При проектировании и строительстве сооружений возникает необходимость искусственного улучшения физико-механических свойств горных пород, если в естественных условиях породы либо не позволяют организовать строительные работы, либо не обладают необходимой прочностью, устойчивостью, водостойкостью или другими качествами, обеспечивающими рациональную конструкцию сооружения и его нормальную эксплуатацию на весь расчетный срок существования сооружения.

К настоящему времени разработано и широко применяется в практике строительства много способов изменения свойств пород в строительных целях. Различные методы искусственного изменения свойств горных пород получили общее название – техническая мелиорация грунтов.

Назначение технической мелиорации состоит в регулировании и преобразовании состояния и свойств пород в заданном направлении. Техническая мелиорация представляет собой учение о качественных преобразованиях пород и является новым прогрессивным направлением в современном грунтоведении.

Применяемые способы мелиорации позволяют изменять химико-минералогический и гранулометрический состав, структуру кристаллической решетки минералов, строение сольватной оболочки коллоидных частиц, характер связей между минеральными частицами, степень монолитности и физико-механические свойства пород. Изменения состава, структуры и состояния породы влекут за собой изменения ее физико-механических свойств. Таким образом, человек способен искусственно регулировать и управлять состоянием и свойствами пород.

В зависимости от практических целей некоторые (нежелательные) свойства пород можно подавлять или нейтрализовать, а другие (желательные) усиливать или создавать вновь. Отдельные способы мелиорации производят столь глубокие и коренные изменения в породе, что она полностью или почти полностью утрачивает свои природные свойства.

Особенно активно и глубоко изменяют породу химические и физико-химические воздействия, сопровождаемые образованием новых минеральных соединений, структур и физико-механических свойств. Например, сыпучие пески в результате двухрастворной силикатизации превращаются в камнеобразную монолитную породу типа песчаника с величиной временного сопротивления сжатию до 60 кг/см². Глинистые породы после обжига каменеют, достигают высокой механической прочности (до 80 – 120 кг/см² при сжатии) и необратимо утрачивают свойства пластичности, набухаемости, размокаемости и др.

Применением современных способов мелиорации достигаются следующие улучшения пород:

1. Придание монолитности массиву скальных пород, разбитых трещинами.

2. Повышение связанности, цементирование раздельнозернистых пород.

3. Окаменение связных и других рыхлых пород.

4. Понижение водопроницаемости и газопроницаемости.

5. Уплотнение. Повышение несущей способности грунтов.

6. Повышение морозо- и раствороустойчивости, в том числе водоустойчивости.

7. Изменение консистенции связных грунтов.

8. Понижение коррозийности грунтов.

9. Уменьшение пылимости глинистых пород.

Техническая мелиорация пород применяется в промышленном, гражданском, гидротехническом, дорожном, ирригационном, горном, военном и других видах строительства, во всех тех случаях, когда есть необходимость в искусственном изменении инженерно-геологических свойств пород, являющихся основанием, средой или материалом сооружений.

Техническая мелиорация пород применяется для решения следующих задач:

1. Улучшение качества оснований зданий и сооружений, а также дорожных и аэродромных покрытий.

2. Повышение плотности и устойчивости грунтов в теле земляных сооружений: плотин, дамб, дорожных и других строительных насыпей.

3. Улучшение разрабатываемости мерзлых пород.

4. Предотвращение притоков подземных вод в шахты, штольни, тоннели, карьеры, котлованы, траншеи и другие выработки.

5. Уменьшение потерь воды на фильтрацию из каналов, прудов и водохранилищ.

6. Осушение территорий.

7. Создание подземных хранилищ для нефти, газа и других флюидов.

8. Закрепление плывунов, сыпучих и развеваемых песков.

9. Борьба с просадками, морозным пучением, оползнями, карстом и другими нежелательными физико-геологическими процессами и явлениями.

 Работы по технической мелиорации пород осуществляются по специальным проектам, каждый проект должен получить соответствующее инженерно-геологическое и экономическое обоснование, он должен быть обеспечен всеми исходными инженерно-геологическими данными, необходимыми для проектирования объемов закрепляемых пород, технологии мелиорации, расчетов оборудования, расхода материалов и пр. При этом учитывается специфика каждого способа мелиорации и его особые требования к освещению инженерно-геологических условий местности.

Для инженерно-геологического обоснования проекта мелиорации пород используют результаты инженерных изысканий, выполненных на строительной площадке в связи с проектированием строительства здания или сооружения.

Объектами мелиорации служат все типы пород, нуждающиеся в улучшении состояния и свойств. К мелиорированию пород нужно подходить с позиций современных представлений о природе их прочности, деформируемости и других свойств. Для целей мелиорации породы удобнее разделять по характеру внутренних связей между минеральными частицами, а соответственно, и по характеру деформируемости, на три основные группы:

а) скальные породы с жесткими кристаллизационными связями;

б) связные породы с преобладанием водноколлоидных связей;

в) раздельнозернистые, несвязные породы/15/.

Породы с жесткими связями (скальные породы). Среди пород с жесткими связями мелиорируются обычно дислоцированные, выветрелые, закарстованные разности с целью придания им монолитности и водонепроницаемости, повышения их механической прочности. При этом применяются такие способы мелиорации, как цементация, глинизация, битумизация, замораживание и др.

Связные породы с преобладанием водноколлоидных связей. Для связных глинистых пород применяются следующие способы мелиорации: электроосмос, электрохимическое закрепление, прогрев, обжиг, замораживание (временное закрепление), однорастворная силикатизация, смолизация (для лессовых пород), ожелезнение, солонцевание, применение гигроскопических солей, добавки вяжущих материалов, гранулометрические добавки, гравитационное, сейсмическое, свайное уплотнение, трамбование, укатка и др.

Для связных мягких органогенных пород применяются: замораживание, электроосмос, электрохимическое закрепление, гравитационное уплотнение пригрузкой, водопонижение и осушение с применением дренажей, гранулометрические добавки и др.

Раздельнозернистые породы (пески, гравий, галечник, валуны). Мелиорация раздельнозернистых пород осуществляется в целях уменьшения водопроницаемости, повышения связности, уменьшения подвижности, придания породе монолитности, создания новых структур, уменьшения пористости, повышения плотности, увеличения сопротивления сжатию и сдвигу. Указанные изменения достигаются применением: двухрастворной и однорастворной силикатизации, цементации, холодной битумизации, смолизации, ожелезнения, кольматации, поверхностного и глубинного виброуплотнения, трамбования, укатки, гидродинамического обжатия, уплотнения взрывом, сваями, водопонижения и осушения, замораживания, регулирования гранулометрического состава (смеси), добавки органических вяжущих (грунтосмеси) и др.

Способы мелиорации пород классифицируются по разным признакам. В зависимости от характера воздействия на породу они делятся на механические, физические и химические; по времени действия - на долговременные и кратковременные.

К первой группе способов по времени действия относятся способы, которые обеспечивают коренное изменение свойств горных пород на длительный срок. Это цементация, силикатизация, битумизация, глинизация, термическая обработка, внесение различных добавок для укрепления породы при дорожном строительстве. Вторая группа объединяет способы, с помощью которых свойства пород изменяют на короткий промежуток времени, в основном на период производства строительных работ (способ замораживания, осушения и т.д.).

Выбор способа изменения свойств породы, как уже отмечалось, зависит от типа породы, гидрогеологических условий, типа сооружения и характера его взаимодействия в породой, а также от экономических соображений. 

ЛИТЕРАТУРА

1. Пешковский Л.М. Инженерная геология: Учебное пособие для студентов вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. /Л.М. Пешковский, Т.М. Перескокова. – М.: Высшая школа, 1982. – 341с.

2. Горбачев А.М. Общая геология. Учебник для геологоразведочных техникумов. /А.М. Горбачев. – М.: Высшая школа,1973. – 317с.

3. Общая геология. /ред. Г.Д. Ажгирей. – М.: Просвещение, 1974. – 479с.

4. Мельничук В.С. Общая и историческая геология: учебник. /В.С. Мельничук, М.С. Арабаджи. – М.: Недра, 1979. – 195с.

5. Абрикосов И.Х. Общая, нефтяная и нефтепромысловая геология. /И.Х. Абрикосов, И.С. Гутман. – М.: Недра, 1974. – 360с.

6. Пинчук А.П. Основы геологии: курс лекций по дисциплине «Общая геология» для студентов специальности 1-51 02 02 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». /А.П. Пинчук. – Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2009. – 97с.

7. Скабаланович И.А. Гидрогеология, инженерная геология и осушение месторождений: Учебник для техникумов. 4-е издание. / И.А. Скабаланович, М.В. Седенко. – М.: Недра, 1980. – 205с.

8. Гальперин А.М. Гидрогеология и инженерная геология: Учебник для вузов. /А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, Ю.А. Норватов. – М.: Недра,1989. – 383с.

9. Богомолов Г.В. Гидрогеология с основами инженерной геологии. Изд. 3-е. Учебное пособие для студентов геологических специальностей. /Г.В. Богомолов. – М.: Высшая школа,1975. – 317с.

10. Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. Изд. 2-е. /А.А. Карцев. – М.: Недра, 1972. – 280с.

11. Кац Д.М. Основы геологии и гидрогеологии. Изд. 2-е. /Д.М. Кац. – М.: Колос,1981. – 351с.

12. Белый Л.Д. Инженерная геология. Учебник для строительных специальностей вузов. /Л.Д. Белый. – М.: Высшая школа, 1985. – 231с.

13. Флоренский П.В. Основы литологии: Учебное пособие. /П.В. Флоренский, Л.В. Милосердова, В.П. Балицкий. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 105с.

14. Сергеев Е.М. Инженерная геология. /Е.М. Сергеев. – М.: МГУ, 1978. -418с.

15. Справочник по инженерной геологии. /Под общей редакцией М.В. Чуринова. – М.: Недра, 1968. – 540с.

16. Чоповский Е.Г. Инженерная геология (Основы инженерно-геологического изучения горных пород. Учебное пособие для студентов геол. спец. вузов. /Е.Г. Чоповский. – М.: Высшая школа,1975. – 296с.

СОДЕРЖАНИЕ