Навчальний посібник Київ 2010 (075. 8) Рецензент и: канд геол мін наук, доц. Корнєєнко С. В

3.8. Болота і заболочені території.

Найсприятливішими умовами для утворення боліт є вологий клімат, рівнинний рельєф або понижені елементи рельєфу і близьке до поверхні залягання підземних вод. Утворення боліт може бути пов‘язане або з заболочуванням суші, або із заростанням водойм. Загальні закономірності заболочування суші полягають в наступному. Надлишкове зволоження ділянки суші погіршує аерацію грунту і шкідливо позначається на життєдіяльності деревної, чагарникової і трав‘янистої рослинності.Така зміна умов поступово викликає відмирання одних рослин і розвиток інших, більш вологолюбних. Залишки відмерлих рослин внаслідок нестачі кисню повільно і слабко розкладаються та утворюють перші накопичення торфу. Торф, маючи велику вологоємність, ще більше сприяє акумуляції вологи і ускладненню аерації грунтових горизонтів. Якщо рослини, що росли тут раніше, могли вільно отримувати мінеральні сполуки з грунту, то тепер вони змушені розвивати свою кореневу систему в торфі. Все це призводить до подальшої зміни рослинних асоціацій і розвитку інших, менш вимогливих до умов навколишнього середовища. В решті-решт на такій заболоченій території розселяються мохи.

Заболочування суші може відбуватися різними способами. Болота можуть утворюватисья на рівних пласких поверхнях або в пониженнях рельєфу, де накопичуються дощові й талі води, а випаровування недостатнє. Такі верхові болота особливо широко розповсюджені на вододільних просторах, часто зайнятих лісами. Головним твірником торфу там є білий сфагновий мох. Сфагнові мохи, наростаючи, утворюють матеріал для накопичення потужних товщ торфу (до 6 м і більше) в центрі болота і меншої потужності на його периферії, де водне живлення болота відбувається частково і за рахунок притоку більш мінералізованих вод. Через це верхові болота часто мають опуклу форму.

Утворення боліт може може відбуватися також і на пологих схилах та в їх основі внаслідок надлишкового зволоження пухких відкладів підземними і атмосферними водами. Такі болота мають змішане водне живлення і належать до перехідного типу. Торф в них утворюється за рахунок розкладання мохів, трав‘яної, чагарникової і деревної рослинності. Торф часто перешаровується з глинистими і піщано-глинистими делювіальними відкладами.

Широко розповсюджене заболочування суші в місцях періодичного розлиття річок, затоплення і підтоплення заплавних терас і алювіальних рівнин. Болота утворюються і на приморських рівнинах при періодичному затопленні їх морем.

Всі болота, що утворилися на понижених ділянках рельєфу, називаються низинними або луговими. Основним джерелом живлення для них є річкові, озерні чи морські води, а також грунтові алювіальні води, часто з підвищеною мінералізацією. Торф містить велику кількість мінеральних домішок, які часто утворюють шари і горизонти мулу і піщано-глинистого матеріалу.

Загальновідомим є утворення боліт за рахунок заростання озерних водойм рослинністю або шляхом наростання сплавини (рослинного покриву: ряски, латаття тощо) на поверхні водойм. В обох випадках заболочування супроводжується накопиченням на дні мінерального та органічного мулу. До складу болотних відкладів, крім торфу і теригенного піщано-глинистого матеріалу, входять ще органічний і мінеральний мули, а також крем‘янисті, вапнякові, марганцеві, залізисті відклади.

Органічний мул озер формується з планктонних організмів, водоростей і квіткових рослин, привнесеної органіки у вигляді гумусу. Під впливом діагенезу органічні мули утворюють сапропель (відклади прісноводних басейнів переважно органічного походження, які перебувають на початковій стадії літифікації). Сапропель має бурий, зеленкуватий або чорний колір, в‘язкотекучу чи пластичну консистенцію, високу вологість, масний на дотик. Залежно від складу мінеральних домішок сапропелі можуть бути піщанистими, глинистими, вапняковистими; при вмісті діатомових водоростей – діатомовими, а інших залишків рослин – тонко- і грубодетритовими. Як правило, сапропелі перебувають у рідко- або в‘язкотекучому стані, слабководопроникні і дуже вологоємні. Вони характеризуються малою міцністю і великою деформацією при малих навантаженнях.

Мінеральні мули формуються з привнесеного теригенного піщаного й глинистого матеріалу. Цей матеріал утворює прошарки, шари, лінзи супісків, суглинків, глин і пісків у товщі болотних відкладів. Торф підстеляється, перекривається і перешаровується цими відкладами.

Торф представляє собою волокнисту, землисту або пластичну в‘язку масу бурого кольору з відтінками від світло- до темнобурого й чорного. Його суха речовина складається з рослинних залишків, гумусу (органіки, що добре розклалася) і мінеральних речовин. За будівельними нормами і правилами торфом називається порода, яка містить більше 60% рослинних залишків. Породи, які містять 10-60% рослинних залишків, називають заторфованими.

При спаленні торфу залишається неспалимий залишок – зола, яка зарактеризує вміст у ньому мінеральних речовин (зольність). Крім високої вологості, торфи мають велику пористість (85-95%), малу щільність (0,7-1,4 г/см³). Торфи дуже вологоємні, тобто здатні поглинати і утримувати внлику кількість води (мохові торфи поглинають воду у 15-20 разів більше від власної маси в сухому стані). Водопроникність торфів залежить від ступеню їх розкладення. Добре розкладені торфи, як і глини, практично водонепроникні. Нерозкладені і погано розкладені торфи водопроникні (К_ф до 10-12 м/доб). Торфи надзвичайно сильно, нерівномірно і довго стискаються.

Будова боліт характеризується потужністю болотних відкладів і особливо потужністю лінз, шарів і покладів торфу; складом, умовами залягання і консистенцією торфу та інших болотних відкладів; рельєфом мінерального дна боліт. Відповідно до цих характериситик розрізняють три типи боліт.

На болотах І типу потужність болотних відкладів невелика (менше 3 м), торф стійкої консистенції і може частково або повністю вирізатися, рельєф мінерального дна спокійний.

Болота ІІ типу характеризуються також невеликою (порівняно) потужністю (менше 5-6 м) болотних відкладів, але торф на таких болотах має нестійку консистенцію. Це типові трясовинні болота. Рельєф мінерального дна порівняно спокійний.

Болота ІІІ типу мають більшу потужність болотних відкладів (більше 6 м). Болотні відклади і торф мають нестійку консистенцію і на них часто утримується шар води. Рельєф мінерального дна у них часто нерівний, з похованими схилами великої крутизни.

Масове цивільне і промислове будівництво на заболочених територіях зазвичай виконують після їх осушення, а інколи після планування відсипкою або насипанням глинистих, піщано-гравійно-галькових і щебнястих порід. При цьому підвищується позначки поверхні рельєфу, забезпечується стікання дощових і талих вод та осушення територій. Широко застосовуються пальові основи.

Іншим видом масового будівництва на болотах і заболочених територіях є дороги, лінії електропередач та інші лінійні споруди. При проектуванні земляного полотна доріг на болотах повинні виконуватися наступні вимоги: 1) забезпечена стійкість основи; 2) встановлена і знижена величина осідання; 3) забезпечене завершення інтенсивної частини осідання в заданий термін; 4) мають бути виключені неприпустимі пружні деформації насипів під час руху транспорту.

Для влаштування насипів на болотах рекомендується застосовувати переважно грунти, які добре вкладаються й ущільнюються: середньо- і крупнозернисті піски, гравій, галечники, щебнясті й грубоуламкові.

Осушення боліт і заболочених земель здійснюється за допомогою горизонтальних дренажних канав (магістральних і водовідвідних). Для осушення сільськогосподарських угідь застосовують закриті трубчасті дренажі. Тут використовують гончарні труби діаметорм 4-25 см, які вкладають у траншеї, що мають певний нахил. Інколи влаштовують щілинні дрени і кротування спеціальним плугом.
Запитання для самоконтролю.

1. 
   Дайте означення термінам «болото» та «заболочена територія».
   
2. 
   За яких природних умов утворюється болото?
   
3. 
   Назвіть і охарактеризуйте типи боліт.
   
4. 
   Дайте характеристику болотним відкладам (торфу, мулу, сапропелю).
   
5. 
   На які типи поділяються болота?
   
6. 
   Як виконується будівництво на заболочених територіях?
   

В природних умовах механічна суфозія відбувається досить рідко. Вона, наприклад, може мати місце на схилах під час різкого зниження рівня води в річці після паводку. Утворюється крута депресійна крива грунтових вод і виникає гідродинамічний тиск, спрямований у бік схилу. Відбувається механічна суфозія, і виникають суфозійні лійки у вигляді ланцюжків вздовж краю тераси. Інколи за таких умов виникають зсуви (при значних градієнтах фільтраційного потоку). Винесення часток призводить до утворення пустот і, отже, до ще більшого зростання швидкості руху води, що в свою чергу викликає вимивання більших часток породи. Залежно від структури і складу породи цей процес може викликати утворення в породах основи великих пустот, послаблення основи і нерівномірне осідання споруд, аж до їх руйнування .

Суфозією пояснюється і утворення пустот (печер, ходів) у глинах і лесах в умовах посушливого клімату, інколи значних розмірів і поширення. Це явище отримало назву глиняного або лесового карсту.

Суфозія може відбуватися тільки: а) в породах певного складу і структури; б) за наявності в породах пустот, по яких може протікати вода; в) при відповідній швидкості руху води, що фільтрується.

На сьогодні визначено наступні умови виникнення і розвитку суфозії:

1. 
   Дрібні частки з пісків будуть виноситися тільки при турбулентному русі води, що фільтрується крізь них. Турбулентний рух у пісках стає можливим при гідравлічному градієнті, більшому від 5.
   
2. 
   Дрібні частки з піску виноситимуться у випадку, якщо він складатиметься переважно із двох фракцій, а співвідношення діаметрів зерен піску цих фракцій буде більшим, ніж 1:20.
   
3. 
   Суфозія на контакті двох шарів відбудеться, якщо відношення коефіцієнтів фільтрації цих шарів буде більшим від 2.
   

1. 
   Геоморфологічні особливості району. Особлива увага приділяється депресіям рельєфу, в яких створюються сприятливі умови для фільтрації води з великими градієнтами. Слід звернути увагу і на штучні депресії (виїмки доріг, канали, будівельні котловани тощо).
   
2. 
   Геологічна будова району. Вона визначає наявність і умови руху підземних вод, а також поширення і умови залягання порід, схильних до суфозії.
   
3. 
   Умови руху поверхневих і підземних вод, джерела їх живлення і можливість струменевого руху води через легкорозмивні породи.
   
4. 
   Властивості порід, які обумовлюють розвиток суфозії: гранулометричний склад порід; мінеральний склад; склад, кількість і розподіл у породі водорозчинних солей, вилуговування і винесення яких веде до розпушування породи, збільшення її пористості і в кінцевому рахунку сприяє внутрішньому розмиванню породи; тріщинуватість, система розташування тріщин, їх глибина, характер заповнення, склад заповнювача.
   
5. 
   Характер, глибина і швидкість вивітрювання порід, дія провідних агентів вивітрювання.
   

3. 
   Пливуни.
   

Довгий час поняття “пливуни” не мало чіткого означення. Пливуни дуже ускладнюють проходку гірничих виробок і будівництво споруд (обвалювання стінок будівельних котлованів, важке виймання породи, розрідження породи при струшуванні, виположування укосів до мізерної крутизни, запливання котлованів грунтом).

При викритті пливунів буровими свердловинами в обсадних трубах можуть утворюватися так звані пробки, тобто від забою свердловини пливун спрямовується вгору по обсадній трубі, обволікає буровий наконечник і штанги та міцно їх охоплює. Пробки утворюються тоді, коли виникає різниця між рівнями води за трубами і в трубах за рахунок видалення в процесі буріння частини води разом із грунтом, що виймається на поверхню. Пробки у свердловинах досягають висоти 10-20 м. Часто утворення таких пробок призводить до прихоплення інструменту і необхідності витягати його разом із обсадними трубами. Інколи доводиться все залишати і бурити свердловину в іншому місці. Тиск пливунів часто призводить до викривлення стволів шахт, руйнування їх кріплення та інших аварійних ситуацій.

На думку дослідників (О.Ф.Лебедєв), у природі можуть існувати два види пливунів: псевдопливуни (несправжні пливуни) та істинні пливуни.

За рахунок гідродинамічного тиску грунтового потоку можуть розпушуватися і переходити в нестійкий стан гірські породи в укосах, якщо тиск грунтового потоку спрямований у бік укосу. Явище розпушування спостерігається і в місцях виходів артезіанських вод або в нижньому б‘єфі гребель внаслідок дії води, що фільтрується через основу з верхнього б‘єфу.

Властивості істинних пливунів сильно змінюються залежно від властивостей навколишнього середовища; на них позначається зміна концентрації водневих іонів, ємності поглинання. Висушування пливунів на повітрі призводить до утворення нетіксотропних, незворотніх найщільніших і водостійких структур. Перехід порід у пливунний стан можливий при одночасній наявності наступних чинників:

а) сприятливої для прояву пливунності геологічної будови;

б) відповідної різниці напорів підземних вод, зумовлених гідрогеологічними умовами;

в) певного складу пухких порід;

г) певного стану пухких порід.

Пливуни можуть проявитися тільки у випадку сприятливих умов залягання пухких гірських порід, тобто тільки тоді, коли відповідні породи будуть викриті будівельними котлованами, гірничими виробками, буровими свердловинами або якимись природними процесами (розмиваннями, в результаті сповзання порід тощо). Якщо пливуни залягають глибоко і не викриваються, то не мають місця і прояви пливунності.

Істинні пливуни наділені наступними характерними ознаками:

1. 
   наявністю фракції розмірами менше 5 мкм у кількості, не меншій 4%;
   
2. 
   високою пористістю (43-45%);
   
3. 
   величиною максимальної молекулярної вологоємністі, більшою 4%;
   
4. 
   малою величиною водопроникності і водовіддачі;
   
5. 
   наявністю органо-мінеральних колоїдів;
   
6. 
   тіксотропністю;
   
7. 
   залежністю кута природного укосу від вологості породи;
   
8. 
   зміною властивостей пливунів внаслідок висушування через незворотнє при цьому зсідання колоїдів.
   

1. 
   інженерно-геологічні зйомки (геологічна будова, геоморфологічна і гідрогеологічні умови, літологія порід, умови залягання);
   
2. 
   розвідкові роботи, спрямовані на виявлення саме пливунів, відбір проб для аналізів;
   
3. 
   лабораторне вивчення фізико-механічних властивостей порід, що зводиться в основному до визначення показників, які є ознаками пливунності порід.
   

1. Штучне осушення водонасичених порід на термін виконання будівельних робіт. Сюди належать: 1) пониження рівня підземних вод за допомогою відкачувань води зі свердловин; 2) спосіб установки забивних і опускних фільтрів; 3) спосіб установки голкофільтрів. Всі ці способи застосовуються в основному для боротьби з несправжніми пливунами, але у поєднанні з іншими методами (електродренажем) можуть давати ефект і в боротьбі з істинними пливунами.

2. Спосіб закріплення пливунів за допомогою шпунтових огорож, забивного кріплення, опускних колодязів. Він стає особливо економічно доцільним при забиванні кріплення за допомогою вібрації, однак застосовується при порівняно неглибокому заляганні пливунів (до 25 м), бо глибше починаються технічні ускладнення. Застосовують шпунтове кріплення при викритті пливунів котлованами або траншеями. Для цього навколо майбутньої виїмки забивають дерев‘яні, залізобетонні, а найчастіше залізні шпунти, які утворюють суцільну огорожу глибиною до 20 м, котра захищає виїмку від пливуна.

3. Спосіб заморожування пливунів широко застосовується для тимчасового надання міцності породам. Він вимагає постійних витрат енергії для підтримання порід у замерзлому стані. Буряться свердловини, в які нагнітається концентрований охолодженний розчин хлористого кальцію. Навколо свердловин утворюється зона охолодження порід до –30⁰ – 40⁰С.

4. Застосування стисненого повітря при проходженні пливунів із використанням тиску до 2,5 Па. Повітря, що нагнітається в кесонні камери, врівноважує тиск води, нейтралізуючи одну з причин утворення пливунів.

5. Силікатизація порід одно- чи дворозчинним способами. Силікатизація дворозчинним способом полягає в наступному. Через систему трубок-ін‘єкторів, забитих у грунт, нагнітається спочатку рідке скло (силікат натрію), а потім розчин хлористого кальцію. В результаті хімічної реакції між обома розчинами виділяється твердіючий гель кремнієвої кислоти, і порода перетворюється на породу напівскельного типу. Цей спосіб закріплення порід застосовується, наприклад, для зміцнення фундаментів споруд, для створення водонепроникних завіс. Його не можна застосовувати у випадку схильних до пливунності дрібнозернистих порід. В них розчини, внаслідок своєї в‘язкості, не можуть проникати і рівномірно заповнювати дрібні пори, чому і утворюються незначні радіуси закріплення. Однорозчинний спосіб: нагнітається рідке скло з додаванням різних кислот (наприклад, фосфорної). Порода стає водонепроникною і трохи зміцнюється.

1. 
   В чому полягають явища механічної і хімічної суфозії в гірських породах?
   
2. 
   За яких умов виникає суфозія?
   
3. 
   Якими є завдання інженерно-геологічних досліджень можливості розвитку суфозії?
   
4. 
   Назвіть заходи протидії суфозійним процесам.
   
5. 
   В чому проявляється пливунність гірських порід?
   
6. 
   Чим відрізняються істинні (справжні) пливуни від псевдопливунів?
   
7. 
   Назвіть ознаки істинних пливунів.
   
8. 
   Якими є методи боротьби з пливунами?