Плывуны

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 гидродинамическое давление поровой воды, которое со­здается в результате перепада давления фунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т. п.)

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структур­ные связи. Частицы переходят во взвешенное положение, т.е. по существу, плывуны имеют в этот момент плотность некоей вяз­кой жидкости

Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и малово­допроницаемы

Плывуны разделяют на ложные (псевдоплывуны) и истинные

Ложные плывуны — это породы, не имеющие структурных свя­зей, обычно в виде различных песков. Переход в плывунное со­стояние происходит под действием высокого гидродинамического давления потока подземных вод. Частицы породы находятся во взве­шенном состоянии. Трение между ними сводится к нулю. Пески этого вида плывунов очень легко оплывают. Вода светлая или слабо мутная. Взвешивающее действие воды при определенных условиях проявляется также в песках некоторых морских побере­жий, образуя так называемые зыбучие пески. Характерной особенностью ложных плывунов является до­вольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу

Истинные плывуны — это породы в виде глинистых песков, а также супесей, суглинков. Структурные связи обусловлены присутствием глини­стых (менее 0,001 мм) частиц с высокими гидрофильными свой­ствами. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу глинистых частиц. Вокруг этих частиц формируются пленки связанной воды, что ослабляет структурное сцепление и уменьшает водопроницаемость пород. 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, по гидрофильности глинистых частиц и другим факто­рам. В полевых условиях способность к плывунности пород устанавливается по образованию в скважинах при бурении водо­песчаных «пробок»

Наиболее сложно определить вид плывуна. Можно использовать некоторые внешние признаки. Так, истинный плывун в котлованах дает скопление воды 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 проявлением суффозии на окружающей тер­ритории. Опасна подрезка склона, дающая выход плывунам. 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 отказыватьсяот 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 (рис. 164);

· 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 ограждение, замораживание и электрохимическое закрепление. При проходке подземных выработок используют повышенное давление, уравно­вешивающее давление воды плывуна.

Строительный котлован от плывуна можно оградить шпунто­вой крепью, задача которой — прорезать слой плывунной породы и принять на себя ее давление.

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 СаС1₂, 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. Силикатизация требует больших затрат, но весь­ма эффективна

45. Лёсс. Его состав, структура, текстура и свойства. Распространение лёссовых отложений

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород, которые встречаются на всех континентах, но особенно широко в Европе, Азии и Америке.Они лежат почти сплошным покровом на большей части Украины, на юге Евро­пейской части России, широко распространены в Средней Азии, Закавказье, Западной Сибири, слагают значительные массивы в Беларуси, Якутии и многих других районах

Лессовые породы представлены суглинками, реже — супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать об­ломки различных пород

Лессовые породы — это полиминеральные образования. В со­став крупных фракций входит до 50 наименований минералов. Главная роль отведена кварцу и полевым шпатам, затем следуют карбонаты, слюды, гипс и другие мине­ралы.

По гранулометрическому составу лессовые породы характери­зуются значительным разнообразием. Они включают различные разности по крупности, начиная от пылеватых песков до лессо­видных глин.

Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или жел­то-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде, высокая пылеватость, невысокая природная влажность по­ристая структура с сетью крупных и мелких пор, высокая карбонатность, засоление легководорастворимыми солями

В лессовых толщах природная влажность распределяется до­вольно закономерно. У поверхности располагается зона сезонных колебаний влажности, ниже — зона относительно постоянной влажности и далее влажность изменяется в сторону увеличения или уменьшения, что зависит от характера подстилающих пород. При водоупорах природная влажность нарастает и переходит в грунтовую воду. При водопроницаемых породах природная влаж­ность изменяется мало или даже с глубиной понижается

Изменение влажности лессовых грунтов по сезонам года серь­езно сказывается на основных строительных свойствах — сжимае­мости, просадочности и сопротивлении сдвигу

Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажне­ния различают: набухающие, непросадочные, просадочные

Набухающие лессовые породы встречаются редко. Обычно эти плотные и наиболее глинистые разновидности с содержанием в составе фракции менее 0,005 мм гидрофильных минералов типа монтмориллонита.

Непросадочные лессовые породы при замачивании и приложе­нии нагрузок просадочных свойств не проявляют. Такие породы свойственны пониженным частям рельефа и наиболее северным районам распространения лессовых отложений. Непросадочными также являются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение

46. Просадочные явления в лёссовых породах

Просадочностъ — явление, характерное для многих лессовых пород. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотне­ние пород приводит к опусканию поверхности земли в местах за­мачивания водой. Форма опускания зависит от особенностей ис­точника замачивания. При точечных источниках (прорыв водопроводной сети, канализации и т. д.) образуются блюдцеоб­разные понижения. Инфильтрация воды через траншеи и каналы приводит к продольным оседаниям поверхности. Площадные ис­точники замачивания, в том числе и при поднятии уровня под­земных вод, приводят к понижению поверхности на значитель­ных территориях

Вследствие опускания поверхности земли здания и сооружения претерпевают деформации, характер и размер которых определяет­ся величинами просадок. Величина оседания поверхности (величина просадки) может быть различной и колеб­лется от нескольких до десятков сантиметров, что зависит от осо­бенностей замачивания толщи. временном приложении к ней нагрузки от объекта. Такие по­роды относят к I типу по проса- дочности, другие лессовые поро­ды разрушаются уже при водонасьпцении только под собствен­ным весом. Это породы II типа по просадочности.

В лессовых толщах просадочными свойствами обладает только их верхняя часть. Мощ­ность слоя просадочных пород колеблется от 1 до 30 м (иногда больше). Для пород I типа эта величина в основном составляет 8—10 м. Просадочные породы до глу­бины 10—25 м типичны для II типа. Проса­дочные свойства с глубиной снижаются и постепенно переходят в непросадочные.

В полевых условиях величину просадки определяют методом штампа, который размещают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Та­кого типа определения дают наиболее точные результаты

При определении величины просадочной деформации породы не следует забывать об осадке. Под весом сооружения грунт не­сколько уплотняется, происходит осадка сооружения. Величина осадки в значительной степени зависит от природной влажности грунта — чем больше влажность грунта, тем больше он сжимается и тем больше величина осадки. Просадка проявляется уже как дополнительное к осадке уплотнение. Таким образом, деформа­ция породы складывается из «осадки — просадки». Для конкрет­ных условий эта величина обычно постоянная. Соотношение между осадкой и просадкой может меняться. В более сухих грун­тах осадка будет уменьшаться, а просадка возрастать, и наоборот.

Строительство на лессовых просадочных породах. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры лессовые поро­ды являются достаточно устойчивым основанием. Однако если существует потенциальная возможность проявления просадки и это приводит к деформациям зданий и сооружений, требуется осуществление различного рода мероприятий.

В настоящее время применяют комплекс методов. Это связа­но с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один из мето­дов не может считаться универсальным. Современные способы строительства на лессовых породах позволяют успешно противо­действовать возникновению просадочных явлений, особенно в породах I типа. Наибольший эффект борьбы с просадочностью достигается при комбинировании 2—3 различных мероприятий.

Выбор мероприятий производят на основе технико-экономического анализа, в число факторов которого входят:

· тип просадочности;

· мощность просадочных пород и величина просадки;

· конструктивные особенности зданий и сооружений

Все методы подразделяют на три группы: 1) водозащитные; 2) конструктивные; 3) устраняющие просадочные свойства пород.

Водозащитные мероприятия предусматривают планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизо­ляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов, устройство водонепроницаемых полов, покры­тий, отмосток и т.д.

Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособ­ление объектов к возможным неравномерным осадкам, по­вышение жесткости стен и прочности стыков, армирова­ние зданий поясами, примене­ние свайных, а также уширен­ных фундаментов.

Методы воздействия:

Механические методы преобразуют породы либо с поверхно­сти, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой, замачиванием под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение производят с помощью грунтовых свай (песчаных, известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с последующим взрывом под во­дой и т. д. Находят применение также песчаные и грунтовые по­душки, грунто-цементные опоры

К физико-химическим способам относят: обжиг грунтов через скважины, силикатизацию, пропитку цементными и глинистыми растворами, обработку различными солями, укрепление органи­ческими веществами (битум, смолы и др.)