Глава 29 плывуны

Плывунаминазывают 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 гидродинамическоедавление поровой воды, которое со­здается в результате перепада (градиента) давления фунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т. п.). В связи с обычно ма­лой водопроницаемостью плывунных пород гидравлический фа- диент вызывает фильтрационное давление на частицы породы, обусловливая их движение по направлению фадиента или, иначе говоря, в сторону разфузки, в котлован. Для определения крити­ческого значения фадиента фильтрации /_кр, при котором порода переходит в плывунное состояние, рекомендуют формулу418

/кр =(р - 1)(1 -Я),

где р — плотность породы; п— пористость.

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.

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 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. 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 называемыезыбучиепески. 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 (менее0,001мм) 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 — 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.

Есть некоторые данные (В.В. Радина, 1975), что в истинных плывунах на имеющейся в них органике развиты колонии мик­роорганизмов, продукты жизнедеятельности которых способству­ют проявлению плывунных свойств.

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».

Наиболее сложно определить вид плывуна. Для этого необхо­димо изучить весь комплекс инженерно-геологических и гидроге­ологических условий. Можно также 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. 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 420

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 (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, замораживаниеиэлектрохимическое 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; прик_ф^1,0...0,2м/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 £ф <0,2м/сут иглофильтры применяют в сочетании с электродренажом.

Строительный котлован от плывуна можно оградитьшпунто­вой крепью,задача которой — прорезать слой плывунной породы и принять на себя ее давление. Забивка деревянного шпунта ограничивается глубиной6—8м, металлического — 20—25 м. При наличии галечников и прослоев плотных грунтов (мергели и др.) погрузить шпунт не удается.

Рис. 164. Шпунтовая стена в плывуне

Замораживаниеплывунов 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 (А_ф> 0,5 м/сут). Силикатизация требует больших затрат, но весь­ма эффективна.

Правильное и своевременное применение тех или иных мер борьбы с плывунами позволяет успешно осуществлять строитель­ные работы.