских картах. В том случае, если грунтовые воды залегают в пре-
делах сжимаемой толщи или выше, необходимо составить карту
гидроизогипс.

Если за режимом грунтовых вод проводились наблюдения,
то полученные материалы сводят в таблицы и графики колеба-
ний уровней по каждой скважине, а также метеорологических
данных и положения уровня в реке (при наличии связи уровней
грунтовых вод и реки). По замерам уровня во всех наблюда-
тельных скважинах составляют карту гидроизогипс на харак-
терные периоды (весна, осень и т. д.).

Изучение фи з'и к о-т ехнических свойств пород за-
ключается в вычислении характерных показателей, затем все чи-
словые значения этих показателей грунтов в пределах одного
слоя (геолого-литологической разности) обрабатывают стати-
стическим методом (если число анализов не менее 10) в целях
выявления их нормативных значений для каждого слоя грунта.

L. Отчет о результатах исследований должен быть сравнитель-
но кратким, точным и ясным. Материалы, имеющие отдаленное
' отношение к результатам работ, не следует приводить в отчете.

Отчет должен состоять из следующих разделов:

1)	введение, где освещается цель работ, их перечень и ме-
тодика; .

2)	описание участка, в котором освещаются климатические
особенноети района (кратко); сила землетрясений (для сейсми-
ческих районов); геологическое строение и гидрогеологические
условия района; геоморфология участка строительства; геологи-
ческое строение и гидрогеологические условия участка строи-
тельства (детально); физико-технические свойства грунтов
участка строительства;

3)	анализ материалов исследований, выводы и рекомендации;

4)	графические и текстовые приложения.
ЛИТЕРАТУРА К I ЧАСТИ

Белоусов В. В. Основные вопросы геотектоники. М., Госгеолтехиздат,
1954.

Геологический словарь. М., Госгеолтехиздат, 1955—1956.

Горшков Г. П., Якушева А. Ф. Общая геология. М., Изд-во МГУ,
1957.

Г у м е и с к и й В. М. Основы геологии для строителей железных дорог.
М., Трансжелдориздат, 1955.

Кузнецов С. С. Геология. М., Учпедгиз, 1956.

Ларионов А. К., Ананьев В. П. Основы минералогии, петрографии
и геологии. М., Изд-во «Высшая школа», 1961.

Ланге О. К. Введение в геологию. М., Госгеолиздат, 1951.

Обручев В. А. Основы геологии. М., Изд-во АН СССР, 1956.

Труды первого совещания по вопросам космогонии 16—19 апреля 1951.
М„ Изд-во АН СССР, 1951.

Яковлев С. А. Общая геология. М., Госгеолиздат, 1948.

ЛИТЕРАТУРА КО II ЧАСТИ

Каменский Г. Н. Основы динамики подземных вод. М., Госгеолиздат,
1943.

Каменский Г. Н. Поиски и разведка подземных вод. М., Госгеол-
издат, 1947.

Каменский Г. Н., Толстихина М. М., Толстихин Н. И.
Гидрогеология СССР, М., Госгеолтехиздат, 1959.

Ланге О. К- Основы гидрогеологии. М., Изд-во МГУ, 1950.

Ланге О. К. Подземные воды СССР. М., Изд-во МГУ, 1959.

Лебедев А. Ф. Почвенные и грунтовые воды. М., Изд-во АН СССР,
1936.

Овчинников А. М. Общая гидрогеология. Изд. 2-е. М., Госгеолиздат,
1955.

Саварецский Ф. П. Гидрогеология. ОНТИ. Изд. 3-е. М., 1957.

/ Семихатов А. Н. Гидрогеология. М., Сельхозгиз, 19'54.

С и л и н-Б е к ч у р и н А. И. Специальная гидрогеология. М., Госгеол-
издат, 1951.

Справочник гидрогеолога. М., Госгеолтехиздат, 1962.

. ЛИТЕРАТУРА К Ш ЧАСТИ

Абелев Ю. М. Плывуны как основание сооружений и методы их ис-
следований на месте постройки. М., Стройиздат, 1947.

Абелев Ю. М. Основы проектирования и строительства на макропори-
стых грунтах. М., Машстройиздат, 1948.
Аскалонов В. В. Силикатизация лессовых грунтов. М., Машстрой-
издат, 1949.

Винокуров Ф. П., Тетеркин А. Е., Питерман М. А. Торф'в
строительстве. Минск. Изд-во АН БССР, 1959.

Временные технические условия и инструкции на исследования грунтов
оснований промышленных и гражданских зданий и сооружений. М„ Гос-
стройиздат, 1954.

Гвоздецкий Н. А. Карст. М., Географиздат, 1954.

Гольдштейн М. Н. Механические свойства грунтов. М., Госстрой-
издат, 1952.

Гольдштейн М. Н. Внезапное разжижение песка. В сб. «Вопросы
геотехники». М., Госстройиздат, 1953.

Денисов Н. Я- Строительные свойства лесса и лессовидных суглин-
ков. Изд. 2-е. Госстройиздат, 1953.

Денисов Н. Я- Строительные свойства глинистых пород и их исполь-
зование в гидротехническом строительстве. М., Госэнергоиздат, 1955.

Денисов Н. Я. Инженерная геология и гидрогеология. М., Госстрой-
издат, 1957.

Денисов Н. Я. Инженерная геология. М., Госстройиздат, 1960.

Дранников А. М. Оползни. Типы, причины, меры борьбы. Киев, Изд.
отдел Гипросельстроя. 1956.

Д р а н н н к ов А. М. Особенности лессовых просадочных грунтов СССР
и условия строительства на эаих грунтах. В сб. «Материалы совещагшя,по
закреплению и уплотнению грунтов». Киев, Изд. АСиА УССР, 1962.

Дранников А. М. Особенности строительства в оползневой зоне.

В сб. «Материалы VI сессии АСиА УССР». Киев, Изд. АСиА УССР, 1962.

Инструкция по термическому укреплению просадочных макропористых
(лессовидных) грунтов (И 202-55) МСПМХП, 1956.

Коломенский Н. В. Инженерная геология. Ч. 1, 2. М., Госгеол-
издат, 1951, 1956.

Лебедев А. Ф. Природа истинных плывунов. «Москва—Волгострой»
№ 3, 1935.

Литвинов И. М. Термическое укрепление просадочных лессовых и
других грунтов в основаниях различных зданий и сооружений. К-, Госстрой-
издат УССР, 1955.

Мавлянов Г. А. Генетические типы лессов и лессовидных пород цент-
ральной и южной частей Средней Азии. Ташкент, Изд. АН УзССР, 1958.

Маслов Н. Н. Прикладная механика грунтов. М., Машстройиздат, 1949.

Маслов Н. Н. Инженерная геология. М., Госстройиздат, 1957.

Маслов Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М.,
Автотрансиздат, 1961.

Орнатский Н. В. Механика грунтов. М., Изд-во МГУ, 1962.

Попов И. В. Инженерная геология. Изд. 2-е. М., Изд-во МГУ, 1959.

Попов И. В. Инженерная геология СССР. М., Изд.-во МГУ, 1961.

Приклоиский В. А. Грунтоведение. Ч. 1, 2. М., Тосгеолиздат, 1949,
1952.

Пэк Р. Б., Хенсон У. Э., Т о р н б у р н Т. X. Основания и фундаменты.
М., Госстройиздат, 1958.

Ройнишвили Н. М. Противообвальные сооружения на железных до-
рогах. М., Трансжелдориздат, 1960.

Саваренский Ф. П. Инженерная геология. QHT14, М., 1939.

Сайдаковський С. 3. 1нженерна геолопя. X., Вид. ХДУ, 1958.

Семенов ,М. П. Задачи и методы инженерно-геологических исследо-
ваний для промышленного строительства М., Госстройиздат, 1957.

Сергеев Е. М. Грунтоведение. М., Изд-во МГУ, 1959.

СНиП П-Б.1-62. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.
М., Госстройиздат, 1962.
СЙиП 11-Б.2-62. Основания и фундаменты зданий и сооружений на про-
садочных грунтах. Нормы проектирования. М., Госстройиздат, 1962.

СумгМн М. И. и др. Общее мерзлотоведение. М., Изд-во АН СССР,
1940.

Т е р ц а г и К., Пэк Р. Механика грунтов в инженерной практике. М.,
Госстройиздат, 1958.

Тердаги К. Теория механики грунтов. М., Госстройиздат, 1961.

Технические условия проектирования оснований и фундаментов на вечно-
мерзлых грунтах (СН 91-60). М., Госстройиздат, 1960.

Тэйлор Д. Основы механики грунтов. М., Госстройиздат, 1960.

Флейшман Q М. Селевые потоки. М., Госгеографиздат, 1951.

Цытович Н. А. Механика грунтов. М., Госстройиздат, 1951.

Цытович Н. А й др. Основания и фундаменты. Госстройиздат, М.,
1959.

Антонов Л._ я др. Наръчник по инженерна геология. София, Държ.
изд. «Наука и Йзкуство», 1958.

Bendel L.> Ingenieurgeologie. Wien Springer—Verlag. Erster teil—
1949; zweiter teil — 1948.

К г у n i n e D. P„ Judd W. R. Principles of Engineering Geology and
Geotechnics. New York. 1957.

- L a m b e T; W., Soil Testing for Engineers, New York — London, 1958.

Mayer A. Precis de mecanique des sols. CAC.

Pietkowski R. Mechanika gruntow. Warszawa. 1957.

Tshebotafioff, Gregory P. Soil Mechanics, Foundations, and
Earth Structures. Fighth Printing. 1958 Me Graw —Hill book company.

Zaruba Quido, Mencl Vojtech Ingenieurgeologie. Akademie—
Verlag. Berlin. 1961.
ОГЛДЁЛЕНИ£'

От автора ...	.3

Введение .	.	5

Часть I

ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ

Глава 1. Физические свойства Земли .	...	8

Фигура Земли. Плотность Земли. Тепловое состояние Земли.

Глава 2. Строение и состав земли...............................10'

Атмосфера. Гидросфера. Литосфера. Биосфера. Строение глу-
бинных слоев Земли.

Глава 3. Происхождение Земли........................ .	13

Глава 4. Горные породы и формы их залегания.....................15

Породообразующие минералы. Магматические горные породы.

Осадочные горные породы. Метаморфические горные породы. •

Глава 5. Процессы внутренней динамики Земли.....................28

Тектонические движения. Вулканизм. Землетрясения. Стро-
ительство в местностях, подверженных землетрясениям.

Глава 6. Денудационные процессы .	.....................40

Выветривание. Размывающая деятельность водотоков и вол-
ноприбоя моря. Деятельность снега и льда. Деятельность ветра.

Глава 7. Геохронология	.	...	58

Часть II

ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Глава 8. Вода в земной коре.....................................60

Круговорот воды в природе. Распределение воды в земной коре.

Виды воды в горных породах. Водные свойства пород. Проис-
хождение подземных вод. Классификация подземных вод. Физи-
ческие свойства и химический состав подземных вод.

Глава 9-. Верховодка......................•.....................73

Глава 10. Груитовыр воды....................................    75

УсловияЛшфильтрации. Типы грунтовых вод. Режим грунтовых вод.

Глава 11. Межпластовые воды .....	.	.	87

Глава 12. Напорные, или артезианские, воды .....................88

Пластовые воды. Трещинные и карстовые воды.
Глава 13. Движение подземных вод к водосборным сооружениям . 9ц
Приток воды- к колодцу. Приток воды к канаве. Приток воды
к котловану. Методика определения коэффициента фильтра-
ции. Зависимость дебита скважин от понижения уровня воды.
.Взаимодействие водозаборов.

Часть III

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Глава 14. Инженерно-геологическая классификация горных пород .	109

Классификации пород. Показатели физико-технических свойств
пород.

Глава 15. Природа и характер деформаций грунтов.............122

А. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 16. Движение пород со склонов.........................127

Селевые потоки. Обвалы и осыпи. Оползни. Причины образо-
вания оползней. Классификация оползней. Меры борьбы с
оползнями. Особенности строительства в оползневой зоне.

Глава 17. Просадки и провалы.............................*	.	166

Лессовые грунты и их свойства. Просадочиость. Методы оценки
просадочности лессовых грунтов. Меры, обеспечивающие устой-
чивость сооружений, возводимых на просадочных лессовых
грунтах. Карст. Сдвижение поверхности.

Глава 18. Плывуны и суффозия .	. М...........................192

Природа плывунов и суффозии. 'Плывуны как основание
сооружений.

Глава 19. Многолетняя (вечная) мерзлота ........................196

Режим и строение толщи многолетней мерзлоты. Подземные
воды области многолетней мерзлоты. Наледи и бугры. Усло-
вия строительства.

Глава 20. Насыпные и слабые грунты .	.....................206

Строительство на насыпных грунтах. Строительство на слабых
грунтах.

Б. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава, 21. Цели, задачи и объем исследований....................215

Исследования на стадии проектного задания. Исследования на
стадии технического проекта или рабочих чертежей. Исследо-
вания в связи с надстройкой зданий. Исследования на стадии
планировочного проектирования градостроительных работ. Ис-
следования при строительстве дорог.

Глава 22. Геологоразведочные работы	...	228

Горные выработки. Организация наблюдений за режимом грун-
товых вод. Лабораторные исследования. Инженерно-геологи-
ческдя съемка. Испытания грунтов статической нагрузкой и ,
расчет осадки. Обработка материалов исследований и состав-
даиие отчета.

Питература........................ ....	251
Абрам Маркович Дранникоё

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Редактор В. В. Вишневый

Технический редактор Н. Л. Леущенко
Корректор Л. С. Веревка

Бф\£)4149. С^ано в набор 30.IX-1963V Подписано к печат
Бумам 60x 90716=8 бумажных, 16 физ. и усл. печ.+ 1 вклейка,
ТираиоЗЦОр/	Цена 67 коп.

Государственное издйельдаао .-литературы по строите
и архитектуре У€ОР>, Киев,«Владимирская, 24

ТипогпяАия Госстпойиапятя УССР, Киев, Выборгска