В порах рыхлых горных пород (грунтов) в естественных условиях обычно содержится то или иное количество воды, характеризующее количественно влажность грунта. Влажность равна выраженному в процентах отношению веса воды к весу частиц грунта.
Состояние грунта, при котором содержащаяся в нем вода заполняет все поры, соответствует полной влагоемкости грунта. Грунт в этом случае находится в состоянии грунтовой массы.
В состоянии полного влагонасыщения грунты находятся в зоне ниже уровня подземных (грунтовых) вод. Выше этого уровня располагаются капиллярная зона и зона аэрации (рис. 1).
Степень заполнения пор водой (степень влажности) равна отношению естественной влажности к полной влагоемкости.
Нижним пределом степени влажности песка в исключительных случаях может быть нуль, а глин 0,4—0,5, но обычно даже в условиях сухого климата на глубине 5—6 м степень влажности глин близка к единице.
Влага в зоне аэрации находится в виде пара и в жидком состоянии. Относительная влажность воздуха в зоне аэрации близка к 100%; таким образом, он практически до предела насыщен водяными парами. Так как упругость водяных паров уменьшается по мере понижения их температуры, то пары перемещаются в сторону меньшей температуры.
Рис. 1. Схема распределения воды в грунте
/—/ — поверхность земли; 2—2 — поверхность водоупора; 3—3 —поверхность грунтовых вод; 4—4 — уровень капиллярных вод; /—4 — зона аэрации; 4—3 — капиллярная зона; 3—2 — зона насыщения
Зимой в результате этого водяные пары перемещаются вверх к охлажденной поверхности земли. Летом в южных и особенно степных районах температура грунта под зданиями и сооружениями ниже, чем за их пределами, что ведет к накоплению влаги под ними. Наиболее эффективным методом борьбы с этим, как известно, является устройство подполья.
Вода в жидком состоянии может быть физически связанной или свободной.
фото влагонасыщения грунта
Свободная вода в свою очередь делится на капиллярную и гравитационную.
Так как поры рыхлых пород представляют собой систему капиллярных трубок, то вода, смачивая стенки этих трубок, поднимается в них. Высота капиллярного подъема, измеряемая от уровня воды, зависит от диаметра трубок, т. е. пор. Для песков высота капиллярного подъема равна нескольким десяткам сантиметров, для суглинков 1 —1,5 м, для глин 3— 4 л, а по некоторым данным и значительно больше.
Неудовлетворительная организация водоотлива и понижения уровня фунтовых вод при производстве работ в зимних условиях может иметь самые серьезные последствия. Грунтовые воды, находящиеся ниже промерзшего слоя, могут при наличии подпора проходить через отдельные щели, пустоты в замерзшем слое, приобретая в некоторых местах и соответствующие скорости.
Вследствие этого, особенно в мелкозернистых грунтах, грунт вымывается, образуются каверны и подземные русла, а весной при оттаивании происходят местные осадки, обрушения и провалы, часто далеко уходящие в глубь.
Для понижения уровня грунтовых вод и осушения грунта проводят следующие мероприятия:
а) углубление сточных кюветов и канав, увеличение их уклона и более частое их расположение;
б) устройство закрытого дренажа и спуск верхних вод в нижележащие водопроницаемые слои путем устройства вертикального дренажа;
в) устройство глубинного водоотлива.
Разработка предварительно неосушенных грунтов связана с рядом затруднений. В этих случаях лед у водосборных колодцев надо постоянно скалывать. Водоотводным лоткам для обеспечения большей скорости водяного потока надо придавать крутой уклон, зашивать их досками и во избежание образования наледей воду отводить за пределы рабочей зоны.
Водоотливные устройства в зимних условиях должны действовать непрерывно; остановки в работе насосов крайне нежелательны.
Разработка грунта на болотах. Производство зимой выемок в болотистых грунтах может протекать в благоприятных условиях, так как малое промерзание верхних и боковых поверхностей забоев дает возможность вести разработку почти сплошь в талом грунте. Стекающая с торфа на дороги вода затрудняет транспортирование грунта, поэтому за дорогами следует установить тщательный уход, посыпать их песком или опилками.
При отсыпке насыпей по уже замерзшему болоту упрощается устройство дорог для возки грунта.
Разработка торфяного грунта на болотах зимой более эффективна, чем летом, но и зимой работа должна быть механизирована, так как при ручной разработке рабочие вынуждены первое время работать во влажной массе, а затем и в воде; даже при сильных морозах стенки траншей в торфах на глубине 0,6—0,8 м слабо промерзают и землекопам все время приходится работать в сыром грунте.
Водоотлив из котлованов необходимо производить непрерывно. Весьма рациональным поэтому является применение гусеничных экскаваторов, которые свободно передвигаются по замерзшей корке болота. Разработка траншей ведется на ширину 6—6,5 м выбираемый из них грунт укладывается экскаватором в отвал.
