Строительство зданий и прочих тяжелых сооружений в карстовых районах требует серьезных исследований карста при выборе строительных площадок. При строительстве тяжелых сооружении очень существенно, какой тип карста распространен и развивается ли он по наслоению горизонтально залегающих пород (в условиях платформы) или преимущественно по вертикальным трещинам тектонической отдельности.
Очень опасен карст, в котором продолжают возникать поверхностные провальные формы, в особенности быстро развивающийся гипсовый карст. Если же строительство предполагается в условиях покрытого карста с воронками просасываиия, то может оказаться, что между редкими трещинами известнякового или доломитового цоколя, куда вмываются и проседают рыхлые покровные образования (с чем связано возникновение воронок), располагаются незатронутые растворением блоки прочной твердой породы, служащие прекрасным основанием для строительства тяжелых зданий. Если рыхлый покров снимается и фундамент здания возводится непосредственно на твердом основании цоколя, трещины будут вскрыты и обезврежены. Видеть же опасность в дальнейшем расширении трещин нет оснований, так как карбонатный карст практически развивается очень медленно [2].
Что такое карст??? Объясняю наглядно
При изысканиях для проектирования и строительства дорог и других линейных объектов в принципе сохраняется тот же подход к литотогическим типам карста. Из-за медленности развития карста в известняках и доломитах выясняются главным образом морфология и пространственное размещение уже существующих карстовых полостей. В сульфатном же карсте сверх того необходима оценка динамики развития карста в природных и измененных строительством условиях. Необходимость оценки скорости развития карста возникает еще при лилейном строительстве в пишущем мелу (легкая диспергация структуры мела под действием воды ускоряет разрушение мела совместным действием выщелачивания и суффозии) и на малоплотных известняках-ракушечниках.
Карст и полезные ископаемые
Пещеры и другого типа карстовые полости представляют большой интерес в минералогическом и геохимическом отношениях. В настоящее время в пещерах карбонатного карста известно свыше 80 вторичных минералов. Иногда образование месторождений имеет только косвенную связь с развитием карстовых полостей. Связующее звено составляет трещиноватость. Тектонические и другие трещины в горной породе направляли как коррозионную и эрозионную деятельность подземных вод, разрабатывавших пещерные полости, так и проникновение различных, в том числе термальных, растворов, а также паров и газов, из которых осаждались рудные и нерудные минералы [1, 3].
Карстовые пустоты нередко бывают целиком заполнены полезными ископаемыми и сопутствующими им минералами. В таком случае приходится иметь дело с Древним, ископаемым карстом. Однако знание закономерностей развития карста дает ключ к пониманию расположения ископаемых карстовых полостей, и теория карста является руководящей при разведке полезного ископаемого.
Геологические процессы: карст и плывун
С карстом связаны многие месторождения руд цветных и редких металлов. Заполнение пустот карстового характера показывают свинцово-цинковые месторождения Райбля в Каринтии; месторождения Иглезиас в Сардинии; месторождения в районе Монтепони, где глубокие вертикальные карстовые шахты от 1 до 40 м диаметром заполнены галенитом и баритом. Во многих случаях карстовые формы рельефа являются вместилищами для бокситов. Широко распространены карстовые фосфориты, залегающие на закарстованной поверхности карбонатных отложений.
С карстовыми формами связаны некоторые россыпные месторождения золота, платаны и алмазов. Они образовались в результате размыва и переотложения в карстовых депрессиях аллювиальных пород, содержащих россыпи редких металлов и алмазов.
Большое практическое значение приобрело изучение древнего глубинного карста в связи с приуроченностью к нему залежей нефти и газа [2].
Источник: studbooks.net
Проектирование и строительство сооружений в карстовых районах.
Проектирование и строительство разнообразных сооружений в карстовых районах и хозяйственное освоение территорий всегда должны основываться на результатах более детальных инженерно-геологических исследований. На стадиях начальных и региональных исследований территории главное внимание необходимо уделять их инженерно-геологической оценке, выявлению закарстованных участков, зон, горизонтов и предварительной оценке угрожаемости карста для устойчивости местности, существующих и проектируемых сооружений.
При районирование территорий и оценке их устойчивости, особенно в связи с хозяйственным использованием и проектированием массовых видов строительства, главное внимание следует уделять определению глубины залегания растворимых горных пород, их мощности. Изучению состава и свойств покровных отложений, а также возможности образования карстовых провалов и оседаний земной поверхности.
При инженерно-геологическом районировании территорий распространения карста для массовых видов строительства необходимо подчеркивать влияние карста на условия строительства сооружений, а поэтому необходимо составлять схему расположения конкретных территорий. При последующих инженерно-геологических исследованиях, связанных с обоснованием проектов застройки, на каждом конкретном участке проводят детальные изыскания с целью окончательной оценки условий строительства сооружений, обеспечения устойчивости и обоснование необходимых противокарстовых мероприятий. При застройке закарстованных территорий не рекомендуется размещать капитальные сооружения непосредственно на месте старых поверхностеных карстовых форм и вблизи от их скопления. Планировка территории сопровождается тампонажем трещин глинистым грунтом, заделкой провалов, засыпкой воронок и других неровностей рельефа.
Источник: studopedia.ru
Карстовый процесс
Необходимость проведения инженерно-геологических условий строительства в районах развития карстовых процессов и явлений очевидна. Своевременное и подробное изучение карстовых процессов и явлений в почвах может на этапе планирования сооружений с большой вероятностью предупредить опасные последствия строительных работ.
Из всех геологических процессов карстовые труднее всего спрогнозировать, они наиболее опасны, а развиваются сотни миллионов лет. Карстовые процессы – одни из наиболее тяжелопрогнозируемых опасных геологических процессов.
Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству. В результате влияния карстовых процессов происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений вплоть до их полного разрушения, потеря воды из малых прудов через карстовые полости в бортах и основаниях водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление, загрязнение подземных вод.
Изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить все эти опасные последствия.
Карст: условия образования
В Российской Федерации выделяются Волго-Уральская, Предуральская, Западно-Уральская, Центрально-Уральская и Магнитогорская карстовые провинции.
Карстующиеся породы разного литологического состава, залегающие на поверхности и различных глубинах, распространены очень широко и занимают почти 50% территории России.
Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования. Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также под-земных агрессивных вод. Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста.
Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.
Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипс и каменная соль – часто образуют отдельные линзы и прослои среди пород глинистого состава. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты быстрее, чем химически чистая вода.
К растворимым породам относятся каменная соль, гипс, ангидрид, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Районы, на территории которых имеется распространение гипсового и соляного карста, являются наиболее опасными. Развитие гипсового карста, когда происходит выщелачивание горных пород, которое со временем приводит к образованию на земной поверхности карстовых воронок, оказывает влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.
Процессы растворения и эрозия при линейном расположении воронок могут привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.
На выходах растворимых горных пород наблюдаются различных размеров карстовые ниши, которые образуются при процессах физического выветривания и при растворении пород атмосферными осадками, стекающими в большом количестве по обнаженному склону.
С карстовыми процессами связано полное или частичное поглощение поверхностного стока рек. Исчезающие озера и реки имеются в различных районах и климатических зонах. На дне этих озер находятся карстовые воронки и поноры, через которые вода озер периодически поглощается и уводится на глубину.
Карстовые процессы являются подземными и поверхностными, эрозионными и аккумулятивными формами – полости, зоны разуплотнения, открытые и заполненные. По отсутствию или наличию нерастворимых покровных отложений выделяют открытый и покрытый карст.
На территории суши Земли карст открытого типа занимает 9,5%, покрытого типа – 22%.
Карст на поверхности и в глубине представляет собой единый взаимосвязанный процесс. С образованием поверхностных карстовых форм, связанных в значительной степени с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов растворимых горных пород наблюдаются различные подземные формы. К подземным карстовым формам относятся закарстованные трещины, трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод, карстовые пещеры и каналы. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах содержит много растворенного углекислого газа, что увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути движения известняки, вода насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната.
В рыхлых нерастворимых породах, покрывающих закарстованные породы, отмечаются подземные и поверхностные формы. Форма, размеры воронок и частота их образования тесно связаны с геологическим строением, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями, а также режимом подземных вод.
В рыхлых мергелистых и гипсоносных песчано-глинистых породах большую роль наряду с выщелачиванием играет механический вынос частиц.
Наличие суффозии в ее активной фазе в определенных условиях приводит к формированию депрессионной воронки в верхнем водоносном горизонте: уровень грунтовых вод принимает V-образную форму. В основании нерастворимых пород создаются подземные полости, которые, постепенно разрастаясь, приводят к нарушению устойчивости свода и его обрушению. Активизация карстово-суффозионных процессов возможна также за счет химического состава подземных вод и их температуры.
В результате карстовых процессов на поверхности образуется воронка с обрывистыми вертикальными стенками, имеющими обратный уклон – провал. Провальные воронки и воронки обрушения бывают цилиндрическими, коническими, чашевидными и сложного строения. Две последние формы характерны для воронок смешанного генезиса.
Карстово-суффозионные провальные воронки и шахты достаточно широко развиты в карстовых районах покрытого карста. Их формирование связано с суффозией материала из основания покрывающей толщи в нижерасположенные подземные карстовые полости в растворимых горных породах. Появление воронок любого генетического типа сопровождается прогибом земной поверхности.
Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод. Значительную опасность для зданий и сооружений представляют деформации земной поверхности, характерные для территорий с развитием сульфатного карста. Карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.
Возникновение провалов может создавать аварийные ситуации, приводящие к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений со значительными ущербами экономического, социального и экологического характера.
Оценка опасности
Оценка карстовой опасности должна выполняться с учетом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. Предусматривается исследование напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в окрестности участка ослабления массива и влияния перераспределения напряжений на процесс образования воронок.
Выявление и изучение карстовых процессов и явлений возможно методами сейсморазведки. Также проводят исследование процесса, нарушающего устойчивость связных грунтов над карстовой полостью, и механизмов появления гидрогеологических окон в водоупорах. Также необходимо проводить определение закономерностей деформирования воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных несвязных грунтов при их поступлении в трещинно-карстовые коллекторы с учетом кинематики процесса и разработку моделей, позволяющих оценить размеры карстово-суффозионных воронок и возможность их появления в песчаной толще.
При инженерных изысканиях следует выполнять:
- оценку опасности и риска от природных и техногенных процессов;
- обоснование мероприятий по инженерной защите территории;
- геологические, гидрологические и геодезические работы и исследования в процессе строительства;
- локальный мониторинг компонентов окружающей среды.
При строительстве на закарстованных территориях требуется учитывать различные типы и подтипы карстовой опасности.
Необходимо и установить, какие генетические типы карстовых провалов и по каким причинам могут появиться на исследуемой карстоопасной территории.
Необходимо провести ее районирование, позволяющее выделить однотипные участки, в пределах которых – под действием определенных факторов – может реализоваться карстовое провалообразование определенного механизма.
При выборе площадки для строительства проектные организации должны учитывать карстовую опасность территории, а также проблемы негативных последствий подтопления больших по площади закарстованных территорий.
При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по инженерной защите территорий и снижению опасности, ущербов и риска от экзогенных геологических процессов путем применения вышеописанных методов. Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста необходимо применять противокарстовые мероприятия или их сочетания: планировочные, водозащитные, противофильтрационные, укрепление оснований, конструктивные, технологические и эксплуатационные.
Таким образом, инженерно-геологические условия в районах распространения карстовых процессов в целом характеризуются как неблагоприятные для всех видов строительства. Однако в настоящее время применяются различные виды исследований, проводится разработка нормативных документов и оценка степени опасности закарстованных территорий и степени их устойчивости, прогнозы местоположения, частоты, размеров провалов. В связи с этим и только при условии неукоснительного соблюдения всех установленных требований и правил, а также с применением конструктивных мер противокарстовой защиты имеется возможность производить строительство на недостаточно устойчивых территориях.
Источник: gge.ru
Инженерная подготовка территории с карстом
Строительство в районах с карстом связано со значительными трудностями, поэтому одной из важнейших задач инженерной подготовки в этих условиях является правильная оценка природных особенностей площадки строительства.
В первую очередь оценивают степень активности карстового процесса, выделяя при этом пассивный (древний) и активный карст. Для пассивного характерно отсутствие циркулирующей воды, так как его развитие происходило в прошлом. Однако не следует забывать, что при наличии соответствующих условий его развитие может возобновиться.
Наибольшую опасность для строительства представляет действующий карст. Показателем активности действующего карста (А) является соотношение объема растворенной породы (Ув), выносимой подземными водами карстового массива, к общему объему (V) карстующих пород, %:
Закарстованность территории определяют, рассчитав количество воронок, карстовых озер, суходолов и других характерных проявлений карста, приходящихся на единицу площади. Подсчет ведут по отдельным участкам различного геологического строения и разной тектонической структуры или различным геоморфологическим элементам (пойма, терраса, склон и т. д.).
На прибрежных территориях степень закарстованности можно определить по разности расходов реки до входа в пределы закарстованной территории и по выходу из нее. Если речной поток, входя в территории с карстом, полностью поглощается, то замеры производят во время паводков, когда в русле имеется непрерывный поток воды.
Определение закарстованности участка и активности процесса открытого карста сопряжено с меньшими трудностями по сравнению с выявлением и оценкой скрытого. Здесь используют такие методы, как сейсмо- и электроразведка. Имеется опыт использования дистанционной аппаратуры, в частности микроволновых радиометров, позволяющих определить пустоты, расположенные в толще карстующего массива.
Устойчивость массива карстовых пород оценивают по критерию скорости его развития (о). При этом выделяют весьма неустойчивые массивы, где на 1 км 2 образуется по 5. 10 воронок в год, неустойчивые —
1. 5 воронок, средней устойчивости — 1 воронка за период от 1 года до 20 лет, устойчивые — 1 воронка за 20. 50 лет. К весьма устойчивым относят участки, где отсутствуют воронки или имеются лишь старые, а свежих провалов за последние 50 лет не зарегистрировано.
Условия градостроительного использования территорий с карстом зависят от характера возводимых зданий и сооружений, но участки с массивами от весьма неустойчивых до средней устойчивости практически не подлежат освоению. Большое значение имеет и тип карста (открытый или закрытый), а также границы его распространения. Все это предопределяет выбор инженерных мероприятий и конструктивных решений сооружений.
Участки с действующим карстом могут быть освоены лишь после ликвидации пустот в породах и исключения причин, вызывающих его развитие. Задача это сложная, разрешимая только на локальных участках, используемых для размещения зданий и сооружений.
Инженерная подготовка на таких участках сводится к организации поверхностного стока, дренированию подземных вод, ликвидации трещин и пустот на поверхности земли и в толще массива. Названные меры, кроме последней, входят в комплекс общих или специальных мероприятий инженерной подготовки. Их разрабатывают с учетом особенностей гидрогеологического и гидрологического режимов, рассмотренных в предыдущем параграфе.
Незначительные трещины и пустоты открытого карста ликвидируют путем засыпки, когда участок осваивают под застройку. Эту засыпку выполняют в общем комплексе работ по вертикальной планировке. При этом полностью исключают возможность инфильтрации атмосферных осадков и других поверхностных вод в грунт.
При возведении гидротехнических сооружений последствия открытого и скрытого карста ликвидируют, предварительно подготавливая основание сооружения и заделывая пустоты бетоном, цементным раствором или битумом.
Основание подготавливают, удаляя выветренные слои и тонкие пласты известняков, перекрывающие обширные подземные полости. В тех случаях, когда на контакте фундамента с известняками лежат глинистые прослойки, их удаляют и заменяют бетоном.
Карстовые пустоты заполняют до начала возведения сооружения, устраивая противофильтрационные завесы, расположенные в соответствии с предполагаемыми путями фильтрации воды.
Неглубокие карстовые пустоты заполняют цементным раствором. Заделка полостей больших размеров сопряжена с трудностями, поскольку здесь раствор может выноситься фильтрационным потоком. Нередко поэтому прибегают к устройству временных инъекционных преград из горячего битума, облегчая дальнейший процесс цементации. Устройство постоянных противофильтрационных завес из горячего битума требует сложного оборудования для его подогрева в инъекционных скважинах, обеспечивающего быстрое растекание по заделываемым пустотам.
Во всех случаях создание противофильтрационных завес на закарсто- ванных территориях является непростой задачей, так как довольно сложно, а иногда и невозможно определить точное местоположение пустот, где происходит фильтрационный процесс. Поэтому нередко плотины, для которых фильтрация воды не угрожает устойчивости, строят без противофильтрационных завес. Лишь после обнаружения значительных потерь воды из водохранилища принимают необходимые меры: опорожняют водохранилище, оконтуривают пустоты и заполняют их цементом.
От степени закарстованности основания зависит развитие в нем противодавления и при проектировании гравитационных плотин в расчет принимают полную его величину. Это влечет за собой значительное увеличение объема бетона в сооружении.
Источник: studme.org