Химический состав земной коры

Открытый водоотлив  довольно эффективный и простой способ осушения котлованов и траншей. Однако возможно разрыхление или разжижения грунтов в основании и унос части грунта фильтрующейся водой. Поэтому на практике во многих случаях чаще применяют различные способы искусственного понижения уровня грунтовых вод, т.е. грунтового водоотлива, исключающего просачивание воды через откосы и дно котлована. Искусственное понижение уровня грунтовых вод предполагает устройство системы дренажей, трубчатых колодцев, скважин, использование иглофильтров. Среди остальных средств водопонизительного оборудования широко используются легкие иглофильтровые установки (ЛИУ), эжекторные водопонизительные установки (ЭВУ), системы скважин (СС) с артезианскими и глубинными насосами и установки вакуумного водопонижения (УВВ). Все перечисленные средства предусматривают забор воды из грунта через цепь расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками, соединенных коллектором, насосами (насосными станциями) для откачки воды и отводящим трубопроводом.

Грунтовый водоотлив, или искусственное водопонижение осуществляют, когда осушаемые породы имеют достаточную водопроницаемость, характеризующуюся коэффициентами фильтрации (обычно не менее 1 - 2 м/сут). применить его в грунтах с коэффициентами фильтрации менее 1 - 2 м/сут нельзя из-за малых скоростей движения грунтовых вод. В этих случаях используют вакуумирование или способ электроосушения (электроосмос). Иглофильтровый способ предусматривает использование для откачки воды из грунта часто расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками малого диаметра - иглофильтров, соединенных общим всасывающим коллектором с общей (для группы иглофильтров) насосной станцией.

Для искусственного понижения УГВ на глубину 4 - 5 м  в песчаных грунтах применяют  легкие иглофильтровые установки. При  этом для осушения траншей шириной до 4,5 м используют однорядные иглофильтровые установки, а при устройстве более широких траншей (например, для прокладки коллекторов) - двухрядные . Для осушения котлованов применяют замкнутые по контуру установки . При необходимости понижения уровня воды на глубину более 5 м применяют двух- и трехъярусные иглофильтровые установки. В этом случае вначале вводят в действие первый (верхний) ярус иглофильтров и под его защитой отрывают верхний уступ котлована, после чего монтируют второй (нижний) ярус иглофильтров и отрывают второй уступ котлована и т.д. После ввода в действие каждого последующего яруса иглофильтров, предыдущие можно отключить и демонтировать.[2]

Применение  иглофильтров может оказаться эффективным  и для водопонижения в слабопроницаемых грунтах, если под ними залегает более водопроницаемый слой. При этом иглофильтры заглубляют в нижний слой с обязательной их обсыпкой.

Погружают легкие иглофильтры на глубину 7-8 м чаще всего гидравлическим способом. При  этом собранный иглофильтр с присоединенным к нему шлангом от насоса поднимают краном в вертикальное положение, после чего включают насос.

Вода, нагнетаемая  по внутренней трубе иглофильтра, отталкивает  шаровой клапан (кольцевой клапан при этом закрывает доступ в пространство между наружной и внутренней трубами) и поступает к наконечнику, выйдя из которого с большой скоростью размывает грунт.

В результате образуется скважина, в которую опускают иглофильтр. Расстояния между иглофильтрами  принимают в зависимости от схемы  их расположения (кольцевой или линейный), глубины водопонижения, типа насосного агрегата и гидрогеологических условий, но обычно эти расстояния равны 0,75; 1,5 , а иногда и 3 м.

Откачку воды из системы с легкими иглофильтрами  производят насосным агрегатом, состоящим  из центробежного насоса, соединенного с вакуум-насосом или вихревым самовсасывающим насосом. при откачке воды шаровой клапан иглофильтра под влиянием вакуума поднимается, а кольцевой клапан опускается, открывая грунтовой воде, поступающей во внутреннюю трубу через отверстия наружной трубы фильтра. На практике применяют легкие иглофильтровые установки различных типов, но наибольшее распространение получили ЛИУ-3, ЛИУ-5 и ЛИУ-6 производительностью соответственно 60, 120 и 140 м3/ч с комплектом 60-100 иглофильтров.

Для откачки  воды из скважин применяют артезианские турбинные насосы типа АТН, а также  глубинные насосы погружного типа (с  погружным электродвигателем). Вакуумный способ водопонижения, при котором в зоне иглофильтра создается устойчивый вакуум, применяют для осушения мелкозернистых грунтов (пылеватых и глинистых песков, супесей, легких суглинков, илов, лессов), имеющих малые коэффициенты фильтрации (0,01-3 м/сут). при необходимости понижения УГВ до 7 м применяют установки вакуумного водопонижения типа УВВ с легкими иглофильтрами, снабженными воздушными трубками, а при глубине понижения до 10-12 м - эжекторными иглофильтрами с обсыпкой. Эжекторные вакуумные водопонизительные установки типа ЭВВУ с вакуумными концентрическими скважинами позволяют достигать понижения уровня грунтовых вод до 20-22 м. В установках УВВ для создания во всасывающем коллекторе устойчивого вакуума применяют водовоздушный эжектор, а для откачки воды - водоводяной эжектор. Они питаются рабочей водой, поступающей от центробежного насоса.

 

Вопрос  №6.

Суффозия  и меры по её предотвращению

Суффозия (по А. П. Павлову) оседание поверхности земли  вследствие выщелачивания и выноса растворимых составляющих подземными водами из нижележащих пород. II. М. Бочков (1936 г.) различает суффозии следующих видов: 1) химическую — вымывание растворимых солей; 2) коллоидную — вымывание частиц грунта с разрушением микроагрегатов коагулированных глинистых частиц; 3) механическую — вымыла пне мелких частиц грунта из пор части скелета более крупных частиц грунта. Показателем механической суффозии является критическая величина вымывающих скоростей. В настоящее время термин «суффозия» обычно употребляют для обозначения механического выноса подземными водами мельчайщих частиц из породы. [8]

Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре, который можно определить по формуле:

Iкр = (                                            (19)

где       - плотность породы (песка); n – пористость породы, доли единицы.

Гидродинамическое давление, г/см3, действующее по касательной  к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле:

D =                 (20)

где        – плотность воды; n – пористость, доли единицы; I – гидравлический уклон (градиент).

Суффозия может  происходить в глубине массива  пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределе одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2.

Развитие пещер  нередко сопровождается провалом поверхности  земли, повреждением зданий и подземных  коммуникаций. Развитие пустот начинается с ходов землемеров при условии возникновения в них турбулентных завихрений фильтрующей воды. Порода разрушается и образуются пустоты размыва.

Как механическая, так и химическая суффозия активно  проявляется также вблизи поверхности  земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий – формировании воронок депрессии, колебаниях уровня подземных и поверхностных вод, откачках, дренировании. Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и откосах котлованов и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию  провалов, воронок, оползней.

Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивает не только карбонаты и другие, сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии. Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях.

При проектировании объектов необходимо установить возможность  проявления суффозионной осадки. При этом следует определять всю суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания, которая складывается из осадки, вызванной уплотнением грунтов от нагрузки объектов и суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать:

- в глинистых  грунтах с содержанием глинистых  частиц более 40 % осадка практически  не проявляется;

- наибольшая  осадка наблюдается при высокой  засоленности и большой пористости  грунтов;

-величина и  характер протекания осадки во  времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Величина суффозионной осадки определяется по результатам  полевых испытаний засоленных грунтов  статической нагрузки (штампом) после  длительного замачивания.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим строительным нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства. Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

Суффозионные  явления отрицательно сказываются  на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением особых видов фундаментов, например, свайных.

 

Заключение

Изложенные  основы инженерной геологии применяются  на практике горно-строительных и горно-эксплуатационных работ.

Развитие геологических  процессов и явлений на той  или иной территории связано с  особенностями ее геологического строения, распространения определенных комплексов горных пород, с историей геологического развития.

Как следует  из данных работы, изучение закономерностей  развития геологических процессов  возможно только на широкой геологической  основе, т.е. с учетом развития рельефа  того или иного района, его геологического строения, гидрогеологических условий, условий формирования свойств горных пород, развития сопутствующих геологических процессов и явлений.

Всесторонний  учет инженерно-геологических факторов таит в себе значительные резервы и возможности улучшения технико-экономических показателей работы.

 

 

Список используемой литературы

1. Горшков Г.  П., Якушева А. Ф. Общая геология. – М.: Изд. МГУ, 1976- 314 с.: ил.

2. Белецкий Б.  Ф. Технология и механизация  строительного производства. – 2003. [Электронный ресурс]URL: http://www.sbh.ru/articles/art1_2.htm

3. Электронная  энциклопедия [Электронный ресурс] URL: http://ru.wikipedia.org

4. С.К. Кныш, Н.В. Гумерова, А.К. Полиенко Основы структурной, исторической и региональной геологии: Часть I. Структурная геология: учебное пособие /. - 2-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008 - 116 с.

5. Габриэлянц  Г.А. Геология нефтяных и газовых  месторождений. - М.: Недра, 1984

6. Волков В.Н.  Основы геологии горючих ископаемых. - СПб., Изд-во С-Пб. ГУ, 1993

7. Мироненко  В.А. Динамика подземных вод.  – М.: Издательство Московского  государственного горного университета, 2005. – 520 с

8. Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат. Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге. 1961.

 

¹ Примечание: в данном разделе используются формулы из источника [7]