Выдержка из текста работы
Науке известны геологические процессы, возникающие под влиянием природных и техногенных факторов, и оказывающие отрицательное воздействие на строительные объекты и жизнедеятельность людей. К таким процессам относится карст. Под карстом следует понимать совокупность геологических процессов и явлений, вызванных растворением подземными и (или) поверхностными водами горных пород и проявляющихся в образовании в них пустот, нарушении структуры и изменении свойств. К карстовым деформациям земной поверхности следует относить: провалы, локальные и общие оседания территории, а также коррозию (растворение) поверхности карстующихся пород.
1. Виды деформаций земной поверхности
деформация земной карстозащищенность здание
На застроенной территории деформации земной поверхности по причине карста проявляются провалами и оседаниями, влекущие за собой потерю несущей способности подземных частей зданий и сооружений— фундаментов, подвалов. Это в свою очередь влечёт за собой деформацию наземных частей вплоть до их разрушения.
Карстовым провалом считается обусловленное развитием карстового процесса катастрофически быстрое обрушение земной поверхности (или основания фундамента) с образованием в ней ямы (воронки). Следует различать типы карстовых провалов: карстово-обвальные, карстово-суффозионные и смешанные (карстово-суффозионно-обвальные).
Карстово-обвальные провалы возникают при наличии на малой глубине достаточно крупной полости с ослабленной, готовой к обрушению кровлей.
Карстово-суффозионные провалы происходят в результате перемещения фильтрующейся водой песчано-глинистого материала из покрывающих пород в карстовые полости и (или) расширенные трещины.
К локальным оседаниям следует относить постепенные опускания земной поверхности и слагающих её грунтов, имеющие поперечник (диаметр) не более нескольких десятков метров.
Провалы и локальные оседания возникают поодиночке или группами. Они подразделяются на первичные, происходящие на новом месте, и повторные. В результате первичных образуются новые карстовые воронки, а повторные провалы и локальные оседания вызывают последующее углубление и расширение этих воронок. Провалы и локальные оседания могут чередоваться друг с другом и повторяться многократно на одном и том же месте или поблизости.
К общим оседаниям следует относить постепенные опускания обширных участков земной поверхности.
2. Причины деформации земной поверхности в условиях карста
Строительное освоение сложных в инженерно-геологическом отношении территорий, с прокладкой многочисленных коммуникаций и их последующим обветшанием не могло не сказаться на активизации протекающих в естественных условиях карстовых и суффозионных процессов. Следствием является увеличение случаев отказа естественных оснований зданий и сооружений и их деформаций.
2.1 Нарушение требований инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий
Данные требования определяют состав, объём и характер работ в зависимости от условий залегания карста в процессе которых должны быть тщательно исследованы:
зоны слабых грунтов;
чётко определена кровля несущих грунтов;
физико-механические свойства грунтов;
распространение и условия залегания водоносных горизонтов в покрывающих, карстующихся и подстилающих отложениях, условия их питания, транзита и разгрузки, гидродинамическую и гидрохимическую зональность;
взаимосвязь между водоносными горизонтами и поверхностными водами;
влияние техногенных факторов на изменение гидрогеологических условий;
режим подземных вод;
химический состав и растворяющую способность поверхностных и подземных вод по отношению к карстующимся породам, температуру подземных вод;
фильтрационные свойства карстующихся и покрывающих пород, в том числе в зонах повышенной проницаемости, с определением гидрогеологических параметров (коэффициентов фильтрации, водопроводимости, уровнепроводности, водоотдачи, удельного водопоглощения, избыточных напоров и градиентов вертикальной фильтрации), а также направления и скорости движения подземных вод. [1].
2.2 Усиление карстово-суффозионных процессов от мощного отрицательного антропогенного действия
К числу факторов, способствующих их развитию относятся:
нарушение водоупорных свойств покровных отложений;
возникновение техногенных источников формирования подземных вод (раличного рода утечки из водонесущих коммуникаций);
механическое воздействие производственно-технологических процессов (забивка свай, вибрационные нагрузки от механизмов и др.);
загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод агрессивными выбросами промышленных предприятий.
инженерное освоение территории без достаточных профилактических мер защиты, направленных на максимальное сохранение гидрогеологической обстановки.
3. Последствия деформаций на застроенной территории
Деформации земной поверхности негативным образом влияют в первую очередь на фундаменты инженерных сооружений. Это проявляется значительным уменьшением или полной потерей их несущей способности. Происходит деформация сооружения вплоть до его разрушения.
В пределах г. Уфы и его окрестностей за последние пол века, специалистами зафиксировано несколько десятков случаев отказов оснований и фундаментов, связанных с карстовыми и карстово-суффозионными процессами и явлениями.
Типичным примером отказа оснований фундаментов вследствие недостаточной инженерно-геологической изученности площадки является отказ основания здания Центра социальной защиты населения РБ и, как следствие, его деформация. До строительства здания на этом месте существовало карстовое озеро, которое было засыпано грунтом. Этого не было установлено в процессе изысканий. В результате здание построено прямо на древней воронке на свайном фундаменте с монолитным ж/б ростверком высотой 0,5 м без достаточных мер противокарстовой защиты.
Через 2 года после ввода в эксплуатацию начались деформации фундаментов и самого здания из-за оседания грунтов в центре воронки. Этому во многом способствовал резкий подъём уровня грунтовых вод вследствие утечек из многочисленных коммуникаций, проложенных по ул. Округа Галле и Р. Зорге, и подпора грунтового потока построенным зданием.
Одним из самых ярких примеров карстовых явлений и недоработок строительных нормативов является разрушение офисного здания по ул. Зорге 9/2, вблизи южного автовокзала, в 190м от ЗапУралТИСИза — главного изыскательского учреждения РБ (рис. 1).
Институтом Уфагорпроект по заданию МЧС в 1996 г. было проведено обследование с помощью модификации прибора ИГА-1 «Универсал» площадки под застройку склона реки Уфа ниже торгового центра «Башкирия» от ипподрома «Акбузат» до института МВД.
рис. 1
рис. 2
Обнаружена сеть геологических трещин и карстовые пустоты вдоль склона р.Уфа. Однако эта информация не была принята во внимание при строительстве нового трамплина г. Уфы ниже торгового центра «Башкирия» и план застройки изменён не был, а в 2003 г. в месте прохождения обнаруженной геологической трещины произошло обрушение готовой конструкции в процессе строительства (рис. 2).
В г. Уфе постоянно нарушается целостность жилых домов и промышленных сооружений. В настоящее время по неофициальным данным количество домов подверженных деформации превышает несколько десятков. Трещины пронизывают здания от фундамента до перекрытий.
4. Устранение и профилактика последствий деформации земной поверхности
4.1 Экстренные методы усиления
— локальное или общее временное усиление фундаментной части посредством подведения конструкций, увеличивающих её изгибную и сдвиговую жёсткости;
— подведение временных усилительных конструкций в надземной части, обеспечивающих повышение пространственной жёсткости последней, а также исключающих локальные обрушения поражённых несущих элементов;
— устранение зоны отсутствия контакта фундамента с основанием путём заполнения карстовых образований сыпучими материалами с последующей обработкой твердеющими компонентами;
— «отсечение» участка здания (сооружения), поражённого карстовым провалом, от основной части здания с целью его сохранения;
— повышение несущей способности фундаментов как на поражённых, так и на соседних участках, например, путём подведения многосекционных свай.
4.2 Плановые методы усиления
Плановые методы усиления карстозащищённости зданий (сооружений) в общем случае включают:
— тампонаж полостей карстового происхождения в «пятне» здания или вблизи него твердеющими растворами;
— создание «усиленной» покрывающей толщи над полостями из грунта, закреплённого инъекцией химических реагентов;
— повышение изгибной и сдвиговой жёсткости фундаментной части как на отдельных участках, так и по всему зданию подведением усиливающих конструкций по постоянной схеме;
— повышение общей устойчивости и пространственной жёсткости надземной части здания (сооружения) путём подведения усиливающих конструкций по постоянной схеме;
— реконструкция инженерных коммуникаций на прилежащей к зданию территории в карстозащитном исполнении;
— реконструкция благоустройства прилежащей территории согласно требованиям по обустройству закарстованных территорий;
— создание на объекте службы карстомониторинга (при её отсутствии).
4.3 Факторы хозяйственной деятельности
Наряду с этим должны учитываться факторы хозяйственной деятельности человека, препятствующие развитию карста:
ликвидация поверхностных карстопроявлений;
увеличение мощности водозащитного покрова над карстующимися отложениями;
создание искусственных водозащитных покрытий на улицах и территориях промышленных предприятий (асфальтирование, бетонирование и др.);
упорядочение стока атмосферных вод путём создания ливневых коллекторов;
проведение целенаправленных инженерных противокарстовых мероприятий профилактического плана и ликвидационного тампонажа глубинных форм карста;
содержание в порядке подземных коммуникаций (водопроводной, канализационной, тепловой сетей и т.п.).
Заключение
Опыт изысканий, проектирования и строительства любых зданий и сооружений на территориях, сложенных карстующимися породами, показал необходимость проведения специальных изысканий с последующим районированием этих территорий по степени устойчивости и пригодности для строительства.
Надёжность строительства зданий на закарстованных территориях, таким образом, обеспечивается более глубоким изучением карстово-суффозионного процесса, использованием качественно новых и современных методов решения задач во время изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации. Это позволяет заблаговременно учесть возможность проявления техногенного карста, исключить его отрицательные последствия, а в тех случаях, когда он всё же приводит к деформациям зданий и сооружений, быстро и эффективно преодолеть аварийные ситуации
Библиография
1 СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. — М.: Госстрой России, 1997. — 49с.
2 СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. — М.: Госстрой России, 2001. — 83с.
3 ТСН 302-50.95.РБ. Инструкция по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях. — Уфа: Госстрой РБ, 1996. — 40с. (рук. темы Э.И. Мулюков)
4 Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И., Попов В.Г., Рождественнский А.П., Смирнов А.И., Травкин А.И. Карст Башкортостана — Уфа: Информреклама, 2002.— 384 с.
5 Труды Мулюкова Э.И. по инженерно-строительной карстологии (1970-2006). Подборка некоторых статей. — Читальный зал АСФ.
6 Учебно-наглядный стенд «Инженерно-строительная карстология». Ауд. 5-135, 11 планшетов. Дизайнер и исполнитель, проф., д-р техн. наук Э.И. Мулюков (2006).
Размещено на
