Изменения свойств верхних слоев грунта

Освоение территории приводит к изменению влажно­сти и плотности грунтов в черте городской застройки, в со­ответствии с чем изменяются и их теплофизические свойст­ва. Как уже отмечалось, в старых городах типа Якутска на­копление на поверхности грунта отбросов, строительных отходов и прочего влагоемкого мусора приводит к формиро­ванию переувлажненного культурного слоя, несмотря на то, что испарение в пределах города увеличивается.

В новых городах, застраиваемых быстро и планомерно с учетом современных требований к вертикальной планировке, благоустройству, образование такого культурного слоя иск­лючено (например, в центральной части г. Норильска). В таких более благоустроенных населенных пунктах грунты слоя сезонного оттаивания оказываются менее влажными, чем они были до застройки.

При определении глубины сезонного оттаивания — про­мерзания грунтов величину суммарной влажности й?_с ре­комендуется принимать:

для площадок, на которых во время строительства и экс­плуатации зданий и сооружений сохраняется растительный покров и естественный режим грунтовых вод, равной при­родной;

для площадок, где предусматриваются вертикальная пла­нировка, регулирование поверхностного стока, понижение уровня грунтовых вод и другие мероприятия по инженерной

подготовке и благоустройству, равной следующим вели­чинам:

При уменьшении влажности верхних горизонтов грунта их обогрев летом и охлаждение зимой должны уменьшаться. В результате увеличивается слой сезонного оттаивания и по­вышается его температура в летнее время. Как известно, очень влажные грунты оттаивают на небольшую глубину. Основное тепло в этом случае затрачивается на таяние льда, содержащегося в грунте. Зона оттаивания в течение всего лета находится на небольшой глубине, вследствие чего при сравнительно низких значениях температуры оттаивающего слоя градиенты температуры в нем значительны. Наоборот, в сухих грунтах глубина оттаивания больше, зона оттаива­ния быстро уходит вглубь и градиенты температур невелики, несмотря на высокие значения температуры протаявшего слоя. Поэтому в последнем случае поступление тепла в грунт оказывается меньшим. Подобная же картина наблюдается и в зимний период во время промерзания грунта.

Помимо влагосодержания грунта на его температурный режим оказывает большое влияние характер увлажнения. Увлажнение грунта летними осадками зависит от его соста­ва. В песчаном грунте вода инфильтруется в нижние слои. При этом она переносит тепло из более нагретых верхних слоевв менее нагретые, что способствует увеличению слоя сезонного оттаивания. Зимнее же промерзание происходит при кондуктивной теплопередаче. В итоге грунт слоя сезон­ного оттаивания находится полностью в промерзшем состоя­нии значительно меньшее*время, его температура повышается, и поэтому уменьшается охлаждение нижележащих вечномерзлых грунтов.

В глинистых грунтах влага в наибольшей степени насы­щает верхние слои, не проникая глубоко, и передача тепла происходит в основном кондукцией. Насыщение верхних слоев грунта влагой приводит также к увеличению затрат тепла на испарение, что снижает поток тепла, поступающего от поверхности в грунт. Все это способствует понижению температуры вечномерзлых грунтов.

В связи с этим большое влияние может оказать вертикальная планировка площадок строительства. Срезка верх­него глинистого слоя грунта и обнажение песчаного слоя или же подсыпка на поверхности песчаного слоя грунта будут способствовать повышению температуры вечномерзлых грун-

тов. Однако дать количественную оценку влияния характера увлажнения в настоящее время не представляется возмож­ным.

§ 5. Изменения естественного режима грунто­вых вод

Как отмечалось выше, в результате застройки терри­тории происходит увеличение слоя сезонного оттаивания, что может приводить к существенному изменению гидрогеологи­ческих условий. Однако в различных районах эти процессы происходят по-разному. В районах, где вечномерзлая толща имеет значительную мощность и залегает сплошным масси­вом, например в Якутске и Норильске, изменение слоя сезон­ного оттаивания не вызывает заметных изменений режима грунтовых вод. В районах, где вечномерзлые грунты имеют высокую температуру и расчленены таликами, гидрогеологи­ческие условия очень сложные: даже незначительное увели­чение слоя сезонного оттаивания может вызвать резкое из­менение во взаимодействии подземных вод с вечномерзлой толщей. Это характерно главным образом для южных райо­нов области распространения вечномерзлых грунтов.

В верхних слоях вечномерзлых грунтов обычно встреча­ется большое количество ледяных включений в виде линз и прослоек. При оттаивании этих слоев грунт приобретает специфическое посткриогенное строение — на месте вытаи­вающих линз и прослоек образуются пустоты. Кроме того, даже при соприкосновении минеральных прослоек после оттаивания места их контактов могут служить хорошими пу­тями фильтрации.

Г. В. Порхаевым (1960 г.) были исследованы фультрационные свойства оттаявших пылеватых суглинков из поймен­ных отложений р. Оби. Коэффициент фильтрации этих грун­тов после оттаивания оказался в 3—4 раза больше, чем тех же грунтов с нарушенной структурой. При этом коэффи­циент фильтрации во времени практически не изменялся, что указывает на достаточную прочность отдельных агрегатов оттаявшего грунта.

Зависимость коэффициента фильтрации от криогенного сложения грунтов после их оттаивания определялась Л. Н. Хрусталевым (1961 г.) в районе Воркуты. Коэффи­циент фильтрации исследованных им грунтов слоя сезонного оттаивания в условиях естественного залегания превышал в 400 и более раз коэффициент фильтрации тех же грунтов с нарушенной структурой, определенный в лабораторных ус­ловиях.

Благодаря относительно большому коэффициенту фильт­рации оттаявшего слоя грунтовые воды могут перемещаться

в нем на большие расстояния. В южных районах области вечномерзлых грунтов повсеместно распространенные талики являются хорошими коллекторами для этих вод. Переме­щаясь в протаявшем. слое, грунтовые воды усиливают про­цессы переноса тепла в нем, вызывая тем самым дополни­тельное оттаивание подстилающих мерзлых грунтов. Оттаи­вание мерзлых грунтов под влиянием грунтовых вод особен­но усиливается при дополнительном нагреве этих вод в ос­новании зданий и подземными коммуникациями.

Даже усиление движения грунтовых вод только за счет небольшого увеличения глубины оттаивания в южных райо­нах может привести к полной деградации оттаивания вечномерзлой толщи. Так, в районе Буреинской впадины вечномерзлые грунты на осваиваемой территории оттаивают. На­рушение растительного покрова и увеличение глубины оттаи­вания вызывает резкие изменения гидрогеологических условий, а движение грунтовых вод приводит к уменьшению мощности и повышению температуры мерзлых толщ. И хотя под зданиями с холодными подпольями обычно создаются ус­ловия для сохранения вечномерзлого состояния грунтов, здесь в результате действия грунтовых вод может произойти оттаивание мерзлого основания.

Наблюдения за температурным режимом грунтов в Воркутинском районе показали, что и здесь большую роль игра­ет гидрогеологический режим. Здесь вечномерзлые грунты небольшой мощности имеют высокую температуру и преры­ваются таликовыми участками со сложными гидрогеологиче­скими условиями. В черте застройки г. Воркуты уплот­нение и удаление снега должно привести к значительному понижению температуры грунта. Однако вследствие гидро­геологических особенностей района и нерациональной про­кладки санитарно-технических коммуникаций наблюдается весьма пестрая картина формирования мерзлотно-грунтовых условий на застроенной территории.

Грунтовые воды, нагретые в таликах под зданиями и около санитарно-технических коммуникаций, уложенных в грунт без каналов, изменяют мерзлотно-грунтовые условия на большой территории. Это наглядно показали наблюдения на площадке шахты № 27, где за два года зоны оттаивания вокруг коммуникаций содействовали образованию новых по­лос стока грунтовых вод и вызвали опускание верхней по­верхности вечномерзлых грунтов на всей территории пло­щадки. Когда же теплофикационные сети были вынесены на поверхность грунта, началось восстановление прежних мерзлотно-грунтовых условий.

Рассмотренные материалы показывают, что если на тер­ритории застройки допустить конвективный перенос тепла грунтовыми водами, то независимо от температуры мерзлых

грунтов и их распространения в плане происходит интенсив­ное оттаивание грунтов, которое приводит к недопустимым деформациям зданий и сооружений. В связи с этим при ос­воении территории должны быть выполнены мероприятия по предотвращению движения грунтовых вод. Если эти меро­приятия будут выполнены правильно, то на территории за­стройки исключится фильтрация воды, и оттаивание грунтов около тепловыделяющих сооружений будет узко локализо­вано. В дальнейшем на территории застройки влияние фильтрационных вод на температурный режим вечномерзлых грунтов не учитывается.

На основании проведенного анализа имеющегося факти­ческого материала о направленности и интенсивности измене­ний тепловых процессов на застроенной территории можно сделать следующие выводы,.

1. Изменения внешнего тепло- и массообмена в результа­те застройки создают благоприятные условия для сохране­ния грунтов в мерзлом состоянии и даже для понижения их температуры.

2. Изменения снежного покрова оказывают наиболее сильное влияние на температурный режим вечномерзлых грунтов на площадке. Поэтому застройка территории, приво­дящая к уплотнению и удалению снежного покрова, способ­ствует существенному понижению температуры вечномерзлого грунта.

3. В южных районах области распространения вечномерзлых грунтов при незначительной высоте снежного пок­рова в естественных условиях уничтожение растительного покрова и вертикальная планировка площадок в результате застройки (срезка глиняного слоя с обнажением песчаного грунта или подсыпка песчаного грунта) могут оказать пре­валирующее влияние и привести к деградации вечномерзлых толщ на застраиваемой территории.

4. Изменение режима грунтовых вод в результате освое­ния территории приводит, особенно в районах с высокотем­пературными вечномерзлыми грунтами, к деградации пос­ледних на больших площадях. Поэтому при застройке терри­тории в области распространения вечномерзлых грунтов не­обходимо принимать меры для исключения влияния конвек­тивного переноса тепла грунтовыми водами на основания зданий и сооружений в пределах застройки (за исключением случаев, когда на всей территории застройки неизбежна дег­радация вечномерзлых грунтов).

Глава III

Поиск по сайту: