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 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.