39902

Карстовые явления и процессы в Нижегородской области

Дипломная

География, геология и геодезия

В Нижегородской области карстовые процессы значительно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Вследствие карстовых деформаций в разное время произошло несколько крупных аварий анализ которых показал что во всех случаях были допущены принципиальные ошибки на различных стадиях строительного освоения: выборе площадки инженерных изысканиях проектировании строительстве или эксплуатации сооружений. Карст представляет собой совокупность геологических гидрогеологических и или техногенных процессов и явлений обусловленных...

Русский

2013-10-11

2.2 MB

99 чел.

51

Введение

Карстовые явления и процессы, приводящие к их возникновению, широко распространены в Нижегородской области. По геологическим условиям имеются потенциальные возможности для их развития. Закарстованные территории занимают около одной четвери общей площади области. Карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров и хозяйственную деятельность населения. Проблемами изучения карста и его распространением занимаются такие науки, как геология, гидрогеология, геоморфология, гидрология, а так же специалисты физико-географы, инженеры-проектировщики, строители и многие специалисты других областей знания.

В Нижегородской области карстовые процессы значительно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Вследствие карстовых деформаций в разное время произошло несколько крупных аварий, анализ которых показал, что во всех случаях были допущены принципиальные ошибки на различных стадиях строительного освоения: выборе площадки, инженерных изысканиях, проектировании, строительстве или эксплуатации сооружений.

Во избежание подобных ситуаций необходимо тщательное изучение природы карстового процесса, специфики природно-техногенных условий Нижегородской области, разработка и применение комплексных мер противокарстовой защиты, а также слаженное взаимодействием изыскателей, проектировщиков и застройщиков.

 

Примеры разрушений, вызванных карстовыми деформациями.

Фото 1 – Провал на берегу реки Оки у с. Желнино в апреле 2011 года

Фото 2 – Разрушение промздания в результате карстового провала 1982 года

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О КАРСТЕ И ОСОБЕННОСТЯХ ЕГО ПРОЯВЛЕНИЯ В НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Термин «карст» происходит от австрийского названия плато Карст (Karst) в Словении (Югославии), где карстовые явления типично выражены и давно изучаются европейскими географами и геологами. Местное название плато Крас (Kras) вытеснило с новых географических карт австрийское. В Словении, а также Чехословакии соответствующие явления называют «крас». Однако термин «карст» прочно укоренился в научной литературе почти всех стран мира, в том числе и в России.

Карст представляет собой совокупность геологических, гидрогеологических и (или) техногенных процессов и явлений, обусловленных растворением скальных или полускальных горных пород, в результате которых происходят изменения структуры и состояния этих и вышележащих пород, образование системы взаимосвязанных полостей, каверн, трещиноватых и разуплотненных зон и связанных с ними деформаций земной поверхности и оснований сооружений (провалы, оседания и др.).

  1.  Типы карста по составу пород

В Нижегородской области основными растворимыми (карстующимися) породами являются карбонатные (известняки, доломиты, реже мергели) и сульфатные (гипсы, ангидриты) породы. В первом случае карст называется карбонатным, во втором сульфатным. В том случае, когда карстующимися породами являются одновременно как карбонатные, так и сульфатные породы, карст относится к карбонатно-сульфатному типу. Хлоридные породы (хлоридный или соляной карст) на территории Нижегородской области залегают на больших глубинах (более 450 м) и, как правило, не оказывают практического влияния на условия строительства.

Карстующиеся породы на территории Нижегородской области залегают, как правило, на глубинах от 5 м до 70-80 м. Вследствие этого карст на земной поверхности и в основании сооружений проявляется преимущественно в центральной, юго-западной и западной частях Нижегородской области, что указано на карте развития карстовых (карстово-суффозионных) процессов (рисунок 1.1).

Карбонатный карст распространён преимущественно на юге области - Первомайский, Дивеевский и Вознесенский районы, г.Саров и др., карбонатно-сульфатный карст - в центральной её части - заречная часть г.Нижнего Новгорода, г.Дзержинск, Павловский, Арзамасский районы и др. Сульфатный  карст имеет ограниченное распространение - г.Дзержинск, г.Павлово.

Рисунок 1.1 – Развитие карстовых процессов в Нижегородской области

  1.  Расположение карста

В зависимости от расположения карстующихся пород относительно земной поверхности карст подразделяется на два типа:

  1.  открытый карст - карстующиеся породы выходят на дневную поверхность или покрыты лишь почвенно-растительным слоем;
  2.  покрытый карст - над карстующимися породами залегают нерастворимые породы: пески, глины, суглинки и т.д.

В Нижегородской области преобладает покрытый карст. Открытый карст имеет лишь островное расположение (например, Ичалковский бор в Перевозском районе, окрестности оз. Родионово в Сосновском районе).

Глубина залегания карстующихся пород в условиях покрытого карста варьирует в широких пределах. При проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений следует учитывать глубину залегания карстующихся пород относительно активной зоны (сжимаемой толщи) оснований сооружений, так как методы оценки карстовой опасности и способы противокарстовой защиты могут принципиально отличаться в условиях, когда карстующиеся породы залегают в пределах сжимаемой толщи оснований сооружений или за её пределами.

  1.  Типы карстопроявления

К наиболее типичным поверхностным карстопроявлениям в Нижегородской области относятся:

  1.  карстовые провалы;
  2.  локальные оседания;
  3.  общие оседания;
  4.  карстовые (карстово-суффозионные) просадки.

Карстовые провалы – это деформации земной поверхности (основания сооружения) с разрывом сплошности грунта, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над полостями, находящимися в карстующихся породах или перекрывающих их грунтах. Карстовым провалам часто предшествуют карстово-суффозионные процессы, сводообразование и локальное разуплотнение грунтов в покровной толще.

Карстовые провалы представляют наибольшую опасность для большинства зданий и сооружений в силу следующих особенностей:

  1.  в большинстве случаев провалы образуются практически мгновенно, хотя иногда им предшествуют просадки или локальные оседания;
  2.  визуальные признаки возможного провалообразования появляются в большинстве случаев лишь за несколько минут или часов до образования провала на земной поверхности или в основании сооружения;
  3.  диаметры карстовых провалов на закарстованных территориях Нижегородской области колеблются в широких пределах (от 1 до 115 м), а глубины от одного до нескольких десятков метров, при этом со временем размеры в плане увеличиваются, а глубины уменьшаются, особенно быстро в песчаных грунтах в первоначальный период после образования провалов;
  4.  нередко на месте ранее образовавшихся провалов или непосредственно вблизи них образуются повторные провалы;
  5.  на месте ранее образовавшихся провалов (карстовых воронок) или вблизи них существует зона разуплотненных пород, которая под действием статических нагрузок или вибродинамических воздействий может быть подвержена периодическим просадкам (эта зона отличается повышенной водопроницаемостью и инфильтрацией атмосферных, поверхностных и технических вод).

Карстовые провалы со временем, вследствие обрушения и эрозии бортов, трансформируются в карстовые воронки конусообразной, а затем и блюдцеобразной формы.

Карстовые локальные оседания – достаточно плавные деформации земной поверхности (основания сооружений) без разрыва или с частичным разрывом сплошности грунта с образованием постепенно растущей впадины (мульды). Локальные оседания связаны с прогибом толщи грунтов над полостями и разуплотненными зонами в покровной толще.

Локальные оседания в Нижегородской области также представляют серьёзную опасность, хотя и несколько меньшую, чем карстовые провалы, в силу следующих их особенностей:

  1.  вертикальная скорость оседания грунта может достигать нескольких дециметров в сутки;
  2.  время формирования локального оседания может изменяться от нескольких дней до нескольких месяцев;
  3.  конечные диаметры локальных оседаний, как правило, составляют несколько десятков метров, а глубины  до 1–2  м;
  4.  в зоне локальных оседаний существуют значительные горизонтальные смещения.

Карстовые общие оседания – плавные деформации земной поверхности без разрыва сплошности в виде мульды больших размеров в плане, связанные с интенсивным поверхностным и (или) объёмным растворением карстующихся пород, а также с суффозионным выносом частиц песчаных грунтов в закарстованную толщу пород. Карстовые оседания в большинстве случаев представляют значительно меньшую опасность для зданий и сооружений в сравнении с провалами и локальными оседаниями.

Характерными особенностями карстовых оседаний являются следующие:

  1.  формирование мульды оседания продолжается более или менее постоянно в течение длительного времени (годы - десятки лет);
  2.  скорость оседания на разных участках мульды неравномерна и может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год (с периодами оживления и затухания);
  3.  размеры мульды оседания в плане могут достигать нескольких сотен метров;
  4.  в краевых частях мульды оседаний, связанных с интенсивным растворением карстующихся пород и прогибом покровной толщи, формируются зоны разуплотнённых с поверхности грунтов, благодаря которым облегчается инфильтрация поверхностных и атмосферных вод в грунт, что увеличивает вероятность образования провалов и локальных оседаний в этих частях мульды;
  5.  в зоне оседаний помимо вертикальных деформаций отмечаются и горизонтальные смещения.

Карстовые (карстово-суффозионные) просадки. Характерными особенностями их являются следующие:

  1.  как и провалы, карстовые просадки образуются практически мгновенно;
  2.  диаметры просадок в плане, как правило, составляют ~ 1-2 м, а глубина до 0,5 м;
  3.  чаще всего карстовые просадки образуются под действием статических и вибродинамических нагрузок от сооружений и при длительном замачивании грунта;
  4.  карстовые просадки, как правило, не вызывают прогрессирующих разрушений зданий и сооружений, однако, под их воздействием чаще всего происходят образование трещин в стенах, перекосы и крены конструкций, деформация дорожных конструкций на автомобильных дорогах и т.п.;
  5.  в ряде случаев карстовые просадки предшествуют образованию провалов или локальных оседаний и поэтому могут служить определённым симптомом их образования.

Кроме поверхностных существуют подземные карстопроявления (полости, локальные разрушения и разуплотнённые зоны, погребённые провальные впадины и др.) в карстующихся породах и перекрывающей их покровной толще, которые следует рассматривать не только как потенциальные причины образования поверхностных карстовых деформаций, но и самостоятельно учитывать при строительстве, особенно при устройстве свайных оснований, фундаментов глубокого заложения и подземных сооружений.

  1.  Карстовые формы

Среди поверхностных карстовых форм  различают:

  1.  воронки - замкнутые впадины, образующиеся и растущие в результате провалов и локальных оседании грунта, слагающего земную поверхность;
  2.  карры - формы поверхностного растворения горных пород;
  3.  поноры - трещины, поглощающие воду;
  4.  сложные карстово-эрозионные впадины (овраги, котловины и др.) - формирующиеся за счет взаимодействия провалообразования и эрозии;
  5.  мульды оседания - понижения, вызванные общим оседанием земной поверхности.

К подземным карстовым формам относятся:

  1.  расширенные растворением (раскарстованные) трещины;
  2.  поры растворения (до 2 мм); каверны (от 2 до 20 мм);
  3.  разнообразные полости (в том числе, пещеры);
  4.  разрушенные и разуплотненные зоны;
  5.  поверхности растворения слоев карстующихся пород;
  6.  нарушения залегания горных пород в результате их сдвижения и обрушения над карстовыми полостями, разрушенными и разуплотненными зонами;
  7.  воронки и другие карстовые формы погребенного палеорельефа земной поверхности.

  1.  Классификация карста по времени образования

По времени образования различают карст:

  1.  современный (активный) карст – проявляющий себя в образовании новых карстовых форм;
  2.  древний (пассивный) карст – завершивший свое развитие;
  3.  погребенный карст – перекрытый породами, в том числе, отложившимися после его развития.

Оживление древнего карста вызывается двумя причинами:

  1.  интенсивными современными тектоническими движениями (поднятием) или изменениями гидрогеологических и гидротермических условий территории при техногенных воздействиях, что приводит к возобновлению растворения горных пород;
  2.  изменением напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород, покрывающих завершившие свое развитие подземные карстовые формы, их гидродинамическим разрушением и выносом мелкого материала (суффозией), а также динамическими воздействиями, что приводит к образованию поверхностных карстовых форм.

1.6 Классификация карста по зоне залегания и водопроницаемости

По отношению к подземным водам карстующиеся породы следует подразделять на залегающие:

  1.  в зоне аэрации;
  2.  в зоне водонасыщения;
  3.  в переходной зоне колебания уровня карстовых вод, которая в определенных условиях может составлять десятки метров и являться определяющей для оценки карстоопасности.

В отношении гидрологических и гидрогеологических условий карст характеризуется: крайне неоднородной и нередко весьма высокой водопроницаемостью закарстованных пород, неравномерностью распределения и режима поверхностного и подземного стока, наличием очагов интенсивного поглощения поверхностных вод, утечек из водохранилищ и внезапных больших водопритоков в горные выработки и котлованы.

В зависимости от степени водопроницаемости грунтов покровной толщи различают следующие подтипы покрытого карста:

  1.  А - карстующиеся породы покрыты водонепроницаемыми грунтами;
  2.  Б - карстующиеся породы покрыты водопроницаемыми грунтами;
  3.  В - карстующиеся породы покрыты слоями водопроницаемых и водонепроницаемых грунтов.

В случае Б, а также нередко в случае В, может происходить вынос песчано-глинистых грунтов (суффозия) в нижерасположенные полости и трещины. Такой процесс принято называть карстово-суффозионным. В Нижегородской области он распространен на закарстованных участках в городах Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас и др. (примерно на 15% территории области).

Интенсивность растворения карстующихся пород зависит от растворимости пород, агрессивности и скорости потока подземных вод, степени трещиноватости пород и ряда других факторов. Растворимость карбонатных пород в сотни раз меньше растворимости сульфатных пород. Скорость растворения карбонатных пород в природных условиях имеет весьма низкое значение (доли миллиметров - миллиметры в год на поверхности растворения). Поэтому можно считать, что имеющиеся карстовые полости в карбонатах в естественных условиях сформировались за счёт растворения пород за геологически длительное время. Карстовые же полости в сульфатных породах могут развиться за счёт растворения до критически опасных размеров в пределах расчётного срока службы сооружений. Достаточно активно процессы растворения, как правило, протекают на границе залегания карбонатных и сульфатных пород.

В ряде случаев при техногенных воздействиях (утечки хозяйственных вод, насыщенных кислотами, органическими веществами и др., загрязнение подземных вод в зонах расположения свалок, искусственное увеличение скоростей движения подземных вод и т.д.) скорость растворения сульфатных и карбонатных пород может увеличиться в несколько раз.

  1.  ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ КАРСТА НА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

В пределах Нижегородской области с учётом физико-географических и тектонико-литологических условий развития карста выделяются Дзержинско-Нижегородский, Арзамасско-Павловский и Выксунско-Первомайский карстовые районы. Рассмотрим характеристику исследуемого Дзержинско-Нижегородского района.

Особенностью данного карстового района является приуроченность карста к долинам рек Оки и Волги.

Развитие карста в исследуемом районе связано с особенностями его тектонического строения и проявлением неотектоники, обуславливающими относительно близкое к поверхности залегание растворимых отложений казанского и сакмарского ярусов пермской системы и повышенной проницаемостью покровной и карстующихся толщ.

В определённые моменты формирования древних долин рек Оки и Волги, когда базис эрозии понижался и русла рек заглублялись в коренные породы пермского возраста, создавались предпосылки для развития карста. Наибольшая закарстованность приурочена к участкам сильнорасчленённой поверхности растворимых карбонатных и сульфатных пород в пределах древних и современных долин рек Клязьмы, Оки и Волги.

Карст на данной территории покрытый, карбонатно-сульфатный, реже только карбонатный или сульфатный.

Характерный тип геологического строения приводится на рисунке 2.1.

Покровная толща сложена преимущественно четвертичными аллювиальными отложениями и породами уржумского яруса средней перми.

Аллювиальные отложения (aQI-IV) представлены разнозернистыми песками, как правило, с увеличением их крупности с глубиной. Местами в них встречаются прослои супеси, суглинка и иловатых глин. Мощность песчаной толщи изменяется от 14 м до 80 м.

Подстилаются песчаные отложения, как правило, породами уржумского яруса средней перми (P2ur), сложенными глинами мергелистыми и алевритистыми с прослоями алевролитов, от слабо сцементированных до крепких, алевритов, реже песков и песчаников, мергелей, доломитов, гипса. Глины твёрдые, полутвёрдые, как правило, трещиноватые. Местами по трещинам отмечается вторичный гипс. Прослои гипса в глинах часто выщелочены, в результате чего в них встречаются каверны, полости и трещины. Толща литологически не выдержана по простиранию и в разрезе. На некоторых участках она полностью размыта. Мощность отложений уржумского яруса средней перми изменяется от 0 до 40 м.

Рисунок 2.1 – Геологический разрез характерный для Дзержинско-Нижегородского карстового района

Карстующиеся породы представлены карбонатными и сульфатными отложениями среднего и нижнего отделов пермской системы. Казанский ярус средней перми (P2kz) сложен известняками и доломитами. Породы большей частью средне- и сильнотрещиноваты, местами разрушены до щебня, дресвы, известково-доломитовой муки. На отдельных участках они полностью уничтожены эрозионными и карстовыми процессами. В интервале их залегания отмечаются полости высотой от 1 до 10 м, заполненные как водой, так и целиком или частично привнесённым и обрушенным материалом. Мощность отложений изменяется от 0 до 25 м. Следует отметить, что данные породы вследствие их значительной трещиноватости и пористости наиболее подвержены карстовому процессу, несмотря на то, что скорость растворения их относительно мала. При техногенном загрязнении подземных вод химическими соединениями скорость растворения карбонатных пород может увеличиться в десятки и сотни раз. Растворение карбонатных пород может происходить по-разному, а именно, как:

  1. выборочное растворение - растворение внутри толщи пород по поверхностям наслоения или по трещинам с образованием полостей;
  2. поверхностное растворение - растворение поверхности карстующихся пород со снижением кровли карбонатов;
  3. объёмное растворение всего или части массива карстующихся пород в целом с формированием разрушенной до щебня и карбонатной муки пород.

Гипсы и ангидриты сакмарского яруса нижней перми (P1s) залегают на глубинах от 20 до 80 м. Эти породы подвержены растворению со скоростью, в сотни раз превышающей скорость растворения карбонатных пород. Характерной особенностью такого растворения является зависимость скорости растворения от скорости движения воды. Как правило, растворение сульфатных пород происходит по трещинам с образованием полостей и (или) формированием понижений по кровле сакмарских отложений. Отмечено, что наибольшая активность карста проявляется на участках совместного залегания известняков и гипсов при отсутствии или же небольшой мощности (до 10 м) перекрывающих глинистых пород уржумского яруса средней перми.

Следует отметить, что закарстованность сульфатных отложений не ограничивается первым от кровли слоем гипса, лежащего на ангидрите. Достаточно часто в верхней части сульфатов встречается слоистый разрез (гипс-ангидрит), когда залегающие ниже слоя ангидрита гипсы обладают значительной трещиноватостью и кавернозностью. В таких разрезах характерно наличие «зон цементации древнего карста», представленных обломками гипса, доломита и ангидрита, сцементированных пёстроокрашенной глиной.

Грунтовые воды, приуроченные к четвертичным песчаным отложениям, как правило, пресные, агрессивные по отношению к карбонатным и сульфатным породам. Они часто  гидравлически связаны с трещинно-карстовыми водами пермских отложений.

В рассматриваемом районе встречаются деформации земной поверхности, связанные как с собственно карстовым, так и с карстово-суффозионным процессами. Наиболее часты провалы и карстово-суффозионные просадки.

 

  1.  ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

При хозяйственном освоении закарстованных территорий необходимо учитывать следующие геоэкологические аспекты:

I - карстовый и особенно карстово-суффозионный процессы чувствительны к различным техногенным воздействиям;

II - в карстовых районах более интенсивно, чем в других районах (при прочих равных условиях), происходит загрязнение геологической среды;

III - в случае аварии на экологически опасных объектах, расположенных на закарстованной территории, возможно возникновение экологических катастроф и бедствий.

3.1 Аспект I

Анализ практики хозяйственного освоения закарстованных территорий в Нижегородской области показал, что на интенсивность карстового и карстово-суффозионного процессов при техногенных воздействиях в той или иной степени влияют следующие факторы:

  1.  изменение скорости растворения карстующихся пород;
  2.  повышение скорости подземной эрозии (вынос заполнителя из карстовых полостей и трещиноватых зон);
  3.  повышение нагрузки на кровлю полостей и других подземных карстопроявлений, в том числе расположенных в покровной грунтовой толще;
  4.  создание условий для развития процессов суффозии или её ускорения;
  5.  создание условий для возникновения разжижения водонасыщенных песков вследствие динамических воздействий;
  6.  изменение физико-механических характеристик грунтов.

Техногенные воздействия, активизирующие карстовый и карстово-суффозионный процессы, различаются по характеру, площади, времени воздействия и по периодам жизненного цикла строительных объектов.

По характеру воздействия:

  1.  увеличение статических напряжений в грунте, в том числе в сжимаемой толще оснований сооружений;
  2.  передача динамических (вибродинамических) воздействий на грунт;
  3.  изменение уровня надкарстовых вод;
  4.  изменение уровня, в том числе пьезометрического, трещинно-карстовых вод;
  5.  увеличение скоростей движения подземных вод;
  6.  изменение химического состава подземных вод;
  7.  изменение температуры подземных вод;
  8.  изменение физико-механических характеристик грунтов вследствие химического загрязнения и влажностного режима;
  9.  нарушение водоупорных слоёв грунта.

По площади воздействия:

  1.  в пределах региона (несколько сотен или десятков квадратных километров, например,  вследствие подъёма уровня воды в Чебоксарском водохранилище);
  2.  в пределах района, города (несколько квадратных километров);
  3.  в пределах жилой или промышленной зоны, промпредприятия (гектары, квадратные километры);
  4.  в пределах одного или нескольких сооружений (сотни квадратных метров, гектары).

По времени воздействия:

  1.  практически постоянные (продолжительность воздействия соизмерима со сроком службы сооружения);
  2.  долговременные (продолжительностью от одного года до десятка лет);
  3.  краткосрочные (продолжительностью до одного года).

По периодам жизненного цикла строительных объектов:

  1.  в период изысканий (например, бурение скважин);
  2.  в период строительства сооружения (например, забивка свай);
  3.  в период эксплуатации сооружения (например, длительные утечки воды из коммуникаций);
  4.  в период после прекращения эксплуатации объекта или его консервации (например,  после прекращения эксплуатации полигонов складирования отходов).

Один и тот же вид хозяйственной деятельности может по-разному влиять на карстовый процесс. Применительно к конкретным инженерно-геологическим и хозяйственным условиям необходимо проводить специальный анализ влияния конкретных и потенциально возможных техногенных воздействий на активизацию карстового или карстово-суффозионного процессов, а также разрабатывать сценарии этих воздействий с возможными мероприятиями по снижению их негативного влияния. Наиболее характерными видами техногенных воздействий, влияющих на активизацию карстовых процессов в Нижегородской области, являются:

  1.  дополнительное статическое давление на грунт от сооружений;
  2.  вибродинамические воздействия на основание сооружений;
  3.  утечки  воды из водонесущих коммуникаций;
  4.  откачки грунтовых и (или) трещинно-карстовых вод;
  5.  горные работы с водоотливом;
  6.  строительство и эксплуатация подземных сооружений с дренированием подземных вод;
  7.  создание и эксплуатация искусственных водохранилищ, водоёмов и водотоков;
  8.  намыв искусственных террас, стройплощадок, устройство насыпей и т.д.;
  9.  орошение земель;
  10.  взрывные работы;
  11.  забивка или вибропогружение свай;
  12.  бурение скважин;
  13.  тампонаж полостей и трещиноватых зон в карстующихся породах, устройство противофильтрационных завес.

Особенно опасно влияние указанных техногенных воздействий на сжимаемую толщу оснований сооружений.

  1.  Аспект II

В большинстве случаев наиболее интенсивное загрязнение среды происходит на территории промпредприятий, на участках нефтехранилищ, автозаправочных станций, в полосе отвода автомобильных и железных дорог и, особенно, в зонах расположения полигонов складирования промышленных и бытовых отходов.

Повышенная интенсивность загрязнения геологической среды на закарстованных территориях при складировании промышленных и бытовых отходов объясняется   следующими причинами:

  1.  Существует определённая вероятность образования внезапных провалов с быстрым сдвижением некоторого объёма массива горных пород и загрязнителей на значительную глубину. При этом провалы (в условиях  эксплуатации полигона складирования отходов) своевременно могут быть не замечены. Это приводит к  активному проникновению вредных веществ в глубь массива горных пород и загрязнению водоносных горизонтов.
  2.  На отдельных участках может происходить медленное оседание земной поверхности с образованием мульд размером до нескольких сот метров. Эти деформации непременно вызовут напряжение в защитных конструкциях полигонов и, как следствие, появление трещин и потерю функционального назначения сооружений.
  3.  Зоны древних карстовых воронок и краевые зоны мульд оседания отличаются повышенной водопроницаемостью, способствующей интенсификации поступления загрязнения в глубь массива горных пород. В связи с этим особую опасность для геологической  среды представляют несанкционированные свалки  в карстовых воронках и мульдах оседания. При этом происходит быстрое загрязнение грунтовых и трещинно-карстовых вод.
  4.  Несанкционированные свалки, образованные в карстовых воронках, со временем засыпаются грунтом, а в дальнейшем используются для застройки, часто являясь основанием зданий и сооружений, что негативно влияет на безопасность строительных объектов и здоровье людей. Поэтому перед засыпкой воронок несанкционированные свалки должны быть ликвидированы.
  5.  При наличии в геологическом разрезе слоёв песчаных водонасыщенных грунтов карст осложняется суффозионными процессами.
  6.  Движение подземных вод в толще карстующихся пород наиболее интенсивно проходит по трещиноватым зонам, карстовым каналам и полостям. Такие воды часто используются как источники водоснабжения. Их загрязнение может отрицательно сказываться на качестве питьевой воды на значительном удалении от источников загрязнения. Именно с учётом этого обстоятельства должны разрабатываться мероприятия специального контроля за загрязнением подземных вод.
  7.  Под действием растворов-загрязнителей и нефтепродуктов происходит изменение структуры грунтов, вызванное процессами набухания (физико-химического и химического), усадки и выщелачивания, что ведёт к снижению несущей способности грунтов. В ряде случаев грунты приходят в плывунное состояние.
  8.  Аспект III

Карстовые провалы и локальные оседания, вследствие их внезапности, относительно больших размеров в плане и по глубине, а также трудности прогнозирования их образования, в большинстве случаев обладают разрушительным характером для зданий и сооружений, имеющих недостаточную противокарстовую защиту. Поэтому при расположении на закарстованных территориях потенциально экологически опасных объектов (АЭС, производства с использованием радиоактивных веществ, химические предприятия, газо-нефтепроводы, железные дороги и т.д.) вероятность возникновения экологических катастроф и бедствий в значительной степени увеличивается. Это обстоятельство следует учитывать на всех стадиях жизненного цикла строительного объекта.

Выбор площадок для размещения экологически опасных объектов должен быть проведён с максимально возможной детальностью. При необходимости размещения экологически опасных объектов на закарстованных территориях объём и характер специальных инженерных изысканий должны обеспечить пространственный и временной прогнозы проявления карста в основании сооружений с учётом предполагаемых техногенных воздействий. В этом случае при проектировании объекта должен быть намечен комплекс противокарстовой защиты капитального и эксплуатационного характера, обеспечивающий практически абсолютную надёжность сооружений и технологического оборудования при воздействии карстовых деформаций.

Технология строительства экологически опасных объектов не должна вызывать активизации карстовых и карстово-суффозионных процессов при строительстве (включая период работ нулевого цикла).

Условием надёжной эксплуатации экологически опасных объектов на карстоопасной территории должно быть проведение регулярного объектного карстологического мониторинга с целью обеспечения краткосрочных (до 10 лет) и оперативных (до 1 года) прогнозов реальной карстовой опасности, необходимых для принятия руководством объекта мер по недопущению экологических катастроф или бедствий под воздействием карстовых деформаций.

  1.  ОЦЕНКА КАРСТООПАСНОСТИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Оценка карстоопасности должна установить:

  1.  потенциально возможные типы карстоопасности на рассматриваемой территории или на участке расположения строительного объекта за расчётный срок эксплуатации сооружения;
  2.  вероятность образования тех или иных карстопроявлений на заданной площади или на  единице площади (гектар, квадратный километр) рассматриваемой территории за определённый (расчётный) срок или в единицу времени  (год, 100 лет);
  3.  вероятные геометрические размеры прогнозируемых карстопроявлений, которые необходимы для назначения и проектирования противокарстовых мероприятий;
  4.  закономерности формирования различных карстопроявлений на участке расположения сооружения, в том числе непосредственно в основании сооружений;
  5.  характер и степень влияния различных техногенных воздействий на развитие карстовых и карстово-суффозионных процессов как на участке расположения сооружения, так и на окружающей территории. При этом, к числу основных техногенных воздействий на геологическую среду относятся следующие: откачка подземных вод, долговременные утечки из водонесущих коммуникаций, подтопление и затопление территории и другие изменения гидрогеологических условий, вибродинамические и повышенные статические нагрузки и т.д.

Оценка карстовой опасности осуществляется по результатам комплекса инженерных изысканий, а при необходимости и специальных научно-исследовательских работ.

  1.  
  2.  
  3.  

4.1 Типы карстоопасности

При строительстве и эксплуатации сооружений в карстовых районах следует иметь в виду, что негативное влияние карста на хозяйственную деятельность многоаспектно. По характеру карстовой опасности следует выделять следующие основные типы: А, B, C, D.

Типы опасности следует учитывать при проектировании генеральных планов населённых пунктов, технико-экономическом обосновании строительства, оценки стоимости земли для застройки, страховании зданий и сооружений, определении технологии изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений и решении других инженерных и организационных задач.

1) Карстоопасность типа А обусловлена повышенной чувствительностью закарстованных территорий к загрязнению геологической среды, в том числе подземных вод. Это, прежде всего, относится к полигонам хранения отходов, несанкционированным свалкам, полигонам подземных закачек жидких промышленных отходов, нефтепроводам, продуктопроводам, канализационным коллекторам, автомобильным и железным дорогам, промышленным площадкам химических предприятий и т.п.

При оценке карстоопасности типа А следует принимать во внимание следующие закономерности и особенности загрязнения геологической среды на закарстованных территориях:

  1.  весьма значительное повышение скорости загрязнения геологической среды имеет зона на участках образования провалов, существующих карстовых воронок, краевых зон мульд оседаний, подземных карстопроявлений в покровной толще и карстующихся породах;
  2.  загрязнение трещинно-карстовых вод может в плане распространяться  на значительные  расстояния (десятки километров) от источника загрязнения;
  3.  на закарстованных территориях наиболее отчётливо проявляется сезонность интенсивного загрязнения трещинно-карстовых вод, как правило, приходящегося на весенне-летний период;
  4.  загрязнение подземных вод во времени имеет, как правило, пульсирующий характер, что связано с дискретным характером карстопроявлений;
  5.  скорости переноса загрязнений в трещинно-карстовом водоносном горизонте на несколько порядков выше, чем в других водоносных горизонтах;
  6.  загрязнение трещинно-карстовых вод, как правило, приводит к значительному повышению скорости растворения карстующихся пород;
  7.  загрязнение грунтов покровной толщи приводит к снижению несущей способности грунтов, в результате чего облегчаются условия формирования поверхностных карстопроявлений, а в сжимаемой толще основания сооружений создаются предпосылки для сверхнормативных осадок оснований;
  8.  поверхностных карстовых форм.

По результатам проведения инженерных изысканий и специальных научных исследований могут быть установлены и другие закономерности загрязнения геологической среды на конкретной закарстованной территории, а также оценены количественные характеристики карстоопасности типа А и параметры проектирования защитных мероприятий.

2) Карстоопасность типа В обусловлена вероятностью повреждения сооружений или земельных участков вследствие различных видов карстопроявлений (провалов, локальных и общих оседаний, карстово-суффозионных просадок, неравномерных осадок оснований сооружений и т.п.). В зависимости от тех или иных видов карстопроявлений целесообразно подразделять карстоопасность типа В на соответствующие подтипы:

  1.  В1 - провалы;
  2.  В2 - локальные оседания;
  3.  В3 - старые или древние карстовые воронки, находящиеся вблизи сооружений;
  4.  В4 - неравномерные осадки, обусловленные карстовыми процессами;
  5.  В5 - общие (медленные) оседания земной поверхности;
  6.  В6 - карстовые или карстово-суффозионные просадки);
  7.  В7 - коррозионные воронки (при открытом типе карста).

Провальная опасность (подтип В1) имеет следующие особенности:

  1.  провалы образуются практически мгновенно. Иногда их возникновению предшествуют просадки, небольшие локальные оседания, концентрические трещины на земной поверхности и т.п.
  2.  провалообразование носит ярко выраженный вероятностный характер (по времени и в  пространстве возникновения провалов, а также по размерам их в плане и по глубине).
  3.  часто на месте ранее образовавшихся провалов или непосредственно вблизи них образуются повторные провалы.
  4.  зона вблизи свежего провала характеризуется пониженной несущей способностью грунтов и повышенной водопроницаемостью.
  5.  форма провальной впадины на земной поверхности (или в основании подошвы фундаментов  сооружений) достаточно быстро (в зависимости от вида грунта и соотношения её диаметра и глубины) изменяется во времени (диаметр её поверху увеличивается, а глубина уменьшается), принимая в итоге достаточно устойчивую конусообразную форму воронки.

Опасность, обусловленная локальными оседаниями (подтип В2), характеризуется следующими особенностями:

  1.  формирование локальных оседаний на земной поверхности (в основании сооружений) может происходить постепенно в течение от нескольких дней до нескольких месяцев;
  2.  конечные диаметры локальных оседаний на земной поверхности составляют, как правило, несколько десятков метров при относительно небольшой глубине (до 1-2 м);
  3.  в зоне локальных оседаний существуют значительные горизонтальные сдвижения грунтов;
  4.  краевая зона локального оседания характеризуется пониженной несущей способностью грунтов и повышенной водопроницаемостью.

Оценку опасности локальных оседаний для большинства сооружений, как правило, следует проводить совместно с оценкой провальной опасности.

Опасность, обусловленная наличием на участке расположения сооружения старой карстовой воронки (подтип В3), характеризуется следующими особенностями:  

  1.  в пределах воронки и в зоне вблизи неё существует высокая вероятность образования нового провала, локального оседания или карстовой просадки. При техногенных воздействиях (динамические и статические нагрузки, утечки воды из коммуникаций и т.п.) вероятность такого рода событий без проведения специальных геотехнических мероприятий близка к единице.
  2.  зона в непосредственной близости от воронки характеризуется пониженной несущей способностью грунтов и повышенной водопроницаемостью.

При статистической обработке сведений о провалах на рассматриваемой территории данные по такого рода деформациям должны учитываться отдельно.

Опасность, обусловленную возможностью образования неравномерных осадок на закарстованных территориях (подтип В4), следует принимать во внимание, как правило, в условиях:

  1.  открытого карста, при наличии на поверхности заполненных коррозионных воронок и трещиноватых зон;
  2.  покрытого неглубокого карста, при наличии на поверхности карстующихся пород переуглублений, вертикальных каналов, слоёв доломитовой муки и других карстовых аномалий;
  3.  покрытого глубокого карста, при наличии в сжимаемой толще грунтов погребённых карстовых воронок, разуплотнённых зон и других карстовых проявлений.

Опасность, обусловленная общими оседаниями (подтип В5), характеризуется следующими особенностями:

  1.  формирование мульды оседаний на земной поверхности продолжается в течение длительного времени (годы -  десятки лет);
  2.  скорость оседания в разных частях мульды неравномерна и может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год с возможными периодами оживления и затухания;
  3.  формы мульд оседания в плане могут иметь самые разнообразные очертания, а их размеры достигать несколько сотен метров;
  4.  в краевых частях мульды оседания формируются, как правило, зоны разуплотнённых с поверхности грунтов, благодаря которым облегчается инфильтрация атмосферных, поверхностных и техногенных вод в грунт, что увеличивает вероятность образования в этих местах провалов или локальных оседаний;
  5.  в зоне оседаний помимо вертикальных деформаций имеются и горизонтальные.

При проектировании сооружений на территориях, где возможны карстовые оседания,  целесообразно применять методы определения взаимодействия сооружения с деформирующимся основанием, используемые на подрабатываемых территориях, но с учётом закономерностей формирования карстовых оседаний,  прогнозов их скорости и продолжительности.

Опасность, обусловленная карстовыми (карстово-суффозионными) просадками  грунтов (подтип В6), характеризуется следующими особенностями:

  1.  карстовые просадки, как и провалы, образуются практически мгновенно;
  2.  размеры просадок в плане составляют, как правило, не более 1-2 м, а глубина не более 0,3 м;
  3.  карстовые просадки в основании сооружений, чаще всего, формируются при длительном замачивании грунта, а также под действием динамических и статистических нагрузок от сооружений;
  4.  карстовые просадки, как правило, не вызывают существенных повреждений большинства сооружений, но могут представлять определённую опасность для каркасных зданий с отдельно стоящими фундаментами, опор мостов, эстакад и т.п.;
  5.  в ряде случаев карстовые просадки могут предшествовать образованию провалов;
  6.  количественная (статистическая) оценка параметров карстовых просадок затруднена и (в большинстве случаев) нецелесообразна, поэтому с практической точки зрения при  проектировании сооружений достаточно установить лишь сам факт возможности образования карстовых просадок на рассматриваемой территории;
  7.  при изысканиях, строительстве и эксплуатации сооружений чрезвычайно важно строго фиксировать точное место и, по возможности, время образования этих деформаций, которые могут служить серьёзным симптомом образования в будущем карстовых провалов и локальных оседаний.

Опасность наличия коррозионных воронок, трещин и других карстопроявлений на поверхности карстующихся пород (подтип В7) в условиях открытого карста для  большинства сооружений незначительна. Однако следует иметь в виду, что эти карстопроявления являются местом повышенной инфильтрации поверхностных, атмосферных и техногенных вод непосредственно в толщу карстующихся пород, что способствует активизации карстовых процессов и загрязнению трещинно-карстовых вод.

3) Карстоопасность типа С обусловлена возможными осложнениями при устройстве фундаментов и подземных сооружений вследствие наличия и развития различных подземных карстовых и карстово-суффозионных проявлений (карстовых полостей, зон повышенной трещиноватости, разрушенных и разуплотнённых зон, напорных подземных вод в карстующихся породах и т.д.).

Карстоопасность типа С следует подразделять на:

  1.  карстоопасность, связанную с возможным повышенным водопритоком трещинно-карстовых вод в  подземные сооружения при их строительстве и эксплуатации  (подтип С1);                                
  2.  карстоопасность, связанную с повышенной  вероятностью деформаций оснований и фундаментов при наличии карстопроявлений в карстующейся толще в основаниях сооружений и возможными осложнениями при устройстве фундаментов глубокого заложения  (карстоопасность подтипа С2);
  3.  карстоопасность, связанную с наличием в покровных отложениях локальных карстовых аномалий в сжимаемой толще основания сооружения (карстоопасность подтипа С3).

4) Карстоопасность типа D обусловлена недопустимыми утечками воды из поверхностных водоёмов и т.д.

При оценке  карстоопасности   основанием сооружений следует считать толщу грунтов, глубина которой не менее глубины сжимаемой толщи и глубины расположения подземных карстопроявлений (полостей, разрушенных и разуплотнённых зон, погребённых карстовых воронок и т.д.).

Подземные карстопроявления, расположенные в сжимаемой толще основания, следует считать опасными для сооружений. При этом необходимо оценить (с учётом нагрузок от сооружений) вид возможных деформаций и их размеры.

Оценка опасности подземных карстопроявлений, которые были обнаружены в результате изысканий, должна проводиться с учётом их потенциального развития за расчётный срок службы сооружения.

4.2 Дифференциация закарстованных территорий по карстово-провальной опасности

При оценке провальной опасности на закарстованных территориях (при решении тех или иных проектных задач) должны применяться следующие прогнозные показатели провального процесса:

  1.  Удельная интенсивность (частота) провалообразования () на единице площади территории (км2, га) в единицу времени (год, 100 лет) или расчётная интенсивность провалообразования на площади, занимаемой сооружениями за заданный срок (например, расчётный срок эксплуатации сооружения, планируемый период до реконструкции сооружения и т.п.).
  2.  Средние (dср) и максимальные (dмакс) значения размеров карстовых воронок (диаметров, глубин), их площадей и объёмов. При этом для решения практических проектных задач целесообразно построение эмпирических и теоретических распределений диаметров воронок и свежих провалов.
  3.  Удельная поражаемость 1 км2 суммарной площадью провальных форм                        (в процентах) за срок 100 лет, используемая при разработке генеральных планов городов, проектировании больших по площади объектов (полигоны складирования отходов, спортивные объекты,   кладбища и т.д.).

Значения параметров λ и d  должны  оцениваться на основе инженерно- геологических изысканий, с использованием экспериментальных и расчётных методов, вероятностно-статистических и детерминистических моделей,  методов физического и математического моделирования, экспертных оценок и инженерно-геологических аналогий.

В настоящее время существует несколько способов дифференциации территорий и участков строительства по карстово-провальной опасности. Применительно к условиям Нижегородской области показаны два варианта дифференциации провальных территорий по удельной интенсивности провалообразования и среднему диаметру карстовых провальных воронок (таблица 4.2.1).

Таблица 4.2.1 – Дифференциация закарстованных территорий по карстово-провальной опасности

Прогнозируемый

критерий карстовой

опасности

Вариант 1 дифференциации территорий

по категориям  

устойчивости (карстоопасности) по интенсивности провалообразования

(согласно СП 11-105-97, ч. II)

Вариант 2 дифференциации территорий

по классам  

карстово-провальной опасности

Индекс категории

Значения λ

Индекс классов

Значения λ

1

2

3

4

5

Удельная интенсивность провалообразования λ [число провалов на  1 км2 в год (гр. 3) или на 1 га за срок 100 лет (гр.5)]

VI

0

1

0

V

<0,01

2

<0,001

3

0,001-0,003

4

0,003-0,01

IV

0,01-0,05

5

0,01-0,05

III

0,05-0,1

6

0,05-0,1

II

0,1-1,0

7

0,1-0,3

8

0,3-1,0

I

>1,0

9

1-3

10

>3

Прогнозируемый средний диаметр (d) карстовой провальной воронки, м

Г

<3

a

<1

b

1-3

В

3-10

c

3-5

d

5-10

Б

10-20

e

10-15

f

15-20

А

>20

g

20-40

h

> 40

Дифференциация закарстованных  территорий по устойчивости по первому варианту (6 категорий по удельной интенсивности провалообразования на 1 км2 в год и 4 категории по среднему диаметру карстовых провалов) содержится в действующем Своде правил СП 11-105-97, ч. II. Такой способ широко используется в проектно-изыскательской практике более  40 лет. Это позволило в определённой мере приблизить инженерные изыскания  к проектной практике. Однако выявлен и ряд недостатков, о которых неоднократно указывалось в научно-технической литературе. В настоящее время этот вариант не в полной мере соответствует требованиям Градостроительного кодекса РФ и Технического регламента «О безопасности зданий и сооружений».

Дифференциация территорий и принцип нумерации классов (категорий) по карстово-провальной опасности по второму варианту (10 классов по интенсивности провалообразования и 8 классов по среднему диаметру повалов) соответствуют разрабатываемому проекту Свода правил «Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий». Этот способ в наибольшей степени отвечает требованиям Градостроительного кодекса и Технического Регламента «О безопасности зданий и сооружений», особенно в части  обеспечения необходимости и достаточности исходных данных инженерных изысканий для целей строительного проектирования и определения риска.

При применении данного способа дифференциации потребуется использование современных научно-обоснованных методик  прогнозирования  карстовых деформаций. Отнесение той или иной территории (участка строительства) к конкретному классу карстовой опасности должно проводиться при максимально возможном учёте данных инженерно-геологических изысканий, а также сведений о предполагаемых техногенных воздействиях на геологическую среду. Это ограничит возможность субъективного назначения категорий карстоопасности, что позволит повысить безопасность строительных объектов и экономичность проектных решений.

4.3 Аварии и повреждения сооружений на закастованных территориях

Возможные аварии и повреждения сооружений на закарстованных территориях в Нижегородской области по их последствиям классифицируются следующим образом:

  1.  катастрофические разрушения (потеря общей устойчивости сооружения или основных несущих конструкций, приводящая к пожарам и взрывам, гибели людей и недопустимому заражению окружающей среды вредными химическими и радиоактивными веществами на больших площадях);
  2.  частичные разрушения и повреждения, приводящие к временному прекращению нормальной эксплуатации сооружений и к локальному загрязнению окружающей среды;
  3.  повреждения, приводящие к существенному затруднению нормальной эксплуатации сооружений;
  4.  повреждения, которые могут при определённых условиях привести к временному затруднению нормальной эксплуатации сооружения;
  5.  повреждения, практически не приводящие к затруднению нормальной эксплуатации сооружения.

Характер опасности карста для различных типов сооружений и возможные последствия от воздействия карстовых процессов на сооружения представлены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1 – Характер опасности карста для различных типов сооружений и возможные последствия от воздействия карстовых процессов на сооружения

№ пп

Типы сооружений

Наиболее характерная опасность карста

Типы и

подтипы карстоопасности

Наиболее вероятные последствия

1

2

3

4

5

1

Бескаркасные здания

1.Существенные повреждения вследствие образования карсто-вых провалов или локальных оседаний с пролётами более 3 м.

В1, В2, В3

1 - 3

2.Образование трещин в несущих конструкциях вследствие образо-вания провалов до 3 м, карстовых просадок и неравномерной сжи-маемости грунтов основания при расположении карстующихся по-род в сжимаемой зоне основания.

В1, В2, В3, В4, В6

3 - 5

2

Здания каркасного типа с отдельно стоящими фундаментами

1.Разрушение несущих конструк-ций вследствие образования карс-товых провалов или локальных оседаний любых размеров.

В1, В2, В3, В4

1 - 2

2.Образование деформаций эле-ментов каркаса вследствие карстовых просадок и общих оседаний.

В2, В3, В4, В5, В6

3 - 4

3

Высотные здания башенного типа, высокие дымовые трубы, ретрансля-ционные мачты, мачты ЛЭП и т.д.

Потеря общей устойчивости или возникновение недопустимых кренов при образовании провалов и локальных оседаний любых размеров, неравномерной сжимае-мости грунтов основания при наличии карстующихся пород в сжимаемой зоне.

В1 – В6

1 - 2

1

2

3

4

5

4

Магистральные железные дороги

Разрушение земляного полотна и верхнего строения пути вследствие карстовых провалов, локальных оседаний и карстовых просадок непосредственно при движении поездов.

В1, В2, В6,

1 - 2

5

Автомобильные дороги

1.Разрушение земляного полотна и дорожной конструкции при образовании провалов и локальных оседаний.

В1, В2

2 - 3

2.Повреждения дорожной конст-рукции при образовании карстовых просадок и общих оседаний.

3 - 4

6

Мосты и путепро-воды на железных и автомобильных до-рогах

Потеря общей устойчивости опор при образовании провалов, локальных оседаний и карстовых просадок любых размеров.

В1, В2, В6, С

1

7

Трубопроводы

1.Возможное разрушение конст-рукций стальных трубопроводов вследствие образования провалов и локальных оседаний, как правило, диаметром более 10 м.

2.Повреждение конструкций тру-бопроводов карстовыми оседа-ниями.   

В1, В2

В5

1 - 2

1 - 3

8

Метрополитен

1.Разрушение обделки тоннелей и верхнего строения пути вследствие провалов и локальных оседаний.

С, В1, В2

1 - 2

2.Повреждение обделки тоннеля и верхнего строения пути вследствие карстовых просадок и оседаний.

В5, В6, С

3 - 4

9

Взлетные полосы аэродромов

1.Повреждение конструкций взлётных полос вследствие провалов, локальных оседаний и карстовых просадок любых размеров.

В1, В2, В6

1 - 3

2.Повреждение конструкций взлётных полос вследствие оседаний.

В5

3 - 5

3.Активизация карстово-суффози-онных процессов при поврежде-нии водоотводных сооружений.

А, В

4

10

Подземные водонесущие

1.Разрушение труб вследствие провалов, локальных оседаний.

В1, В2, В5, В6

2 - 4

коммуникации

2.Регулярные утечки воды из коммуникаций вследствие карсто-вых просадок и оседаний. Активизация карстово-суффози-онных процессов на прилегающих территориях.

В5, В6

3 - 5

11

Грунтовые водозаборы

Активизация карстовых и карсто-во-суффозионных процессов на территории.

2 - 4

1

2

3

4

5

12

Полигоны захоронения промышленных и бытовых отходов

1.Разрушение защитных конст-рукций и, как следствие,  интенсивное загрязнение грунтов и подземных вод на больших глубинах и на значительных расстояниях от мест захоронения вследствие образования провалов, локальных оседаний, а также при расположении полигонов в карстовых воронках.

В1 – В6

А

1 - 2

2.Интенсивное загрязнение геоло-гической среды в местах возможных оседаний.

А

3 - 4

  1.  ПРОТИВОКАРСТОВАЯ ЗАЩИТА. ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Противокарстовые мероприятия (ПКМ) должны обеспечить:

  1.  предотвращение недопустимого загрязнения геологической среды (при карстоопасности типа А);
  2.  должную безопасность людей и предотвращение катастрофических разрушений зданий и сооружений (при карстоопасности типов В и С);
  3.  рентабельность строительства и эксплуатации сооружений с учётом возможного экономического ущерба от карстовых деформаций, расходов на дополнительные специальные изыскания, включая карстомониторинг, противокарстовую защиту, особые условия эксплуатации сооружений и страхования с учётом карстовых рисков.

Требования (а) и (b) следует считать необходимым условием, а требование (c) – достаточным условием проектирования и организации проведения противокарстовых мероприятий.

Противокарстовые мероприятия разнообразны и должны выполняться до начала строительства (А), в ходе строительства (Б) и (или) в период эксплуатации сооружения (В), как правило, в комплексе по следующим направлениям и типам мероприятий:

  1.  изменение в нужном направлении естественного хода карстовых процессов с использованием защитных мероприятий гидрогеологического  (ГГ) и геотехнического (ГТ) типов (таблица 5.1);
  2.  защита сооружений без воздействия на карстовый процесс с использованием мероприятий архитектурно-планировочного (АП), конструктивного (К), контрольно-мониторингового (КМ) характера (таблица 5.2);
  3.  уменьшение негативного влияния хозяйственной деятельности на карстовый процесс с использованием мероприятий организационно-технического (ОТ), гидрогеологического (ГГ) и геотехнического (ГТ) характера (таблица 5.3);
  4.  уменьшение последствий аварий сооружений с использованием мероприятий преимущественно организационно-технического типа (ОТ) (таблица  5.4).

Как правило, принципы и типы противокарстовых мероприятий должны намечаться по результатам инженерных изысканий уже на ранних стадиях их проведения. В зависимости от технических способов реализации того или иного направления и типа противокарстовых мероприятий следует рассмотреть варианты различных видов  противокарстовой защиты, наиболее приемлемых с точки зрения инженерно-геологической и технико-экономической эффективности.

Таблица 5.1 – Противокарстовые мероприятия по изменению в нужном направлении естественного хода карстовых процессов

Тип ПКМ

Вид ПКМ

Основные условия применения

Период

применения

1

2

3

4

ГГ, ГТ

Фильтрационная завеса в карстующихся породах

Небольшая глубина залегания сульфатных карстующихся пород

А

ГГ, ГТ

Дренажи в карстующейся толще

То же

А

ГГ

Регулирование поверхностного стока

При любых инженерно- геологических условиях

А,Б,В

ГТ

Создание водонепроницаемых покрытий

При наличии карстово-суффозионных процессов. При застройке участка с карстовыми формами.

А,Б,В

ГТ

Превентивное обрушение кровли опасных полостей трамбованием с последующей ликвидацией образовавшихся карстовых воронок

Карбонатный и сульфатный карст. Неглубокое расположение полостей.

А,Б

ГТ

То же с использованием

целенаправленных взрывов

То же, но при отсутствии на территории условий для развития карстово-суффозионных процессов, а также при отсутствии на соседних участках других карстовых полостей

А

ГТ

Заполнение опасных полостей тампонажными или несвязными инертными материалами

Карбонатный и сульфатный карст. Необходим  предварительный прогноз степени опасности обнаруженных полостей и возможной активизации карста на соседних участках.

А,Б,В

ГТ

Закрепление трещиноватых и ослабленных зон в карстующейся толще

При возможности карстово-суффозионных процессов

А,Б,В

ГТ

То же в покровной толще

При расположении ослабленных зон в сжимаемой толще основания

А,Б,В

1

2

3

4

ГТ

КМ

Укладка высокопрочных геосинтетических материалов в основании сооружений с оптическими волокнами в качестве сигнальных устройств

При возможности образования карстовых просадок и провалов с первоначальными диаметрами до 6 м

А,Б

ГТ

Засыпка старых карстовых воронок глинистым грунтом с укладкой водонепроницаемых геосинтетических материалов

При наличии на участке строительства карстовых воронок

А,Б,В

ГГ, ГТ

Создание противофильтрационного экрана на границе покровных и карстующихся пород

При карстово-суффозионнных процессах и неглубоком залегании карстующихся пород

А,Б

ГТ,К

Устройство демпфирующих канав по периметру зданий в зонах оседаний

На территориях развития оседаний

А,Б

Таблица 5.2 – Противокарстовые мероприятия без воздействия на карстовые процессы

Тип ПКМ

Вид ПКМ

Основные условия применения

Период

применения

1

2

3

4

АП

Расположение сооружений на наименее опасных участках

При  возможности выбора

участка для строительства

А

АП

Недопустимость расположения

сооружений над опасными подземными и поверхностными карстопроявлениями и вблизи них (см. табл. 6.1)

Во всех случаях

А

АП

Регулирование плотности и этажности застройки

При дифференциации территории застройки по карстовой опасности и риску

А

АП

Пересечение карстоопасных участков трассами линейных сооружений по кратчайшему направлению

То же

А

АП

Назначение рациональной формы и размеров сооружений в плане

При наличии и возможности на участке  общих оседаний

А

АП

Ограничение размещения сооружений башенного типа

При прогнозе средних диа-метров провалов более 10 м

А

1

2

3

4

К

Применение рациональных конструктивных схем сооружений (жёсткой, податливой)

При провалах и локальных оседаниях - жёсткая схема; при общих оседаниях - податливая схема

Б, В

К

Резервные опоры трубопроводов и мостовых сооружений

При провалах и локальных оседаниях

Б

К,ГТ

Сваи-стойки (глубокие опоры) с проходкой карстующейся толщи

При неглубоком залегании закарстованных пород

Б

К,ГТ

Недопустимость отдельно стоящих фундаментов в каркасных зданиях и сооружениях.

При возможности образования провалов, локальных оседаний и карстовых просадок

Б, В

К

Кусты висячих свай с обязательным резервом их числа с устройством монолитного ростверка, обеспечивающего выпадение свай при провале (с учётом  расчётной площади ослабления)

То же

Б, В

К

Монолитные или сборно-монолитные железобетонные фундаменты с консолями (ленты, перекрёстные ленты, плиты) с учётом  расчётного пролёта провала или площади ослабления по подошве фундамента

То же

Б, В

К

Усиление существующих фундаментов армированными обоймами, рубашками и т.п.

То же

В

К

Применение специальных фундаментов (с горизонтальными связями, подпругами и др.)

То же

Б

К

Ввод дополнительных связей в каркасных конструкциях

То же + неравномерные осадки оснований сооружений

В

К

Устройство армированных поясов, тяжей и т.п.

То же + зоны растяжений мульд оседаний  

В

К

Поддомкрачивание с целью выправки конструкций

Карстовые просадки, осадки, общие оседания

В

КМ, ГГ

Создание сети наблюдательных гидрогеологических скважин

Сульфатный карст. Карстово-суффозионные процессы. Наличие полости.

В

КМ, ГТ

Устройство глубинных реперов в покровной толще

Покрытый карст

Б,В

1

2

3

4

КМ, ГТ

Устройство оповестительно - аварийной сигнализации в основании сооружений точечного, линейного и площадного типа

То же

В

КМ

Инструментальный и визуальный контроль за деформациями земной поверхности на участке

Во всех случаях

В

КМ, К

Визуальный и автоматический контроль за деформациями конструкций

То же

В

КМ  

Специальное обследование строительных котлованов

При наличии  погребённых карстовых воронок, просадок, разуплотнённых зон

Б

Таблица 5.3 – Противокарстовые мероприятия по уменьшению негативного влияния хозяйственной деятельности на карстовый процесс

Тип ПКМ

Вид ПКМ

Основные условия применения

Период

применения

ОТ, ГГ

Ограничение объёмов откачек подземных вод

Во всех случаях

А,Б, В

ОТ, ГГ

Предотвращение существен-ного подтопления территории

То же, особенно при карсто-во-суффозионных процессах

А,Б, В

ОТ

Предотвращение отвода ливневых и производственных вод в карстовые воронки

Во всех случаях

А,Б, В

ОТ

Предотвращение  устройства свалок в карстовых воронках

Во всех случаях

А,Б,В

ОТ, ГГ

Регулирование откачек трещинно-карстовых вод

При карстово-суффозионных процессах

В

ОТ

Ограничение вибродинамичес-ких воздействий на грунтовую толщу

То же

Б,В


        Таблица 5.4 – Мероприятия по уменьшению последствий аварий сооружений

Тип ПКМ

Вид ПКМ

Период

применения

ОТ

Предварительное составление специальных карстологических паспортов с планом ликвидации аварий

В

ОТ

Создание аварийного запаса материалов и инструмента

В

ОТ, ГГ

Аварийная откачка загрязненных подземных вод на полигонах хранения отходов при образовании провалов с засыпкой провальной впадины глинистым  грунтом или бетоном

В

ОТ

Проведение регулярного инструктажа и деловых игр для обучения  и тренировки персонала по действию в аварийных ситуациях

В

ОТ

Страхование объекта от карстовых рисков

А,Б,В

Виды противокарстовых мероприятий должны назначаться по результатам инженерных изысканий непосредственно на участке расположения сооружений.

При выборе видов противокарстовой защиты необходимо учитывать:

  1.  уровень ответственности, расчётный срок службы и конструктивные особенности сооружения, характер техногенных воздействий на геологическую среду, глубину сжимаемой толщи основания, нагрузки, технологический режим, условия строительства и возможной реконструкции,  ремонта, эксплуатации и т.д.;
  2.  типы карста и виды возможных карстопроявлений, а также их параметры, механизм карстовых деформаций с учётом влияния на него возможных техногенных воздействий и т.д.;
  3.  уровень карстового риска, характер влияния строительства и эксплуатации сооружения на соседние территории, условия страхования сооружения и т.д.;
  4.  опыт практической реализации различных видов противокарстовой защиты.
  5.  Характерные особенности некоторых противокарстовых мероприятий

1) Архитектурно-планировочные противокарстовые мероприятия являются обязательными и первоочередными, поскольку по сравнению с другими мероприятиями позволяют предотвратить или существенно уменьшить возможный ущерб и соответственно риск от негативного влияния карста при минимуме затрат.

Архитектурно-планировочные противокарстовые мероприятия в городах и населённых пунктах, в промышленных зонах должны быть направлены на обеспечение планировочными приёмами обхода карстоопасных зон с максимальным градостроительным использованием менее карстоопасных участков. На таких участках, в первую очередь, следует размещать особо опасные, технически сложные и уникальные объекты, а также полигоны складирования отходов.

2) Гидрогеологические противокарстовые мероприятия должны быть направлены на снижение активизации карстовых и карстово-суффозионных процессов при техногенных изменениях гидрогеологических условий, а также на предотвращение недопустимого загрязнения подземных вод. К наиболее негативным техногенным воздействиям, влияющим на изменение гидрогеологических условий, следует отнести подтопление территорий (вследствие создания водохранилищ или существенного повышения уровня воды в них, утечек воды в грунт из коммуникаций), недопустимый режим откачки подземных вод на водозаборах, а также загрязнение  трещинно-карстовых вод на промышленных площадках, полигонах хранения отходов, в местах расположения несанкционированных свалок и т.д.

Основной задачей мероприятий этого типа является снижение уровня названных техногенных воздействий до приемлемого уровня. Эти  мероприятия должны контролироваться природоохранными и административными органами при обязательных консультациях с гидрогеологами и специалистами в области инженерного карстоведения.

3) Из геотехнических противокарстовых мероприятий особого внимания требуют следующие:

  1.  заполнение (тампонаж) опасных карстовых полостей;
  2.  закрепление сильнотрещиноватых зон в карстующихся породах;
  3.  закрепление локальных зон разрыхления в покровной толще;
  4.  тампонаж промежуточных полостей в покровной толще.

Тампонаж полостей при их обнаружении в карстующихся породах должен проводиться лишь после оценки степени их опасности. В период эксплуатации сооружений тампонаж выполняется в качестве мероприятия оперативного характера по обеспечению безопасности сооружений, не имеющих должной конструктивной противокарстовой защиты. При  этом следует иметь в виду, что тампонаж полости водонепроницаемым материалом может привести к изменению гидрогеологической обстановки и, как следствие, к активизации карста на прилегающих участках. В связи с этим проекты тампонажа карстовых полостей должны сопровождаться решением следующих вопросов:

  1.  прогноз изменения активности карстовых (карстово-суффозионных) процессов на прилегающих участках;
  2.  разработка противокарстовых мероприятий на этих участках (при необходи-мости);
  3.  оценка степени опасности полостей, намечаемых к тампонажу, при этом следует считать, что полости, независимо от их размеров, расположенные в сжимаемой толще основания, являются опасными.

Проекты тампонажа полостей, как правило, должны иметь научно-техническое сопровождение специализированными организациями и согласовываться в природо-охранных органах. Проведение тампонажа и закрепление пород без проектной документации не допускается. Учитывая особый гидродинамический режим закарстованной толщи целесообразно через 5-6 лет после завершения тампонажных работ проверить их эффективность.

Закрепление сильнотрещиноватых зон в карстующихся породах должно проводиться при возможности развития карстово-суффозионных процессов или при расположении этих зон в сжимаемой толще основания. Проект должен сопровождаться решением вопросов (1), (2).

Закрепление локальных зон разрыхления в покровной толще и тампонаж обнаруженных промежуточных полостей в сжимаемой толще основания должны осуществляться в оперативном порядке по обеспечению безопасности сооружений в силу того, что в этом случае подземные карстопроявления, как правило, достаточно быстро перемещаются к земной поверхности и основанию сооружений с формированием провалов или локальных оседаний.

Если на участке расположения сооружений обнаружено несколько подземных карстопроявлений, то необходимо придерживаться следующей очередности выполнения работ по закреплению грунтов:

  1.  Закрепление грунтов в зоне обнаружения любых карстопроявлений, расположенных в сжимаемой толще основания;
  2.  Тампонаж промежуточных полостей, расположенных в покровной толще;
  3.  Закрепление зон разуплотнения грунтов покровной толщи;
  4.  Тампонаж опасных полостей в карстующейся толще;
  5.  Закрепление сильнотрещиноватых зон и полостей в карстующихся  породах (при возможности карстово-суффозионных процессов).

4) При проектировании большинства зданий и сооружений в условиях покрытого карста конструктивные противокарстовые мероприятия следует считать приоритетными.  При этом конструктивная противокарстовая защита должна осуществляться, как правило, за счёт усиления фундаментов.

При проектировании конструктивной противокарстовой защиты и условий эксплуатации следует учитывать особенности различных поверхностных карстопроявлений и их взаимодействия с сооружениями.

Основным параметром проектирования конструктивной защиты сооружений от воздействия локальных поверхностных карстопроявлений (провалов, локальных оседаний) является расчётный пролёт (расчётная площадь ослабления) карстового провала. Под расчётным пролётом понимается прогнозируемое ослабление по подошве фундамента,  которое может образоваться в результате карстовой деформации за расчётный срок эксплуатации сооружения с заданной вероятностью, определяемой с учётом допустимых карстовых рисков. Он определяется специальными расчётами, учитывающими характеристики как провальной опасности рассматриваемого участка, так и самого сооружения.

В соответствии п. 13.2 СНиП 2.02.01-83* и СП 50-101-2004 параметры проектирования фундаментов на воздействие карстовых провалов необходимо определять с учётом следующих исходных данных:

  1.  размеров и очертаний фундаментов в плане;
  2.  расчётного срока эксплуатации сооружения;
  3.  допустимого риска повреждения карстовыми деформациями;
  4.  кривой распределения (гистограммы) диаметров карстовых воронок или средних и максимально возможных диаметров;
  5.  прогнозируемой вероятности  (риска) поражения сооружения карстовым провалом, определяемой, как правило, с использованием показателя интенсивности провалообразования и распределения диаметров карстовых воронок. При отсутствии этих  данных допускается экспертная оценка этой вероятности с использованием инженерно-геологических аналогий.

Этим требованиям отвечает методика определения расчётного пролёта карстового провала,  на который следует проектировать фундаменты. Методика  изложена в «Рекомендациях по проектированию фундаментов на закарстованных территориях» (М., НИИОСП, 1985), «Рекомендациях по использованию инженерно-геологической информации при выборе способов противокарстовой защиты» (М., ПНИИИС, 1987), а также в ряде научно-технических публикаций. Она апробирована и усовершенствована на многочисленных строительных объектах Нижегородской области.

Проектирование фундамента с учётом расчётного пролёта провала гарантирует защиту сооружению от недопустимых повреждений с заданной вероятностью, равной или меньшей допустимого карстового риска.

При проектировании сооружений на воздействие локальных карстовых деформаций должна учитываться совместная работа подземных и надземных конструкций зданий и сооружений.

При проектировании зданий и сооружений следует применять следующие виды конструктивной противокарстовой защиты:

  1.  монолитные железобетонные фундаменты: ленточные, перекрестно-ленточные и плитные с устройством консольных удлинений за пределы сооружений;
  2.  сборные ленточные фундаменты с монолитными железобетонными поясами (допускаются при соответствующем обосновании);
  3.  свайные фундаменты с монолитными железобетонными ростверками:
  4.  сваи-стойки, в том числе буронабивные, с обязательной проходкой закарстованного интервала пород с заглублением в монолитную породу не менее 2 м;
  5.  фундаменты с резервным числом висячих свай и ростверком, обеспечивающим выпадение свай при провале;
  6.  комплексные свайно-плитные фундаменты;
  7.  увеличение пространственной жёсткости здания.

Проектирование сооружений на территориях, где возможны общие оседания,   следует выполнять с использованием методик, принятых для проектирования сооружений на подрабатываемых территориях, но с учётом специфики карстовых оседаний, обусловленных механизмом их образования и продолжительностью.

Конструктивная противокарстовая защита эксплуатируемых сооружений должна обеспечить предотвращение или сведение до минимума возможности катастрофических разрушений, экологических бедствий и гибели людей. Это должно достигаться, как правило, за счёт усиления фундаментов различными способами (закрепление бутовой кладки торкрет-бетоном, устройство железобетонных обойм, дополнительных подушек из монолитного железобетона, железобетонных рубашек, переустройство столбчатых фундаментов в ленточные или плитные и т.д.).

При невозможности или явной экономической нецелесообразности укрепления оснований и существующих фундаментов допускается усиление надземной части здания и сооружения путём введения вертикальных крестовых связей для повышения пространственной жёсткости сооружения, устройства балок жёсткости, укрепления стен жёсткими поясами из прокатного металла, устройства горизонтального цокольного железобетонного пояса по периметру здания, усиления простенков металлическими обоймами и т.п.

5) Из противокарстовых мероприятий контрольно-мониторингового характера особое внимание следует обращать на устройство оповестительно-аварийной сигнализации в основании сооружений. Она должна реагировать лишь на явные признаки формирования провалов или локальных оседаний. Основным требованием к проектированию такой сигнализации является недопустимость ложных сигналов об образовании провала в основании сооружения.

Приоритетные противокарстовые мероприятия.

В условиях открытого и покрытого неглубокого карста:

  1.  для промышленных и гражданских зданий и сооружений - геотехнические мероприятия в сочетании с конструктивными;
  2.  для  линейных сооружений - геотехнические мероприятия и контрольно-мониторинговые на стадии эксплуатации.

В условиях покрытого глубокого карста:

  1.  для промышленных и гражданских зданий и сооружений - конструктивные мероприятия в сочетании (для наиболее ответственных объектов) с контрольно-мониторинговыми мероприятиями на стадии эксплуатации;
  2.  для линейных сооружений - контрольно-мониторинговые мероприятия в сочетании с геотехническими и (или) конструктивными на отдельных наиболее карстоопасных участках трассы.

  1.  ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Инженерные изыскания на закарстованных территориях для целей строительства и эксплуатации зданий и сооружений требуют специальных знаний в области инженерного карстоведения, инженерной геологии, гидрогеологии, геофизики, геотехники, теории сооружений и других видах инженерно-строительной деятельности. Эти изыскания должны включать анализ физико-географических и тектонико-литологических условий района проектирования, карстологическую съёмку,  геофизические исследования, бурение скважин и т.д. Для проведения инженерных изысканий с целью оценки (прогноза) карстовой опасности и определения способов и параметров противокарстовой защиты необходимо привлекать сертифицированные организации, имеющие в своём составе квалифицированных специалистов в области инженерного карстоведения и инженерной геологии, а также соответствующее оборудование.

Перед началом инженерно-геологических изысканий на закарстованных территориях Нижегородской области следует определиться с положением участка относительно региональной характеристики территории по «Карте развития карстовых (карстово-суффозионных) процессов Нижегородской области» (см. рисунок 1.1), картам (схемам) закарстованности городов (рисунок 6.1) или перечню административных территориальных единиц, расположенных на закарстованной территории,  с характерным типом геологического разреза для территории строительства (см. раздел 2), а также с особенностями выбора участков и причинами имевших место аварий на закарстованных территориях.

Целью инженерных изысканий в районах развития карста является оценка карстовой опасности для строительных объектов и определение условий их проектирования. Для этого необходимо установить следующее:

  1.  геоморфологические, геологические, структурно-тектонические, гидрологические и гидрогеологические условия развития карста;
  2.  распространение, характер и интенсивность проявления карста;
  3.  закономерности его развития и вероятность формирования карстопроявлений в основании сооружений;
  4.  физико-механические свойства грунтов как в естественном залегании, так и измененные карстовыми процессами;
  5.  характер и наиболее вероятный вид карстовых деформаций земной поверхности и основания сооружений;
  6.  возможность активизации развития карстовых процессов в результате хозяйственной деятельности, в том числе на смежных территориях.

Основными задачами инженерно-геологических изысканий в районах развития карста  являются:

  1.  выделение границ территорий различной степени карстоопасности;
  2.  выявление возможных механизмов формирования карстопроявлений (карстово-обвального, карстово-суффозионного и смешанного типов);
  3.  определение типов карстовой опасности (А, В, С, D);
  4.  оценка степени опасности выявленных подземных карстопроявлений в карстующихся породах и грунтах покровной толщи (полостей, разуплотнённых зон и т.д.);
  5.  прогнозирование количественных параметров карстопроявлений (удельная интенсивность провалообразования, диаметры карстовых провалов (воронок), вероятность образования провалов за расчётный срок службы сооружения и др.);
  6.  оценка развития карста под влиянием природных и техногенных факторов;
  7.  разработка рекомендаций по рациональному использованию территорий для строительства и возможных вариантов противокарстовых мероприятий;
  8.  определение параметров проектирования противокарстовой защиты;
  9.  оценка карстового риска до и после реализации противокарстовых мероприятий.

Инженерные изыскания на неизученных ранее закарстованных территориях должны выполняться, как правило, в несколько этапов для разработки:

  1.  схемы территориального планирования муниципальных образований Нижегородской области;
  2.  генерального плана города, посёлка;
  3.  проектов планировки территорий;
  4.  проектной документации под отдельные здания и сооружения.

На закарстованных территориях Нижегородской области, где уже имеется районирование по карстоопасности в масштабе 1:50 000 и крупнее, изыскания допустимо выполнять в один этап - для разработки проектной документации.

В состав изысканий входят, как правило, следующие виды работ:

  1.  сбор, анализ и обобщение материалов исследований прошлых лет, а также сведений по опыту строительства и эксплуатации зданий и сооружений;
  2.  изучение аэрокосмофотоматериалов и топографических карт разных масштабов;
  3.  маршрутные карстологические обследования местности;
  4.  геофизические исследования;
  5.  специальные полевые исследования грунтов;
  6.  буровые работы;
  7.  гидрогеологические исследования;
  8.  лабораторные работы и экспериментальные исследования;
  9.  районирование и микрорайонирование (зонирование) закарстованной территории по характеру и степени карстоопасности и карстового риска;
  10.  разработка рекомендаций по противокарстовой защите и эксплуатации сооружений;
  11.  определение параметров проектирования конструктивной противокарстовой защиты и дифференцирование (районирование, зонирование) участка строительства по этим параметрам.

Состав работ должен обеспечить получение данных, необходимых и достаточных для разработки соответствующих проектных материалов.

Рисунок 6.1 – Схема закарстованности города Дзержинск

Приложение А

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА КАРСТОВОЙ ОПАСНОСТИ - выражение опасности карстопроявлений через вероятность образования карстовых деформаций за заданный срок (например, за срок службы сооружений) на данной территории (участке расположения сооружения), которые могут вызвать недопустимые деформации  сооружений.

ДИАМЕТР КАРСТОВОГО ПРОВАЛА – усреднённый размер провальной  округлой формы в плане на земной поверхности с предельно устойчивыми склонами.

ЗАКАРСТОВАННЫЕ ПОРОДЫ - растворимые породы, в которых имеются расширенные растворением трещины, полости, каверны, разрушенные зоны и т.п.

ЗАКАРСТОВАННЫЕ ТЕРРИТОРИИ - территории развития карста, отрицательно влияющего на хозяйственную деятельность.

ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ КАРСТОВЫХ ПРОВАЛОВ -  математическое ожидание (среднее значение) частоты образования провалов на рассматриваемой территории, отнесенное на единицу площади этой территории (квадратный километр, гектар) и единицу времени (год, 100 лет).

КАРСТ представляет собой совокупность геологических, гидрогеологических и (или) техногенных процессов и явлений, обусловленных растворением скальных или полускальных горных пород, в результате которых происходят изменения структуры и состояния этих и вышележащих пород, образование каверн, полостей, трещиноватых зон и связанные с ними деформации оснований сооружений и земной поверхности (провалы, оседания и т.п.). Термин "КАРСТ" во множественном числе не употребляется.

КАРСТ  ГЛУБОКИЙ – карстующиеся породы залегают глубже сжимаемой толщи основания (как правило, более 20 м от поверхности земли).

КАРСТ ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНОГЕННЫЙ - карст, развивающийся под воздействием как естественных, так и техногенных факторов.

КАРСТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ - карст, развивающийся при преобладающем воздействии естественных факторов.

КАРСТ КАРБОНАТНЫЙ - в известняках, доломитах, мелах, кластических породах с карбонатным цементом.

КАРСТ  НЕГЛУБОКИЙ – карстующиеся породы залегают в пределах сжимаемой толщи основания (как правило, менее 20 м от земной поверхности).

КАРСТ ОТКРЫТЫЙ - растворимые породы выходят на поверхность или задернованы.

КАРСТ ПОКРЫТЫЙ - над карстующимися породами залегают нерастворимые породы.

КАРСТ СУЛЬФАТНЫЙ  - в гипсах, ангидритах.

КАРСТ ТЕХНОГЕННЫЙ - карст, развивающийся при преобладающем воздействии техногенных факторов.

КАРСТ ХЛОРИДНЫЙ (СОЛЯНОЙ) - в каменной, калийной солях.

КАРСТОВАНИЕ - элемент карстового процесса, приуроченный непосредственно к толще растворимых пород и обозначающий собственно процесс растворения.

КАРСТОВАЯ ВОРОНКА - локальная карстовая форма на земной поверхности, приближающаяся в вертикальном сечении к усеченному конусу.

КАРСТОВАЯ ПОЛОСТЬ - свободное от горных пород пространство в карстующейся толще, образовавшееся вследствие растворения горных пород или сопутствующих ему процессов эрозии, обрушения, суффозии.

КАРСТОВАЯ ПРОВАЛЬНАЯ ВОРОНКА – форма провала, сформировавшаяся за счёт гравитационного обвала (оползания) его стенок, со склонами, близкими к устойчивым.

КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫЙ ПРОЦЕСС - карстовый процесс, осложненный  процессами суффозии дисперсных грунтов, залегающих над карстующимися породами.

КАРСТОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ - карстопроявления, связанные со сдвижением толщи горных пород (грунтов) под действием гравитационных и (или) гидродинамических сил.

КАРСТОВЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ ОСЕДАНИЯ - деформации земной поверхности (основания сооружения), как правило, без разрыва сплошности с образованием мульды, имеющей радиус кривизны поверхности менее 1 км, связанные с плавным движением толщи грунтов над полостями или разуплотненными зонами, расположенными в карстующихся породах или перекрывающих их грунтах.

КАРСТОВЫЕ ОБЩИЕ ОСЕДАНИЯ – относительно медленные деформации земной поверхности (основания сооружения) без разрыва сплошности в виде мульды больших размеров с радиусом кривизны поверхности более 1 км, связанные, как правило, с интенсивным растворением поверхности карстующихся пород, суффозионным выносом частиц грунта в нижерасположенные полости и трещиноватые зоны, плавным сдвижением толщи грунтов над системой карстовых полостей.

КАРСТОВЫЕ ПРОВАЛЫ – быстрые деформации земной поверхности (основания сооружения) с нарушением сплошности грунта, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над полостями, находящимися в карстующихся породах или перекрывающих их грунтах.

КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ - карстопроявления, выраженные в пространстве в виде геометрических тел.

КАРСТООПАСНОСТЬ (КАРСТОВАЯ ОПАСНОСТЬ) - характер и степень воздействия карстопроявлений на геологическую среду, которые могут привести к разрушению сооружений, нарушению или затруднению их нормальной эксплуатации, а также к недопустимому загрязнению геологической среды, утечкам воды из водоёмов и др.

КАРСТОПРОЯВЛЕНИЯ - аномалии в толще горных пород или деформации на  поверхности земли, образовавшиеся под действием карстовых или карстово-суффозионных процессов.

КАТЕГОРИЯ (КЛАСС) КАРСТОВОЙ ОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ  -   характеристика карстоопасности, определяющая условия проведения изысканий, проектирования и эксплуатации сооружений на закарстованной территории и выражаемая определенными интервалами значений параметров карстопроявлений или качественными    инженерно-геологическими характеристиками.

МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР ПРОВАЛА - диаметр провалов с заданной степенью обеспеченности, обычно равной 0,998.

МЕХАНИЗМ КАРСТОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ - совокупность процессов сдвижения горных пород над подземными карстовыми формами, рассматриваемых последовательно во времени и пространстве.

МИКРОРАЙОНИРОВАНИЕ (ЗОНИРОВАНИЕ) ЗАКАРСТОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ - дифференцирование выделенных при районировании участков на зоны по ряду признаков, характеризующих степень и характер опасности карста для зданий и сооружений различных типов за расчетный срок их эксплуатации и непосредственно определяющих инженерные и планировочные решения в проектах и организационно-технические мероприятия при эксплуатации зданий и сооружений.

ПАРАМЕТРЫ КАРСТОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ - характеристики карстовых деформаций, используемые при оценке карстоопасности и проектировании противокарстовой защиты.

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР КАРСТОВОГО ПРОВАЛА - диаметр провальной формы в момент образования провала на земной поверхности.

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ПОЛОСТЬ - свободное от горных пород пространство в перекрывающих карстующиеся породы отложениях, генетически связанное с закарстованными породами и развивающееся вследствие преимущественного проявления гравитационных и гидродинамических процессов.

ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ (ПРОТИВОКАРСТОВАЯ ЗАЩИТА) -  специальные инженерные мероприятия планировочного, конструктивного, строительно-технологического, эксплуатационного, геотехнического, гидрогеологического характера, направленные на предотвращение повреждений сооружений вследствие образования карстовых деформаций или уменьшение вероятности таких повреждений.

РАЙОНИРОВАНИЕ ЗАКАРСТОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ - разделение территории застройки по инженерно-геологическим условиям развития карста и категориям (классам) карстоопасности.

РАСЧЕТНЫЙ ПРОЛЁТ КАРСТОВОГО ПРОВАЛА - параметр проектирования конструктивной противокарстовой защиты, характеризующий вероятное воздействие карстовых провалов на проектируемое сооружение и представляющий длину полной потери несущей способности основания сооружений под подошвой фундамента.

СРЕДНИЙ ДИАМЕТР ПРОВАЛА - математическое ожидание диаметров карстовых провалов для рассматриваемой территории.

СУФФОЗИЯ (СУФФОЗИОННЫЙ ПРОЦЕСС) – разрушение и вынос потоком подземных вод отдельных компонентов и крупных масс дисперсных и сцементированных обломочных пород, в том числе слагающих элементы скальных массивов.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ТЕРРИТОРИЙ К ТЕХНОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ - потенциальная возможность изменения скорости растворения карстующихся пород, подземной эрозии и суффозии, механизма карстовых деформаций или (и) их параметров при различных техногенных воздействиях.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61369. Развивать умения и навыки устной речи 16.53 KB
  Задачи: - Учить рассказывать о друзьях, используя фразы типа He is... He isn’t... He can...- Учить понимать на слух небольшое сообщение с опорой на рисунок. - Учить читать слова, которые не соответствуют правилам чтения (a friend, to, with, why, what).