Под моренными грунтами следует понимать все генетические типы ледниковых (гляциальных) отложений, включающие в свой зерновой (гранулометрический) состав, кроме глинистых, пылеватых и песчаных частиц, также более крупные обломки ледникового происхождения (гравий, галька, валуны).
К настоящему времени строительные свойства моренных отложений изучены обобщенно, и сведения относятся главным образом к основной (донной) морене и к конечно-моренным отложениям без подразделения их по генетическим и возрастным (стратиграфическим) признакам.
Изучение строительных свойств моренных отложений как региональных грунтов Белоруссии начато с середины пятидесятых годов в Белорусском политехническом институте, Институте строительства и архитектуры Госстроя БССР (ИСиА), Белгоспроекте и в других организациях. С 1964 г. Госстроем БССР введены в действие «Указания по учету особенностей моренных грунтов Белоруссии при проектировании естественных оснований». Далее мы рассмотрим положения Указаний подробней.
Распространение. Схематическая карта залегания моренных грунтов на территории БССР составлена в Институте строительства и архитектуры Госстроя БССР на основании данных изысканий ряда научных и проектных организаций. По данным исследователей, моренные грунты занимают 84,1% территории БССР, при этом на глубине до трех метров от поверхности земли они распространены на 51,5 % территории, т. е. практически половина зданий и сооружений в основании имеют моренные отложения. При более глубоком залегании морены она может быть использована в качестве несущего слоя свайных фундаментов.
Состав и номенклатура. В общем случае моренный грунт имеет в своем составе 4 фазы (компоненты): скелет, воду, газ и гравийно-галечниковые включения. Моренные грунты классифицируют в зависимости от содержания гравийно-галечниковых включений (по весу от общей пробы) на 2 вида: а) с включениями до 15%; б) с включениями более 15%.
Для вида а) влияние включений на свойства не учитывается; для вида б) учитывается влияние крупных включений.
В зависимости от числа пластичности (табл. 4) моренные грунты разделяют на супеси, суглинки и глины и указывают состояние по влажности (консистенция) по табл. 5.
Вид грунта можно определить также по содержанию глинистых частиц (< 0,005 мм) согласно табл. 4.
По лабораторным исследованиям, выполненным в БПИ, преобладающей фракцией является песчаная (42,9—78,8%), а глинистая фракция составляет 3,2÷21 %, т. е. моренные грунты в большинстве случаев классифицируются как супеси.
Физические свойства. Обобщенные данные исследований свойств приведены в табл. 9.
Таблица 9. Показатели физических свойств моренных грунтов.
Индекс | Наименование | Значения для всех видов* | Супеси** | Суглинки** | |||
предельные | средние | предельные | средние | предельные | средние | ||
Vs | Удельный вес, кг/см3 |
| 2,68 | 2,64—2,73 | 2,68 | 2,66—2,74 | 2,70 |
V | Объемный вес, кг/см3 | 2,1—2,34 | 2,12 | 2,00—2,20 | 2,10 | 2,06—2,30 | 2,18 |
W | Влажность, % | 8,0—17,4 | 12,23 | 7,0—15,0 | 11 | 8—18 | 13 |
G | Степень влажности |
| 0,78 | 0,36—1,0 | 0,70 | 0,47—1,0 | 0,95 |
п | Пористость | 22,5—34,6 | 29,27 | 22—36 | 29 | 22—31 | 26 |
е | Коэффициент пористости | 0,29—0,50 | 0,42 | 0,35—0,51 | 0,43 | 0,28—0,45 | 0,37 |
* Данные лаборатории БПИ ** Данные лаборатории ИСиА
Механические свойства. На основании обобщения проведенных исследований и опыта строительства приняты нормативные и расчетные характеристики углов внутреннего трения и удельного сцепления С в зависимости от коэффициентов пористости е и влажности на границе раскатывания WP, приведенные в табл. 10.
Таблица 10. Углы внутреннего трения φ и удельное сцепление С для моренных грунтов, кгс/см2
Wp, % | Характеристики | Величины при | |||
е = 0,31— 0,40 | е = 0,41 — 0,50 | ||||
нормативн. | расчетн. | нормативн. | расчетн. | ||
10,0—12,0 | С;φ | 0,47;29 | 0,14;22 | 0,39;26 | 0,14;20 |
12,1—14,0 | С;φ | 0,69;24 | 0,51;18 | 0,58;21 | 0,23;17 |
14,1—16,0 | С;φ | 1,71;19 | 1,36;15 | 0,76;18 | 0,30;13 |
Модуль деформации моренных грунтов по СНиП зависит от коэффициента пористости и не зависит от их вида (супеси, суглинки) и консистенции в пределах до 1L≤0,5. По результатам опытного строительства для грунтов твердой консистенции получен модуль деформации в среднем 500кгс/см2.
Модуль деформации принимают: для супесей твердой консистенции — 300—660 кгс/см2, для суглинков — 450—540кгс/см2. Весьма показательно, что модуль деформации моренного основания Останкинской телевизионной башни, по данным наблюдений за осадками, получен в значениях 870—1240 кгс/см2.
Условные расчетные давления на моренные грунты (для расчета оснований зданий III и IV классов) принимают по табл. 11.
Таблица 11. Условные расчетные давления на моренные грунты, кгс/см2
Наименование | Коэффициент пористости, е | Состояние грунта в основании | ||
твердое | тугопластичное | мягкопластичное | ||
Супесь моренная | 0,50 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
0,45 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | |
0,40 | 5,0 | 4,0 | 3,5 | |
Суглинок моренный | 0,45 | 5,0 | 3,5 | 3,0 |
0,37 | 6,0 | 4,0 | 3,5 | |
0,30 | 7,0 | 4,5 | 4,0 |
Приведенные значения физико-механических показателей характеризуют грунты как весьма прочные и малодеформативные в основаниях сооружений. Полное использование их несущей способности в основаниях является важным резервом в экономике строительства.
Опытное строительство на моренных грунтах
Первый научно обоснованный опыт экспериментального строительства на морене был выполнен Ю. Б. Колоколовым.
После соответствующих лабораторных и полевых исследований моренных грунтов им было организовано строительство экспериментальных жилых домов на морене в 1959/60 г.: построен 4-этажный 64-квартирный жилой дом серии 1-447-3 и 48-квартирный дом серии 1-447-7. В 1962/63 г. построено еще пять экспериментальных зданий. На моренные грунты были приняты повышенные расчетные давления в пределах 3,5—4,5 кг/см2. По данным наблюдений, средние осадки зданий не превысили 23 мм, а максимальные — 30 мм.
Сотрудники лаборатории механики грунтов ИСиА Госстроя БССР организовали широкие научные исследования и разработки по теоретическому и экспериментальному исследованию моренных грунтов. Были организованы систематические наблюдения за осадками зданий, построенных на морене. Анализом выявлены небольшие средние осадки: 56-квартирного дома — 16,94 мм, общежития на 276 человек — 9,08 мм, производственных корпусов № 1—4,73 мм и № 2—6,69 мм. Модули деформации получены от 270 до 610 кгс/см2.
Анализом наблюдений за осадками выявлено, что несущая способность моренных грунтов полностью не используется.
Аналогичный вывод был сделан И. А. Голубевым, который ряд лет проводил наблюдения за осадками зданий, построенных на моренных и песчаных грунтах.
Наш опыт строительства на основной морене с использованием ее высокой несущей способности и малой деформативности в основаниях относится еще к 1959 г. В Орше на моренных отложениях построен 3-этажный дом из силикатных блоков на крупнопанельных фундаментах, примененных в республике впервые. Опыт подробно освещен -в нашей книге. В 1962 г. построено на облегченных крупнопанельных фундаментных стенках шириной всего 35 см без подушек одноэтажное кирпичное здание арматурного цеха Смолевичского завода железобетонных изделий. Вышеназванные экспериментальные здания эксплуатируются вполне нормально.
Однако следует подчеркнуть, что широкое экспериментальное строительство на моренных отложениях на основе научных результатов еще не организовано. Поэтому несущая способность моренных грунтов в полной мере до сих пор еще не используется.