знижується на 4,5-5 м.
Уґрунтах із нижчою водопроникністю (kf=0,01...3 м/добу) застосовують установки вакуумного водозниження, наприклад УВВ-М, які можуть відкачувати воду і повітря при високих вакуумах в усмоктувальних колекторах.
Уґрунтах із коефіцієнтом фільтрації kf<1 м/добу, але які практично не віддають воду, застосовують електроосушення (електроосмотичне водозниження). Обладнання, необхідне для проведення електроосушення, складається з легкої голкофільтрової установки, джерела постійного струму з напругою 60 В (може бути електрозварювальний агрегат), комплекту труб або стрижнів. Принципова схема установки показана на рис. 2.19. Електроосушення основується на тому, що вода, в тому числі зв’язана, переміщується від анода до катода. У зв’язку з переміщенням раніше зв’язаної води пористість ґрунту зростає і як наслідок цього підвищується водопроникність. Одночасно в ґрунті відбуваються явища електрофорезу, внаслідок чого в зоні катода накопичуються важкорозчинні солі, котрі цементують ґрунт.
Міцність ґрунту при цьому підвищується. Встановлено, що властивості, одержані ґрунтом, зберігаються. Після осушення ґрунтів їх розроблення в котловані відбувається звичайним способом.
Риття котлованів може проводитися також під захистом шпунтових стінок, льодових завіс із замороженого ґрунту тощо. Для закріплення пливунів у основах фундаментів і при обладнанні протифільтраційних завіс використову-
ється силікатизація дворозчинна (при kf>2 м/добу) й однорозчинна (при kf=0,1– 5 м/добу). При дворозчинній силікатизації через свердловини-ін’єктори в ґрунт
під тиском 200-300 кПа по черзі нагнітають розчини рідкого скла (Na2ОnSiO2) та хлористого кальцію. В результаті утворюється гідрогель кремнієвої кислоти, який, тверднучи, цементує пісок. Під час однорозчинної силікатизації під тиском 200-300 кПа у ґрунт нагнітають суміш з 1 частини рідкого скла і 3,5 частини фосфорної кислоти.
2.13.СУФОЗІЯ
Суфозією називається процес винесення з ґрунтів найдрібніших та дрібних мінеральних частинок підземною водою, що фільтрується. Суфозія виникає в піщаних ґрунтах, а іноді й у супісках Вона має місце на схилах, куди виходять підземні води, на укосах земляних гребель і дамб, у піщаних основах бетонних гребель, у будівельних котлованах при відкритому водовідведенні, при відкачуванні води із свердловин та в інших подібних випадках У цьому процесі основне значення має механічне винесення, а не винесення речовини у вигляді розчину. Але є й хімічна суфозія (див. п. 2.14. Карст).
Винесення мінеральних частинок пояснюється впливом на них фільтраційного тиску, який чисельно дорівнює гідравлічному градієнту. Інтенсивність суфозійного процесу залежить від ступеня неоднорідності зернового складу ґрунтів. Чим вищий ступінь неоднорідності, тим при менших гідравлічних градієнтах виникає суфозія. Щоб установити критичний для даного ґрунту гідравлічний градієнт, при якому виникає суфозія, застосовують прилад системи
43
4 |
3 |
В. М. Слав’янова (рис. 2.20). Під час досліду воду че- |
|
|
|
рез зразок ґрунту пропускають знизу вгору при різних |
|
|
|
значеннях гідравлічного градієнта. Поява в профільт- |
|
|
|
рованій воді мінеральних частинок у змуленому стані |
|
|
|
вказує на процес суфозії, який почався. В цей час від- |
|
|
|
мічають значення гідравлічного градієнта. Це буде |
|
|
|
критичний градієнт. |
|
|
1 |
У деяких ґрунтах при певному значенні гідравлі- |
|
|
чного градієнта спочатку відбувається фільтрація води, |
||
|
|
||
|
|
при збільшенні градієнта – суфозія, а при подальшому |
|
|
2 |
збільшенні градієнта ґрунт розріджується, тобто пере- |
|
|
ходить у пливунний стан. Допустиме значення гідрав- |
||
|
|
лічного градієнта з точки зору виникнення суфозії мо- |
|
Рис. 2.20. Схема приладу |
жна визначити за допомогою графіка, запропонованого |
||
В. М. Слав’янова: |
В. С. Істоміною, для випадків висхідного руху води |
||
1 – зразок ґрунту; 2 – по- |
(рис. 2.21). Коли ґрунтові або інші підземні води вихо- |
||
дача |
води; 3 – прозорий |
дять на схил, складений водопроникними ґрунтами, то |
|
циліндр; 4 – скляна трубка |
|||
можливе винесення мінеральних частинок, спочатку |
|||
найдрібніших, а потім дрібних. Після винесення цих частинок швидкість руху |
|||
води зростає. Починається винесення більших частинок. У результаті на схилі |
|||
утворюється ніша, і цілісність його порушується (рис. 2.22). Це може спричи- |
|||
нити розвиток зсуву. Аналогічні явища відбуваються при фільтрації води крізь |
|||
тіло земляної греблі в бік нижнього укосу. |
|||
|
Для боротьби зі суфозією на схилах використовуються підземні та укісні |
||
дренажі різноманітної конструкції. Влаштування підземних дренажів буде роз- |
|||
глянуто далі. Укісний дренаж використовується в тому випадку, коли невели- |
|||
кий за об’ємом вихід підземних вод відбувається практично по всій поверхні |
|||
схилу. Схема укісного дренажу показана на рис. 2.23. На схилі відкопують не- |
|||
глибокі канавки і заповнюють їх фільтрувальним матеріалом (гравієм). Відс- |
|||
тань між цими канавками повинна забезпечити їх взаємодію та зниження рівня |
|||
води за межами канавок. Отже, скидання води відбувається лише по канавках і |
|||
І
1,0
0,8
б
0,6
0,4 а
0,2
0 5 10 15 20 25 30 35
Cu=d60/d10
Рис. 2.21. Графік В. С. Істоміної, який
показує залежність допустимих градієнтів від ступеня неоднорідності ґрунту: а – зона допустимих градієнтів; б – зона недопустимих градієнтів
2
4
1 3
Рис. 2.22. Суфозія на схилі:
1 – рівень річкової води; 2 – рівень ґрунтової води; 3 – водотривкий пласт; 4 – ніша
44
0,5-0,6 м |
|
|
|
4 |
1 |
|
|
|
|
4 |
І |
|
|
І |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
б |
z |
z |
z |
Рис. 2.23. Схема укісного дренажу: |
|
|
І-І |
|
а – розріз; б – план; 1 – рівень ґрунтової |
|
|
|
|
води; 2 – водозлив; 3 – знижений рівень |
|
|
|
3 |
води; 4 – гравій |
|
z |
z |
цілісність схилу не порушується.
У земляних греблях улаштовують так звані зворотні фільтри. Небезпека суфозії в піщаних основах бетонних гребель виникає в результаті наявності різниці напорів води у верховій та низовій частинах греблі, що утворює значний гідравлічний градієнт. Для запобігання суфозії знижують гідравлічний градієнт, видовжуючи шлях фільтрації влаштуванням понурів і шпунтових стінок
(рис. 2.24).
Суфозія в будівельних котлованах виникає при відкритому водовідведенні. В результаті винесення мінеральних частинок із ґрунту основа послаблюється. Це може стати причиною розвитку значних осідань фундаментів. Крім того, відбувається обвалювання стінок котлованів (рис. 2.25). Тому відкрите водовідведення допускається лише при незначному надходженні води в котлован. В інших же випадках відкопування котлованів та закладання фундаментів проводять, організуючи водозниження, наприклад за допомогою голкофільтрових установок. У свердловинах для захисту водоприймачів від замулювання внаслідок суфозії використовують фільтри.
Слід розглянути також особливий вид суфозії – підземну. При підземній суфозії відбувається перенесення найдрібніших і дрібних частинок ґрунтів з одного шару в інший або з однієї частини шару в іншу. Це викликає зміну зе р- нового складу ґрунтів та їх водопроникність.
|
1 |
|
3 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
Рис. 2.24. Водозливна бетонна гребля на |
Рис. 2.25. Суфозія при відкритому |
|
піщаній основі: |
водовідливі: |
– ніша; |
1 – верхній рівень води; 2 – нижній рівень |
1 – рівень ґрунтової води; 2 |
|
води; 3 – понур; 4 – шпунтова стінка |
3 – зона послаблення основи |
|
45
2.14. КАРСТ
Ф. П. Саваренський під карстом розумів наслідки процесів, пов’язаних із діяльністю рухомих підземних вод, яка виявляється в розчиненні скельних ґрунтів і утворенні в них пустот. Назву “карст” прийнято від назви вапнякового плато на узбережжі Адріатичного моря. Карст утворюється в товщах вапняків, доломітів, гіпсів, ангідритів, кам’яної та калійної солей. У карстових процесах відбувається хімічна суфозія, тобто винесення речовини в розчинах. Хімічна суфозія іноді доповнюється механічною. Слід зважати на те, що розчинність зазначених вище мінералів неоднакова. Найбільшу розчинність мають кам’яна й калійна солі, найменшу – вапняки та доломіти. Наприклад, розчинність вапняків (кальцит СаСО3) при t=17°С складає 11 мг/л. Із збільшенням вмісту у воді вільного вуглекислого газу (СО2) розчинність їх підвищується. При вмістові СО2, що дорівнює 6 мг/л, розчинність збільшується до 148 мг/г, а при 199,5 мг/л
– до 455 мг/л.
Аналогічна картина спостерігається і в інших карбонатах (доломітах тощо). Разом з тим розчинність карбонатів значно підвищується за наявності у
воді іонів HCO3− , Cl − та SO42− . Незважаючи на невелику розчинність карбона-
тів, карбонатний карст переважає. У той же час карст у гіпсах і солях зустрічається порівняно рідко, що пояснюється їх характерним заляганням (серед глин) і відсутністю тріщинуватості. В таблиці 2.3 наведено класифікацію карсту за А. Є. Головим.
Таблиця 2.3. Класифікація карсту за А. Є. Головим
Група карсту |
|
Тип карсту |
Підтип карсту |
|
|
|
|
І (у важкорозчинних породах) |
1. Карбонатний |
а) вапняковий |
|
|
|
|
б) доломітовий |
|
|
|
в) крейдяний |
|
|
|
г) в уламкових породах із кар- |
|
|
|
бонатним цементом |
|
2. |
Сульфатний (гіпсовий) |
— |
|
3. |
Сульфатно-карбонатний |
— |
II (у легкорозчинних породах) |
4. |
Соляний |
— |
Типовим є карбонатний карст. Утворення карсту відбувається таким чином. Дощові, талі та поверхневі текучі води надходять у товщу розчинних ґрунтів крізь сітку тріщин. Під час руху в тріщинах виникають пустоти – колодязі, галереї, тунелі і печери (рис. 2.26). Зустрівши водотриви, рухомі води накопичуються, утворюючи карстові води. Нижче від рівня карстових вод, уже насичених розчиненою речовиною, розчинення не відбувається. Отже, рівень карстових вод є базисом карстоутворення.
Залежно від положення товщі з пустотами розрізняють відкритий карст (товща знаходиться біля поверхні) й прихований карст (товща перекрита нероз-
46