ENGINEERING GEOLOGICAL FEATURES OF QUATERNARY SEDIMENTS AND TYPIFICATION OF SOILS OF HANOI CITY

Нгуен Тьен Чунг

Аспирант, Санкт-Петербургский горный университет

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ТИПИЗАЦИЯ ГРУНТОВ ГОРОДА ХАНОЙ

Аннотация

В статье рассмотрены инженерно-геологические особенности четвертичных отложений в разрезе подземного пространства города Ханой. Приведена классификация грунтов в зависимости от степени их сжимаемости и несущей способности для типового строительства. Выполнен анализ показателей физико-механических свойств четвертичных грунтов в инженерно-геологическом разрезе исторического центра Ханоя. Отмечается значительное влияние содержания органических остатков на физико-механические свойства грунтов территории Ханоя. Приведены закономерности распределения органики по глубине разреза, а также изменения некоторых показателей физических свойств грунтов города Ханой в зависимости от содержания органического вещества.

Ключевые слова: Ханой, исторический центр, инженерно-геологические особенности разреза, слабые грунты, физико-механические свойства грунтов, органическое вещество.

Nguyen Tien Trung

Postgraduate student, St. Petersburg Mining University

ENGINEERING GEOLOGICAL FEATURES OF QUATERNARY SEDIMENTS AND TYPIFICATION OF SOILS OF HANOI CITY

Abstract

The article deals with engineering geological features of Quaternary sediments in the profile of underground space of Hanoi. Classification of soils by their compressibility and bearing capacity for the purposes of typical construction is given. Physical and mechanical characteristics of Quaternary soils in the historical centre of the city are analysed. Significant influence of organic materials on physical and mechanical characteristics of soil in Hanoi area is noted. Paper describes organics distribution in depth as well as changes of some physical and mechanical properties of soils in the profile of Hanoi depending on the content of organic matter.

Keywords: Hanoi city, the historic center, engineering geological features of section, the weakness of soil, physical and mechanical characteristics, organic material.

Одним из наиболее опасных инженерно-геологических процессов на территории Ханоя является оседание дневной поверхности при снижении напоров подземных вод, приуроченных к отложениям четвертичного возраста, и используемых для водоснабжения столицы [3, 4]. Особенно активно этот процесс развивается при наличии в инженерно-геологическом разрезе слабых глинистых грунтов.

В связи с этим, целью данной работы является разработка классификации грунтов наряду с раскрытием такого понятия как «слабые грунты», для которых характерны свои инженерно-геологические особенности.

В практике инженерной геологии, геотехнике и механике грунтов широко используется понятие - «слабый грунт». Известно, что во Вьетнаме для раскрытия указанного понятия действует несколько стандартов, регламентирующих классификацию слабых грунтов. Так, по мнению доцента Нгуен Хи Фыонг, к слабым грунтам относятся сильносжимаемые отложения, характеризующиеся низкой несущей способностью при использовании их в качестве основания сооружений типового строительства. В настоящее время, расчеты фундаментов выполняются по двум группам предельных состояний, а именно, по деформациям (второе предельное состояние) и несущей способности (первое предельное состояние) [2]. Если грунт, рассматриваемый в качестве основания для ответственных сооружений различного назначения, по физико-механическим показателям не соответствует требованиям вышеуказанных двух групп предельных состояний, то он относится к слабым грунтам. По мнению автора, в качестве основных показателей, которые позволят раскрыть определение «слабые грунты» и создать их классификацию, могут быть использованы модуль деформации (E₀) и расчетное сопротивление (R₀) грунтов. В связи с этим, к слабым грунтам будут относиться отложения, характеризующиеся следующими значениями указанных показателей: расчетное сопротивление R₀ менее 100 кПа, а модуль общей деформации грунта E₀ будет составлять менее 5 МПа. При рассмотрении слабых грунтов в качестве основания для средне- и высокоэтажных зданий использование фундаментов неглубокого заложения должно быть запрещено. Помимо этого, такие грунты не могут служить несущим слоем для свайных фундаментов, поскольку легко изменяют своё состояние и физико-механические свойства как под действием динамических нагрузок, так и при длительной контаминации подземной среды соединениями различной природы.

К слабым грунтам обычно относятся: сапропели, торф, заторфованные грунты, глинистые отложения (глины, суглинки, супеси) в текучем или текучепластичном состоянии с молекулярным типом структурных связей.

Слабые грунты характеризуются следующими показателями:

• малой степенью литификации;
• низкой прочностью структурных связей;
• содержанием органических остатков;
• высокой пористостью (n 50%) и коэффициентом пористости (е   1);
• низкой прочностью: величиной удельного сцепления c_u менее 15 кПа и углом внутреннего трения j меньше 10⁰_;
• высоким коэффициентом компрессионной сжимаемости m > 1 МПа^-1 и низким модулем деформации E₀ 5 МПа;
• низкими значениями коэффициента консолидации C_v, что предполагает длительные сроки протекания указанного процесса;
• наличием реологических свойств.

На основании выполненных инженерно-геологических исследований территории города Ханой в качестве первичной единицы рассмотрения разреза было предложено понятие «слой». В каждом слое количество образцов с одинаковым гранулометрическим составом должно достигать 80-90%; оставшиеся случаи включают в себя грунты, гранулометрический состав которых отличен от общей массы.

Самым важным отличием слоев грунта является степень их сжимаемости и несущая способность, для количественного описания которых используется модуль деформации E₀ и расчетное сопротивление грунтов R₀ (табл. 1).

В соответствии с данными таблицы 1 , четвертичные отложения на территории города Ханой могут быть разделены на инженерно-геологические свиты, пачки и слои грунта [2].

В разрезе четвертичные отложения на территории города Ханой разделены на 24 слоя. Для грунтов Ханоя разработана специальная классификация грунтов по предложенным показателям R₀ и E­₀ как основания для сооружений различного назначения (табл. 1).

Слои нумеруются 1, 2, 3, 4, 5 и т.д. и описываются различными параметрами: название, состав, строение, цвет, состояние, символ для оценки условий строительства сооружений на таких грунтах.

Таблица 1 - Классификация грунтов по степени сжимаемости и несущей способности для типового строительства

Название грунта и его символ	Нормативное значение R0 и E­0
Слабый грунт − A1 (с низкой несущей способностью и очень сильносжимаемый)	R0 ≤ 50 кПа E­0 ≤ 2 МПа
Относительно слабый грунт − A2 (с относительной низкой несущей способностью и сильносжимаемый)	50 < R0 < 100 кПа 2 < E­0 ≤ 5 МПа
Обыкновенный грунт − B1 (с несколько повышенной несущей способностью и сжимаемостью)	R0 = 100 − 150 кПа E­0 = 5 – 10 МПа
Относительно устойчивый грунт − B2 (с повышенной несущей способностью и относительно слабосжимаемый)	R0 = 150 − 200 кПа E­0 = 10 – 15 МПа
Достаточно устойчивый грунт – C (с повышенной несущей способностью и средней сжимаемостью)	R0 = 200 − 300 кПа E­0 = 15 – 20 МПа
Устойчивый грунт − D (с хорошей несущей способностью и пониженной сжимаемостью)	R0 = 300 − 500 кПа E­0 = 20 – 50 МПа
Грунт с повышенной устойчивостью − E (с малой сжимаемостью)	R0 ≥ 500 кПа E­0 > 50 МПа

 

I. Техногенные отложения (tH)

Слой 1: Насыпные и намывные грунты - пески, суглинки и супеси с примесью отходов как органического, так и неорганического происхождения.

II. Верхняя пачка свиты Тхайбинь (aIV³tb₂)

Слой 2: Суглинок илоподобный дна озер и прудов с предельно малой степенью литификации - A₁.

Слой 3: Суглинок малой степени литификации, перемежающийся с супесями, коричневый, розовато-коричневый, мягкопластичный - B₁.

Слой 4: Мелко- и тонкозернистый водонасыщенный песок, местами с гравием, буровато-серый, рыхлого сложения - B₁.

III. Нижняя пачка свиты Тхайбинь (alb,aIV³tb₁)

Cлой 5: Глина, желтовато-серая, туго - и мягкопластичной консистенции - B₂.

Слой 6: Суглинок, желтовато-серый, коричневый, туго-  и мягкопластичной консистенции - B₂.

Слой 7: Водонасыщенный суглинок с органическими остатками, серо-коричневый, текучепластичный - текучий - A₂.

Слой 8: Суглинок, переслаивающейся с супесями и песками, серо-коричневый, мягкопластичный - текучепластичный - B₁.

Слой 9: Мелко- и тонкозернистые водонасыщенные пески, зеленовато-серые, средней плотности - B₂.

Слой 10: Суглинок, переслаивающейся с супесями и песками местами, серо-коричневый, мягкопластичный - B₁.

IV. Верхняя пачка свиты Хайхынг (ambIV^1-2hh₃)

Слой 11: Водонасыщенный суглинок с органическими остатками, темно-серый, текучепластичный - текучий - A₂.

V. Средняя пачка свиты Хайхынг (mIV^1-2hh₂)

Слой 12: Глина, зеленовато-серая, тугопластичная - мягкопластичная -B₁.

VI. Нижняя пачка свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁)

Слой 13: Суглинок илоподобный предельно малой степени литификации с органическими остатками, темно-серый - A₁.

VII. Верхняя пачка свиты Виньфук (a,amIII²vp₃)

Слой 14: Глина, светло-серая, желтовато-серая, тугопластичная - B₂.

Слой 15: Суглинок, коричневый, желтый, красный, полутвердый - тугопластичный - C.

VIII. Средняя пачка свиты Виньфук (albIII²vp₂)

Слой 16: Суглинок с органическими остатками, темно-серый, текучепластичный - текучий - A₂.

IX. Нижняя пачка свиты Виньфук (aIII²vp₁)

Слой 17: Супесь (суглинок), переслаивающаяся с суглинками или песками, желтовато-серая, пластичная - B₂.

Слой 18: Мелко- и тонкозернистые водонасыщенные пески, коричневые, желтовато-коричневые, средней плотности - плотные - C.

Слой 19: Средне- и крупнозернистые водонасыщенные пески, местами с гравием и галькой, желтовато-серые, светло-серые, плотные и очень плотные − D.

X. Свита Ханой (a,apII-III¹hn)

Cлой 20: Cуглинок с включением органических остатков, серо-коричневый, мягкопластичный - B₁.

Слой 21: Супесь с включениями гравия, серая, пластичная - B₂.

Слой 22: Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, местами крупнозернистые пески, серые, желтовато-серые, очень плотные - E.

XI. Свита Лечи (aIlc)

Cлой 23: Супесь, местами с гравием, серая, коричная, пластичная -C.

Слой 24: Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, мелко- и крупнозернистые с суглинками, коричневато-серые, желтовато-серые, плотные - E.

Таблица 2 - Обобщенные показатели физико-механических свойств четвертичных отложений на территории г. Ханоя [2]

Примечание: W − естественная влажность (%); ρ − плотность грунта (г/см³); ρ_s − плотность частиц грунта (г/см³); e − коэффициент пористости; S_r − степень влажности; I_p − число пластичности (%); I_L − показатель текучести; j − угол внутреннего трения (град.); c − удельное сцепление (кПа); М_(0,1-0,2) − коэффициент сжимаемости (МПа^-1); E_0(0,1-0,2) − модуль деформации (МПа); R₀ − расчетное сопротивление грунта (кПа); Cv_(0,1-0,2) − коэффициент консолидации (10^-3см²/сек); OВ − содержание органических веществ (%).

В пределах исторического центра города Ханой (районы: Хайбачынг, Донгда, Бадинь, Хоанкьем, Тханьсуан, Тайхо, Хоангмай и Лонгбьен) в разрезе выделены четыре слоя слабых грунтов свит Тхайбинь и Хайхынг (слои 2, 7, 11, 13). Основные показатели физико-механических свойств этих слоев приведены в таблицах 3-6.

Таблица 3 - Обобщенные показатели физико-механических свойств 2-ого слоя

* Примечание: Xn - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Таблица 4 - Обобщенные показатели физико-механических свойств 7-ого слоя

* Примечание: X_n - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

Таблица 5 - Обобщенные показатели физико-механических свойств 11-ого слоя

* Примечание: Xn - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение;V - коэффициент вариации.

Таблица 6 - Обобщенные показатели физико-механических свойств 13-ого слоя

* Примечание: X_n - нормативное значение; S - среднее квадратическое отклонение; V - коэффициент вариации.

 

Исходя из анализа таблиц 3-6, в которых приведены показатели физико-механических свойств четырех слоев слабых грунтов свит Тхайбинь и Хайхынг, можно провести оценку инженерно-геологических особенностей этих свит:

-  присутствие органического вещества с различной степенью разложения (в некоторых зонах органическое вещество характеризуется полным разложением, в других – присутствуют остатки древесины и растительности) в свитах Тхайбинь и Хайхынг создает пространственную неоднородность и анизотропию строения, состояния и свойств грунтов этих свит;

- состав и показатели физико-механических свойств этих слоев зависят от содержания органических веществ, которое уменьшается с глубиной (рис. 1) и соответственно снижаются влажность и показатели консистенции, а плотность частиц грунта с глубиной возрастает (рис. 1-3) [1].

Рис.1 - Изменение содержания органики по глубине в толще слабых водонасыщенных грунтов свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁)

Рис.2 - Изменение плотности (ρ), показателя консистенции (I_L) и влажности (W) слабых водонасыщенных грунтов свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) по глубине

Рис.3 – Изменение влажности и коэффициента пористости от содержания органического вещества в слабых водонасыщенных глинистых грунтах свиты Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) в городе Ханой: а) зависимость между влажностью и содержанием органики; б) зависимость между коэффициентом пористости и содержанием органики

  Выводы

1. В верхней части разреза исторического центра города Ханой залегают слои слабых пылевато-глинистых грунтов. Толщи слабых грунтов Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) и Тхайбинь (аlbIV³tb_1,2) имеют большую мощность (до 30 м) и повсеместное распространение, что определяет высокую степень сложности инженерно-геологических условий указанной территории.
2. Параметры физико-механических свойств этих свит в 1,2 – 2,3 раза превышают значения, регламентируемые Вьетнамским государственным строительным стандартом для оснований и фундаментов (TCXD 245-2000): угол внутреннего трения φ = 5-8^о; коэффициент пористости е = 1,1 – 1,5 д.е.; удельное сцепление с = 7 – 12 кПа; расчетное сопротивление грунта R₀ = 49 – 68,7 кПа [5].
3. Наличие органического вещества с различной степенью разложения в свитах Тхайбинь (a,albIV³tb_1,2) и Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) определяет пространственную неоднородность, анизотропию строения, состояния и физико-механических свойств грунтов этих свит, а также вызывает развитие негативных процессов и явлений.
4. Водонасыщенные песчано-глинистые грунты малой степени литификации, приуроченные к свитам Хайхынг (lbIV^1-2hh₁) и Тхайбинь (a,albIV³tb_1,2), должны рассматриваться как среда, характеризующаяся развитием больших и неравномерных деформаций зданий и сооружений.

Список литературы / References

1. Нгуен Дык Мань, Дашко Р.Э. Некоторые проблемы освоения и использования подземного пространства в сложных инженерно-геологических условиях города Ханой// Инженерная геология. – 2010. - № 3. - С. 56-61.
2. Фи Хонг Тхинь Слабые грунты на территории города Ханой / Фи Хонг Тхинь, Строкова Л.А.// Инженерная геология. -2014. -№ 1. - С. 30-36.
3. Фи Хонг Тхинь Опасные геологические процессы на территории Ханоя / Фи Хонг Тхинь, Строкова Л.А.// Вестник Томского государственного университета. - 2011. - №309. - С. 200 – 204.
4. Фи Хонг Тхинь. Оценка и прогноз оседания земной поверхности в результате извлечения подземных вод на территории г. Ханой (Вьетнам). Автореф. дисс. канд. геол.-минер. наук. Томск, 2014. – 20 с.
5. Вьетнамский государственный строительный стандарт для оснований и фундаментов. TCXD 245 - 2000.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Nguen Dyk Man'e. Nekotorye problemy osvoenija i ispol'zovanija podzemnogo prostranstva v slozhnyh inzhenerno-geologicheskih uslovijah goroda Hanoj [Some of the problems of development and utilization of underground space in difficult engineering-geological conditions of the city Hanoi]/ Nguen Dyk Man', Dashko R.Je.// Inzhenernaja geologija [Engineering geology]. – 2010. - № 3. - P. 56-61. [in Russian]
2. Fi Hong Thin' Slabye grunty na territorii goroda Hanoj [Weak soils in the city of Hanoi] / Fi Hong Thin', Strokova L.A.// Inzhenernaja geologija [Engineering geology]. - 2014. - № 1. - P. 30-36. [in Russian]
3. Fi Hong Thin' Opasnye geologicheskie processy na territorii Hanoja. /Fi Hong Thin', Strokova L.A. //Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Tomsk State University]. - 2011. - № 309. - P. 200 – 204. [in Russian]
4. Fi Hong Thin'. Ocenka i prognoz osedanija zemnoj poverhnosti v rezul'tate izvlechenija podzemnyh vod na territorii g. Hanoj (V'etnam) [Assessment and forecast of earth surface subsidence due to the extraction of groundwater in the city of Hanoi (Vietnam)]. Avtoref. diss. kand. geol.-miner. nauk. Tomsk, 2014. – 20 p. [in Russian]
5. V'etnamskij gosudarstvennyj stroitel'nyj standart dlja osnovanij i fundamentov [Vietnamese state building standard for bases and foundations]. - TCXD 245 - 2000.