3.5.2. Газы подземные

Газы подземные, заполняющие поры почвенных и грунтовых толщ, в т.ч. деятельного слоя грунта, формируются в основном под действием атмосферного воздуха, активно участвуют в газообмене и имеют состав, близкий к составу атмосферного воздуха. Главные компоненты газа в почвах и горных породах зоны аэрации представлены углекислым газом СО₂, азотом N₂, кислородом О₂ с примесью вышеназванных радиогенных благородных газов (He, Rn), а также метана СН₄, водорода Н₂.

Важной составляющей газообразных компонентов грунтов является водяной пар (4.2), газообразная вода четвёртого класса, в соответствии с классификацией воды (табл. 13). Основной характеристикой подземного и иных газов, является упругость водяного пара, измеряемая психрометром, показывающим парциальное (позднелат. partialis – частичный) давление водяного пара, содержащегося в воздухе.

Влажность грунтов, залегающих на небольшой глубине от земной поверхности, в т.ч. обнажаемых при экскавации, обычно изменяется в довольно широком диапазоне. Этот процесс обратимый и зависит от времени года и погоды. Водяные пары мигрируют в приповерхностных грунтовых толщах из зоны с бόльшей упругостью пара в зону с меньшей его упругостью. Летом водяной пар перемещается сверху вниз из верхних нагретых слоёв грунта, конденсируется на некоторой глубине, увеличивая запас влаги с выпадением подземной росы на поверхности грунтовых частиц.

Зимой, наоборот, вследствие сильного охлаждения земной поверхности, в грунте происходит миграция водяного пара из его нижних тёплых горизонтов в верхние холодные слои. Это сопровождается накоплением влаги в процессе промерзания грунтов до влажности, в десятки раз превышающей природную влажность в грунтах, обладающих газопроницаемостью и фильтрационностью.

Если упругость водяного пара в воздухе превышает упругость пара в грунтовой толще, водяной пар из приземной атмосферы естественным путём конденсируется в грунте, что наблюдается обычно в так называемую сырую погоду. Количество воды, поступающей при этом, может достигать 100 мм/год.

Процесс обратного перехода пόровой воды из жидкого в газообразное состояние – пар – называется испарением в грунтах. Переход жидкости в пар сопровождается преодолением сил молекулярного сцепления в ней, так называемых сил когезии (лат. cohaesus – сцеплённый), обусловленных химической связью и межмолекулярным взаимодействием. В грунтах испарение влаги происходит из пор, трещин, каверн и с поверхности грунтовых частиц. При этом испаряется не только свободная вода 3 класса, но и вода переходного типа (2 класса) и даже связанная вода (1 класса). Испарение в грунтах затухает по мере выравнивания парциального давления водяного пара подземного газа с давлением пара в атмосферном воздухе.

Вышеназванные особенности поведения подземного газа, наиболее характерного для деятельного слоя, существенно влияет на влажность поверхностных слоёв грунта с закономерным обратимым изменением физико-механических параметров грунтов, в т.ч. прочностных и деформационных свойств. Это приводит к необходимости соблюдения технологии и культуры производства земляных работ в строительстве.

В определённых случаях требуется реализация соответствующих упреждающих мероприятий с целью недопущения отказов оснований фундаментов или тела земляных сооружений из-за переувлажнения грунтов, потери их несущей способности, набухания либо из-за высыхания, усадки, утраты структурной прочности.