Большой класс структурно-неустойчивых грунтов составляют лессовые просадочные грунты, в которых нарушение структуры с возникновением значительных просадок происходит при замачивании их под нагрузкой.
Просадками называются местные быстро протекающие вертикальные деформации грунтов, обусловленные резким коренным нарушением структуры и сопровождающиеся частичной или полной потерей сопротивляемости нарушенных масс грунта, а при избыточном увлажнении — выдавливанием грунтов в стороны.
Лессовые грунты залегают на значительной части территории России, более 16% континентальной поверхности. Для практики строительства весьма важно уметь отличать просадочные лессовые грунты от обычных, знать особенности механических свойств просадочных грунтов и предусмотреть влияние этих свойств на возводимые сооружения.
До настоящего времени происхождение лессовых грунтов разные исследователи объясняют по-разному.
Существуют две основные гипотезы происхождения этих грунтов: эоловая и почвенная.
Эоловая гипотеза объясняет происхождение лессовых грунтов деятельностью воздушных течений, которые из пустынных областей несут мелкую пыль в смежные с пустынями области, где и отлагают ее тонкими слоями. Степная растительность совместно с выпадающими дождями содействует закреплению пыли; корни и стебли растений, сгнивая, оставляют пустоты, создающие макропористость лессовых отложений. Пористость еще более увеличивается вследствие ходов дождевых червей и землероев.
Почвенная гипотеза объясняет образование лессовых грунтов почвообразовательными процессами, происходящими в сухом климате. При выветривании почв в сухом климате процесс протекает в щелочной среде, причем остающиеся карбонаты кальция обволакивают частицы и свертывают их в более крупные агрегаты (частицы диаметром менее 0,01 мм превращаются в частицы диаметром 0,01—0,05 мм), отчего весь грунт приобретает пористое строение.
Внешниепризнаки лессовых грунтов:
1. Видимая невооруженным глазом пористость (макропористость), обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев иногда с остатками растений. Канальцы, пронизывающие всю толщу лессовидных грунтов, покрыты изнутри налетами углекислых солей.
2. Столбчатая отдельность. Это свойство лессовидных грунтов проявляется особенно ярко на открытых местах, подвергающихся действию атмосферных осадков. В искусственных выемках и свежих разрезах отдельностей не наблюдается.
3. Быстрое размокание в воде и большая водопроницаемость.
4. Наличие твердых мергелистых включений. Трубчатые пустоты лессовых грунтов в большинстве случаев покрыты тонким слоем извести, кроме того, отдельные известковые и мергелистые включения самой разнообразной формы находятся в лессовых грунтах в довольно значительном количестве.
5. Характерное распределение влажности по глубине с наличием на некотором уровне так называемого «мертвого горизонта» с меньшей по сравнению с вышележащими и нижележащими слоями влажностью. В мертвом горизонте наблюдается максимальное содержание солей. Ниже мертвого горизонта влажность возрастает постепенно, достигая величины максимальной влагоемкости
6. Характерный состав. По гранулометрическому составу лессовидные грунты характеризуются преобладанием пылеватых фракций (частиц размером от 0,05 до 0,005 мм обычно более 50%) при незначительном содержании глинистых частиц (от 4 до 20).
По химическому составу главными составными частями лессовых грунтов являются: силикаты — от 27 до 90%, глинозем — от 4 до 20% и углекислый кальций — от 6 до 67%.
Из перечисленных внешних признаков лессов и лессовидных грунтов наиболее характерными будут: макропористость, быстрое размокание в воде (в течение 1—2 мин) и наличие карбонатов (вскипание при опробовании кислотой).
Увеличение осадки лессовых грунтов при замачивании под нагрузкой объясняется неустойчивостью макропор, пронизывающих всю толщу лессовидных грунтов, вследствие потери связности (сцепления) между частицами грунта при просачивании воды. Часто достаточно давления порядка 0,5— 1 кг1см2, при котором стенки пор разрушаются и происходит резкое уплотнение грунта, что и вызывает значительные дополнительные осадки.
По величине максимальной просадки всей просадочной толщи обычно и назначают противопросадочные мероприятия, основными из которых является всемерное недопущение замачивания грунтов под сооружениями или создание таких конструктивных особенностей сооружений, которые обеспечили бы их малую чувствительность к неравномерным осадкам (конструирование зданий из отдельных жестких блоков, допускающих независимость оседания; применение устройств, регулирующих высоту отдельных частей сооружения, и т. п.).