Жарова С.С., Жаров С.В., Иманов М.О.

Карагандинский государственный технический университет

К проблемам проектирования и строительства зданий и сооружений на засоленных грунтах

Засоленность грунтов является характерной чертой областей с сухим и жарким климатом, где процессы испарения преобладают над процессами инфильтрации. К ним относятся многие районы Средней Азии, Казахстана, юга Западно-Сибирской низменности, Восточного Закавказья и многих других географических зон земледелия. Это земли пойм и дельт рек: Амударьи, Сырдарьи, Волги, Нижнего Дона, Урала, Куры, Аракса; межгорные равнины (Голодная и Джизакская степи, Ферганская и Вахшская долины, Чарджоуский оазис); приморские низменности (Прикаспийская, Присивашье). Общая площадь засоленных земель составляет свыше 10 % территории стран СНГ. Химический состав грунтов разнообразен, однако он имеет определенную географическую закономерность. В пределах Казахстана, согласно принятой классификации в дорожном строительстве по методике института КарГИИЗиК, условно выделяется три области различного типа засоления. В Прикаспийской низменности преимущественное распространение получило хлоридное засоление. Восточнее и северо-восточнее Аральского моря – грунты сульфатного и хлоридно-сульфатного засоления. Максимальное содержание легкорастворимых солей в грунтах Казахстана и республик Средней Азии достигает 5...10 %, среднерастворимых-65...70 % и карбонатов – 30...60 %. Соли в твердой фазе грунтов встречаются фактически повсеместно во всех ландшафтах с недостаточным увлажнением. При этом большую часть структуры представляют соли, образовавшиеся в результате кристализации при испарении концентрированных грунтовых растворов. Они формировались под влиянием естественно-временных и техногенных факторов. Минерализация грунтов отдельных районов объясняется приносом солей с окружающих возвышенностей. Общей причиной засоления грунтов принято считать процесс выветривания соляных известняков, гипсов, галитов и других видов горных пород.

В современных условиях интенсивного сельскохозяйственного освоения земель путем их химизации, орошения, промывок и осушения выделяется особая группа техногенных факторов соленакопления в грунтах. Дело в том, что в засушливых районах Казахстана и Средней Азии, вследствие ошибок при проектировании мелиоративных работ и избыточном орошении, развивались зоны вторичного засоления. Это связано с тем, что при интенсивном поливе вода проникает в глубинные толщи и, встречаясь с чрезвычайно минерализованными слоями горных пород, насыщается солями. В дальнейшем, по мере высыхания орошенной поверхности, раствор, захвативший соли глубинных толщ, по мельчайшим капиллярам между частицами грунта поднимается вверх. На дневной поверхности вода из растворов испаряется, а соли откладываются, накапливаясь с каждым поливом. Большой дефицит оросительных вод в ряде регионов предполагает для улучшения водообеспечения использование минерализованных морских и сточных вод. Однако такие источники приносят с собой также значительное количество солей. При транспирации воды растительностью и испарении соли откладываются в грунте, вызывая его минерализацию. Особенно резко процесс засоления проявляется на глинистых грунтах с низкой водопроницаемостью.

Засоление грунтов интенсифицируется при внесении в почву минеральных удобрений на каждом гектаре. Из общего количества вносимых солей менее 250 кг усваивается растениями в виде питательных веществ, а все оставшееся количество инфильтруется через почву в грунт.

Многолетнее орошение и низкая культура технической мелиорации земель, а также недооценка в прошлом борьбы с засолением, привели к тому, что до 35% орошаемых земель в Казахстане и Средней Азии засолено или склонно к засолению. В результате вторичного засоления ежегодно из сельскохозяйственного оборота выпадает до ста тысяч гектар и более поливных земель.

Основания на засоленных грунтах необходимо проектировать и устраивать с учетом специфических свойств последних, которые обусловливают развитие чрезмерных деформаций и снижение прочности грунтов при их рассолении. Однако опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на засоленных глинистых грунтах, показал, что требования нормативных документов не всегда выдерживаются. Зачастую, при проектировании объектов на маловлажных засоленных грунтах не предусматриваются водозащитные противосуффозионные мероприятия. В какой-то степени это правомерно, так как указанные грунты в условиях низкой влажности обладают малой сжимаемостью, большой связностью и повышенной прочностью. Однако при подтоплениях в результате длительного фильтрационного воздействия грунтовых растворов соли размягчаются, растворяются и выносятся, что проявляется в ухудшении механических свойств грунта. При проектировании зданий и сооружений на карбонатных пылеватоглинистых лессовых грунтах деформация основания определяется суммированием осадки под нагрузкой от возводимого сооружения и просадок при условии возможного их замачивания. Развитие в этих грунтах суффозионных деформаций нормативными документами не предполагается. Требования СНиП правомерны в условиях низкой влажности и стабилизированного водного и солевого режима в основании, однако, практика строительства и эксплуатации показывает, что эти условия зачастую не сохраняются. Изыскатели, строители и коммунальные службы все чаще и чаще сталкиваются с подтоплением застраиваемых территорий. Повышение уровня грунтовых вод обусловлено неисправностью инженерных коммуникаций, промышленными сбросами, конденсацией влаги под сооружениями, инфильтрацией из каналов, водохранилищ, орошаемых полей. Явление подъема уровня грунтовых вод на застроенных территориях наблюдается повсеместно. Установлено, что величина подтопления достигает 30 м в Запорожье, 2...4 м - в Ташкенте и Киеве, 2...6 м – в Баку. При этом в результате причин техногенного характера формируются растворы, агрессивные к содержащимся в грунтах солям. Засоленные основания, вступая во взаимодействие с фильтрующими агрессивными растворами, интенсивно рассоляются, при этом снижается их прочность, что приводит к развитию недопустимых деформаций зданий и сооружений. Во многих районах Казахстана, характеризуемых залеганием засоленных грунтов, проводятся интенсивные мелиоративные работы. При этом возникают новые уровни грунтовых вод. В тех случаях, когда в основании уже построенных объектов соли залегают в виде линз и прослоек неравномерно, в результате подъема грунтовых вод происходит выщелачивание солей и наблюдается неравномерная суффозионная осадка.

Известны многочисленные аварии жилых зданий, возведенных на пылеватоглинистых карбонатных лессовых грунтах в городах: Астане, Жезказгане, Ташкенте, Новом Узене, Атырау и др. В подавляющем большинстве случаев такие аварии связаны с проникновением пресных вод в толщу засоленных грунтов оснований. Так, например, засоленные суглинки в г. Жезказгане при естественной влажности (твердая и полутвердая консистенции) характеризовались значением модуля общей деформации, равном 28,0 МПа, а после замачивания и полного водонасыщения этих грунтов в течение нескольких суток модуль общей деформации оказался равным 2,5 МПа. Угол внутреннего трения до замачивания был равен 39⁰, а после длительного замачивания-5⁰. Резкое снижение показателей прочности и деформируемости оснований при подтоплении засоленных грунтов явилось основной причиной многочисленных аварий жилых домов в Жезказгане.