Противокарстовые мероприятия при строительстве реферат

Обновлено: 02.07.2024

8.4.3.1. Противокарстовые мероприятия следует предусматривать при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом строении которых присутствуют растворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, обломочные грунты с карбонатным цементом, гипсы, ангидриты, каменная соль) и имеются карстовые проявления на поверхности (воронки, котловины, карстово-эрозионные овраги и др.) и (или) в глубине грунтового массива (разуплотнения грунтов, полости, пещеры и др.).

8.4.3.2. Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста применяют следующие мероприятия или их сочетания:

- водозащитные и противофильтрационные;

- геотехнические (укрепление оснований);

- конструктивные (отдельно или в комплексе с геотехническими);

- эксплуатационные (мониторинг состояния грунтов, деформаций зданий и сооружений).

Противокарстовые мероприятия должны:

- предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;

- исключать или уменьшать в необходимой степени карстовые и карстово-суффозионные деформации грунтовых толщ;

- предотвращать повышенную фильтрацию и прорывы воды из карстовых полостей в подземные помещения и горные выработки;

- обеспечивать возможность нормальной эксплуатации территорий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных выработок при допущенных карстовых проявлениях.

Противокарстовые мероприятия следует выбирать в зависимости от характера выявленных и прогнозируемых карстовых проявлений, вида карстующихся пород, условий их залегания и требований, определяемых особенностями проектируемой защиты и защищаемых территорий и сооружений.

8.4.3.3. Планировочные мероприятия должны обеспечивать рациональное использование закарстованных территорий и оптимизацию затрат на противокарстовую защиту. Они должны учитывать перспективу развития данного района и влияние противокарстовой защиты на условия развития карста.

В состав планировочных мероприятий входят:

- специальная компоновка функциональных зон, трассировка магистральных улиц и сетей при разработке планировочной структуры с максимально возможным обходом карстоопасных участков и размещением на них зеленых насаждений;

- разработка инженерной защиты территорий от техногенного влияния строительства на развитие карста;

- расположение зданий и сооружений на менее опасных участках за пределами участков I-II категорий устойчивости относительно интенсивности карстовых провалов, а также за пределами участков с меньшей интенсивностью (частотой) образования провалов, но со средними их диаметрами больше 20 м (категория устойчивости А) СНиП 22-02-2003 п.8.6.

8.4.4.4. Водозащитные и противофильтрационные противокарстовые мероприятия обеспечивают предотвращение опасной активизации карста и связанных с ним суффозионных и провальных явлений под влиянием техногенных изменений гидрогеологических условий в период строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Основным принципом проектирования водозащитных мероприятий является максимальное сокращение инфильтрации поверхностных, промышленных и хозяйственно-бытовых вод в грунт.

Не рекомендуется допускать: усиления инфильтрации воды в грунт (в особенности агрессивной), повышения уровней подземных вод (в особенности в сочетании со снижением уровней нижезалегающих водоносных горизонтов), резких колебаний уровней и увеличения скоростей движения вод трещинно-карстового и вышезалегающих водоносных горизонтов, а также других техногенных изменений гидрогеологических условий, которые могут привести к активизации карста.

8.4.4.5.К водозащитным мероприятиям относятся:

- тщательная вертикальная планировка земной поверхности и устройство надежной дождевой канализации с отводом вод за пределы застраиваемых участков;

- мероприятия по борьбе с утечками промышленных и хозяйственно-бытовых вод, в особенности агрессивных;

- недопущение скопления поверхностных вод в котлованах и на площадках в период строительства, строгий контроль за качеством работ по гидроизоляции, укладке водонесущих коммуникаций и продуктопроводов, засыпке пазух котлованов.

Следует ограничивать распространение влияния водохранилищ, подземных водозаборов и других водопонизительных и подпорных гидротехнических сооружений и установок на застроенные и застраиваемые территории.

8.2.2.1 При проектировании водохранилищ, водоемов, каналов, шламохранилищ, систем водоснабжения и канализации, дренажей, водоотлива из котлованов и др. должны учитываться гидрологические и гидрогеологические особенности карста. При необходимости применяют противофильтрационные завесы и экраны, регулирование режима работы гидротехнических сооружений и установок и т. д.

Содержание

Введение…………………………………………………….…………3
Влияние геоморфологических, тектонических и гидрогеологических условий на развитие карста…………………………………………….5
Выявление особенностей морфологии карстовых полостей………..10
Мероприятия по протикарстовой защите……………………………13
Заключение…………………………………………………………….20

Работа содержит 1 файл

Мероприятия по протикарстовой.doc

Влияние геоморфологических, тектонических и гидрогеологических условий на развитие карста…………………………………………….5

Выявление особенностей морфологии карстовых полостей………..10

Мероприятия по протикарстовой защите……………………………13

Высокая техногенная нагрузка на геологическую среду в конце ХХ - начале ХХI вв. привела к активизации многих экзогенных процессов, в том числе и карста. Большинство объектов гражданского и промышленного назначения, построенных на закарстованных территориях в начале ХХ века и эксплуатируемых до наших дней, возводились без должного учета карстовых процессов. Многие закарстованные участки на территории района, считавшиеся ранее безопасными в отношении провалообразования, в настоящее время таковыми уже не являются.

Карстовые провалы на территории промышленных объектов и в жилых кварталах гг. Каменск-Уральского, Богдановича, Сухого Лога приводят к деформациям капитальных сооружений и разрывам инженерных сетей.

Наиболее уязвимыми в отношении провалообразования являются линейные сооружения – автомобильные и железные дороги, газо- и нефтепроводы. Если проектирование и строительство гражданских и промышленных объектов на закарстованных территориях с применением элементов конструктивной защиты обеспечивают нормальную эксплуатацию сооружений и в случае провала могут предотвратить полное разрушение сооружения, то железные дороги в силу их значительной протяженности защитить практически невозможно.

Железные дороги в России являются основным пассажирским перевозчиком. Кроме того, по железным дорогам перемещается большое количество грузов, в том числе опасных (БОВ, радиоактивные вещества, нефтепродукты), которые в случае схода состава могут привести к экологической катастрофе. Карстовые деформации неоднократно приводили к нарушению нормальной эксплуатации Свердловской железной дороги на Каменск-Уральской и Баженовской дистанциях пути (провалы в 1975, 1977, 1998, 2000, 2001 гг.).

Многочисленные исследования, проводимые на Восточном склоне Среднего Урала с XIX века, были посвящены изучению стратиграфии, геологического и гидрогеологического строения, тектонических условий, поискам полезных ископаемых. Исследования карста сводились в основном к описанию карстовых форм и пещер.

Инженерно-геологические исследования карста проводились проектными и изыскательскими организациями на отдельных объектах. Ни в одной из работ не содержится обобщающих материалов по выявлению закономерностей и особенностей развития карста.

По работам Н.И. Архангельского (1941, 1968 гг.), И.И. Горского (1931 г.), А.А. Пронина (1960, 1965, 1981 гг.), А.П. Сигова (1968, 1984 гг.) и др. детально рассмотрены история геологического развития региона, тектоника и эпохи развития карста.

Наличие толщ растворимых карбонатных пород, перекрытых чехлом песчано-глинистых отложений, мощность которого составляет в среднем 10,0-20,0 м, является первым региональным условием развития карста и предопределяет возможность его широкого развития в пределах Сухоложско-Каменского района.

Сложное тектоническое строение, раздробленность и трещиноватость пород способствовали проникновению поверхностных вод на значительные глубины и интенсивному развитию карста в прошлые геологические эпохи. Самыми активными эпохами развития карста по масштабности проявления являются триасовая и юрско-меловая. С ними связано формирование наиболее крупных закарстованных зон, на которые происходило наложение карста в последующие эпохи. К концу кайнозоя образовавшиеся ранее карстовые полости были заполнены продуктами химических кор выветривания. Оживление карстовых процессов в конце кайнозоя связано с понижением базиса эрозии.

Обводненность массивов карбонатных пород, выровненный характер рельефа на междуречьях, препятствующий быстрому стеканию талых и дождевых вод в поверхностные водотоки и способствующий на отдельных участках полной трансформации поверхностного стока в подземный, обусловливают возможность развития карста. Расположение карбонатных пород в виде полос меридионального простирания при общем широтном направлении потока подземных и поверхностных вод способствует перехвату и аккумуляции поверхностного и подземного стока, поступающего с запада с площадей развития терригенных пород.

Таким образом, в Сухоложско-Каменском районе интенсивное развитие карста в определенные климатически благоприятные эпохи и, как следствие, широкое распространение и разнообразие поверхностных (таких, как воронки, провалы, лога) и подземных (пещеры, погребенные полья и палеокарстовые останцы и гребни, полостями и расширенные карстом трещины) карстовых форм. Ведущей формой поверхностного карста в карстовом районе является карстовая воронка.

Широкое распространение растворимых горных пород и наличие в них древних проявлений карста и современных провалов обусловливают необходимость выявления закономерностей развития карта на детальном уровне.

Влияние геоморфологических, тектонических и гидрогеологических условий на развитие карста.

Обоснован выбор участков детальных исследований карста в пределах Сухоложско-Каменского.

При общих региональных условиях формирования карста на Каменск-Уральском и Богдановичском участках выявлены некоторые характерные особенности развития карста и провалообразования.

На Каменск-Уральском участке наличие растворимых пород, тектоническая нарушенность массива, 30-35 м зона вертикальной циркуляции при близком расположении дрены обусловливают возможность активного развития карста. Маломощный чехол покровных отложений, а на некоторых участках полное его отсутствие, и равнинный характер рельефа способствуют полному поглощению поверхностного стока. Высокие градиенты фильтрации в речной долине определяют возможность размыва древнего заполнителя карстовых полостей, вынос в образовавшиеся пустоты рыхлых покровных отложений и формирование на земной поверхности воронок и провалов.

На основе анализа морфометрических показателей карстовых воронок на Каменск-Уральском участке установлено, что воронки имеют преимущественно округлую или овальную форму, чашеобразное или блюдцеобразное сечение. По размерам карстовые воронки делятся на две группы: 1) диаметр до 8,0 м; 2) диаметр 9,0-18,6 м. К первой группе относится 91% всех выявленных карстовых воронок, ко второй - 9%. Распределение диаметров, глубин, объемов воронок первой группы подчиняется логнормальному закону (рис.1).

Рис. 1. Графики распределения карстовых воронок по диаметру, глубине,

объему и отношению глубины к диаметру на Каменск-Уральском участке

На графиках распределения видно, что выделяется особая группа карстовых воронок, глубина которых находится в интервале 1,49-1,69 м и отношение диаметра к глубине 0,45-0,52. Это свежие провальные воронки, образование которых обусловлено техногенными факторами.

Геологическое строение Богдановичского участка благоприятствовало активному развитию карста в прошлые геологические эпохи. В настоящее время образовавшиеся ранее карстовые полости заполнены плотным глинистым или песчано-глинистым материалом. Зона вертикальной циркуляции составляет 2,0-3,0 м, что не способствует размыву древнего заполнителя, формированию открытых полостей и образованию воронок и провалов на земной поверхности.

В настоящее время на Каменск-Уральском участке сохраняются благоприятные геологические и гидрогеологические условия для развития карста и провалоообразования. На Богдановичском участке геологических предпосылок для развития провалообразования не выявлено.

Общей чертой, характерной для всего Сухоложско-Каменского карстового района, является то, что наибольшая плотность поверхностных карстовых форм отмечается в долинах рек, в тектонически ослабленных зонах, на контактах карбонатной и терригенной толщ. Аномальное увеличение плотности провальных карстовых форм на отдельных участках обусловлено влиянием техногенных факторов. Нарушение гидродинамических условий приводит к увеличению скорости размыва древнего заполнителя карстовых полостей и соответственно возрастанию количества воронок, в том числе провальных.

В пределах Каменск-Уральского участка толща карстующихся пород представлена двумя разновидностями нижнекаменноугольных известняков - массивными темно-серыми известняками с неявно выраженной брекчиевидной текстурой, хорошо заметной только на выветрелых поверхностях, и известняковыми брекчиями, состоящими из остроугольных и слабоокатанных обломков, хаотически расположенных в известняковой массе. Цемент представлен карбонатной, песчано-карбонатной массой, на некоторых участках - песчано-мелкообломочной массой тех же известняков. Количество цемента составляет в среднем 20-30 %.

Граница между выделенными разновидностями хорошо прослеживается и в геоморфологическом плане, и в строении разреза. Наиболее закарстованными являются известняковые брекчии, в силу неоднородности сложения больше подверженные процессу разрушения. Для них характерно и большее количество полостей, и большие их размеры, чем для массивных известняков (табл. 1). Эта закономерность подтверждается тем фактом, что в Каменском районе большая часть железорудных месторождений, залегающих в древних карстовых впадинах, приурочена именно к площадям развития известняковых брекчий.

Результатом будет обрушение конструкций здания и сооружения.
В данном реферате рассмотрены особенности проектирования на просадочных , закарстованных и подрабатываемых территориях, специальные мероприятия, а также основные характеристики данных видов грунтов.

Содержание

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат по инж. подг. территорий.docx

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительного производства

Градостроительные мероприятия по застройке подрабатываемых и закарстованных территорий, с просадочными и заторфованными грунтами. Виды карста. Особенности проектирования инженерной подготовки территорий, подверженных карстовым процессам.

Студент_______________________ _________________________ Кашина О.П.

Преподаватель_________________ _______________________ Колобанов А.С.

Закарстованные грунты ………………………………………………….. 4
Подрабатываемые территории…………………………………………9
Просадочные и заторфованные грунты……………………………….19

При строительстве на просадочных , подрабатываемых и закарстованных грунтах без выполнения специальных мероприятий здание или его часть может неожиданно резко опуститься вследствие потери грунтом своей несущей способности. Результатом будет обрушение конструкций здания и сооружения.

В данном реферате рассмотрены особенности проектирования на просадочных , закарстованных и подрабатываемых территориях, специальные мероприятия, а также основные характеристики данных видов грунтов.

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении), - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих а местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, доломитами и каменной солью). Карстовые явления связаны с карбонатными (известняк, доломит, мел, мрамор и пр.) и некарбонатными (гипс, ангидрит, каменная соль) породами.

Наиболее характерны для карста отрицательиые формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, воронки, долины, полья, карстовые пещеры, карстовые речные долины (слепые и мешкообразные), подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия: а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачнваться внутрь по трещинам; б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность; в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод. По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий.[ 4]

Противокарстовые мероприятия следует предусматривать при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом строении которых присутствуют растворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, обломочные грунты с карбонатным цементом, гипсы, ангидриды, каменная соль), имеются карстовые проявления на поверхности (карры, поноры, воронки, котловины, полья, долины) и (или) в глубине грунтового массива (разуплотнения грунтов, полости, каналы, галереи, пещеры, воклюзы).

При отсутствии карстовых проявлений на поверхности и в толще грунтов, отделенных от зоны карста слоем прочных горных пород и надежным водоупором, препятствующими влиянию возможных обрушений пород в подземных полостях на покровную толщу и выносу из нее грунтов, территория может рассматриваться как карстово-неопасная для зданий и сооружений и проекты ее застройки следует выполнять как для некарстовых районов.

В материалах изысканий должно быть описание карстовых проявлений и характера угрожающей опасности, динамики их развития.

Противокарстовые мероприятия должны:

-предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;

-исключать или уменьшать в необходимой степени карстовые и карстово-суффозионные деформации грунтовых толщ, или, наоборот, способствовать стабилизации условий строительства ускорением карстовых деформаций;

-предотвращать повышенную фильтрацию и прорывы воды из карстовых полостей в подземные помещения и горные выработки:
-обеспечивать возможность нормальной эксплуатации территорий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных выработок при допущенных карстовых проявлениях.

В качестве основных противокарстовых мероприятий при проектировании зданий и сооружений следует предусматривать:

-устройство оснований зданий и сооружений ниже зоны опасных карстовых проявлений;

-заполнение карстовых полостей;

-искусственное ускорение формирования карстовых проявлений;
-создание искусственного водоупора и противофильтрационных завес;
закрепление и уплотнение грунтов;

-водопонижение и регулирование режима подземных вод;
-организацию поверхностного стока;

-применение конструкций зданий и сооружений и их фундаментов, рассчитанных на сохранение целостности и устойчивости при возможных деформациях основания.[1]

При проектировании горных предприятий следует также предусматривать бурение контрольных разведочных скважин, опережающих разработку пород, и при необходимости тампонаж, а при проходке горных выработок — также замораживание горных пород.

Опирание фундаментов на прочные грунты, залегающие ниже зоны опасных карстовых проявлений, следует предусматривать в случаях, когда эта зона достаточно разведана и имеются необходимые средства для глубокого заложения фундаментов.

Допускается прорезать фундаментами не всю толщу карстующихся пород при условии:

-отсутствия угрозы обрушения (провала) грунтов основания фундаментов (наличие достаточно мощного целика прочных пород над нижележащим горизонтом карста);

-осуществления контролируемого заполнения полостей и трещин толщи скальных пород на необходимую глубину непосредственно под фундаментом (сваей, столбом) или (когда это требуется по условиям передачи нагрузки на основание) под всем сооружением.

Заполнение подземных пустот при основании сооружений на нескальных грунтах, покрывающих карстующиеся породы, допускается предусматривать в верхней части карстовой зоны с расчетом на образование достаточно мощного целика прочных пород, предохраняющих покровную толщу от влияния на нее возможных деформаций в нижележащей (не заполняемой) зоне карста.

Поиск, заполнение и контроль эффективности заполнения карстовых пустот целесообразно выполнять одной специализированной организацией или совместно с проектно-изыскательской и производственной организациями.

При контроле эффективности производственного заполнения пустот должны быть использованы методы, применявшиеся при их поиске.

Ускорение формирования карстовых проявлений, например, взрывание пород в полостях для предотвращения их внезапного обрушения, применение агрессивных растворов для повышения при необходимости водоотдачи и водопроводимости горных пород, а также для добычи полезных ископаемых должно ограничиваться решением частных задач и сопровождаться определенным восполнением ущерба, причиняемого окружающей среде.

Создание искусственного водоупора путем инъекции цементных, глинистых, глиноцементных и смоляных растворов в трещиноватые скальные породы или с помощью струйной цементации, химического и электрохимического закреплений нескальных грунтов допускается предусматривать для предотвращения выноса нескальных грунтов в трещины и полости подстилающих карстующихся пород, если они не прикрыты сплошным природным водоупором.

Сплошность водоупора должна быть обеспечена в пределах расчетных границ сдвижения горных пород под сооружением.

При отсутствии или недостаточности водоупора, прикрывающего закарстовые породы, и затруднениях по устройству искусственного водоупора следует предусматривать меры по недопущению значительного снижения напора подземных вод в карстовой зоне по сравнению с напором в покровной толще. Для исключения повышения скорости воды в карстующихся породах следует, как правило, избегать забора воды из них. При необходимости забора воды из карстовой зоны и понижения уровня подземных вод в ней необходимо проектировать соответствующее (в зависимости от наличия и противофильтрационной устойчивости разделяющего слоя) водопонижение и в покровной толще (с водозабором из нее), а также водозащитные мероприятия (герметичность водонесущих коммуникаций, асфальтирование территории и организация поверхностного стока).

Роль водозащитных мероприятий особенно возрастает в условиях неводоносной покровной толщи.

Для уменьшения питания и, соответственно, водообмена и водообильности карстующихся пород водами из интенсивных источников (например, из поверхностных водоемов, водотоков и др.) следует проектировать экранирование водотоков и водоемов и противофильтрационные завесы (тампонаж горных пород), осуществляемые инъекционными методами.[3]

В случае обнаружения при изысканиях разуплотненных грунтов в пределах сжимаемой толщи основания сооружения, в проекте следует предусматривать прорезающие их свайные фундаменты, виброуплотнение, буроинъекционные сваи.

Если предусмотренные мероприятия не устраняют полностью возможность деформаций грунтов оснований сооружений, то следует проектировать фундаменты (как правило, из монолитного железобетона) и конструкции сооружений, рассчитанные на восприятие усилий, возникающих при ожидаемых деформациях оснований, предусматривать эксплуатируемые подземные помещения и возможность выполнения из них инъекционных работ для восстановления оснований фундаментов при образовании под ними воронок, провалов, проседаний грунтов.

В необходимых случаях в проектах противокарстовой защиты следует предусматривать организацию службы наблюдения за деформациями сооружений, их оснований и развитием карстовых процессов, с соответствующей производственной базой для проведения противокарстовых мероприятий и ремонтов сооружений.[2]

Воздействиями от подработки, учитываемыми при проектировании зданий и сооружений, являются сдвижения и деформации земной поверхности, которые подразделяются на следующие виды (рис.1):

кривизна (выпуклости, вогнутости) r,1 /км, или радиус кривизны R = 1/р, км;

горизонтальное сдвижение x, мм;

относительная горизонтальная деформация растяжения или сжатия e, мм/м;

уступ высотой h, см.

При диагональном расположении здания или сооружения относительно линии простирания пласта дополнительно следует учитывать воздействия от подработки в виде деформаций земной поверхности:

скручивание S, 1/км;

снашивание g, мм/м.

В случаях, предусмотренных проектом, учитывается скорость нарастания деформаций земной поверхности n мм/м, мес.

Рис.1 Виды сдвижений и деформаций земной поверхности
а — вертикальный разрез вкрест простирания при наклонном залегании угольных пластов; б — то же, при крутом залегании угольных пластов; в — вертикальный разрез по простиранию пластов; 1 - кривые оседаний; 2 — эпюры наклонов; 3 — эпюры кривизны; 4 — эпюры относительных горизонтальных деформаций; 5 — эпюры горизонтальных сдвижений; 6 — пласт; 7 — очистная выработка; 8 — положение земной поверхности до подработки; hmax— максимальное оседание земной поверхности; b0, g0, d0, - граничные углы сдвижения; y1,. y2, y3— углы полных сдвижений; q — угол максимального оседания; а —угол падения пласта

В качестве исходных данных при проектировании зданий и сооружений на подрабатываемых территориях следует принимать максимальные ожидаемые (при имеющихся календарных планах развития горных работ) или вероятные (при отсутствии календарных планов горных работ) величины сдвижений и деформаций земной поверхности на участке строительства в направлении вкрест и по простиранию пластов.

При погоризонтной и панельной подготовках шахтного поля (пологое залегание) все намеченные к разработке пласты разделяют на две группы:

-пласты, разрабатываемые в первые 20 лет после начала эксплуатации объектов;

-пласты, разрабатываемые после 20 лет с момента начала эксплуатации объектов.

От каждой группы пластов рассчитывают ожидаемые (вероятные) деформации; в качестве исходных данных для проектирования принимают максимальные ожидаемые (вероятные) деформации земной поверхности.

В тех случаях, когда под участком строительства горные работы планируются в сроки более, чем через 20 лет после начала эксплуатации объектов, то в качестве исходных данных для проектирования принимают вероятные деформации земной поверхности, полученные от влияния всех намеченных к разработке пластов, уменьшенные на одну группу территорий до среднего значения в соответствующей группе.

При этажной подготовке шахтного поля (наклонном или крутом залегании) в качестве исходных данных для проектирования принимают максимальные деформации земной поверхности, определяемые с учетом выполнения горных работ по горизонтам от всех влияющих пластов в течение всего срока эксплуатации зданий и сооружений.

Во всех случаях при прогнозе деформаций поверхности необходимо учитывать планируемые особенности подготовки и развития горных работ в свите пластов, способы управления горным давлением, число одновременно разрабатываемых пластов и наличие целиков у крупных нарушений, а также у технических границ шахтных полей.

Ожидаемые (вероятные) деформации земной поверхности должны рассчитывать горные инженеры-маркшейдеры по методикам, разработанным институтами, специализирующимися в этой области.

Деформации земной поверхности для неизученных месторождений и для районов с особо сложными горногеологическими условиями подработки должны рассчитывать институты, специализирующиеся в этой области.

Подрабатываемые территории следует подразделять на группы в зависимости от значений деформаций земной поверхности в соответствии с табл. 1.

Содержание

Прикрепленные файлы: 1 файл

Инженерная подготовка территории в районах распространения карста.doc

2) Радиоволновые методы

С помощью данного метода можно с легкостью выявлять и оконтуривать закарстованные зоны, а также отдельные крупные карстовые полости (как пустые так и заполненных водой или глинистыми отложениями). При этом карстовая полость искажает нормальное поле радиостанции, поскольку среда в объеме полости отличается по своим электромагнитным параметрам от вмещающих пород.

Принципиально возможны несколько модификации при применении радиоволновых методов:

Учитывая большие возможности радиоволновых методов и полученные положительные результаты, их больше всего рекомендуют в комплексе геофизических методов для обследования больших площадей на наличие карста.

Первые теоретические и модельные работы по электроразведке карста показали, что отдельные карстовые полости могут быть отмечены только в том случае, если максимальные поперечные размеры равны или превышают глубину залегания полостей.

При этом задача электроразведки, по выявлению погребенных карстовых форм, облегчается за счет вторичных явлений, сопутствующих образованию карстовых нарушений, которые могут протекать как в вышележащих так и в нижележащих образованиях. В толще рыхлых отложений, перекрывающих карстующиеся породы, непосредственно в окрестностях развития карстовых процессов наблюдаются резкие изменения гидрогеологического режима, что сильно влияет на величину УЭС рыхлых отложений в значительно более обширной зоне, чем участок, непосредственно охваченный карстовыми процессами. Это позволяет выделять карстовые зоны, расположенные на значительно большей глубине, чем допускают приведенные выше теоретические расчеты.

Таким образом, весь объем пород над карстовой полостью характеризуется измененной структурой, что существенно облегчает поиски и оконтуривание карстовых зон с установками меньших размеров. Последнее обстоятельство особенно важно в условиях работы на застроенных территориях.

4) Электропрофилирование и электрозондирование

Электропрофилирование является метод разведки, основанным на измерении удельного электрического сопротивления с фиксированным расположением питающих и измерительных электродов, которые перемещаются (через определенные отрезки времени) вдоль некоторого прямолинейного маршрута (профиля). Самым благоприятным условием для подобных измерений является значительная разница в электропроводности минеральных и вмещающих пород. Так же существует несколько видов электропрофилирования: симметричное (симметричное относительно центра установки расположение питающих и измерительных электродов), комбинированное (состоит из 2-х встречных несимметричных установок, каждая из которых состоит из одного питающего и 2-х измерительных электродов.), и дипольное.

К задачам, решаемым электроразведкой при изучении карста, относятся:

а) (в большинстве случаев) выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости и закарстованности;

б) (при достаточной ширине зон, значительной глубине распространения закарстованности и трещиноватости и залегания закарстованных пород ниже УГВ) определение глубины распространения закарстованных пород;

в) (только в том случае, когда размеры карстовых полостей соизмеримы с мощностью покрывающих отложений) обнаружение отдельных карстовых полостей и их оконтуривание.

В результате проведения электроразведки простраиваются геоэлектрические разрезы, карты с выделением закарстованных зон и полярные диаграммы. Чаще всего для решения простых задач, связанных с поверхностным карстом, используется схема симметричного профилирования. Хорошие результаты могут быть получены и с установкой комбинированного профилирования.

Основу при изучении карстовых образований сейсморазведочными методами составляет плотность пород, которая тесно связана с упругими свойствами этих же пород. С помощью сейсморазведки можно определить глубину залегания и мощность закарстованной толщи, выделить наиболее разрушенные зоны и выяснить ширину и глубину их залегания.

Таким образом, из-за того что по своим физическим характеристикам (удельное электрическое сопротивление, скорость распространения упругих волн, плотность и т.д.) карстующиеся породы существенно отличаются от вмещающих пород, незатронутых карстовыми процессами. Поэтому, при их изучении, следует использовать различные методы исследования. Благодаря этим методам, на данный момент широко известно, что особенно благоприятны для развития карста участки пород с малой мощностью покрывных отложений, склоны современных и древних речных долин. А наличие перекрывающих водонепроницаемых глинистых пород (глины, мергели, алевролиты) значительной мощности - затрудняет развитие карста. Поэтому при подготовке территорий для строительства архитекторам знающим геофизические характеристику участка намного проще предвидеть возможность возникновения карстов и провести соответствующую инженерную подготовку участка, перед началом строительства.

Мероприятия по инженерной подготовке территорий подверженных карсту.

Изучение карста связано прежде всего с практическими нуждами: строительством поселений и отдельных сооружений, эксплуатацией железных дорог и т.д. Карст очень осложняет подземные работы: проходку шахт, тоннелей, штолен. Но под землёй карст может стать и помощником человека: по карстовым пещерам спелеологам удаётся проникнуть на сотни метров в глубины гор. Однако для наземных работ карст является серьезной угрозой, и речь идет не только о жилом и промышленном строительстве, но так же и о сооружении ГЭС и водохранилищ (известны случаи фильтрации воды из водохранилищ и даже разрушения плотин из-за карстов). Разрушительное действие перемещающихся и оседающих земляных масс при обвалах подземных карстовых образований распространяется далеко за пределы области их возникновения (воронки, обвалы и т.д.).

Противокарстовые мероприятия предусматривают при проектировании зданий и сооружений, на территориях, где присутствует хотя бы один из признаков возникновения карста: присутствие растворимых горных пород (известняки, мел, гипсы и т.д), наличие на поверхности земли карстовых проявлений (карров, поноров, воронок и т. д.) и проявление карстовых явлений на глубине (разуплотнение грунтов, полости, каналы, галереи и т. д.). И тогда, если применение геофизических методов выявления карста дает положительный результат, то выполняются определенный ряд мероприятий.

Для начала по типу и геофизическким показателям карстовой области выясняется степень карстовой опастности территории. Всего существует 4 вида карстовой опасности:

Тип A обусловлен повышенной чувствительностью закарстованных территорий к загрязнению геологической среды (в первую очередь, подземных вод) вследствие образования провалов, наличия карстопроявлений (карстовых воронок, мульд оседания, разуплотненных зон в грунтовой толще и т.д.). И его необходимо учитывать, прежде всего, при проектировании и эксплуатации полигонов захоронения промышленных и бытовых отходов, нефтепроводов, канализационных коллекторов, автомобильных и железных дорог, химических предприятий, атомных электростанций и т.д.
Тип B - вероятностью повреждения строительных объектов или земельных участков поверхностными карстопроявлениями (провалами, локальными и общими оседаниями и др.).
Тип C - возможными осложнениями при строительстве и эксплуатации подземных сооружений и фундаментов глубокого заложения вследствие наличия и развития карстопроявлений (обводненных карстовых полостей и зон повышенной трещиноватости горных пород, локальных разуплотненных зон в грунтовой толще и др.).
Тип D - недопустимыми утечками воды из водоемов, каналов, водоотводных канав и др.

После этого начинается установка регламента хозяйственной деятельности, создаются условия, исключающие гидродинамическое воздействие на массивы водорастворимых горных пород и выбираются (в зависимости от характеристик карста) противокарстовые мероприятия.

Планировочные противокарстовые мероприятия, являющиеся приоритетными при карстоопасности типов A и B, должны обеспечивать рациональное использование закарстованных территорий и оптимизацию затрат на противокарстовую защиту. Мероприятия должны учитывать перспективу развития данного района и влияние противокарстовой защиты на условия развития карста. Решение о применении планировочных противокарстовых мероприятий должно приниматься на стадии разработки градостроительной документации.

Вот несколько наиболее распространенных противокарстовых мероприятий:

1) Организация поверхностного стока, водопонижение и регулирование уровня подземных вод. Подобные мероприятия следует предусматривать при проектировании территорий с случае понижения уровня подземных вод, при заборе воды из карстовой зоны. Однако, для исключения повышения скорости воды в карстующихся породах, рекомендуется избегать чрезмерного забора воды из них. Роль водозащитных мероприятий в данном случае, особо возрастает в условиях неводоносной покровной толщи.

2) Экранирование водотоков и противофилитрационные завесы — следует проектировать при наличии неподалеку от карстовых полостей интенсивных питающих источников (поверхностных водоемов, водопадов и т.д.)

3) Устройство оснований зданий и сооружений ниже зон возникновения карста( на более плотных грунтах) — следует предусматривать в случаях, когда зона карстов достаточно разведана и имеются необходимые средства для глубокого заложения фундаментов. Однако, также предусматривается возможность прорезать фундаментами не всю толще карстующихся пород при условиях отсутствия угрозы провала грунтов и осуществления контролируемого заполнения полостей и трещин толщи скальных пород на необходимую глубину.

4) Заполнение карстовых полостей для повышений стабильности особо опасных участков — допускается при строительстве на нескальных грунтах, покрывающих карстующиеся породы, с расчетом на образование мощного пласта прочных пород, предохраняющих покрывающий слой от влияния возможных деформаций в нижележащей (не заполняемой) зоне. Для повышения стабильности особо опасных участков часто используются инъекции в карстовые полости различных смесей укрепляющих растворов и бетона.

5) Создание искусственного водоупора с помощью заполнения трещин в скальных породах цементными, глинистыми и смоляными растворами — допускается для предотвращения выноса нескальных грунтов в трещины и полости подстилающих карстующихся пород, если они не прикрыты сплошным природным водоупором. В данном случае, целостность водоупора должна быть обеспечена в пределах расчетных границ сдвижения горных пород под сооружением.

6) Искусственное ускорение формирования карстовых полостей, а именно - взрывание пород в полостях для предотвращения их внезапного обрушения и применение агрессивных растворов для повышения растворимости горных пород, непременно должно ограничиваться решением частных задач и сопровождаться определенным восполнением ущерба, причиняемого окружающей среде.

7) Применение усиленных конструкций зданий и сооружений и монолитных железобетонных фундаментов, рассчитанных на сохранение целостности и устойчивости при возможных деформациях основания. Данные мероприятия предусматриваются в том случае, если все предыдущие не способны в полной мере устранить возможные деформации грунтов в основании сооружений. В этом случае предусматривают эксплуатируемые подземные помещения (парковки, котельные, бункеры и т. д.) с возможность выполнения из них инъекционных работ для восстановления оснований фундаментов при образовании под ними воронок, провалов и проседаний грунтов.

Это далеко не весь список возможных противокарстовых мероприятий, но даже когда они выполнены зоны возникновения карста ещё могут представлять угрозу. Поэтому в течении срока эксплуатации территории требуется так же и постоянный мониторинг опасной территории, в чей состав входят:

- постоянный геодезический контроль за оседанием земной поверхности и деформациями зданий и сооружений;
- наблюдения за проявлениями карста, состоянием грунтов, уровнем и химическим составом подземных вод;
- периодическое строительное обследование состояния зданий, сооружений и их конструктивных элементов;
- система автоматической сигнализации на случай появления недопустимых карстовых деформаций;
- устройство (и периодическое наблюдение) глубинных марок, реперов и маяков на трещинах строительных конструкций;
- контроль (и ограничение) за взрывными работами и источниками вибрации.

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы: Карстовыми явлениями называют процессы растворения и выщелачивания подземными водами легкорастворимых горных пород (каменной соли, гипса, известняка, доломита и др.) в следствии которых в толще земной коры образуются трещины, колодцы, пустоты или пещеры. В результате карстовых образований на поверхности почвы появляются просадки, провалы или воронки (которые иногда могут быть заполнены водой). Характер этих образований зависит от толщины слоя и состава грунтов, покрывающих горные породы. Карстовые процессы уменьшают устойчивость геологической среды. Для наблюдения за карстовыми процессами используются методы гравиразведки, магниторазведки, электромагнитного профилирования, электромагнитного зондирования, сейсморазведки. С помощью скважинных геофизических исследований изучаются физические свойства горных пород вокруг скважин и между скважинами, определяются скорости движения и фильтрации подземных вод. Применение не менее двух методов, например одного электроразведочного и одного сейсмического, может дать более достоверное решение поставленных задач. Закарстованные площади вполне оправданно считают крайне неудобными для городской застройки и поэтому, самое частое применения они находят в качестве территорий озеленения и создания зон отдыха. Для предохранения от проникновения поверхностных вод к неустойчивым породам устраиваются дренажные каналы и организуются отводы поверхностного стока. При выполнении работ по вертикальной планировке закарстованной территории не следует допускать большой срезки грунта, так как при этом будет облегчена возможность проникновения поверхностных вод в толщу прикрывающего карст слоя. Следует избегать устройства на них сооружений, при эксплуатации которых будет возможна утечка воды в грунт (водопровод, канализация, резервуаров для воды, прудов и др.), что может привести к обводнению территории.

Карст и суффозия – негативные геологические процессы, обусловленные размыванием и растворением слабых горных пород подземными и поверхностными водами, что приводит к ослаблению и разрушению грунтового массива, образованию пустот и пещер, изменению напряженного состояния грунта и гидрологической ситуации, а также развитию эрозии, оседаний, появлению обрушений и провалов на поверхности земли.

Общий вид провала грунта, видимый на поверхности земли

Карстово-суффозионные процессы распространены и встречаются во многих регионах России. Среди них Москва и Подмосковье, Ленинградская, Псковская, Архангельская, Нижегородская области, республики Татарстан и Башкирия. Их наличие и последующее развитие может быть опасным для существующих и проектируемых зданий, сооружений и инфраструктурных объектов.

Типовые мероприятия инженерной защиты зданий и сооружений от карста:

планировочные, связанные с размещением объекта строительства вне зон развития карстовых процессов;
водозащитные и противофильтрационные, предотвращающие дальнейшее растворение и размывание карстовых пород;
геотехнические, связанные с укреплением оснований путем тампонирования карстовых полостей, цементированием закарстованных пород и опиранием фундаментов на некарстующие грунты;
конструктивные, предполагающие специальные конструктивные решения по усилению фундаментов и (или) оснований: перекрестные ленты, плиты, сваи с прорезкой карстующейся толщи, поэтажные армирующие пояса, пространственные рамы и т.п.;
технологические, связанные с повышением надежности технологического оборудования и контролем утечек в коммуникациях (в случаях, когда на развитие карстов влияют техногенные факторы);
эксплуатационные, предполагающие наблюдения и контроль над развитием карстовых процессов.

Применение защитных мероприятий по отдельности или в сочетании позволяет снизить активность или предотвратить развитие карстово-суффозионных процессов, а также уменьшить или полностью исключить деформации в толще и на поверхности грунта, обеспечивая стабильное основание для последующего строительства новых или эксплуатации существующих объектов.

Конкретный выбор технического решения зависит от ряда факторов.

К ним относится тип карста, механизм возникновения и развития этого процесса, особенности гидрогеологических условий, риски активизации негативных процессов, а также особенности защищаемых объектов.

Лучшая защита от карста – не размещать объект в опасной зоне. Но это не всегда возможно. Поэтому при строительстве протяженных линейных объектов: автомобильных и железных дорог, как правило, требуется выполнение противокарстовых мероприятий.

Оборудование, применяемое для мониторинга карстовых процессов

Стандартный набор включает уменьшение земляных работ, предотвращение проникновения влаги в массив грунта, а также минимизацию вмешательства в гидрогеологические процессы, происходящие в основании сооружения.

1- мониторинг выемка

1- мониторинг насыпь

Организация мониторинга карстовых процессов – наиболее экономичное решение инженерной защиты, применимое для районов с низкой карстовой опасностью. Такое решение позволяет своевременно выявить развитие карстов и предпринять необходимые меры.

Мониторинг необходим и как дополнительная мера. Карстовые процессы могут развивать стремительно, и для исключения таких рисков контроль необходим как на этапе строительства, так и в ходе эксплуатации объекта.

Организация мониторинга карстовых процессов особенно важна при защите линейных объектов, расположенных на высоких насыпях или в глубоких выемках.

Типовое конструктивное решение с увеличением ширины ростверка

Конструктивные решения предполагают увеличение площади подошвы фундамента, размеров ростверка или выполнение дублирующих конструкций.

С увеличением габаритов, даже при возможном развитии карста (образовании карстовой воронки) и исключении из работы части элементов несущих конструкций, не происходит полной потери несущей способности и устойчивости фундамента и сооружение сохраняет работоспособность.

Такое решение актуально, например, при сооружении опор мостовых переходов.

Типовое решение. Увеличение общей жесткости основания линейного объекта

Увеличение жесткости основания (устройство армогрунтовой насыпи)

В этом случае защита линейного объекта обеспечивается за счет увеличения общей жесткости основания. Например, путем послойного армирования тела насыпи геосинтетическими решетками. Число слоев и прочность материала подбираются в зависимости от размеров карстовой воронки.

Устройство армогрунтовой насыпи решает две задачи: увеличивает общую жесткость основания и уменьшает площадь, необходимую для размещения объекта. Последнее позволяет снизить стоимость возведения дорожного полотна, а также достичь экономии при выполнении дополнительных геотехнических защитных мероприятий (инъекционное закрепление, струйная цементация, и т.п.).

В особо сложных случаях возможно устройство в основании насыпи железобетонных плит или рам, что позволяет исключить возникновение карстовых провалов и иных деформаций непосредственно на дорожном покрытии.

Типовое решение. Инъектирование тампонажного раствора в карстовую полость

Метод инъекционного закрепления грунтов с устройством буроинъекционных скважин

В ходе изысканий определяются граница зоны разупрочненных грунтов. С определенным шагом производится бурение в карстовую полость. В пазуху под высоким давлением нагнетается раствор на основе цемента, который заполняет карстовое пространство. За счет объединения бурового и инъекционного инструмента достигается простота и высокая скорость производства работ.

Типовое решение. Армирование основания нагельным креплением

Метод армирования грунтовыми нагелями существующих насыпей и природных склонов

Устройство нагельного крепления применяется в качестве предупредительной меры при возникновении риска развития карстовых процессов под существующей насыпью автомобильной или железной дороги. В зависимости от условий может потребоваться организация мониторинга за геологической обстановкой.

Метод подразумевает создание упрочненного пространственно-армированного массива грунта в основании дороги. После устройства буроинъекционных нагелей GEOIZOL-MP показатели жесткости и несущей способности основания повышаются, что препятствует возникновению внезапных провалов и неравномерных осадок при активизации карстовых процессов. Работы можно производить без остановки движения, в стесненных условиях.

Пространственное положение нагелей

Читайте также: