ПЛЫВУНЫ

Плывунами в строительной практике называют водонасыщенные рыхлые породы, обычно пески, которые при вскрытии различными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя, подобно тяжелой вязкой жидкости. Плывунные свойства кроме песков при определенных условиях могут проявлять пылеватые суглинки, супеси, гравийные отложения, т.е. породы, обладающие значительной пористостью.

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое 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, обусловливая их движение по направлению градиента или, иначе говоря, в сторону разгрузки, в котлован.

Физический смысл гидродинамического давления сводится к тому, что оно вызывается трением между фильтрующейся водой и поверхностью пор грунта. Если поток направлен сверху вниз, частицы пека также увлекаются вниз, что вызывает увеличение эффективного давления в песке. Если же вода фильтрует снизу вверх, трение между водой и стенками пор стремится приподнять частицы песка.

Плывуны возникают под действием фильтрационного потока, движущегося по направлению к водоприемнику, т.е. обнаженной поверхности песков (горной выработки). Силы внутреннего трения и сцепления песков в этом случае оказываются недостаточными для преодоления гидродинамического давления D, численно равного произведению удельного веса фильтрующейся воды А на гидравлический градиент потока /, т.е. D = А • I. Чем больше перепад давления, т.е. напор подземных вод, тем интенсивней протекает процесс оплывания.

Переход водонасыщенных пород в насыщенное состояние значительно облегчается при вибрации и может произойти, если соблюдено условие

где у — объемный вес породы с учетом взвешивающего давления воды, г/см3;

(I — коэффициент бокового распора в состоянии покоя;

р — постоянная нагрузка на породу, МПа;

рх периодически действующая (вибрационная) нагрузка, МПа;

h — глубина залегания породы, м.

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи. Частицы переходят во взвешенное состояние. Интенсивность плывунных явлений в породах зависит от величины градиента, гранулометрического и минералогического состава, формы частиц, плотности породы и других факторов.

А.Ф. Лебедев разделил плывуны на ложные (псевдоплывуны) и истинные.

Ложные плывуны — породы, не имеющие структурных связей, различные пески и гравелистые отложения. 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 плывуна очень легко оплывают. Объемный вес в безводном состоянии колеблется от 1,5 до 1,75 т/м3. Вода светлая или слабомутная.

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 многие другие рыхлые породы. Так, Н.В. Коломенский наблюдал в Забайкалье выход восходящего источника из галечников. Жердь, поставленная вертикально на галечник, уходила в него под влиянием собственной тяжести. Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабосце- ментированную массу.

Истинные плывуны — породы с коагуляционными или смешанными связями — глинистые пески, а также супеси, суглинки. Структурные связи обусловлены присутствием глинистых и коллоидных (< 0,0001 мм) частиц с высокими гидрофильными свойствами. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к

себе влагу (гидрофильных) коллоидных и 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/сек.

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

Истинные плывуны обладают тиксотропными свойствами, т.е. способностью разжижаться и переходить из гелеобразного состояния в золи и суспензии под влиянием механического, вибрационного, ультразвукового и других воздействий. После прекращения воздействия, вызвавшего тиксотропные превращения, система сразу же или через некоторое время застывает, вновь переходя в гель.

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

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на следующие 3 группы:

  • 1) искусственное осушение плывунных пород в период строительства (открытая откачка из котлована, иглофильтры и др.);
  • 2) крепление плывунов путем ограждения (шпунты);
  • 3) закрепление самих плывунов путем изменения их физических свойств (силикатизация, цементация, замораживание, электрохимические способы и т.д.).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >