Плывун грунт: почему так называют грунт? Почему нельзя трогать? Причины и последствия, способы борьбы с истинным плывуном

Грунтовые плывуны — причины появления и последствия

Плюсы и минусы > Ремонт и строительство > Грунтовые плывуны — причины появления и последствия

Плывуном называют погребенный грунт, насыщенный водой. Этот обводненный слой никак не проявляет себя, пока его не вскрыли при рытье котлована или других работах. После этого твердая фракция обретает текучесть. То есть плывун не является определенным видом грунта, это его специфическое состояние при избыточном обводнении.

Толща грунтового плывуна может быть различной, от десятков сантиметров до 10 метров и более. Такие породы доставляют много проблем при строительстве. Сильная обводненность может сделать участок полностью непригодным для ведения какой-либо хозяйственной деятельности.

Общая информация

Гидрогеология делит плывуны на истинные и ложные. Они отличаются по составу, который определяет их свойства.

1. Истинные плывуны представляют собой слой мелкозернистого песка, супеси, пропитанных водой. В воде содержится большое количество взвешенных глинистых частиц, органического ила и коллоидных образований, которые связывают грунт и играют роль смазки во время движения. Истинные плывуны обладают гидрофильными свойствами, хорошо удерживают воду и плохо фильтруют ее. В образовании коллоидных частиц активное участие принимают микроорганизмы. При вскрытии пласта твердые частицы и вода сразу начинают выжиматься в свободное пространство, подвижная масса заполняет котлован, колодец или скважину. Такие грунты переходят в состояние плывунов даже при небольшом напорном градиенте. Коэффициент фильтрации редко превышает 0,5 м/сут. После высыхания твердая фракция образует прочную сцементированную массу. Только что извлеченный грунт имеет специфический, затхлый, неприятный запах. Истинные плывунные породы при замерзании значительно увеличивают объем, из-за чего на местности появляются сезонные бугры пучения.
2. Ложный плывун (псевдоплывун) состоит из одного мелкозернистого песка. Порода хорошо принимает воду и быстро отдает ее, так как давление внутри пласта превышает атмосферное, а жидкость ничего не связывает. При вскрытии ложного плывуна песчано-водная смесь очень быстро заполняют выработку или котлован. Когда внутрипластовое давление снизится, вынос твердого вещества прекратится. Ложные плывуны переходят в текучее состояние только при достаточно большом гидравлическом напоре. После высыхания твердая фракция превращается в обычный рыхлый песок.

Причины образования плывуна

Грунтовые пласты, не нарушенные вмешательством человека и природы, существуют на протяжении столетий и более. Местные жители могут не подозревать, что во время строительных работ им придется столкнуться с явлением, которое уничтожит их труд.

К причинам и факторам образования плывунов относят:

1. Большую обводненность региона.
2. Расположение водоносных горизонтов в непосредственной близости к поверхности.
3. Наличие условий для образования линзообразных залежей подземных вод.
4. Наличие пластов водопроницаемых пород (песка, супесей).
5. Наличие водонепроницаемых пластов, на которых задерживается вода — глин и суглинков, коренных пород.
6. Отсутствие условий для разгрузки водоносных горизонтов.

Основная причина появления плывуна на поверхности земли и в выработках — давление воды, содержащейся в пласте после его вскрытия. Твердые частицы, «смазанные» жидкостью, сразу начинают двигаться в сторону разгрузки.

Последствия

Изучение гидрогеологических особенностей территории поможет свести вред от плывунов к минимуму. Игнорирование проблемы приведет к серьезным последствиям:

• При вскрытии плывунных пород в больших котлованах, карьерах может измениться естественный гидрогеологический режим местности, понизится уровень воды в скважинах и колодцах.
• После разгрузки пласта несущая способность лежащих выше грунтов значительно снизится.
• На поверхности земли могут образоваться впадины, так как грунт даст неравномерную просадку.
• Строения могут накрениться, в фундаментах, на стенах появятся трещины, деформируются оконные и дверные проемы. Дома станут непригодными для проживания. При сильных просадках здания полностью уходят в грунт.
• В результате подвижек и проседания поверхности случаются разрывы трубопроводов, канализации и подземных газопроводов, электросетей, деформация дорог.
• Плывуны провоцируют образование малых и больших оползней.
• Изменяется режим питания корневой системы растений, может наблюдаться высыхание деревьев и кустарника.

Прорывы обводненных пород особенно опасны для метрополитенов и тоннелей. Текучая песчаная масса может полностью перегородить путь, а на ликвидацию завалов уйдет много времени и средств. Вскрытие плывуна надолго остановит работу любого промышленного предприятия.

Выводы и рекомендации

Если в месте строительства обнаружены обводненные породы, следует принять меры, чтобы минимизировать вред от этого явления. Важное значение имеет правильный выбор фундамента. Если мощность обводненного слоя невелика, его можно перекрыть сваями. Хорошо показали себя опоры с широким основанием, поставленные ниже плывуна, на слой водонепроницаемых пород, свайный фундамент с песчаной и гравийной подушкой.

При бурении скважин на воду и частном строительстве следует изучить все доступные материалы, касающиеся гидрогеологических условий местности, обратиться к специалистам в данной области. Неплохо изучить опыт соседей, выяснить, появлялись ли плывуны на близлежащих участках, какова глубина залегания насыщенного водой слоя и из чего он состоит.

При бурении и ремонте скважин нужно следовать нескольким правилам:

1. При чистке скважины и колодца нельзя разом выкачивать большое количество воды, так как она быстро заполнится суспензией, которая забьет фильтры.
2. При бурении колодца (скважины) важно быстро заполнять пустое пространство водой, чтобы сохранить гидродинамическое равновесие.
3. В колодцы и скважины фильтры устанавливают не только на дно, но и строго на водоносный горизонт.

В промышленном строительстве для борьбы с плывунами используют вакуумирование, иглофильтры, электродренаж. Эффективно и возведение шпунтовых стен. В плывуные породы под давлением закачивают жидкое стекло. Также используется методика замораживания грунта.

Чем угрожает плывун при копке и чистке колодца

Однозначно неправ тот, кто заранее гарантирует выкопать 100% отличный колодец с хорошим притоком вкусной воды. Характеристики будущего водозабора зависят от двух факторов:

1. 
   Мастерства колодезной бригады;
2. 
   Гидрогеологической картины местности.

Чтобы максимально себя обезопасить по первому пункту, заказчики должны выбирать подрядчиков с проверенной репутацией. Здесь, как и в случае с доктором, нужно идти к специалисту, а не искать объявление на столбах. Умелый и совестный мастер приложит все усилия, и выкопает лучший из возможных колодцев, отталкиваясь от исходящих данных. Разнорабочий без специализации создаст видимость деятельности, и при благоприятном стечении обстоятельств, что-то выроет у вас на участке. Чтобы не стать жертвой мошенников, нельзя вносить предоплату и заключать договор на словах.

Страшный сон всех колодезников

В любом деле есть свои тонкости и сложные моменты, которые невозможно предугадать заранее. В колодезной отрасли к таким относятся:

• 
  Крупные валуны, которые невозможно раздробить и обойти;
• 
  Мощные непроходимые пласты гранита или известняков;
• 
  Вскрытие активного плывуна.

Плывуны – это самый опасный вариант развития событий при рытье колодцев и котлованов под здания. Глубоко под землей они находятся в стабильном состоянии равновесия и никак себя не проявляют. Над ними строят здания и прокладывают дороги. Проблемы начинаются, как только закрытый объем текущего грунта вскрывается при земляных работах.

Суть строительства колодца – это создать и укрепить перпендикулярный шурф в грунте, который последовательно пройдет несколько слоев породы разной мощности и упрется во второй водонепроницаемый пласт. Глубина зависит от региона. По Московской области встречаются колодцы глубиной от 8 до 35 метров, а среди старинных построек исследователи выявили колодец в 75 метров, выкопанный вручную.

Однозначного научного объяснения образованию плывунов не существует. Текучесть им обеспечивает мелкодисперсный состав и примеси обволакивающих коллоидных частиц, которые придают текучесть более крупным фракциям

При копке шахты ее параллельно обсаживают колодезными железобетонными кольцами, срубом или съемной опалубкой. Несмотря на опасность, продолжают практиковать открытый способ, когда сначала выкапывают колодец до воды, зачищают дно, и поочередно спускают необходимое количество колец. Вскрытый плывун приводит к частичному обвалу стенок и наносит в шахту большое количество песчано-глиняной смеси. Укрепленный ствол может не выдержать такого напора, кольца смещаются и выворачиваются. Если мастер не успеет вовремя подняться, то ему тоже угрожает опасность. Занос высотой по колено зажимает ноги с такой силой, что выбраться невозможно, поэтому работать нужно только в паре с помощником и в страховочной экипировке.

Случаются и плывуны небольшой мощности, которые просто заносят шахту на высоту от нескольких десятков сантиметров до 1-2 метров. Теоретически и практически плывун не обнуляет вероятность довести строительство колодца до успешного завершения, но под силу это только настоящим профессионалам.

Возможные действия при обнаружении плывуна

Разбуженный плывун отчерпать невозможно. Естественное равновесие нарушается и чем активнее вычерпывать текучую жижу, тем быстрее она будет прибывать. Это опасно по двум причинам:

• 
  Невозможно оценить поведение плывуна, в любой момент он может открыться сильнее, разорвать шахту и свернуть кольца.
• 
  Сильная откачка приводит к проседанию грунта. Наблюдается тот же эффект, если проколоть надувной матрас и положить на него вес.

Несмотря на сложные условия и высокую оперативность проведения работ есть несколько способов временно восстановить равновесие и нейтрализовать плывунный участок. Самый простой вариант закачать в шахту количество воды, которое своим весом остановит движение грунта. Углубление нужно продолжать, копая под водой. Такой алгоритм применим для плывунов небольшой мощности.

Главная причина не трогать плывун заключается не в трудоемкости его нейтрализации, а в реальной угрозе для жизни рабочих. К сожалению, печальные истории с летальным исходом – это не выдумка. Выбраться из топкого слоя или свернутого кольца крайне сложно

Если действовать быстро, то плывун можно на время отсечь установкой механического укрепления стенок шахты, например, шпунтов. Ими отсекают внешний нестабильный слой, а внутри ускоренными темпами продолжают копать, чтобы быстро пройти проблемную глубину и закрыть ее кольцами. Для такого случая нужно их нужно скреплять между собой металлическими скобками из арматуры или плоскими полосками на винтовых креплениях. Они помогут снизить степень перекоса и разрывов.

Перенасыщенный водой грунт хорошо поддается замораживанию. Практиковать такой способ стали еще в 19 веке. Плывун открывали, с приходом морозов он начинал промерзать и останавливаться, тогда его постепенно снимали обмерзлую массу до нужной глубины. Это действенный метод, но для домашних колодцев непригоден. Самое первое, что может помешать, мягкая зима с плюсовыми температурами, которые никак не способствуют замерзанию чего-либо.

Второй момент, чем глубже спускаться внутрь шахты, тем там теплее – ее греет грунт. В промышленных масштабах плывуны замораживают подачей аммиака через систему трубопроводов. Среди проверенных народных методов упоминается добавление в плывуны скрепляющих веществ, которые будут поглощать влагу и стабилизировать плывун. Практиковалось множество субстанций: ржаная мука, навоз, древесный уголь. В современном прочтении вместо них вводится жидкое стекло, а сам метод называется силикатизация грунтов.

Самый дорогой из современных способов – электрокоагуляция. В плывуне устанавливают графитовые электроды и пропускают через них электрический ток. В процессе образовывается температура до 2500 градусов, которая спекает песок и превращает его в подобие стекла.

Как видим, в домашних условиях реально применить только копку под водой или отсечение плывуна. Не стоит бороться с ним, вооружившись только теоретическими познаниями в области гидрогеологии.

Главное достоинство колодцев на плывунах – стабильный приток воды при невысоком столбе. Большого дебита добиться не удастся, но воды будет достаточно. Не отдают воду влагу только истинные плывуны, которые встречаются в колодезном деле редко

Если вы не метростроевец и не крупная строительная компания, и не обладаете финансовыми и техническими возможностями промышленного масштаба, то работать с плывуном придется народными методами.

Облагораживаем плывун в колодце

Обычно колодезникам удается локализовать область плывуна и достроить колодец. Исключение – плывуна с большой мощностью, которые попадают в шахту в несколько десятков раз быстрее, чем строители успевают вычерпывать. При боковом плывуне дно удается зачистить до плотной породы, а если он открывается снизу, то выемка грунта продолжается до допустимой глубины, после чего колодцу нужно дать время наполниться водой и успокоиться. Как только вес водяного столба придавит плывун, а муть уляжется нужно попробовать снизить нанесенный слой, понемногу вынимая грунт.

Побочной проблемой бокового плывуна будут сложности с гидроизоляцией швов. Замазка обычными цементными растворами не успевает схватиться, поэтому следует использовать специальные составы с коротким временем застывания – гидропломбы.

Чтобы предотвратить взмучивание при заборе воды, на дно укладывается донный фильтр или щит. Насос с нижним забором воды лучше расположить в перфорированной емкости, чтобы предотвратить всасывание мути и поломку оборудования.

В первые годы эксплуатации колодец может активнее заиливаться. При откачивании безопасно убирать не более 2/3 воды, чтобы заново не разбудить плывун. Обращаться к профессионалам рекомендуется даже в случае с обслуживанием обычного колодца, а для плывуна – компания «Три колодца» это то, что нужно.

Состояние зыбучих песков – Механизм возникновения и профилактические меры

🕑 Время чтения: 1 минута

Состояние зыбучих песков – это всплывание частиц несвязного грунта, таких как мелкий гравий и песок, из-за вертикального просачивающегося вверх потока. При кипении песка несущая способность и прочность на сдвиг несвязного грунта снижаются, и становятся очевидными волнения частиц грунта.

Состояние зыбучих песков — это не тип грунта, а состояние течения, возникающее в несвязных грунтах. На практике состояние кипения может возникнуть, когда земляные работы проводятся ниже уровня грунтовых вод, а вода откачивается из котлована, чтобы защитить территорию от воды.

Содержание:

• Как возникает состояние зыбучих песков?
• Состояние зыбучих песков на строительной площадке
• Как избежать состояния зыбучих песков?

Как возникает состояние зыбучих песков?

Состояние зыбучих песков возникает, когда фильтрующее давление, действующее вверх, преодолевает давление, направленное вниз из-за погруженного веса грунта, и песчинки раздвигаются. В результате грунт не способен выдержать нагрузку.

Почва, находящаяся в состоянии зыбучих песков, теряет прочность на сдвиг и несущую способность. Прочность на сдвиг несвязного грунта зависит от эффективного напряжения. Прочность на сдвиг определяется по формуле:

Эффективное напряжение определяется по следующей формуле:

Рис. 1: Состояние сыпучего песка

Терминология уравнения 2 поясняется и проиллюстрирована на рис. 2. Подстановка компонентов уравнения 2 приводит к следующим выражениям:

Таким образом, уравнение 5 может быть выражено следующим образом:

Замена
значение массы подводной единицы по коэффициенту пустотности:

Принимая
G=2,67 и e=0,67, результат уравнения 9 равен единице.

Таким образом, эффективное напряжение становится равным нулю для грунта с вышеуказанными значениями G и e, когда гидравлический градиент i равен единице, т.е. напор, вызывающий течение, равен длине образца.

При превышении критического градиента почва движется вверх, и поверхность почвы кажется кипящей. Быстрое состояние также известно как состояние кипения. На этом этапе происходит сильное и видимое волнение частиц. Расход резко возрастает из-за произошедшего в процессе повышения коэффициента проницаемости. Если на поверхность почвы положить груз, он опустится. Почва ведет себя как жидкость, не имеющая сопротивления сдвигу.

Зыбучие пески не могут выдержать вес человека или животного и ведут себя как жидкость с удельным весом примерно в два раза больше воды. Человек может легко плавать в нем примерно на треть своего тела из зыбучих песков. Однако зыбучие пески очень вязкие, и движение в них потребует больших усилий и энергии. Человек может утонуть (удушиться), если устанет и в панике уронит голову в зыбучие пески.

Если человек попал в зыбучие пески, он должен держать голову высоко над поверхностью почвы и медленно двигаться в сторону берега. Он должен попытаться поймать какое-нибудь дерево на берегу или попытаться вытащить себя из зыбучих песков.

При наличии на несвязных грунтах напора, необходимого для образования зыбучих песков, увеличивается.

Состояние зыбучих песков на строительной площадке

Существует ряд строительных площадок, подверженных воздействию зыбучих песков:

1. Земляные работы в гранулированных материалах за перемычками вдоль рек.
2. Любое место, где существует артезианское давление, т. е. где напор воды превышает обычное статическое давление воды.
3. За насыпями рек для защиты от наводнений.

Как избежать состояния зыбучих песков?

Этого можно избежать, понизив уровень грунтовых вод на участке перед
земляных работ или, альтернативно, за счет увеличения длины восходящего потока. кипячение
состояние также распространено, когда водопроницаемый слой песка, лежащий в основе глинистой почвы,
в условиях артезианского давления.

Состояние, возникновение, предотвращение и факты

Зыбучие пески — это такое состояние, при котором насыщенный песок теряет способность поддерживать, со временем приобретая характер жидкости. Зыбучие пески встречаются в устьях крупных рек или вдоль плоских ручьев или пляжей, где водоемы частично заполнены песком с подстилающим слоем глины или любого другого плотного материала, препятствующего дренажу. Quick Sand представляет собой смесь песка, грязи и растительности.

[Изображение будет добавлено в ближайшее время]

Далее мы узнаем об этой типичной ситуации с песком, состоянии зыбучих песков, их появлении и других удивительных фактах об этом песке.

Состояние зыбучих песков

Условия зыбучих песков предназначены для всплытия частиц несвязного грунта, таких как мелкий гравий и частицы песка, это происходит из-за вертикального восходящего просачивающегося потока. Здесь происходит вскипание песка, снижается несущая способность и сопротивление сдвигу этого типа грунта, а затем проявляются волнения частиц грунта.

Состояние зыбучих песков на самом деле не является типом грунта, это состояние текучести грунта, которое встречается в несвязных грунтах. В этой ситуации кипение происходит, когда земляные работы производятся ниже уровня грунтовых вод, и в это время вода откачивается из котлована, чтобы территория вокруг него была свободна от воды.

Как возникает состояние зыбучих песков?

[Изображение будет добавлено в ближайшее время]

Состояние зыбучих песков возникает, когда есть просачивающееся давление, которое действует в направлении вверх, преодолевая давление в направлении вниз, это происходит из-за погруженного веса грунта, а здесь песок зерна вытесняются друг от друга. Это приводит к образованию зыбучих песков, которые не могут выдержать нагрузку на этот песок.

Когда критический уклон превышается, почва здесь постепенно поднимается вверх, и тогда поверхность почвы кажется кипящей. Это быстрое состояние в песке также известно как состояние кипения. На этой стадии происходит сильное и видимое возбуждение этих частиц. Разряд затем резко возрастает из-за увеличения коэффициента проницаемости, произошедшего в процессе. Если на поверхность почвы положить груз, он в конце концов утонет. Грунт для этого явления ведет себя как жидкость, не имеющая сопротивления сдвигу.

Зыбучие пески не могут выдержать вес человека или животного и поэтому ведут себя как жидкость, удельный вес которой примерно вдвое превышает массу воды. Человек может легко плавать в нем примерно на треть своего тела над зыбучим песком. Однако зыбучие пески очень вязкие, и движение в них потребует большого количества энергии. Человек может закончить тем, что утонет, задохнется, если устанет, а затем уронит голову в этот зыбучий песок в приступе паники.

Это следует иметь в виду, если человек попал в такие зыбучие пески, он должен держать голову высоко над поверхностью почвы, а затем медленно двигаться к берегу. Человек должен попытаться поймать какое-нибудь дерево на берегу, а затем попытаться выбраться из него.

Состояние зыбучих песков на строительной площадке

Строительные площадки очень восприимчивы к условиям типа зыбучих песков:

1. Выемки сыпучих материалов за перемычками вдоль рек.

2. Любое место, где существует артезианское давление, т. е. где напор воды больше обычного статического давления воды.

3. Набережные за рекой также для защиты от наводнений.

Как избежать состояния зыбучих песков?

Состояние зыбучих песков предотвращается за счет снижения уровня грунтовых вод на площадке перед земляными работами или, в качестве альтернативы, за счет увеличения длины восходящего потока воды. Состояние Кипение довольно часто встречается в то время, когда предшествующая песчаная толща, лежащая под глинистым грунтом, находится в состоянии артезианского давления.