8.7.9. Мерзлотні явища

Значна частина суші зазнає дії низьких температур. В більшості районів гірські породи підпадають під сезонне промерзання на глибину від „0” до 3...4 м в залежності від кліматичної зони, а також від складу та стану порід, рослинного і снігового покриву і т.ін. Найбільш значне промерзання спостерігається у сипких породах з відкритими порами (гравійні, піщані), найменше - в глинистих.

Ґрунти, що зазнають сезонного промерзання, належать до нестійких основ. При промерзанні вони значно збільшуються в об'ємі, відбувається, так зване морозне набрякання. При відтаванні гірські породи розм'якшуються, переходять у розріджений стан, інколи видавлюються з-під фундаментів, що небезпечно для будівель і споруд. Найбільшого морозного набрякання зазнають пилуваті суглинки і супіски. Вплив набрякання на стійкість будівель і споруд усувають шляхом закладання фундаментів нижче глибини промерзання.

В багатьох районах Півночі і Далекого Сходу, товщі гірських порід протягом багатьох тисячоліть знаходяться у мерзлому стані; вони називаються вічномерзлими породами.

За площею розповсюдження вічну мерзлоту поділяють на:

1. суцільну;

2. з проталинами, коли серед суцільної мерзлоти містяться ділянки порід, що знаходяться у талому стані;

3. острівну, у вигляді окремих островів серед талих ґрунтів.

У зоні суцільної мерзлоти за полярним колом товща вічномерзлих порід досягає 500600 м; в зоні з проталинами - 55...60 м; в зоні острівної мерзлоти - 10...25 м. Температура мерзлих порід в цих зонах досягає відповідно -5...-10°С; -1...-3°С; 0...-1°С.

У вертикальному розрізі вічна мерзлота поділяється на діяльний (активний) шар, власне вічну мерзлоту і підмерзлотні шари. Діяльним шаром називають верхню частину товщі порід, яка періодично промерзає і відтає.

За характером промерзання розрізняють два види вічної мерзлоти:

1. діяльний шар щороку повністю промерзає і зливається із власне мерзлотою;

2. цього не відбувається і між ними залишається прошарок талого ґрунту.

За фізичним станом вічна мерзлота буває:

1. твердомерзла (монолітна), коли частки піщано-глинистих порід зцементовані льодом у монолітну масу;

2. пластичномерзла - коли пори порід заповнені льодом і водою, температура коливається від -0,1 до +0,7°С;

3. сипкомерзлі - піщані і гравелисті породи, які не зцементовані льодом через нестачу вологи.

В районах вічної мерзлоти спостерігаються такі мерзлотні (кріогенні) явища: нальоди, горби випирання, термокарст, соліфлюкція, марі тощо.

Нальоди утворюються внаслідок промерзання діяльного шару і виникнення напруги в поровій воді талого грунту. В мерзлих породах з’являються тріщини, через які вода під тиском виривається на поверхню землі і замерзає. Розміри їх сягають десятків тисяч квадратних метрів. Головними заходами боротьби з цими явищами є перехоплення і відведення поверхневих і підземних вод, влаштування мерзлотних поясів-завіс, снігозатримання, спорудженая закритих дренажів.

Горби випирання утворюються внаслідок проникнення підземних вод в товщу порід і наступного їх замерзання. Такі горби сезонного випирання досягають висоти 2...3 м. Багаторічні горби (гідролаколіти) бувають 25 м заввишки і кількасот метрів у діаметрі.

Термокарст являє собою різні форми просідання і провалів поверхні землі внаслідок відтавання підземного льоду при зміні умов теплообміну.

Соліфлюкція - це сповзання на схилах водонасичених порід, що відтаяли, по покрівлі мерзлих під дією сили тяжіння, при ухилі 7...10° (явища близькі за характером до зсувів).

Марями називають заболочені низинні ділянки, що утворюються при відтаванні верхнього шару ґрунту.

Криогенні явища - це серйозна небезпека для будівель і споруд. Деформації в конструктивних елементах останніх виникають внаслідок нерівномірного набрякання, відтавання ґрунтів і видавлювання їх з-під фундаментів, сповзання на схилах, утворення нальодів у підвалах, підземних каналах і комунікаціях. Все це потребує застосування заходів забезпечення стійкості і нормальної експлуатації споруд при їх будівництві на піщано-глинистих ґрунтах.

Для боротьби з набряканням передбачають осушення ґрунтів, зниження рівня підземних вод, влаштування протинабрякових зворотних засипань, збільшення навантаження на фундаменти.

В районах вічної мерзлоти застосовують різні методи будівництва. Коли підвалинами споруд є скелясті або великоуламкові породи, будівництво ведуть без урахування вічної мерзлоти. При спорудженні на піщано-глинистих ґрунтах будівель без опалення, передбачають збереження порід в мерзлому стані (шляхом влаштування підпілля, що провітрюється, вентиляційних каналів, застосування стовпових фундаментів). Застосовують також різні конструктивні засоби, з метою пристосування будівель до нерівномірних осідань при відтаванні, а також штучне відтавання і зміцнення ґрунтів перед початком будівництва.