Инженерная подготовка территории в районах распространения карста

2) Радиоволновые  методы

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

Принципиально возможны несколько модификации при применении радиоволновых методов:

а) При использовании «метода радиокип», измеряется излучение напряженности поля удаленной радиостанции. Над карстовой полостью в нем появляется вертикальная составляющая, а горизонтальная составляющая изменяется от точки к точке;

б) при «радиоволновом просвечивании» из скважины в скважину, из скважины (пещеры) на поверхность земли, или с поверхности в скважину (пещеру). Во всех трех случаях используются автономные передатчики и приемник. В последствии карстовые зоны или полости проявляются в виде «тени» (по измененному поглощению радиоволн);

в) при «измерении сопротивления излучений антенны» на профилях, пересекающих площадь с предполагаемой карстовой полостью, антенна передатчика располагается на определенной высоте над землей и настраивается в резонанс, после чего перемещается вместе с передатчиком. Над карстовой полостью настройка нарушается и по величине изменения измеряемой мощности или по изменению настройки судят о размерах и глубине расположения полости. В итоге, зона изменения излучения в плане позволяет оконтуривать полость.

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

3) Электроразведка

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

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

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

4) Электропрофилирование  и электрозондирование

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

К задачам, решаемым электроразведкой при изучении карста, относятся:

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

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

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

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

5) Сеймсразведка

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

 

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

 

 

Мероприятия по инженерной подготовке территорий подверженных карсту.

 

 

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

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

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

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

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

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

 Вот несколько наиболее распространенных противокарстовых мероприятий:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

 

Заключение

 

 

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