Мероприятия по противокарстовой защите

 

Рис. 3. Типы геологического разреза на Каменск-Уральском участке 
 

    В массиве карбонатных пород Каменск-Уральского участка выявлены следующие виды подземных карстовых форм: разрушенные зоны в кровле и в толще известняков, погребенные карстовые воронки, заполненные, частично заполненные и незаполненные трещины и полости, трещиноватые зоны, промежуточные полости в покровных отложениях, карстовые ниши (рис. 4). В массиве карбонатных пород основная часть нарушений относится к видам «б» и «д».

    Рис. 4. Основные виды подземных карстовых  форм

на  Каменск-Уральском участке:

а – трещиноватые зоны; б – погребенная карстовая воронка;                    в₁ – трещина не заполненная; в₂ – трещина заполненная; г – разрушенная зона в массиве известняков; д₁ – карстовая полость заполненная;            д₂ – карстовая полость частично заполненная; д₃ – карстовая полость незаполненная, е – карстовая ниша; ж – промежуточная полость в покровных отложениях 

    На  основе стратиграфического принципа в  пределах Богдановичского участка  выделен один основной тип геологического разреза, соответствующий II типу разреза Каменск-Уральского участка. В массиве карбонатных пород Богдановичского участка выявлены следующие виды подземных карстовых форм: разрушенные зоны в кровле и в толще известняков, развивающиеся преимущественно по напластованию пород, погребенные карстовые воронки, незаполненные и заполненные трещины, трещиноватые зоны, промежуточные полости в покровных отложениях (рис. 5). Основная часть нарушений представлена видами «а», «б₁» и «б₂».

Рис. 5. Основные виды подземных карстовых форм

на Богдановичском участке 

а – погребенная карстовая воронка; б₁ – разрушенная зона в массиве известняков; б₂ – карстовая полость заполненная;      б₃ – карстовая полость незаполненная; в – промежуточная полость в покровных отложениях 

    Большинство карстовых полостей, имеющих клиновидную, раскрывающуюся в кровлю карстующихся пород форму, приурочено к верхней части массива известняков до глубины 10,0 м и при активизации суффозионно-карстового процесса представляет угрозу для устойчивости инженерных сооружений.  
 
 
 
 
 
 

    Мероприятия по противокарстовой защите (СНИП)

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, 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).

2. 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.

Примечание. Надежным водоупором считается непрерывный слой горных пород с коэффициентом фильтрации не болев 0,001 м/сут и толщиной не менее 1/5 действующего на него напора, но не менее 5 м.

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

4. 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.

5. 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 сооружений, предприятий, территорий с учетом СНиП 2.02.01-83.

6. 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.

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.

7. 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.

8. 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 п 
роектно-изыскательской и производственной организациями.

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

9. 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.

10. 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.

11. 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. 

12. 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 (см. п. 5.10) .

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

13.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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

 Сложное  геологическое и тектоническое  строение и геологическая история  развития Сухоложско-Каменского  карстового района (наличие толщ растворимых карбонатных пород, интенсивная тектоническая нарушенность массивов, значительные колебания базиса эрозии) обусловили интенсивное развитие карста в прошлые геологические эпохи и, как следствие, широкое распространение и разнообразие поверхностных (таких, как воронки, провалы, лога) и подземных (пещеры, погребенные полья и палеокарстовые останцы и гребни, полости и расширенные карстом трещины) карстовых форм.

 Закономерности  распределения поверхностных карстовых  форм обусловлены, прежде всего, гидродинамическими условиями. Наибольшая плотность поверхностных карстовых форм наблюдается: 1) в долинах глубоко врезанных рек Кунары и Каменки в связи с увеличением градиента вертикальной фильтрации, скорости движения воды и ее разрушающего воздействия на заполнитель полостей; 2) на контактах карбонатных отложений и терригенных толщ; 3) в зонах тектонических нарушений, характеризующихся сильной трещиноватостью и усиленной циркуляцией подземных вод.

    Аномальное  увеличение плотности провальных карстовых форм  наблюдается в зонах техногенного воздействия: 1) в зоне влияния депрессионной воронки Богдановичского месторождения подземных вод;     2) в зонах комплексного техногенного влияния (утечки водонесущих коммуникаций, сосредоточенная инфильтрация, подпор поверхностного стока, динамические и статические  нагрузки).