Грунт плывун какой фундамент. Дом на плывуне

На участках, где преимущественно песчаный грунт, либо когда-то была река или озеро, на заболоченной местности застройщика может ожидать неприятный сюрприз – наличие в толще грунта плывуна. Плывуном называют песок или супесь, насыщенные водой. Проблема в том, что он отличается текучестью, разжижается под нагрузкой. Какой фундамент строить на плывуне, на что обратить внимание в такой ситуации – обо всем этом мы поговорим в данной статье.

Строительство фундамента дома на плывуне

Несмотря на то, что песок часто используют в качестве материала для подушки (о песчаной подушке читайте здесь), его наличие в грунте может негативно сказываться на фундаменте. Все зависит от размера частиц-песчинок. Как вы знаете, пески по фракции бывают не только крупными и средними, но встречаются также мелкие и пылеватые. Последние как раз и представляют опасность при их наличии в грунте на строительной площадке. Дело в том, что при насыщении водой они приобретают свойство текучести, что негативно сказывается на несущей способности такого грунта. Ситуацию усугубляют примеси глины, которые обычно имеются в составе плывунов. Учитывая низкое значение сопротивления влажного песчано-пылеватого грунта (см. в таблице ниже), недопустимо расположение подошвы фундамента на плывуне.

Как узнать, что в мы имеем дело с плывуном

Без геологических исследований не обойтись. Лучше всего еще перед началом строительства заказать инженерно-геологические изыскания в профессиональной фирме. Но если вы решили делать фундамент своими руками, то и на подобных услугах можно сэкономить:

• если ваши соседи по участку уже построили дом, велика вероятность, что у них имеется необходимая информация по грунту. Самый простой вариант – спросить у них;
• самостоятельное исследование грунта под будущим пятном застройки сводится к выкапыванию шурфа на глубину не ниже ГПГ либо бурение скважин. О наличии плывуна будет свидетельствовать оползание стенок шурфа, заполнение скважины пастообразной смесью «жидкого песка»;
• если при исследованиях почвы обнаружен плывун, самостоятельно узнать толщину пласта текучего грунта практически невозможно. Т.е. рассматривая в качестве основы дома фундамент на винтовых сваях или столбчатое основание, заглубленное ниже плывуна, придется раскошеливаться на профессиональные услуги

Варианты фундаментов

В целом, если речь идет о строительстве дома на участке с плывуном, в качестве его фундамента можно рассматривать едва ли не все типы – все зависит от конкретных условий:

• свайный фундамент с ростверком подходит в случаях, если известна толщина плывуна и она незначительна. В качестве опор можно использовать забивные железобетонные сваи или винтовые стальные изделия. Идея состоит в том, чтобы расположить подошву фундамента ниже залегания плывуна. Обвязка опор осуществляется ж/б ростверком;
• ленточный мелкозаглубленный фундамент можно применять в двух случаях: плывун находится на существенной глубине (больше 3 м) либо возможно устройство дренажной системы для фундамента. Последний вариант удобен на участке с уклоном – осушая плывун, мы просто нивелируем его негативные свойства;
• фундамент-плита чаще всего используется в случаях, когда нагрузка от дома значительна, а плывун находится недалеко от поверхности земли (1-2 м). В этих ситуациях экономия на устройстве вышеперечисленных типах оснований выглядит сомнительной, поэтому заливают именно плиту

В качестве альтернативы при высоком УГВ и неглубоком залегании плывуна можно рассмотреть вариант устройства насыпного основания. В этих целях на площадку привозят необходимый объем материала (как правило, песка, гравия и т.д. – непучинистого грунта) и далее возводят фундамент на насыпном грунте.

Меры предосторожности при работе с плывунами

Представьте себе воздушный шарик, который наполнили водой и завязали. Как только вы проколите его, вода тут же хлынет наружу. Похожая ситуация и с плывунами: они ведут себя более-менее предсказуемо, пока находятся в толще грунта и доступ к ним ограничен вышележащими пластами. Стоит только проколоть «оболочку», текучий песок вырвется на свободу. Поэтому при разработке котлованов (или глубоких траншей) под фундамент, в местах, где возможно обнаружение плывунов, необходимо работать как минимум вдвоем: один занимается выемкой грунта, второй – контролирует процесс.

Фундамент на плывуне вопрос крайне серьезный. Плывун в составе грунтовых слоев в ряде случаев делает участок непригодным для постройки дома. Все зависит от вида плывуна, глубины его залегания и мощности. Практика строительства фундамента на плывунах свидетельствует, что в результате просчета, не только фундамент на плывуне, но и весь дом может в прямом смысле утонуть в земле вместе со стенами, причем за небольшое время.

Что такое плывун

Плывуны – это породы, способные проявлять при определенных условиях свойства жидкостей, то есть плыть или течь. Состав пород плывунов – это тонкие пылеватые пески, малосвязные глины и суглинки. Различают плывуны истинные и ложные. Истинные плывуны содержат органические вещества, служащие коллоидной смазкой для рыхлых пород, и способны очень быстро перейти в текучее состояние при небольшом механическом сотрясении или вибрациях. Если влажность истинного плывуна незначительная, а плотность достаточно высока, то плывун прочен. При его замерзании происходит сильное пучение. Ложные плывуны отличаются от истинных отсутствием органики в составе и тем, что плывунные свойства проявляют в основном при действии гидравлического давления, возникающего при вскрытии водоносных пластов.

Из всей этой теории следует один практический вывод – если плывун не трогать, он не опасен. Но если нарушить его герметичность, напор жидкой породы начнет прорываться на поверхность. Вероятными последствиями будут:

1. Гидрогеологический режим участка необратимо изменится
2. Несущая способность грунтов, находящихся выше плывуна, будет снижена – в лучшем случае, в худшем дом просто уйдет под землю
3. Поверхность почвы даст неравномерную просадку
4. Возможные разрушения – прорывы трубопроводов, деформации близлежащих строений. Деформации могут быть любой степени – от перекоса оконных и дверных проемов до полного разрушения фундамента

При устройстве фундаментов на плывунах основная трудность – это обеспечить невозможность разгерметизации водонасыщенных пластов.

Бороться с плывуном, расположенным под участком строительства – дело нелегкое и крайне затратное. На практике осушение плывуна иногда возможно, если заложить дренажную систему ниже залегания пластов, способных создать плывунные проблемы. Эффективная система дренажа может предотвратить проявление плывуна и в дальнейшем, но ревизии, чистка и систематическое обслуживание этой системы обязательны. Но даже самую совершенную дренажную систему не всегда возможно устроить, причем по техническим, а не только по экономическим соображениям – если пласт плывуна мощный и заложен глубоко.

Если невозможно осушить плывун, то необходимо применить вариант устройства фундамента здания, исключающий или сводящий к минимуму контакт с плывуном.

Виды применяемых фундаментов в зависимости от глубины залегания плывунов

Самый надежный фундамент – плита. Даже при залегании плывуна близко к поверхности, до одного – полутора метров, и одновременно при расположении плотных слоев грунта глубоко – 5-6 метров и более

В случае плывуна с небольшой толщиной пласта, расположенного на малой глубине от поверхности (0,5 м – 1 м) , а главное, если под плывуном расположены слои плотных грунтов с достаточной несущей способностью, то есть возможность опирания на них будущего строения посредством свай. Сваи должны пройти плывун и опираться на твердые слои грунта.

Наиболее простой случай – когда плывун залегает ниже глубины промерзания грунта. В таком случае не будет как пучения, так и контакта с плывуном. Фундамент в этом случае можно принять – мелкозаглубленную ленту.

В случаях, когда уровень грунтовых вод высокий, а плывун залегает близко под поверхностью земли, в некоторых случаях принимают вариант укрепления поверхности созданием искусственной насыпи из непучинистого грунта – щебня, песчано-гравийной смеси. Подушка выполняется с послойным уплотнением, но исключительно ручным способом – трамбовкой или виброплитой. Тяжелая техника исключена, так как нагрузки и вибрации могут оказать на плывун негативное действие.

Из всего сказанного понятно, что без данных геологического исследования принимать решения о строительстве на участке и о выборе варианта основания вряд ли рационально. Нужно знать о плывуне – на какой глубине он расположен, и какова его мощность, или толщина. Еще обязательно надо знать отметку грунтовых вод, по сезонам. Возможно, рядом уже строились, бурили скважины или копали колодцы соседи, это может дать часть информации.

Наиболее вероятно наличие плывуна в низине, на участке, где раньше было болото или водоем, даже совсем небольшой. Один из способов обнаружить плывун самостоятельно – выкопать шурф или пробурить скважину глубиной, большей глубины промерзания грунта (по районному нормативу). Если начнется оплывание стенок, а выемки будут заполняться текучим жидким песком, можно сделать выводы о наличии под участком плывуна. А вот какой он толщины, сказать могут только специалисты после проведения геологического обследования. Понятно, что плывун не просто создает проблемы, он может быть и опасен, и шутить с ним не стоит.

Меры предосторожности при работе с плывунами

Позаботьтесь о своей безопасности, примите меры предосторожности

Особенности устройства фундамента на плывуне

Сила давления фундаментного основания на грунт зависит от площади этого основания. Если в качестве фундамента выбрана монолитная плита, то оптимальное распределение нагрузок будет выполнено при условии, когда габарит здания в плане будет совпадать с контурами плиты. Это не всегда оправдано с экономической точки зрения. В случае принятия ленточных типов фундаментов, то ширина их подошвы должна быть максимально большей. Плывун имеет малую жесткость, и нужно максимально снизить давление на него.

Все земляные работы нужно вести очень осторожно. Если герметичность плывуна будет нарушена, то текучие пески выйдут наверх, и в результате произойдет смещение слоев грунтов с просадкой. Кроме того, возможны аварии на рабочих инженерных коммуникациях, прорывы и обрывы, и деформации разной степени тяжести несущих конструкций расположенных рядом зданий. Правило – все земляные работы проводятся исключительно выше глубины залегания плывуна.

Применение для работ по устройству фундаментов на плывунах тяжелой спецтехники невозможно, это может привести к вскрытию плывунов из-за их нестабильности в условиях вибраций и механических воздействий. Все земляные работы придется выполнять вручную. Поэтому, когда есть выбор, строители предпочитают свайные фундаменты.

В плывунах присутствуют как песок, так и глины, и вода. Плывун будет проявлять силы пучения на глубине промерзания. В любом случае, пучение грунта возможно в разной степени, поэтому в фундаментах (ростверках) на плывунах предусматривают усиление арматурных каркасов.

Песчано-гравийная или щебеночная подушка под фундамент принимается толщиной 300-400 мм, с обязательным устройством гидроизоляции. По слою рулонного материала выполняют заливку бетоном фундаментной ленты, плиты, или их комбинации. Обратная засыпка фундамента делается песком.

Выполнение широкой отмостки по периметру готового фундамента обязательно, для защиты подземных конструкций от атмосферной воды.

В строительной практике понятие «плывун» встречается достаточно часто. Особенно при проведении строительных работ в крупных мегаполисах. Природа плывунов изучена не до конца, существует множество гипотез их происхождения. Есть и предположение, что причиной формирования плывунов являются утечки нечистот из канализационных систем. Но плывуны встречаются и в таких местах, где нет никаких следов человеческой деятельности.

Плывуны - некоторые разновидности супесей и других мелкозернистых грунтов, разжиженные водой, которые при определенных условиях становятся настолько подвижными, что текут подобно жидкости. Хотелось бы заметить, что плывуны и подземные реки - совершенно разные вещи. Если подземная река имеет, как правило, стабильное состояние, то предугадать поведение плывуна можно, лишь проведя достаточно большой объем геологических изысканий.
По своему проявлению плывун - загерметизированный самой природой объем, внутри которого находится под давлением в несколько атмосфер водонасыщенный мельчайший песок. Как показали инженерно-геофизические исследования, выполненные с помощью метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП), плывуны в грунте прорисовываются замкнутыми ореолами.

Не тронь, а то…

Вследствие своей подвижности и незначительной несущей способности плывуны малопригодны для использования в качестве оснований. В то же время дом может стоять на плывуне и при этом не испытывать никаких неудобств, ведь плывун способен выдержать очень большое давление. Но только при одном условии - сохранении герметичности. Если же возникают возможности для перемещения плывуна (например, вырытая траншея или котлован), то грунт может просто «уплыть» из-под дома. При этом фундамент целиком или частично теряет свою опору, вследствие чего начинают уходить в землю те части здания, которые находятся непосредственно над плывуном. Затем развивается микронарушенность грунта, и сквозь него тоже начинает выходить плывун.

Первое проявление начала процесса - обводнение подвалов. Иногда кажется, что там поднимается почва, но это не так - на самом деле, опускается дом. Скорость осадки зависит от работ, происходящих по соседству, от состояния грунтов, от степени нарушения гидрологических условий. Следующий этап - развитие трещин в несущих конструкциях дома. Так, в результате выхода плывуна из-под южной секции дома № 8 по ул. Двинской в Петербурге эта секция потеряла опору и отвалилась.

В результате обрушения (в июле 2002 г.) погибли 4 человека. В процессе проведения работ, направленных на расширение набережной Обводного канала в Петербурге, содержимое залегавших там плывунов стало выходить непосредственно в канал. Дом № 48, отстоящий от канала более чем на 50 м, сразу после начала забивки шпунта в средней своей части начал резко погружаться в грунт и разрушаться. Аналогичным образом разрушились дома на Каширском шоссе в Москве после того, как на некотором расстоянии от них стали делать котлован под подземный гараж. А следствием начала строительства здания в парке им. Сахарова (СПб) стал наклон находящегося рядом со строительной площадкой точечного дома.

Еще один пример - дом Мурузи на Литейном пр. Петербурга, где в 2006 г. произошла подвижка грунта под фундаментом из-за проведения строительных работ на соседнем участке. Точно так же развивалась ситуация при строительстве отеля «Коринтия Невский палас» (Невский, 57): после того, как соседние 55-й и 59-й дома затрещали по швам, их пришлось спешно расселять и сносить.

Коварной особенностью плывуна является то, что в ходе строительных работ и под воздействием уже функцио-нирующего сооружения его верхняя граница поднимается, часто вплотную приближаясь к поверхности. Таким образом, малейшее проникновение в грунт, например при ремонте коммуникаций (которые при прокладке находились еще вне плывуна), может вызвать самые нежелательные последствия.

Строили и строить будем

Еще в древности строители встретились с оплывающими, насыщенными водой песками. А когда встала необходимость возводить каменные здания, всерьез задумались об укрощении плывунов. В Петербурге, который в самом полном смысле этих слов построен на болоте, дома устанавливали на мощные деревянные плоты, служившие для равномерного распределения нагрузки. Дерево не гнило за счет отсутствия доступа кислорода.

Время шло, строительные проекты становились масштабнее, а методы борьбы с плывунами - эффективнее. Особенно часто применять их на практике приходилось строителям метрополитена. При проходке туннелей, горных выработок традиционно использовались такие меры защиты, как специальные щиты, кессоны и замораживание.

Последний способ стал наиболее популярен, но и он не всегда себя оправдывал. Подтверждение тому - размыв в Петербургском метрополитене между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества». Предпосылкой аварии стало ускоренное строительство к XXV партийному съезду перегона глубокого заложения, который должен был пройти в толще водоносных песков. Для быстрого прохода через плывун была применена технология замораживания грунта дорогостоящим криогенным оборудованием. В 1974 г. в еще строившийся тоннель хлынула вода. На поверхности появилась яма 400 на 200 м и глубиной 3 м. На Политехнической ул. вздыбился асфальт, полопались трамвайные рельсы, опасно накренились несколько зданий, пошли трещины, был разрушен административный корпус завода «Красный Октябрь». Тогда грунт удалось заморозить, однако в 1995 г. движение на участке пришлось закрыть на 9 лет - до ввода в эксплуатацию новых обходных тоннелей.

Впрочем, были и удачные примеры замораживания плывунов. Воистину беспрецедентным можно считать опыт строительства высотного здания Министерства путей сообщения на Красных Воротах в Москве. При проведении разведки грунта выяснилось, что часть будущего котлована занимает плывун, а часть - глина. Соответственно, край фундамента высотной части в процессе заморозки должен был приподняться.

А противоположный край под действием веса стальных и бетонных конструкций дать осадку. После проведения контрольных расчетов проектировщики приняли решение вести монтаж здания с отклонением от вертикали с таким расчетом, чтобы после оттаивания грунта оно приняло нормальное положение. При этом для каждого яруса были определены свои отклонения от вертикали. В результате после усадки фундамента каркас избавился от первоначального наклона, получив лишь незначительный крен в противоположную сторону.

Здание МГУ тоже стоит на плывунах. При его строительстве расположенные под фундаментом мощные морозильные установки удерживали плывуны в стабильном состоянии. Кроме того, здание возводилось на принципиально новом коробчатом фундаменте, который «приспосабливается» к поведению грунта: опускается или поднимается в зависимости от того, в каком месте прорываются плывуны. Здесь и прямая экономия: не надо заливать бетоном гигантский котлован, как это делали американцы при строительстве своих небоскребов.

Однако примеров потери контроля над плывунами, к сожалению, очень много. Только в Петербурге насчитывается с десяток крупных скандальных объектов. Яма у Московского вокзала, на месте которой к маю 2010 г. планируется возвести торгово-развлекательный комплекс, вторая сцена Мариинского театра, дома на Невском пр., Колокольной ул...

Вообще, по мнению экспертов, Санкт-Петербург нуждается в программе «Усиление оснований», то есть слабых грунтов, причем такой же масштабной, как программа реставрации фасадов.

Москва плывущая

Но с проблемой плывунов сталкивается не только Петербург. Все чаще в прессе стали раздаваться тревожные голоса, опасающиеся, что в скором времени столица начнет медленно уходить под землю. Специалисты оценивают участки в южном конце Гоголевского бульвара как готовые к обрушению в подземные пустоты, называют чреватыми серьезными авариями плывуны возле Нового Арбата и Большой Дмитровки, указывают на риск горизонтальных разрывов в Филевском парке, вокруг которого идет активная застройка. Популярный сайт Аpartment.Ru предоставляет общественному вниманию список потенциально опасных московских районов, где нежелательно покупать жилье.

«Плывун» для москвичей - хорошо знакомое понятие. Еще в 60-х на Хорошевском шоссе начали появляться воронки и провалы, в которые сразу же угодило несколько новостроек. Пустоты под этим районом - следствие постоянного осушения подземных водоемов. Существует весьма интересная информация о том, что общее число скважин, пронизывающих Москву по всей территории, может достигать 900 тыс. Следует иметь в виду, что Москва-река, проходя через город, как минимум треть своих вод проводит под землей. Естественно, что все они скапливаются в имеющихся подземных резервуарах, карстовых и искусственных, попадая и в плейстоценовые пески. А это - хорошее условие для образования плывунов.

Свежо в памяти москвичей ЧП 2001 г., когда при прокладке коллектора разрушился дом на Малой Дмитровке. По улице Авиационной (северо-запад Москвы) на берегу Москва-реки еще в 90-х началось строительство жилого комплекса «Алые паруса» высотой более 190 м. Мощный бетонный фундамент объекта перекрыл естественные пути грунтовых вод, наполнявших Строгинскую пойму. Каковы будут последствия этого строительства - неизвестно.

Лечение или профилактика?

Мало кто из жителей Ульяновского проспекта в Красноярске знает, что их микрорайон стоит на плывуне, что в свое время (почти 20 лет назад) вызывало серьезные опасения за надежность эксплуатации зданий. В настоящее время фундаменты домов укреплены, и плывун не представляет никакой опасности. Ситуация в московских Черемушках развивалась по аналогичному сценарию.
На сегодняшний день существует достаточно методик, позволяющих для каждого конкретного случая выбрать свою стратегию борьбы с плывуном. Прежде всего необходимо помнить, что плывун бывает как истинный, так и ложный (по классификации советского ученого А. Ф. Лебедева). Так, плывун, имеющий коллоидные частицы размером менее 0,001 мм, по сути выполняющие роль смазки, называют истинным, а плывун, свойства которого проявляются только при значительном гидродинамическом давлении фильтрующейся через него воды, - ложным. Истинный плывун подвергается сильному пучению при промерзании, слабо фильтрует воду, при высыхании приобретает связность, в его образовании большую роль играют микроорганизмы. Так как истинные плывуны плохо отдают воду, при их осушении применяют вакуумирование и электродренаж; для осушения же ложных плывунов используют иглофильтры и трубчатые колодцы.

Для борьбы с плывунами при строительстве крупных объектов сегодня популярен метод «стена в грунте». Именно он будет использован в процессе возведения второй сцены Мариинского театра в Петербурге. Для успешной реализации долгоиграющего проекта строителям придется пробурить на площадке 2278 скважин и зацементировать 2190 из них. Это позволит поддерживать как сам котлован, так и здания вокруг стройплощадки.

Самое главное - не забывать, что если в одних местах можно строить и стоэтажные здания, то в других даже строительство девятиэтажек уже становится опасной затеей. Успех любого предприятия заключается в его тщательной подготовке. Поэтому перед началом строительства необходимо проводить грамотное геологическое обследование участка методом ССП. Поскольку плывуны контролируются зонами тектонических нарушений, то именно их и следует картировать. Эффективность такого прогноза влияния строительных работ на уже построенные дома проверялась многократно. Так, если под домом проходит зона тектонических нарушений, то можно быть уверенным, что ведение строительных работ на продолжении этой зоны вызовет выпуск плывуна.

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 происходит 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.

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.

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 края, 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.

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.

Признаки псевдоплывунов:

1.При взмучивании в дистиллированной воде ложный плывун образует суспензию, которая осветляется в десяти сантиметровом слое в течение 2-3 дней;

1. В котлованах, вскрывающих ложные плывуны, вода прозрачная или слабо мутная, быстро светлеющая;
2. Ложные плывуны сравнительно хорошо отдают воду, и при естественном или искусственном снижении гидравлического (напорного) градиента они легко переходят в устойчивое состояние.

Давно хотел написать пост про плывун и наглядно на фотографиях и картинках показать, что это такое.

Итак на участке под землей с уровня где-то 3-3.5 метра и до глубины 10 метров расположен водонасыщенный песок — плывун.

Мы пробовали сделать скважину обычным способом — сделали разборный бур из нескольких секций и начали бурить.

Для удобства мы установили треногу.

До глубины 3 метра все шло хорошо. Затем начались проблемы с плывуном. Сколько мы не вынимали песка, глубина погружения бура практически не менялась. Это обычное явление на плывунах.

В песке под землей образуется полость пустоты с водой. Эта полость растет в ширину и практически не углубляется. Так можно вычерпать хоть несколько тонн песка, пока не образуется подземная пещера и грунт сверху не провалится вниз. 🙂

Вот как выглядит такой процесс на схеме.

Схема образования полости при бурении плывуна

А вот как это выглядит в реальности. Выкладываю уникальные подземные фото плывуна и образовавшейся в результате бурения полости. Мы опускали фотоаппарат на веревке в скважину.

Первое фото на глубине примерно 3.5 метра в переходном слое между глиной и песком. Т.е. там где нормальная скважина переходит в пустотную полость.

Переход между глиной и плывуном

Следующие два фото сняты ниже — на глубине около 4-х метров.

На этом уровне видна шарообразная полость заполненная на половину водой. Из-за таких полостей бывают провалы грунта над плывунами.

Также видны корни растений повисшие в пустоте. Оказалось, что многие травы дорастают корнями до 4 метров! Мы не ожидали, если честно.

Вот так обваливается песок в плывуне. Бурить обычным способом бесполезно. Просто будем увеличивать подземную пещеру. 🙂

Подземная полость в плывуне

Корни растений свисают в полость от плывуна

Чтобы решить такую проблему нужно применять обсадную трубу. Которая не даст песку обваливаться, и бур пойдет потихоньку вниз. Полости при этом не будет. Обсадную трубу нужно периодически забивать все глубже и глубже. На рисунке я пририсовал обсадную трубу красным цветом.

Бурение плывуна с обсадной трубой

Так мы и сделали. Опустили в скважину обсадную трубу.

Затем мы стали бурить внутри обсадной трубы и пробовать просаживать ее все глубже и глубже, периодически выкачивая песок с водой вибрационным насосом Ручеек.

Вибронасос для прокачки плывуна

Мы по неопытности совершили три ошибки:

1. Обсадную трубу надо брать железную . Мы взяли пластиковую, которая при забивании аммортизирует и не идет в глубь. Кроме того, у пластиковой трубы толще стенки. Это тоже не на пользу.
2. В обсадной трубе не должно быть отверстий . У нашей же трубы было очень много насверленных дырок. Так как взяли в качестве обсадной трубы то, что было под рукой.
3. Воду из скважины выкачивать нельзя . При этом увеличивается внешнее сдавливание песком обсадной трубы и ее трудно забивать глубже. Можно даже сказать больше — лучше заливать внутрь обсадной трубы воду или глинистый раствор, тем самым создавая давление внутри ствола обсадной и помогая продвигать ее все ниже и ниже.