Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




25.09.2019


14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019





Яндекс.Метрика
         » » Инженерно-геологические характеристика и оценка торфов и заторфованных пород

Инженерно-геологические характеристика и оценка торфов и заторфованных пород

14.12.2017

Торф — это горная порода opганогенного происхождения, образовавшаяся в результате накопления и разложения органических остатков, главным образом растительных, в болотах и на заболоченных участках, содержащая примеси песчано-глинистого материала. Он является основным генетическим типом болотных отложений. По Строительным нормам и правилам (СНиП II—15—74) торфом называют породу, содержащую более 60 % растительных остатков. Породы, содержащие от 10 до 60 % растительных остатков, называют заторфованными.

По внешнему виду торф в зависимости от степени разложенности растительных остатков (гумификации) представляет собой более или менее волокнистую, землистую или пластичную вязкую массу бурого цвета с различными оттенками от светло бурого до темно-бурого и черного. Сухое вещество его состоит из растительных остатков разной степени гумификации, гумуса (хорошо или полностью разложившейся органики) и минеральных веществ, остающихся после сгорания торфа в виде золы.

В зависимости от условий образования и строения болот существенно изменяются состав и свойства болотных отложений — торфа и заторфованных пород, а следовательно, и условия строительства на них. Болота образуются в тех местах, где имеется избыток влаги, насыщающей самые верхние горизонты отложений земной коры или застаивающейся на их поверхности. Наиболее благоприятны для образования болот влажный климат, равнинный рельеф или пониженные элементы рельефа и близкое к поверхности земли залегание подземных вод. Образование болот обычно сопровождается развитием бототной растительности и накоплением растительных остатков при ее отмирании.

Образование болот может быть связано либо с заболачиванием суши, либо с зарастанием водоемов. Заболачивание суши может происходить различными способами. Болота могут возникать на ровных плоских поверхностях или в понижениях рельефа, где скапливаются дождевые и талые воды, а испарение недостаточно. Такие верховые (моховые) болота особенно широко распространены на водораздельных пространствах. Главным торфообразователем в них является мох — сфагнум (белый), в составе болотных отложений всегда наблюдается малое содержание примесей терригенного материала, так как условия для его привнося здесь неблагоприятны. Поэтому торф таких болот малозольный.

Образование болот может происходить также и на пологих склонах, и в основании склонов вследствие избыточного увлажнения рыхлых отложений подземными и атмосферными водами. Такие болота имеют смешанное питание, и их обычно относят к типу переходных. Образование торфа здесь происходит за счет разложения мхов, травяной, кустарниковой и древесной растительности. Осадки таких болот имеют повышенное содержание минеральных примесей, так как условия для их привноси благоприятны. Торф обладает средней зольностью. Он нередко переслаивается с глинистыми и песчано-глинистыми отложениями делювиального происхождения.

Широко распространено заболачивание суши в местах периодических разливов рек, затапливания и подтапливания пойменных террас и аллювиальных равнин. Болота образуются и на приморских равнинах при периодическом затапливании их морем. Вследствие того что развитие таких болот происходит на пониженных участках рельефа, их обычно называют низинными или луговыми. Основным источником питания их являются поверхностные речные, озерные или морские воды, а также грунтовые аллювиальные, нередко с повышенной минерализацией. Торф низинных болот образуется при разложении травянистых растений (осок, камышей, тростников и др.), зеленых гипновых мхов, а также кустарниковой и древесной растительности. Этот торф содержит большое количество минеральных примесей, нередко образующих слои и горизонты ила и песчано-глинистого материала. В отложениях низинных болот встречаются также горизонты погребенных почв. Для этих отложений весьма характерна слоистость, обусловленная присутствием слоев, горизонтов или линзовидных залежей, состоящих преимущественно из минеральных осадков, накапливающихся в периоды разливов, половодий, чередующихся со слоями, богатыми органическими остатками, образующимися при меженных уровнях. В северо-западных районах европейской части России известны примеры переслаивания торфа с мощными слоями иольдиевых глин, отложившихся в периоды трансгрессии иольдиевого моря. Торф низинных болот обладает повышенной или высокой зольностью.

Общеизвестно образование болот за счет зарастания озерных водоемов растительностью или путем нарастания на их поверхности сплавины — растительного покрова. В обоих случаях заболачивание водоема сопровождается накоплением на его дне минерального и органического ила. Зарастание водоема происходит водными и водно-болотными растениями, укрепляющимися на его дне. При этом они распределяются поясами по зонам глубины и расстояния от берега (рис. IX-1). При перемещении береговой линии внутрь зарастающего водоема на пологом склоне его дна отлагаются новые слои по тем же зонам глубины. Последовательное отложение растительного материала и ила создает слои торфа, состоящего из одинакового, но не одновременно отложившегося материала. Так постепенно водоем мелеет и затем оказывается полностью выполненным болотными отложениями. Заболачивание водоема может происходить и путем развития сплавины в виде надвигающегося с берега по воде зыбучего покрова из мхов и цветковых растений (рис. IX-2). Сплетение корневищ растений образует в этом случае плавающий по водной поверхности растительный массив, под которым накапливается ил, обычно имеющий жидкую текучую консистенцию.

Таким образом, при образовании болот в них накапливаются определенного типа осадки, состоящие из растительных остатков, органических и минеральных седиментов (минеральный и органический илы). Среди болотных отложений преобладает торф.
Процесс разложения органических веществ, как известно, сводится к обогащению их углеродом и к обеднению кислородом. Этот процесс протекает при участии грибков и бактерий. Торф образуется при избытке влаги и при отсутствии или слабом доступе кислорода. Накапливаясь, он образует слои, пласты или залежи среди других болотных образований или слагает их полностью. Поэтому торф может залегать как непосредственно с поверхности земли, так и быть погребенным под другими отложениями на той или иной глубине, а толща болотных отложений может иметь простое или сложное строение. В зависимости от ботанического состава растительного материала, за счет которого происходит формирование торфов, среди них различают: моховой (гипновый, сфагновый), травяной (осоковый, тростниковый, хвощовый и др.), кустарниковый, древесный (табл. IX-1). Название торфа дается по преобладающему составу растений-торфообразователей, содержание которых составляет не менее 15 %. Например, если исследованиями установлен следующий состав торфа, %: осок — 50, травянистых остатков — 33, тростника — 15, хвоща — единичные знаки, то торф будет называться травянисто-осоковым с тростником. Как видно, название растения, преобладающего в составе торфа, ставится в конце.
В разрезах болотных отложений часто наблюдаются слои различного торфа, что является следствием различных условий развития болот. В составе болотных отложений кроме торфа и привнесенного терригенного песчано-глинистого материала имеются еще и другие седименты, которые состоят из следующих двух групп: а) седименты, богатые органическими веществами, — органический ил, так называемые гиттии, дю, сапропель, сапрокол, и б) седименты, состоящие главным образом из минеральных отложений — кремнистых, известковистых, марганцовистых, железистых и др.

Избыточное увлажнение болотных отложений обусловливает слабую аэрацию, с чем связано широкое развитие в них восстановительных процессов. Некоторые химические элементы, например железо, марганец и др., переходят в закисные формы. В результате процессов восстановления образуются такие минералы, как вивианит [Fe3(PO4)2*8H2O], сидерит (FeCO3), пирит (FeS2) и др. В условиях кислой среды, характерной для болотных отложений, двухвалентное железо приобретает высокую подвижность и мигрирует часто вместе с органическими соединениями. В связи с этим болотные воды нередко богаты железом. Следует заметить, что разложение органических остатков сопровождается также образованием некоторых летучих органических соединений, например метана (болотный газ), которые часто способствуют развитию процессов всплывания торфа при создании водохранилищ.
При строительной характеристике и оценке торфа важно учитывать степень разложенности растительных остатков, его образующих, так как от этого изменяются его влажность, влагоемкость, консистенция, водопроницаемость, деформируемость, прочность и устойчивость. Степень разложенности растительных остатков в торфе определяется по содержанию гумуса и другим признакам, перечисленным в табл. IX-2.

По ГОСТ 10650—65 степень разложенности торфа рекомендуется определять по содержанию гумуса методом центрифугирования и выражать в процентах следующим образом:
Интересно заметить, что в силу особенностей влажностного режима, при котором происходило или происходит накопление торфа, разные группы его обычно имеют различную степень разложенности. Так, торфы, образовавшиеся из остатков древесных растений, имеют большую степень разложенности, чем торфы древесно-травянистые, а последние больше, чем древесномоховые. Пониженной степенью разложения отличаются моховые торфы.

При сжигании торфа остается несгорающий остаток — зола, которая характеризует содержание в нем минеральных веществ — зольность. В зависимости от состава и содержания минеральных веществ в торфе изменяются его физико-механические свойства. Поэтому кроме ботанического состава и степени разложенности торфа обязательно следует определять его зольность. Общая зольность торфа слагается из первичной (конституционной) и вторичной (наносной). Первая образуется из солей, содержащихся в тканях растений, и остается после сжигания или разложения органического вещества. Вторая образуется из привнесенного минерального вещества в болота или другие водоемы при формировании болотных отложений. Конституционная зольность обычно составляет небольшую часть от общей. Наиболее часто общая зольность торфов изменяется в пределах от 6 до 18 % (от массы сухой навески торфа) и уменьшается от древесных торфов к моховым. В последних она нередко снижается до 2 % (табл. IX-1). В сфагновых торфах зольность более 3—5 % на абсолютно сухое вещество считается уже вторичной. Обычно зольность торфа с глубиной повышается.

Необходимо отметить, что торфы имеют высокую влажность в условиях естественного залегания. В среднем она изменяется от 85 до 95 %, но может достигать сотен и тысяч процентов в зависимости от ботанического состава торфа, степени его разложенности, климатических условий, степени дренированности местности и др.

Плотность органо-минеральной части и торфа в целом изменяется соответственно от 1,4 до 1,8 и от 0,7 до 1,4 г/м3, причем наивысшие ее значения характерны главным образом для погребенных, более уплотненных и более зольных разностей. В связи с малой плотностью торфы имеют высокую пористость, изменяется в среднем от 85 до 95 %. Коэффициент пористости их измеряется единицами.

Торфы сильновлагоемки, они способны поглощать и удерживать много воды. Так, например, моховые торфы обладают способностью поглощать воды в 15—20 раз больше собственной массы в сухом состоянии. При высушивании торфы, особенно хорошо разложившиеся, могут давать значительную усадку. Водопроницаемость торфов, как в значительной степени и их влагоемкость, зависит от степени разложенности. Хорошо разложившиеся торфы, подобно глинам, практически водонепроницаемы, поэтому в некоторых случаях их используют для гидроизоляционных целей. Плохо разложившиеся и неразложившиеся торфы водопроницаемы, коэффициент фильтрации их измеряется метрами в сутки и может достигать 10—12 м/сут.

В зависимости от степени разложенности, зольности и уплотненности торфы могут иметь устойчивую и неустойчивую консистенцию. Торфы устойчивой консистенции можно вырезать, они не расплываются, не выдавливаются из-под нагрузки, деформация их возможна только за счет сжатия. Разности неустойчивой консистенции выторфовывать нельзя, они расплываются п легко выжимаются из-под нагрузки.
Торфы — это чрезвычайно сильно, неравномерно и длительно сжимаемые породы. Коэффициент сжимаемости их измеряется десятыми долями (0,3—0,8) мегапаскалей и достигает 1 МПа, а коэффициент относительной сжимаемости — десятками процентов. Погребенные торфы также значительно и неравномерно сжимаемы, хотя и меньше, чем залегающие непосредственно с поверхности, т. е. открытые. Коэффициент сжимаемости погребенных торфов изменяется от 0,01—0,03 до 0,1—0,3 МПа. Исследовать сжимаемость торфов в обычных компрессионных приборах с высотой рабочего кольца 15—20 мм недопустимо; для этих целей необходимы приборы с высотой рабочего кольца не менее 40—50 мм.

Для торфов характерны реологические свойства. Для учета времени, необходимого на развитие их деформаций уплотнения, должны ставиться специальные исследования. Модуль общей деформации торфов измеряется 0,1—0,2, реже 1,0—2,0 МПа (у погребенных разностей), причем резко уменьшается уже при первых небольших уплотняющих нагрузках (рис. IX-3). Другие деформационные характеристики торфов имеют значения, близкие к значениям песчаных и глинистых пород (табл. IX-3).
Сопротивление сдвигу различных торфов изучено пока еще недостаточно Имеющиеся данные показывают, что прочность их изменяется в широких пределах в зависимости от ряда факторов (табл. IX-4 и IX-5). Как показывают данные различных исследователей, сопротивление сдвигу торфов снижается при нарушении их естественного сложения и повышается при увеличении наносной зольности. Как указывает H.П Кузнецов, при увеличении зольности с 12 до 36 % в торфе низинного типа коэффициент внутреннего трения увеличивается от 0,18 до 0,45, а сцепление от 0,01 до 0,06 МПа. При увеличении зольности от 9 до 16 % в торфе верхового типа коэффициент внутреннего трения повышается от 0,14 до 0,25, а сцепление — от 0,026 до 0,046 МПа.
Из приведенной характеристики видно, что торфы и заторфованные породы как определенный генетический тип болотных отложений особого состава и состояния характеризуются многими специфическими свойствами. Они, как правило, имеют весьма высокую естественную влажность, малую плотность, большую влагоемкость и чрезвычайно значительную и неравномерную деформируемость — сжимаемость. Все эти особенности характеризуют их как отложения слабые, малопригодные для строительства на них различных сооружений.

При хозяйственном освоении территорий, сложенных торфяно-болотными отложениями, применяют специальные методы инженерно-геологических исследований и оценки. При необходимости строительства на них сооружений применяют все меры, предусматриваемые при строительстве на сильно и неравномерно сжимаемых породах, — армированные пояса, осадочные швы, разрезка зданий на отдельные жесткие отсеки, свайные основания, полное или частичное выторфовывание и др.