Плывуны

Содержание Введение 1.Общие сведения 2.Классификация плывунов 2.1 Истинные плывуны
2.2. Ложные плывуны 3. Условия строительства в мостостроении на плывунах 4. Способы борьбы с плывунами Заключение Список использованной литературы Введение Плывуны представляют собой большую опасность при выполнении строительных работ в мостостроении, строительстве железных дорог и объектов ПГС, в своей работе я хочу раскрыть важность данной проблемы в проектировании и строительстве. Предложить наиболее экономически выгодные методы борьбы с плывунными грунтами, оценить их влияние на экологию района строительства. 1.Общие сведения Плывуны — это насыщенные водой грунты, при вскрытии приобретающие свойства вязкой жидкости. Они представляют собой большую опасность при выполнении строительных работ. Если плывуны вскрываются подземными выработками, то они сравнительно быстро заполняют её, а вышележащие массы начинают сдвигаться и тоже приходят в движение. В Ленинграде в 1974 г. при строительстве метро проходили подземную выработку в плывунах на глубине примерно 80 м после их замораживания. Однако на одном участке эти пески оказались не промороженными и образовался прорыв. Тысячи кубических метров плывунных грунтов быстро заполнили часть готовой выработки, а па поверхности произошло оседание пород с образованием мульды. При строительстве Северо-Муйского тоннеля протяженностью 15,3 км было вскрыто несколько десятков разломов, заполненных дезинтегрированным до песка и глины грунтом. Обильно водонасыщенные грунты при вскрытии переходили в плывунное состояние. Наиболее опасными по стабильности перехода в плывунное состояние являлись нарушения, заполненные водопасыщенным грунтом песчано-глинистого состава с содержанием глинистых частиц 3-12% и более. Так, например в 1979 г. выброс плывуна в тоннеле составил 12000 за 10 минут. Вынос водонасыщенного песка повлек за собою человеческие жертвы. В 1986 г. выброс плывуна из разломов превысил 8000. В 1987 г. во время ведения буро-взрывных работ про­изошел выброс плывуна. В результате на 100 м от забоя была разброшена буровая установка и породопогрузочная машина массой 27 т. Установлено, что плывуны — это слабые, неустойчивые породы, требующие специальных методов ведения строительных работ и специальных мероприятий по обеспечению устойчивости сооружений. В плывунное состояние могут переходить пески, супеси, лессы, суглинки, озерные илы, глины. Таким образом, плывуны — это не какой-либо определенный тип горной породы, а особое состояние породы. На практике чаще всего приходится иметь дело с плывунными песками и особенно с песками, содержащими некоторое количество коллоидных частиц. При всем многообразии гранулометрического состава плывунов для всех типов плывунных унтов характерно одно общее качество — частицы этих грунтов в силу различных причин при вскрытии горными выработ-1ми оказываются разделенными прослойками свободной воды, то обусловливает или полное исчезновение структурных связей, или уменьшение их настолько, что они не в состоянии противостоять тем напряжениям, которые приводят плывуны в движение. Плывуны очень осложняют процесс проходки горных выработок и строительство сооружений. При проходке котлованов нисходит обрушение их стенок, разжижение грунтов при сотрясении, выполаживание откосов, заплывание котлована грунтом. Так, например, при строительстве Химкинский плотины произошло оплывание супесей в котловане с образованием угла .Оплывание произошло в результате сотрясения от бетономешалки. Значительные затруднения возникают и при вскрытии плывунов буровыми скважинами. В этом случае в обсадных трубах образуются «пробки» вследствие того, что плывуны из забоя нажины устремляются вверх по обсадной трубе, обволакивают буровой снаряд и происходит его «прихват». Давление плывунов часто вызывает искривление стволов шахт, разрушает крепление подземных горных выработок. Проявление плывунности грунтов может привести к деформации и даже разрушению сооружения. Примером может по служить строительство на Ленинских горах в Москве стометрового лыжного трамплина. Когда трамплин был уже построй строители приступили к срезке грунта в нижней части склона, которому нужно было придать кривизну, обеспечивающую безопасное приземление лыжников. Подрезкой были вскрыты плывунные грунты, устремившиеся в выемку так быстро, что рабочие не успели вывести из нее экскаватор. Переход грунтов в плывунное состояние возможен при одновременном сочетании следующих четырех факторов: - благоприятные условия залегания пород; - наличие разностей напоров подземных вод; - определенный состав пород; - определенное состояние рыхлых пород. Под благоприятными условиями залегания следует понимать обнаженность пород, вскрытых горными выработками, буровыми скважинами или какими-нибудь естественными процессам например, размывом. Если плывуны залегают глубоко и не вскрываются, то плывунность пород не проявляется. Очень часто при строительстве, опасаясь осложнений, сооружения проектируют таким образом, чтобы не вскрывать породы, которые могут перейти в плывунное состояние. Наличие разности напоров подземных вод также может служить причиной перехода грунтов в плывунное состояние. Разность напоров во многих случаях зависит от геологического строения и геоморфологических условий местности. Следует также иметь в виду, что естественные гидрогеологические условия могут быть изменены в процессе строительства, и тогда устойчивые горные породы могут перейти в плывунное состояние. Так, например, при откачке воды из котлованов может возникнуть разность напоров, что может привести к переходу грунтов в плывунное состояние. 2.Классификация плывунов Перечисленные грунты могут перейти в плывунное состояние при наличии избыточного увлажнения их. Анализ причин, которые вызывают переход грунтов в плывунное состояние, позволили А.Ф. Лебедеву подразделить плывуны на истинные ложные. 2.1 Истинные плывуны Истинные плывуны. Группу истинных плывунов составляют рыхлые горные породы - глинистые пески, супеси, суглинки, глины. Они переходят в плывунное состояние не только под воздействием гидродинамического давления, но, главным образом, из-за наличия в их составе минеральных и органических коллоидов. Коллоиды присутствуют в форме коллоидно-дисперсных минералов типа глауконита и монтмориллонита, а также виде гидроокиси Al, Fe и органических соединений. Все они придают частицам плывунов подвижность и, включая большое количество воды, способствуют растяжению структурной сетки. это, в свою очередь, обусловливает уменьшение механическое сцепления между частицами. Вода, присутствующая в плывунных грунтах, находится в связанном состоянии, что затрудняет ее удаление. Истинные плывуны обладают следующими особенностями:
1.Пористость 36-58%, коэффициент пористости 0,67-1,39. 2.Наличие органических и минеральных коллоидов. 3.Наличие частиц размером менее 5 мкм в количестве не менее 3%. 4.Величина максимальной молекулярной влагоемкости превышает 3%. 5.Присутствие коллоидов в составе истинных плывунов обусловливают слабую фильтрационную способность их. Коэффициент фильтрации для истинных плывунов не превышает см/с (0,9-9 см/сут). Чрезвычайно слабая водопроницаемость их и большая водоудерживающая способность исключает возможность осушения плывунов обычными способами.
6.Истинные плывуны обладают очень низким сопротивле­нием сдвигу. Предельное сдвигающее напряжение не превышает 0,005 МПа. 7.Влажность истинных плывунов близка к пределу текучести. 8.Угол естественного откоса изменяется от (3-4)° до (8-9)°. 9.Плотность истинных плывунов составляет 1,8-2,2 г/см3. 10.Истинные плывуны своеобразно ведут себя при забивке в них свай. При частых ударах небольшой силы плывун приходит в движение и свая легко погружается в грунт. После окончания забивки происходит остановка подвижек и свая приобре­ла большую несущую способность. 11.Кусочек плывуна, извлеченный из котлована, имеет вид слабовлажного грунта, вода из него не выступает, но если по нему похлопать ладонью, он расплывается и растекающиеся рая каплями падают с руки. 12.При высыхании истинные плывуны сильно цементируются вследствие склеивающего действия коллоидов. Внешне истинные плывуны обнаруживаются по следующий характерным признакам: - При взмучивании в дистиллированной воде истинный плывун образует суспензию, которая не осаждается в течение ряда месяцев. - В истинных плывунах благодаря наличию коллоидных частиц вода в котлованах обычно мутная. 2.2. Ложные плывуны Ложные или псевдоплывуны представляют собой преимущественно среднезернистые или тонкозернистые пески. Переход их в плывунное состояние происходит под влиянием гидродинамического давления потока подземных вод т.е. в результате наличия гидравлического градиента, возникающего при вскрытии выемки, котлована, траншеи, который, взвешивая частицы грунтов, устраняет трение между ними. Гидравлический градиент фильтрации, при котором порода переходит в плывунное состояние, называется критическим определяется следующим расчетом: где — плотность грунта; — пористость, в долях единицы. Признаки псевдоплывунов: 1.При взмучивании в дистиллированной воде ложный плывун образует суспензию, которая осветляется в десяти сантиметровом слое в течение 2-3 дней; 2. В котлованах, вскрывающих ложные плывуны, вода прозрачная или слабо мутная, быстро светлеющая; 3. Ложные плывуны сравнительно хорошо отдают воду, и при естественном или искусственном снижении гидравлического (напорного) градиента они легко переходят в устойчивое состояние. 3. Условия строительства в мостостроении на плывунах Распространение плывунных грунтов всегда вызывает необходимость соблюдения осторожности при проектировании и строительстве. В случае необходимости строительства на участках распространения плывунов необходимо учитывать следующее: 1.На какой глубине залегают плывуны; 2.Форму залегания (толща, пласт, линза, залежь неправильной формы) и мощность плывунных пород; 3.Геоморфологические условия участка распространения плывунов; 4.Состав и состояние пород, вмещающих плывуны; 5.Состав и физико-механические свойства плывунных грунтов; 6.Гидрогеологические особенности плывунов, глубину залегания, уровень подземных вод, направление уклона поверхностных, подземных вод. Плывуны могут служить основанием сооружений, т.е. как естественное основание, или после их предварительного искусственного уплотнения и укрепления, т.е. как искусственное основание. При неглубоком залегании плывунов от поверхности шли и небольшой их мощности фундаменты обычно закладывают на подстилающих устойчивых породах или на щебенистых, гравелистых подушках. В случае, если фундамент укладывают на каменистых подушках, в целях предупреждения вытекания плывуна в котлованы предусматривают шпунтовое ограждение. При необходимости глубокого заложения фундамента рекомендуется применять свайные фундаменты — сваи висячие, сваи- стойки длиной до 40 м, сваи-оболочки, поверху соединяемые ростверками, а также опускные колодцы глубиной до 70 м и кессоны глубиной до 40 м. 4. Способы борьбы с плывунами Способы борьбы с плывунами выбираются в зависимости от типа плывунов, их мощности, гидрогеологических условий и от характера возводимого сооружения. Применяют следующие способы борьбы с плывунами: I. Искусственное осушение. Метод носит временный характер, так как искусственное осушение производится на время производства строительных работ. К этой группе методов можно отнести: -понижение уровня подземных вод с помощью откачки воды из скважины; -установку забивных фильтров; -установку иглофильтров; -электроосушение; -использование шпунтовых ограждений; -замораживание; -силикатизацию. Водопонизительные скважины могут быть рекомендованы в ложных плывунах с , не менее 1 м/сут. Оборудуются специальными погружными насосами, помещаемыми внутри них (рис. 4.1). Последние дают напор до 80-100 м при производительности да 65-85 м3/ч. Карьер окружается системой подобных скважин, в которых периодически откачивают воду. Откачка вызывает образование вокруг скважин депрессионных воронок, которые, объединяясь, влекут за собой общее понижение уровня грунтовых вод в пределах карьеров. Рисунок 4.1 Водопонизительная скважина Иглофильтровые установки. Одноярусная иглофильтровая установка обеспечивает понижение уровня подземнных вод на 5-6 м. Иглофильтровые установки состоят из системы иглофильтров (тонких металлических труб длиной 7-9 м с фильтром на их нижних концах). Иглофильтровые установки широко применяются для осушения строительных котлованов, а также при проходке горных выработок. Иглофильтровая водопонизительная установка состоит из системы иглофильтров, устанавливаемых вокруг котлована через 0.5-2.0 м и более и подключенных к общему сборному трубопроводу, подсоединенному к вакуумному насосу или компрессору. При работе таких иглофильтров в кольцевое пространство, расположенное между обеими трубками, подается сжатый воздух , под действием которого во внутреннюю трубку поступает под определенным давлением вода.
Рисунок 4.2 Схема действия иглофильтров: 1 — Иглофильтры; 2 — Перфорированная часть иглофильтра; 3 — Трубопровод (коллектор); 4 — Самовсасывающий вихревой насос; 5 — котлован; В — Естественный уровень грунтовых вод; 7 — пониженный уровень
Электроосушение. Этот метод рекомендуется при дренирования водоносных толщ с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут. Рисунок 4.3. Схема электродренажа: 1 — Уровень грунтовых вод до осушения; 2 — Уровень грунтовых вод, сниженный электродренажем; 3 — Водоносные породы; 4 — Электричес­кая цепь, соединяющая аноды 8; 5 — Коллектор, соединяющий буровые скважины (катоды) 9; 6 — Насос; 7 — Генератор постоянного тока; а,б,в,г,д,е — Контур отрываемого котлована Способ крепления плывунов с помощью шпунтовых ограждений. Метод крепления применим лишь при сравнительно небольшой глубине залегания плывунов, так как погружение ограждения на глубину более 25 м представляет значительные технические трудности. Шпунтовое крепление применяют при вскрытии плывунов котлованами и траншеями. Для этого вокруг будущей выемки забивают деревянные (до глубины 4-5 м), железобетонные или металлические шпунты, образующие сплошной «Забор» глубиной иногда более 20 м, защищающий выемку от плывуна. Сваи забивают, несколько углубляя их в водоупор, чтобы не происходило подплывания породы в котлован под шпунтовый ряд. При забивке шпунтов следует учитывать особенности геологического строения. Так, при наличии над плывуном или над водоупором слоя галечника забивка шпунтов становится невозможной. Рисунок 4.4. Шпунтовые ограждения котлованов (план): 1- Установленное шпунтовое ограждение; 2 - Линия забивки шпунта. Способ искусственного замораживания применяется для при­дания временной прочности плывунным грунтам . Для замораживания бурят скважины, в которые нагнетают чаще всего охлажденный раствор хлористого кальция. В результате круг скважины создается зона охлаждения пород с температу­ра -20 до - 40°С. Этот метод имеет некоторые преимущества: а) представляется возможность закрепления пород различных типов; б) замораживание обеспечивает создание прочных стенок из грунтов, не требующих крепления. Существенным недостатком метода является временный характер закрепления плывунных грунтов и длительный процесс замораживания. Для прочного замораживания требуется более 1 суток. Кроме того, способ требует довольно сложного оборудования и проходки значительного количества скважин, расто­ргаемых в один или несколько рядов. Рисунок 4.5. Схема установки для замораживания пород: 1- Замораживающая колонка; 2 — Форшахта; 3 — Собирательный коллектор; 4 — Распределительный коллектор; 5 — Электромотор к компрессору; 6- Компрессор; 7 — Испаритель (рефрижератор); 8 — Регулирующий вентиль; 9 — Рассольный насос с мотором; 10 — Оросительный конденсатор; 11- Водный насос с мотором; 12 — рассолопровод: а — прямой; б — обратный; 13 — Уровень грунтовых вод; 14 — Водонасыщеный песок; 15 — Водоупорные породы. Силикатизация. Метод силикатизации рекомендуется при рабте в ложных плывунах . Он увеличивает механическую прочность пород, делает их более устойчивыми. Двухрастворовый способ закрепления пород применяется для: а) увеличения несущей способности пород под фундаментами сооруже­ны, б) исключения притока воды при проходке горных выработок; в) создания водонепроницаемых завес. Метод двухрастворной силикатизации не применим в мелкозернистых породах, склонных к плывучести. Растворы вследствие своей вязкости не могут проникать и равномерно заполнены, мелкие поры. Метод не применим также в крупнозернистых песчано-гравелистых породах с коэффициентом фильтрации 80 м/сут и более, в которых не все поры заполняются силикатом, в результате чего получается неплотная цементация. Преимущество двухрастворного способа — быстрота и высокая прочность закрепления (временное сопротивление раздавливанию закрепленных пород достигает 1,5-6,0 МПа), обеспечение водонепроницаемости и устойчивости закрепленных пород при воздействии на них агрессивных подземных вод. Одиораствориый способ силикатизации пород придает породе водонепроницаемость и несколько увеличивает прочность.Этот способ применяется при закреплении песчаных пород с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут, но не менее 0.5 м/сут. Рис. 4.6. Схема силикатизации: 1 - Инъектор; 1,2, 3 — зоны очеред­ного насыщения жидким стеклом (вниз) и СаСl (вверх) Заключение При выполнении исследовательской работы были изучены следующие способы борьбы с плывунами: -понижение уровня подземных вод с помощью откачки воды из скважины; -установку забивных фильтров; -установку иглофильтров; -электроосушение; -использование шпунтовых ограждений; -замораживание; -силикатизацию. Проблема плывунов является серьезной в современном строительстве и требует расширения наших познаний в борьбе с плывунами грунтами. Список использованной литературы 1.Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектировав и строительства на просадочных макропористых грунтах. - М Госстройиздат, 1968. — 430 с. 2.Белоусов В.В. Земная кора и мантия океанов. — |1j Наука, 1968. — 274 с. 3.Винокуров Ф.П., Тетерин А.Е., Питерман МЛ Строительные свойства торфяных грунтов. — Минск: Изд- БССР, 1962. — 281 с. 4.Войткевич Г.В. Возраст Земли и геологическое лето исчисление. — М.: Наука, 1965. — 237 с. 5.Вологдин А.Г. Происхождение и развитие жизни II земле. — М.: Знание, 1970. — 135 с. 6.Горшков Г.П., Якушева А.Ф. Общая геология. 1« М.: Изд-во МГУ, 1973. — 591 с. 7.Гуменекий Б.М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. — М.: Стройиздат 1965. — 234 с. 8.Лебедева Н.Б. Пособие к практическим занятиям общей геологии. — М.: Изд-во МГУ, 1986. — 100 с. 9.Гольнштейн М.Н. Механические свойства грунтов. I • М.: Госстройиздат, 1973. — 176 с. 10. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. — М.: Изд-во МГУ, 1969. — 84 с.