Плывуны

Таблица 22

Нормативные значения С, кПа, ф, град и Е, МПа, песков четвертичного возраста

Пески по крупности зерен	Характеристики	Коэффициент пористости е, равный
0,45	0,55	0,65	0,75
Крупные	С			--	--
ф				--
Е				--

Средние	С				--
ф				--
Е				--
Мелкие	С				--
ф
Е
Пылеватые	С
ф
Е

За счет открытой пористости пески всегда водопроницаемы. В пылеватых песках к_ф не превышает 1 м/сут, в крупнозернистых—до 40—50 м/сут, а в гравелистых— 80—100 м/сут. В плотном сложении пески хорошо воспринимают нагрузки и рассеивают напряжение в основаниях под фундаментами. Модуль деформации песков колеблется от 10 до 50 МПа и закономерно снижается от крупнозернистых к пылеватым разновидностям песков., сопротивление сдвигу –достаточно высокое,за счет величины внутреннего трения, на которое влияет характер поверхности частиц, которая может быть ровной и неровной, бугорчатой, полированной, трещиноватой и т.д. При больших нагрузках угол внутреннего трения песков равен углу их естественного откоса. Крутизна естественных откосов зивисит от крупности песка – чем крупнее, тем больше угол внутреннего трения, а следовательно и угол естественного откоса т. е. возрастает сопротивление сдвигу. Но если через откосы фильтруется вода, то их прочность снижается на 20-30 %. Песчаные грунты являются надежными основаниями для фундаментов сооружений.    

Плывунами называют водонасыщенные рыхлые породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработ­ками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости.

Плывунные свойства, кроме песков, при определенных условиях могут проявлять пылеватые суглинки, супеси, т.е. породы, обладающие значительной пористостью.

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств яв­ляется гидродинамическ ое давление поровой воды, которое создается в результате перепада (градиента) давления грунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т. д.). В связи с обычно малой водопроницае­мостью плывунных пород гидравлический градиент вызывает фильт­рационное давление на частицы породы, обуславливая их движение по направлению градиента или, иначе говоря, в сторону разгрузки, в котлован. Для определения критического значения градиента фильтрации I_кр, при котором порода переходит в плывунное состояние, рекомендуют формулу I_кр = (р—1)(1—n), где р —плотность грунта; n — пористость (в долях единицы).

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи. Частицы переходят во взвешенное состояние.

Интенсивность плывунных явлений в породах зависит от величины градиента, гранулометрического и минерального состава формы час­тиц, плотности породы и ряда других факторов.

Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и мало водо­проницаемы.

Плывуны разделяют на ложные (псевдоплывуны) и истинные.

Ложные плывуны —это грунты, не имеющие структурных связей, различные пески и гравелистые отложения, переходящие в плывунное состояние под действием гидродинамического давления потока подземных вод.. Коэффициент фильтрации достигает 1—2 м/сут и более. Частицы породы находятся во взвешенном состоянии. Трение между ними сводится к нулю. Пески этого вида плывунов очень легко оплывают. Плотность в безводном состоянии колеблется от 1,5 до 1,75 т/м³. Вода светлая или слабо мутная. Взвешивающее действие воды при определенных условиях проявляется также в песках некоторых морских побережий, образуя так называемые зыбучие пески. Под действием гидродинамического давления во взвешенное состояние могут переходить не только пески, но некоторые другие рыхлые породы.

Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу.

Истинные плывуны — это породы с коагуляционными или смешан­ными связями в виде глинистых песков, а также супесей, суглинков. Структурные связи обусловлены присутствием глинистых (< 0,001 мм) частиц с высокими гидрофильными свойствами. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу (гидрофильных) глинистых частиц. Вокруг этих частиц формируются пленки связанной воды, что ослабляет структурное сцепление и уменьшает водопроницаемость пород. Значения коэффициента фильтрации очень низкие и колеблют­ся от 0,005 до 0,0001 см/с.

Плотность истинных плывунов в безводном состоянии равна 1,8— 2,2 т/м³. Разжижение плывунов происходит при влажности меньшей полной влагоемкости. Глинистые частицы окрашивают воды в серова­то-молочный цвет. При высыхании истинные плывуны вследствие склеивающего действия глинистых частиц образуют довольно сильно сцементированные массы. Характерной особенностью истинных плы­вунов является слабая отдача воды. Они «плывут» в основном за счет физически связанной воды.

В строительной практике важно определить способность породы переходить в плывунное состояние и вид плывуна. Это можно сделать по ряду внешних признаков и на основе лабораторных анализов.

Склонность породы переходить в плывунное состояние можно установить по величине водоотдачи, высокой пористости (более 43 %), по гидрофильности глинистых частиц и другим факторам. В полевых условиях способность к плывунности пород устанавливается по обра­зованию в скважинах при бурении водопесчаных «пробок».

Можно также использовать некоторые внешние призна­ки. Так, истинный плывун в котлованах дает скопление волы в виде «цементного» молока. Песок, взятый из котлована, имеет вид мало­влажного грунта, воду не отдает и постепенно оплывает в лепешку.

Плывуны осложняют строительство. Они создают большие труд­ности в проходке строительных выработок, стремясь заполнить выра­ботанное пространство. При условии замкнутого пространства плывуны могут быть надежными основаниями, но создать такой контур трудно. Возможно выпирание плывунов из-под фундаментов, что вызывает оползни, провалы поверхности, деформацию зданий и соо­ружений. Открытый водоотлив из котлованов опасен появлением суффозии на окружающей территории. Опасна подрезка склона, даю­щая выход плывунам.

Примером может служить случай со 100-метро­вым трамплином на Воробьевых горах в Москве. После строительства трамплина строители начали подрезать грунт в нижней части склона, чтобы придать ему необходимую кривизну для безопасного приземле­ния лыжников. Были вскрыты плывуны, которые стремительно запол­нили выемку и затопили экскаватор и вызвали оседание откоса. Плывуны очень чувствительны к вибрации и динамическим ударам, даже на значительно удаленных расстояниях от места возмущения.

Борьба с плывунами сложна и не всегда принятые меры дают желаемые результаты. В таких случаях приходится отказываться от устройств котлованов и применять свайный вариант фундаментов или подошву фундамента не доводить до слоя плывунных пород. В выборе метода борьбы важнейшее значение имеет вид плывуна.

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на 3 группы:

искусственное осушение плывунных пород в период строитель­ства
(открытая откачка воды из котлованов, иглофильтры и др.);

ограждение плывунов путем создания шпунтовых стен

закрепление плывунов путем изменения их физических свойств
(силикатизация, цементация, замораживание и т. д.).

Для ложных плывунов применимы все способы борьбы. В борьбе с истинными плывунами можно использовать лишь ограждение, замо­раживание и электрохимическое закрепление. При проходке подземных выработок используют повышенное давление, уравновешивающее дав­ление воды плывуна.

Возможность осушения плывунов зависит от их коэффициента фильтрации. При к_ф > 1 м/сут откачку воды производят из скважин; при k < 1,0 - 0,2 м/сут следует использовать специальные установки — иглофильтры, позволяющие произвести осушение до глубины 5— 6 м и при иглофильтрах особой конфигурации —до 12—15 м и более. При к_ф < 0,2 м/сут иглофильтры применяют в сочетании с электродре­нажом.

Строительный котлован от плывуна можно оградить шпунтовой крепью, задача которой — перерезать слой плывунной породы и при­нять на себя ее давление. Забивка деревянного шпунта ограничивается глубиной 6—8 м, металлического —20—25 м. При наличии галечни­ков и прослоев плотных грунтов (мергели и др.) погрузить шпунт не удается.

Замораживание плывунов является временным и ненадежным ме­роприятием. Для этого используют или морозное время года, или специальные холодильные установки. В зимнее время проходку кот­лованов проводят поэтапно, после каждого периода промораживания грунта на глубину 20—30 см. Искусственное замораживание осущест­вляют вокруг котлована путем циркуляции в скважинах раствора СаС1₃, охлажденного до —20—40 С. Это создает вокруг котлована зону замороженного водопроницаемого грунта.

Силикатизация — нагнетание в плывуны жидкого стекла. Это воз­можно при достаточно высокой водопроницаемости плывунов (к_ф > 0,5 м/сут). Силикатизация требует больших затрат, но весьма эффек­тивна.

Дата добавления: 2013-12-12