содержание
advertisement
ВВЕДЕНИЕ Настоящая работа посвящена комплексу явлений и процессов, развивающихся в геологических обстановках. исключительно частично широко, растворимых породах Карстовые процессы по данным в разнообразных распространены Г.А.Максимовича, выходы карстующихся горных пород занимают около 50 млн. кв. км, то есть примерно треть площади суши (Максимович 1947, 1963). Еще недавно карст считался относительно редким явлением, но это убеждение было разрушено при детальном исследовании территорий, представление о которых ранее было поверхностным или отсутствовало вовсе. Кроме того, изначальное представление о карсте, под которым понимался голый карст средиземноморского типа (в пределах бывшего СССР развит в Горном Крыму), было существенно расширено за счет изучения покрытого карста, распространенного на обширных платформенных территориях, тропического карста, карста в некарбонатных породах. Хотя карст в карбонатах составляет примерно 4/5 от всего известного количества случаев, гипсовый карст также имеет большое практическое значение; крупнейшие пещеры в пределах бывшего СССР (в Подолии) – Оптимистическая и Озерная – заложены в гипсово-карбонатных толщах. Небольшая доля закарстованных территорий приходится на соляной карст. В Нижегородской осложняют строительство области и карстовые эксплуатацию процессы зданий и существенно сооружений. Закарстованные территории занимают около одной четверти общей площади области. Вследствие карстовых деформаций в Нижегородской области произошло несколько крупных аварий. Анализ их причин показал, что во всех случаях были допущены принципиальные ошибки на различных стадиях: выборе площадки, инженерных изысканиях, проектировании, строительстве или эксплуатации сооружений. Большая часть этих ошибок была связана с недостаточным знанием как природы карстового процесса 3 вообще, так и специфики природно-техногенных условий Нижегородской области и соответствующих им способов противокарстовой защиты. В настоящее время в стране отсутствуют единые специальные нормы проектирования зданий и сооружений в карстовых районах. Они фрагментарно излагаются в различных СНиП, что нередко затрудняет специалистам организовывать комплексный подход по защите сооружений от негативного влияния карстового процесса на всех стадиях существования сооружений. В работе общегосударственных рассматриваются СНиП и Сводов отдельные правил (СП), требования а также территориальные строительные нормы ТСН 22-308-98 НН, которые конкретизируют с учетом накопленного опыта строительного освоения закарстованных территорий в Нижегородской области. 4 ГЛАВА I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ Инженерно-геологические изыскания – составная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения строительного проектирования исходными данными о природных условиях района (участка) строительства, а также прогнозирования изменений окружающей природной среды, которые могут произойти при строительстве и эксплуатации сооружений. При проведении инженерно-геологических изысканий изучаются грунты как основания зданий и сооружений, подземные воды, физикогеологические процессы и явления (карст, оползни, сели и др.). Инженерногеологическим изысканиям сопутствуют инженерно-геодезические изыскания, объектом изучения которых являются топографические условия района строительств, и инженерно-гидрометеорологические изыскания, при выполнении которых изучаются поверхностные воды и климат. Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами. Общие требования к проведению изысканий приведены в СНиП II-02-96 [26], а требования к изысканиям для отдельных видов строительства – в инструкциях СП II-105-97 [28], руководствах [24] и рекомендациях ТСН 22-308-98 [33]. Учитывая специфику проектирования свайных фундаментов, основные требования к изысканиям для них приведены в проектирования» СНиП и в 2.02.03-85 «Свайные «Руководстве по фундаменты. проектированию Нормы свайных фундаментов». Инженерно-геологические изыскания должны производиться, как правило, территориальными специализированными изыскательскими, изыскательскими и а также проектно-изыскательскими 5 организациями. Допускается их выполнение проектными организациями, которым в установленном порядке предоставлено такое право. 1.2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ И ПРОГРАММЕ ИЗЫСКАНИЙ Планирование и выполнение изысканий осуществляются на основе технического задания на производство изысканий, составляемого проектной организацией — заказчиком. При составлении технического задания необходимо определить, какие материалы, характеризующие природные условия строительства, потребуются для разработки проекта, и на этой основе получить разрешение у соответствующих органов на производство изысканий для данного объекта. Орган, выдающий разрешение, может указать на дублирования) необходимость имеющихся использования в его (в распоряжении целях исключения материалов ранее выполненных работ на территории размещения проектируемого объекта, что должно быть отражено в техническом задании. Если по проектируемому объекту имеются материалы ранее выполненных изысканий, то они передаются изыскательской организации как приложение к выдаваемому техническому заданию. Передаче подлежат и другие материалы, характеризующие природные условия района проектируемого строительства и находящиеся в распоряжении проектной организации. В задании необходимо приводить следующие технические характеристики: класс ответственности, высота, число этажей, размеры в плане и конструктивные особенности проектируемого сооружения; значения предельных деформаций оснований сооружений; наличие и глубина подвалов; намечаемые типы, размеры и глубина заложения фундаментов; характер и значения нагрузок на фундаменты; особенности технологических процессов (для промышленного строительства); плотность застройки (для городского и поселкового строительства). Эти характеристики во многих случаях целесообразно давать в приложении к техническому заданию в 6 табличной форме. К техническому заданию в обязательном порядке должны быть приложены: ситуационные планы с указанием размещения (вариантов размещения) участков (площадок) строительства и трасс инженерных коммуникаций; топографические планы в масштабе 1:10000 — 1:5000 с указанием контуров размещения проектируемых зданий и сооружений и трасс инженерных коммуникаций, а также планировочных отметок; копии протоколов согласований прохождений и подключений (примыканий) инженерных коммуникаций, влияющих на состав и объем инженерных изысканий, с графическими приложениями; материалы исполнительных съемок или проектная документация подземных коммуникаций (при производстве изысканий на площадках действующих промышленных предприятий и внутри городских кварталов). Техническое изыскательской задание является организацией основой программы для составления изысканий, в которой обосновываются этапы, состав, объемы, методы и последовательность выполнения работ и на основании которой составляется сметно-договорная документация. Составлению программы предшествуют сбор, анализ и обобщение материалов о природных условиях района изысканий, а в необходимых случаях (отсутствие или противоречивость материалов) — полевое обследование района изысканий. Программа включает текстовую часть и приложения. Текстовая часть должна состоять из следующих разделов: 1) общие сведения; 2) характеристика района изысканий; 3) изученность района изысканий; 4) состав, объемы и методика изысканий; 5) организация работ; 6) перечень представляемых материалов; 7) список литературы. В разделе 1 приводятся данные первых пяти пунктов технического задания. В разделе 2 дается краткая физико-географическая характеристика района изысканий и местных природных условий с отражением особенностей рельефа и климата, сведений о геологическом строении, 7 гидрогеологических условиях, неблагоприятных физико-геологических процессах и явлениях, о составе, состоянии и свойствах грунтов. В разделе 3 излагаются сведения об имеющихся фондовых материалах ранее выполненных изыскательских, поисковых и исследовательских работ и дается оценка полноты, достоверности и степени пригодности этих материалов. В разделе 4 на основе требований технического задания, характеристики района (участка) изысканий и его изученности определяются оптимальные состав и объемы работ, а также обосновывается выбор методов проведения инженерно-геологических исследований. При согласовании программы этому разделу проектировщики должны уделять особое внимание, руководствуясь сведениями о составе и объеме работ, приводимыми далее в пп. 1.3 и 1.4. В разделе 5 устанавливаются последовательность и планируемая продолжительность работ, определяются необходимые ресурсы и организационные мероприятия, а также мероприятия по охране окружающей среды. В разделе 6 указываются организации, которым должны быть направлены материалы, а также наименование материалов. В разделе 7 дается перечень нормативных документов и государственных стандартов, отраслевых и ведомственных инструкций (указаний), руководств и рекомендаций, литературных источников, отчетов об изысканиях, которыми следует пользоваться при производстве изысканий. К программе изысканий должны быть приложены: копия технического задания заказчика; материалы, характеризующие состав, объемы и качество ранее выполненных изысканий; план или схема объекта с указанием границ изыскании; проект размещения пунктов горных выработок, полевых исследований и т.п., выполненный на топографической основе; технологическая карта последовательности производства работ; чертежи (эскизы) выработок и нестандартного оборудования. 8 1.3. ЭТАПЫ, СОСТАВ И ОБЪЕМ ИЗЫСКАНИЙ Инженерно-геологические изыскания должны выполняться этапами, увязывающимися с решением конкретных задач проектирования (таблица 1). Выбор количества этапов и их привязка к стадиям проектирования осуществляются совместно проектной и изыскательской организациями для каждого объекта в зависимости от конкретных условий, определяемых процессом проектирования, природными и организационно-техническими факторами. При этом отдельные этапы могут быть опущены или совмещены с другими. Таблица 1 Этапы инженерно-геологических изысканий Этап изысканий Объект изысканий Сбор и обобщение данных о природных условиях Район строительства Инженерногeологическая рекогносцировка Территория намеченных вариантов расположения объекта строительства Выбранный участок (площадка) строительства Инженерногeологическая съемка Инженерногеологическая разведка Сфера взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой Основные задачи изысканий Разработка рабочей гипотезы об инженерногеологических условиях района и составление программы изысканий Сравнительная оценка инженерногеологических условий по намеченным вариантам Комплексная оценка инженерногеологических условий участка (площадки) строительства Получение инженерногеологических характеристик грунтов в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой проектирования Установление перспективных вариантов расположения объекта строительства Выбор участка (площадки) строительства Компоновка зданий и сооружений. Выбор типов фундаментов Проектирование отдельных зданий и сооружений 9 Состав работ, выполняемых на отдельных этапах изысканий, приведен в таблице 2. Кроме работ, указанных в таблице, на каждом этапе проводятся камеральные работы, включающие обработку и обобщение получаемых инженерно-геологических данных, подготовку отчетных материалов и во многих случаях (при рекогносцировке и съемке) дешифрование аэрофотоматериалов. При необходимости проектная организация может поручать изыскательской выполнение специальных работ, например, обследование существующих зданий и сооружении. Таблица 2 Состав работ при инженерно-геологических изысканиях Виды работ Аэровизуальные наблюдения (описание местности с воздуха ) Маршрутные наблюдения (описание местности по наземным маршрутам) Горные работы (проходка шурфов, скважин и других выработок, отбор образцов и проб) Лабораторные исследования грунтов и подземных вод Полевые исследования грунтов Геофизические исследования грунтов Гидрогеологические исследования (опытно-фильтрационные работы) Стационарные наблюдения (за подземными водами, физикогеологическими процессами и явлениями) Этап изысканий рекогносцировка съемка С С разведка - + + - С + + С + + С С + + + + - С С - С С Условные обозначения: «+» − обязательно выполняются; С – по специальному заданию; «-» − не выполняются. Проектировщик должен учитывать, что инженерно-геологические изыскания на участках развития неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений, как правило, должны сопровождаться стационарными 10 наблюдениями с целью изучения динамики их развития, а также специальными работами для установления площадей их проявления и глубин интенсивного развития, приуроченности к геоморфологическим элементам, формам рельефа и литологическим видам грунтов, условий и причин возникновения, форм проявления и развития. Кроме того, должны выполняться специальные исследования грунтов для оценки возможных изменений их свойств вследствие протекания этих процессов. Так, в районах развития карста изучаются петрографический и химический состав грунтов, их растворимость и скорость растворения, содержание углекислоты, состав и состояние заполнителя карстовых пустот; в районах развития оползней — прочностные характеристики состояния, влажности, грунтов при изменении ориентации поверхностей напряженного скольжения и при длительном действии нагрузок (с учетом геологических свойств грунтов). Объем инженерно-геологических работ при рекогносцировке определяется в зависимости от степени изученности природных условий района строительства и поэтому не нормируется. Объем инженерногеологических работ при съемке должен устанавливаться в зависимости от сложности инженерно-геологических условий на участке строительства, от площади исследуемой территории, а также от вида строительства и характера проектируемых сооружений согласно требованиям инструкций по инженерным изысканиям для соответствующих видов строительства. При этом проектировщик должен требовать, чтобы расстояния между горными выработками назначались не более указанных в таблице 3. Таблица 3 Максимальные расстояния между горными выработками при съемке Категория сложности инженерногеологических условий I (простая) II (средняя) III (сложная) Расстояние, м, при масштабе съемки 1: 10 000 1: 000 500 400 300 250 200 150 11 Объем инженерно-геологических работ при разведке должен устанавливаться в зависимости от уточненной по результатам съемки категории сложности инженерно-геологических пределах контура каждого сооружения или сооружений в плане, их назначения, условий их класса площадок группы, и в размеров конструктивных особенностей, вида фундаментов. При этом проектировщик должен требовать, чтобы расстояния между горными выработками и общее число выработок в пределах контура каждого сооружения или группы сооружений (при расстоянии между сооружениями не более 50 м) назначались в соответствии с таблицей 4. Таблица 4 Расстояние между горными выработками и их число при разведке Категория сложности инженерногеологических условий I II III Максимальное расстояние между выработками, м 70-40 50-30 30-20 Минимальное число выработок 2-3 2-4 3-5 Примечание. Для каждой категории сложности инженерно-геологических условий большие расстояния между выработками и меньшее их число принимаются для сооружений малочувствительных к неравномерным осадкам, а меньшие расстояния между выработками и большее их число — для сооружений, чувствительных к неравномерным осадкам, или при реконструкции и надстройке сооружений. Глубины проходки горных выработок и исследований грунтов при съемке должны назначаться исходя из предполагаемых размеров сферы взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой. Вместе с тем при залегании на строительной площадке грунтов, специфических по составу и состоянию (илы, просадочные, заторфованные, насыпные, рыхлые песчаные, засоленные и набухающие грунты), необходимо, чтобы горные выработки проходились на полную глубину залегания этих грунтов. На участках, где протекают неблагоприятные физико-геологические процессы и явления, горные выработки необходимо проходить не менее чем на 5 м ниже зоны активного развития этих процессов — поверхностей 12 скольжения оползневых тел, предполагаемой глубины карстообразования, поверхностей раздела подвижных и неподвижных частей тела осыпей. Глубины проходки горных выработок и исследований грунтов при разведке должны назначаться исходя из расчетных глубин сжимаемой толщи основания сооружения, приводимых в задании на изыскания, с заглублением ниже границы сжимаемой толщи на 1-2 м. При размещении выработок на участках распространения специфических по составу и состоянию грунтов и на участках с протеканием неблагоприятных физикогеологических процессов и явлений должны учитываться те же требования к глубинам проходки, что и при съемке. Если в пределах расчетных глубин сжимаемой толщи залегают скальные грунты, то выработки следует проходить до глубины на 2 м ниже кровли слабовыветрелых грунтов или подошвы фундамента при его заложении в скальном массиве. При отсутствии у проектировщика к моменту выдачи технического задания на изыскания данных для расчета глубины сжимаемой толщи необходимо требовать, чтобы глубины проходки выработок и исследований грунтов назначались в зависимости от типов фундаментов и действующих нагрузок в соответствии с таблицей 5, а применительно к фундаментным плитам принимались равными половине ширины плиты, но не менее 20 м. Для свайных фундаментов глубины проходки выработок и исследований грунтов должны назначаться не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины погружения свай. Кроме того, следует учитывать, что при нагрузке на куст висячих свай более 3000 кН глубину проходки 50 % выработок следует назначать ниже проектируемой глубины погружения свай не менее чем на 10 м, а при свайных полях размером более 10х10 м глубины проходки выработок и исследований грунтов должны превышать проектируемое заглубление свай не менее чем на ширину свайного поля. 13 Таблица 5 Глубины проходки выработок и исследований грунтов при разведке Фундамент Нагрузка на фундамент, кН/м и кН До 100 200 500 700 1000 2000 До 500 1000 2500 5000 10 000 15 000 50 000 Ленточный Отдельный Глубина ниже подошвы фундамента, м 4-6 6-8 9-12 12-15 15-18 18-20 4-6 5-7 7-9 9-13 11-15 12-19 18-26 1.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ НАЗНАЧЕНИЯ СОСТАВА И ОБЪЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ При согласовании программы изысканий проектировщик должен требовать, чтобы исследования грунтов для определения их строительных свойств проводились лабораторные, определяющими так комплексными и полевые методами, испытания. состав исследований включающими Основными грунтов, входящих как факторами, в общий комплекс, являются особенности грунтовых условий на строительной площадке, тип выбранного фундамента, класс ответственности и конструктивные особенности проектируемых сооружений. Физические характеристики грунтов определяются, как правило, преимущественно лабораторными методами. Требовать применения полевых методов (зондирования, радиоактивного каротажа и др.) следует только в тех случаях, когда отбор образцов необходимого качества затруднителен или практически невозможен. Прочностные характеристики грунтов определяются лабораторными или полевыми методами. При этом полевые методы должны обязательно 14 применяться в тех случаях, когда затруднительно отобрать образцы грунтов с ненарушенной структурой или когда грунты содержат большое число крупнообломочных включений, размеры которых близки к размерам образцов. Так, сопротивление сдвигу слабых грунтов определяют методом вращательного их среза в скважинах. Для оценки угла внутреннего трения песчаных грунтов используют статическое или динамическое зондирование их. Прочностные характеристики крупнообломочных грунтов и грунтов, имеющих большой процент крупнообломочных включений, определяют полевым методом среза целиков грунта. Деформационные преимущественно характеристики полевыми методами. грунтов следует Лабораторные определять методы могут применяться для оценки изменения свойств грунтов во времени, а также с целью сокращения объема полевых исследований грунтов, если для конкретных строительных площадок установлены достаточно надежные корреляционные связи между деформационными характеристиками грунтов, рассчитанными по результатам полевых и лабораторных испытаний. Полевые методы должны быть основными при определении показателей сопротивления грунтов основания свай. При этом во всех случаях, когда это возможно по грунтовым условиям, следует проводить статическое зондирование. Основные виды лабораторных и полевых исследований грунтов и условия их применения приведены в таблицах 6 и 7. Необходимо иметь в виду, что лабораторными методами достаточно достоверные данные о прочностных и деформационных характеристиках грунтов, а также об их плотности могут быть получены лишь на образцах ненарушенного сложения (монолитах), отбор которых из горных выработок, а также упаковка, транспортирование и хранение должны производиться с учетом требований ГОСТ 12071-84. При этом в просадочных грунтах не менее 30 % выработок, из которых отбираются монолиты, должно быть 15 представлено шурфами или дудками, проходимыми на полную мощность просадочной толщи. Таблица 6 Лабораторные исследования грунтов Физическая Деформационная Прочностная Для ГОСТ песчаный Глинистый Грунт Крупнообломочный Определяемая характеристика скальный Вид характеристики Природная влажность Влажность гигроскопическая Плотность частиц грунта Плотность грунта Границы текучести и раскатывания Гранулометрический состав Сжимаемость Прочность при одноосном сжатии С - + С + + + С С - + + + - С С + - + + - С С С 12536-79 + С - С - + С Сопротивление срезу - С С + 23908-79 21153.2-75 (для скальных грунтов) 17245-79 (для полускальных грунтов) 12248-78 получения данных, необходимых при 5180-84 проектировании фундаментов сооружений на грунтах, специфических по составу и строению (просадочных, набухающих, заторфованных и др.), при изысканиях должны определяться дополнительные характеристики грунтов. В состав лабораторных исследований кроме обычных определений согласно таблице 6 в качестве обязательных дополнительно включаются определения: - для просадочных грунтов — относительной просадочности, начальных просадочного давления и влажности (ГОСТ 23161-78), общего содержания и состава водорастворимых солей; 16 - для набухающих грунтов — относительного набухания, влажности и давления набухания, относительной усадки (ГОСТ 24143 - 80), минералогического состава; - для засоленных грунтов – относительной суффозионной осадки, количественного содержания легко- и среднерастворимых солей; - для элювиальных грунтов — коэффициента выветрелости; - для заторфованных грунтов и торфа — относительного содержания и степени разложения органических веществ, зольности, коэффициента консолидации, изменения прочностных характеристик с учетом фактора времени. Кроме упомянутых выше лабораторных исследований для строительных площадок, сложенных просадочными грунтами, с целью определения типа грунтовых условий по просадочности проектировщик должен требовать проведения опытного замачивания грунтов в котлованах, а при проектировании в грунтовых условиях II типа свайных фундаментов — также и испытаний свай с площадным замачиванием грунтов из котлованов. В состав исследований просадочных, набухающих и засоленных грунтов целесообразно также дополнительно включать их полевые испытания статическими нагрузками с замачиванием. Как отмечалось выше, при назначении состава исследований грунтов наряду с учетом особенностей грунтовых условий на строительной площадке и типа фундамента должны учитываться класс ответственности проектируемых сооружений и их конструктивные особенности. Так, при изысканиях для строительства сооружений I класса, а также промышленных и жилых комплексов и микрорайонов исследования грунтов должны проводиться с использованием полного комплекса методов, соответствующих выбранным типам фундаментов и грунтовым условиям, включая самые точные и дорогие виды полевых исследований (испытания грунтов статическими нагрузками в шурфах, испытания свай). Для одиночных зданий и сооружений II класса состав исследований грунтов в 17 значительной степени должен определяться конструктивными особенностями сооружений — их высотой, наличием и величинами сосредоточенных нагрузок на основание, чувствительностью к неравномерным осадкам и т.п. Для зданий и сооружений III класса обычно представляется возможным ограничиться проведением лабораторных исследований грунтов и зондирования. Таблица 7 Полевые исследования грунтов песчаный глинистый + + + + + - + + 2006981 + + + + + - - + + - - - + - - + + + - + - + - - - + + 1991281 2027685 2027685 - - - - + - + + + 2374179 - + - - + - - - + 2171980 - + - - + - - + + - - - - - + + + + 2171980 2494281 - - - - - + + + + крупнообломочный Показателей сопротивления грунтов основания свай + Физических характеристик Прочностных характеристик ГОСТ Деформационных характеристик Грунт Установление законномерностей изменчивости характеристиик Статистическое зондирование Динамическое зондирование Испытания штампами Испытания прессиометрами Испытания на срез целиков грунта Вращательный срез или кольцевой срез Поступательный срез Испытания эталонной сваей Испытания сваями Задача исследования определение Расчленение геологического разреза Вид исследования 568678 Объем исследований грунтов, как и состав, должен назначаться в зависимости от ответственности и конструктивных особенностей проектируемых сооружений, но, кроме того, еще и от их размеров в плане 18 и сложности грунтовых условий (по характеру залегания и свойствам грунтов). При согласовании намеченных в программе объемов исследований грунтов следует руководствоваться классификацией проектируемых сооружений и грунтовых условий по категориям. Для сооружений I категории (при нагрузках на фундаменты не более 500 кН/м или 3000 кН) и при I категории сложности грунтовых условий исследования грунтов могут проводиться в минимальном объеме, но в то же время достаточном для получения статистически обоснованных показателей свойств грунтов. При возрастании той или иной категории на одну ступень объем исследований грунтов должен быть увеличен примерно в 1,5 раза, а при возрастании на две ступени — в 2 раза. Так, например, если применительно к сооружению I категории и при I категории сложности грунтовых условий достаточно провести зондирование в пяти точках, то применительно к сооружению того же размера в плане III категории и при III категории сложности грунтовых условий требуемое число точек зондирования возрастает до 20. 1. 5. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ Результаты заключений, рекомендации, в изысканий которых представляются должны необходимые содержаться для в виде выводы, разработки отчетов или прогнозы и проектно-сметной документации. Самым большим по составу и объему является отчет по результатам инженерно-геологической съемки. В текстовой части отчета обязательно должно содержаться следующее: сведения о составе, объеме и методике выполняемых работ; описание климата, рельефа, физико- геологических процессов и явлений и других факторов, оказывающих влияние на строительство; сведения о наличии и причинах деформаций 19 существующих в районе изысканий зданий и сооружений; геологостратиграфические разрезы, условия залегания грунтов и их характеристика по генетическим типам, а также характеристика основных водоносных горизонтов; нормативные и расчетные значения характеристик грунтов, находящихся в пределах инженерно-геологических элементов, а также оценка их пространственной изменчивости; прогноз изменений состояний и свойств грунтов; инженерно-геологическое районирование территории строительства; сопоставительная оценка выделенных участков, рекомендации по возможному использованию участков и выбору с инженерно-геологических позиций типов оснований сооружений; прогноз изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий на отдельных участках территории под воздействием строительства и эксплуатации зданий и сооружений с основными рекомендациями по инженерной подготовке территории и обоснованием необходимости осуществления мероприятий по борьбе с неблагоприятными явлениями; выводы и рекомендации, необходимые для принятия проектных решений; рекомендации по проведению последующих изысканий; перечень опубликованных и фондовых материалов, использованных при составлении отчета. В текстовых и табличных приложениях к отчету должны приводиться: копии технических заданий на производство инженерных изысканий и акты согласований; сводные таблицы результатов лабораторных определений свойств грунтов и подземных вод; сводные таблицы нормативных и расчетных значений характеристик грунтов; паспорта определений прочностных и деформационных свойств грунтов; сводные таблицы результатов и интерпретации геофизических исследований; сводные таблицы результатов петрографического описания грунтов, минералогических и других специальных анализов; каталоги координат и высот горных выработок, геофизических, зондировочных и других опытных точек, 20 В графических приложениях к отчету должны содержаться: карты фактического материала участка строительства; карты инженерно- геологических условий и инженерно-геологического районирования участка строительства; карты гидроизогипс, рельефа кровли скальных грунтов и др.; инженерно-геологические разрезы территории строительства; инженерногеологические и геолого-литологические колонки горных выработок; листы обработки результатов лабораторных, полевых и гидрогеологических исследований, а также стационарных наблюдений; геолого-геофизические карты и разрезы. По результатам инженерно-геологической рекогносцировки и разведки вместо отчетов могут составляться заключения, в которых должны содержаться рекомендации, соответствующие задачам конкретного этапа изысканий. Заключения составляются также по результатам изысканий, выполняемых при реконструкциях сооружений. При выполнении съемки и разведки в один этап результаты изысканий представляются в виде одного отчета, где в разделе, относящемся к инженерно-геологическим условиям площадки строительства, необходимо приводить детальную характеристику этих условий для участков размещения проектируемых зданий и сооружений, нормативные и расчетные значения характеристик грунтов их оснований, а также рекомендации по осуществлению профилактических и защитных мероприятий для обеспечения устойчивости зданий и сооружений. 21 ГЛАВА II. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ 2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О КАРСТЕ Термин «карст» произошел от названия плато в Словении (Karst), сложенного толстослоистыми известняками и имеющего характерный облик. Безлесый ландшафт, содержащих в состоящий центральной из части отдельных воронки и понижений, пропасти, нередко привлекал исследователей, термин «карст» (немецкое чтение) прочно вошел во многие языки мира, несмотря на то, что и в Чехословакии, и в Словении эти явления называются «крас» (или «краш», «крш» – от наречия). Первоначально под карстом понимались «явления выщелачивания в известняках», такое толкование можно встретить до сих пор у многих авторов, что существенно сужает, и не вполне оправданно, понятие. Во-первых, не вполне понятно значение термина «выщелачивание», а во-вторых, подчеркивается только разрушение горных пород, тогда как в комплекс карстовых процессов входит и накопление специфических карстовых формаций осадочных пород, отличающихся, например, от речных осадков согласованием с вмещающими породами. С другой стороны, существуют попытки под карстом понимать любые явления, связанные с избирательным разрушением толщ горных пород и приводящих к образованию рельефа, содержащего воронкообразные понижения, например вынос глинистого материала через слой залегающих ниже песков. Такое определение может хорошо подходить для нужд геоморфологии, подчеркивая общность наблюдаемой картины, но вносит значительную путаницу, и, кроме того, оставляет без внимания ряд существенных литологических и динамических различий между явлениями выноса вещества в виде растворов или же в виде взвесей. Приведем определение, более соответствующее литологическому подходу к проблемам карста: «Карст – явление избирательного разрушения горных пород, частично или полностью состоящих из растворимых 22 минералов». Одновременно с разрушением может происходить процесс переотложения вещества, часто в виде новых минералов. В целом, карст – сложное явление, происходящее в массивах растворимых пород, идущее параллельно с другими процессами гипергенеза, принимающее участие в формировании коры выветривания, зависящее от многих факторов окружающей среды (географических, геологических, биологических, антропогенных) и не имеющее четких границ с некоторыми другими явлениями, наприме, метосоматозом. Рассмотрению механизма избирательного разрушения пород, а также обзору этих взаимосвязей и посвящена настоящая работа. Основными карстующимися породами являются палеозойские известняки, гипсы и каменная соль. Строительное освоение таких территорий сопряжено в первую очередь с проблемой оценки закарстованности, которая заключается в выявлении условий развития карста и районировании территории по степени карстоопасности. Условия развития карста оцениваются путем проведения инженерно-геологических, гидрогеологических и геофизических работ, результатом которых является районирование территории по комплексу различных факторов, влияющих на развитие карстового процесса, и критериев, определяющих его состояние в момент исследований. Территории с большой интенсивностью (частотой) провалообразования не рекомендуются для строительства капитальных зданий и сооружений. Территории со средней частотой провалообразования рекомендуются к застройке, но с дополнительными инженерно- геологическими исследованиями, результаты которых представляются в виде карт зонирования, отражающих степень развития карстовых форм в карстующихся грунтах основания зданий и сооружений. При наличии в грунтах основания карстовых пустот критических размеров территория может быть рекомендована для строительства только после ликвидации (тампонажа) этих пустот. Если прогноз показывает возможность возникновения карстового провала за амортизационный срок службы здания (сооружения), проектом предусматривается конструктивное его усиление из 23 расчета на возможный диаметр карстового провала. Территории с очень малой частотой провалообразования рекомендуются для строительства с минимальным комплексом противокарстовых мер профилактического характера. Концепция строительного освоения городских закарстованных территорий изложена в региональных нормах, регламентирующих изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Градостроительное (планировочное) проектирование выполняется на основе материалов инженерно-геологических изысканий, в которых дается подробная характеристика закарстованности конкретной площадки (карта схема степени закарстованности, оценка карстоопасности, средние диаметры возможных провалов и др.). При этом плотность застройки карстовонеопасных площадок повышается на 10-15 % и соответственно на эту же величину уменьшается и плотность застройки недостаточно устойчивых площадок. Проектирование конкретных зданий и сооружений выполняется с учетом местности и особенностей конструктивной (сооружения) и возможности восприятия усилий при схемы здания особых нагрузках, вызванных карстовым провалом определенного диаметра. Противокарстовый фундамент при этом принимается, например, в виде монолитной плиты, ленты, либо в виде сварного фундамента с монолитным поясом. Жесткость и прочность в угловых и краевых участках строений повышается за счет устройства консолей. Расчетная нагрузка на противокарстовый фундамент увеличивается на 30 % при провалах, на которых допускается строительство. В необходимых случаях противокарстовая защита вводится и в наземную часть здания для повышения общей жесткости путем устройства дополнительных монолитных элементов (поясов, стенок, диафрагм). Часто используются осадочные швы, разделяющие длинные в плане здания на отдельные секции. Опытным путем установлена технико-экономическая целесообразность выполнения технической мелиорации закарстованных площадок (цементация пород, имеющих пустоты, каверны, трещины). Для 24 уменьшения вероятности повреждений зданий и возможности реализации упреждающих мер на новых важных объектах и промышленных комплексах создается система карстомониторинга [2,3]. Спелеокарст, эндокарст и экзокарст Теперь необходимо немного сказать о геометрических параметрах карста, обратиться к вопросу, в какой части разреза карст распространяется. В течение долгого времени внимание исследователей привлекала видимая, наружная часть карстовых систем, то есть спелеокарст и поверхностные карстовые явления. Они более доступны для изучения, однако с геологической точки зрения намного менее интересны по сравнению с более глубокой частью разреза, полностью обводненной, представленной мелкими ходами и динамично развивающейся. Изучение этой последней может пролить свет на механизмы зарождения карстовых систем, хотя до сих пор ведутся споры о том, в какой части разреза зарождается карст – до сих пор нет доказательств заложения карстовых зон только в фреатической или только в вадозной зоне или в той и другой зонах. Существует и другая причина, по которой для нас может быть интересен низ карстового разреза. Она заключается в том, что именно в этой области может происходить взаимодействие обеспечиваемого экзокарста (холодного, поверхностными водами) поверхностного и эндокарста, карста, или гидротермокарста, развивающегося под влиянием восходящих термальных вод. Их столкновение нередко формирует геохимический барьер, на котором накапливается рудное вещество и нерудные полезные ископаемые. Именно поэтому большая часть информации по данному вопросу накоплена именно рудными геологами при изучении палеокарста на разнообразных месторождениях. Перспективность исследований в области эндокарста обеспечивается еще и тем фактом, что месторождения полезных ископаемых, связанных с ним, до настоящего времени слабо изучены, в то время как карстовые формации способны значительно повысить прогнозируемые 25 запасы месторождения за счет залегающих согласно с поверхностью эрозии рудоконтролирующих горизонтов [14]. Литология карстовых формаций Литология карстовых формаций к настоящему времени изучена относительно плохо [14], связанно это в основном с особенностями строения карстовых толщ. На карстовые осадки не распространяется принцип Стено, поэтому часто определение временной последовательности накопления материала в карстовых полостях (кольматолита, кольматация – процесс заполнения карстовых пустот) становится серьезной научной проблемой. Все, что можно сказать о многих карстовых формациях – что они не древнее вмещающих пород, и только. Отложения подземных рек практически не отличаются от аллювия по своим гранулометрическим и другим литологическим характеристикам, но кардинально отличаются по способу вложения в разрез, поэтому, по мнению, например, Э.З. Кутырева, вряд ли оправдано использовать термин «подземный аллювий», потому что подземная река – не река в том смысле, что общая картина осадконакопления и динамики русла для нее принципиально иная. Некоторые процессы, такие, как обрушение сводов и выработка профиля равновесия, вообще не имеют аналогов, а в условиях пещерной реки служат постоянным источником грубообломочного материала. Зачастую карстовые формации принимают за что-нибудь совсем другое. Термины «внутриформационные конгломераты», «склоновые брекчии», «прослои косослоистых песчаников в карбонатах» вносят путаницу, если не доказано его некарстовое происхождение. При изучении и классификации карстовых месторождений удобно в основу классификации зависимость поставить рудного вещественный вещества от состава, подход: строения прослеживается и структуры рудовмещающей карстующейся среды. Такой подход использует в своей монографии, например Э. З. Кутырев и др. [14]. 26 2.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ КАРСТА В НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ В Нижегородской области растворимыми (карстующимися) породами являются карбонатные (известняки, доломиты) 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. На территории Нижегородской области названные карстующиеся породы залегают на глубинах, как правило, до 70-75 м в основном южнее реки Волги. Вследствие этого карст на земной поверхности и в основании сооружений проявляется преимущественно в центральной, юго-западной и западной частях Нижегородской области. Карбонатный карст распространен преимущественно на юге области (районы Первомайский, Дивеевский, Вознесенский, г.Саров и др.). В остальной части закарстованной территории области распространен карбонатно-сульфатный карст (г.Дзержинск, заречная часть г.Нижнего Новгорода, Павловский, Арзамасский районы и др.). Гипсовый карст (в чистом виде) имеет ограниченное распространение (встречается в г. Дзержинске, Павлово и др.) Общая площадь закарстованных территорий в Нижегородской области составляет около 20 000 кв.км (27% от всей площади области). Вследствие неравномерной активности карста и разной мощности покровных отложений карстовые проявления на поверхности земли (воронки, провалы, карстовые озера, котловины и т.д.) встречаются на площади примерно 13 тыс. кв.км. При этом проявления карста тяготеют к речным долинам и пониженным участкам водоразделов. По этой причине они преимущественно распространены по правобережью реки Волги (на участке Балахна – Нижний Новгород), в бассейнах рек Оки, Теши, Сережи, 27 Кудьмы, Пьяны, Алатыря и других более мелких рек этой части Нижегородской области. По материалам геолого-гидрогеологической съемки ГГП «Волгагеология» в Борском, Балахнинском, Чкаловском, Городецком и Ковернинском районах Нижегородской области выявлены участки с проявлением карстово-суффозионных процессов, приуроченных к погребенной глубоковрезанной долине р. Волги и зафиксированных на больших глубинах. Эти проявления не оказывают влияния на проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Лишь при проектировании промотходов, полигонов подземных подземного промышленных захоронения токсичных производств, крупных гидротехнических сооружений следует проводить специальные инженерные изыскания с учетом глубинных карстово-суффозионных проявлений. В таблице 8 в алфавитном порядке перечисляются районы и города области, характеризующиеся наличием закарстованных территорий. В приложении 3 приведен краткий Перечень административнотерриториальных единиц, расположенных на закарстованной территории Нижегородской области, где необходимо учитывать негативное влияние карста при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. Скорость растворения карстующихся пород зависит от растворимости пород, агрессивности и скорости потока подземных вод, степени трещиноватости пород и других факторов. Растворимость карбонатных пород в сотни раз меньше (при прочих равных условиях) 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, обнаруженные в результате изысканий, создавались за счет растворения пород, как правило, за геологически длительное время. Карстовые же полости, обнаруженные в сульфатных породах, могут развиться за счет растворения до критически опасных размеров в пределах 28 расчетного срока службы сооружений. Наиболее активно процессы растворения протекают на границе залегания карбонатных и сульфатных пород. Таблица 8 п/п Районы области и % закарстов. города областного Территорий к подчинения площади района 1. Ардатовский 65 16. Лукояновский 55 2. Арзамасский 90 17. Навашинский 80 3. Балахнинский 60 18. Павловский 75 4. Богородский 55 19. Первомайский 50 5. Большеболдинский 7 20. Перевозский 50 6. Бутурлинский 60 21. Починковский 15 7. Вадский 85 22. Сергачский 20 8. Вачский 35 23. Сосновский 65 9. Вознесенский 10 24. Чкаловский 15 10. Володарский 85 25. Шатковский 75 11. Выксунский 15 26. г. Арзамас 35 12. Гагинский 50 27. г. Дзержинск 100 13. Дивеевский 20 28. г. Н. Новгород 25 14. Кстовский 2 29. г.Саров (Арзамас-16) 40 15. Кулебакский 30 № № п/п Районы области и % закарстов. города областного Территорий к подчинения площади района В приложении 3 приведен краткий Перечень административнотерриториальных единиц, расположенных на закарстованной территории 29 Нижегородской области, где необходимо учитывать негативное влияние карста при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. Скорость растворения карстующихся пород зависит от растворимости пород, агрессивности и скорости потока подземных вод, степени трещиноватости пород и других факторов. Растворимость карбонатных пород в сотни раз меньше (при прочих равных условиях) 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, обнаруженные в результате изысканий, создавались за счет растворения пород, как правило, за геологически длительное время. Карстовые же полости, обнаруженные в сульфатных породах, могут развиться за счет растворения до критически опасных размеров в пределах расчетного срока службы сооружений. Наиболее активно процессы растворения протекают на границе залегания карбонатных и сульфатных пород. При наличии суффозионных процессов вынос мелкодисперсного материала из трещин и полостей за счет изменения гидродинамических условий также приводит к увеличению размеров пустотного пространства. В ряде случаев при техногенных воздействиях, таких как утечки хозяйственных вод, насыщенных кислотами, органическими веществами и др., загрязнение подземных вод в зонах расположения свалок, искусственное увеличение скоростей фильтрации вод и т.д., скорость растворения сульфатных и карбонатных пород может увеличиться в несколько раз. 2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ КАРСТУЮЩИХСЯ ПОРОД В зависимости от расположения карстующихся пород относительно земной поверхности карст подразделяется на два типа: 1. Открытый карст, когда карстующиеся породы выходят на дневную поверхность или покрыты лишь почвенно-растительным слоем. 30 2. Покрытый карст, когда над карстующимися породами залегают некарстующиеся 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. Чем больше глубина залегания карстующихся пород, тем больше трудностей при проведении изысканий и осуществлении противокарстовой защиты. При проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений всегда следует отмечать глубину залегания карстующихся пород относительно активной зоны оснований сооружений, так как методы оценки карстовой опасности и способы противокарстовой защиты будут принципиально отличаться в условиях, когда карстующиеся породы залегают в пределах сжимаемой зоны оснований сооружений или за пределами сжимаемой зоны. В зависимости от степени водопроницаемости грунтов покровной толщи различают следующие подтипы покрытого карста: А. Карстующиеся породы покрыты водонепроницаемыми грунтами. Б. Карстующиеся породы покрыты водопроницаемыми грунтами. 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 этот процесс распространен на закарстованных участках в г. Нижнем Новгороде, Дзержинске, Арзамасе и др. (примерно на 15% закарстованной территории области). Отличительной чертой карстово-суффозионного процесса является то, что он чрезвычайно чувствителен к таким техногенным воздействиям, как 31 утечки вод из водонесущих коммуникаций, работа грунтовых водозаборов, вибродинамические воздействия на грунтовое основание и т.д. На территории Нижегородской области карст проявляется в виде различных поверхностных и подземных проявлений. К наиболее характерным поверхностным проявлениям карста относятся: - карстовые провалы; - локальные оседания; - оседания; - карстовые ( карстово-суффозионные ) просадки. Карстовые провалы – это деформации земной поверхности (основания сооружения), образующееся вследствие обрушения толщи грунтов над полостями, находящимися в карстующихся породах или перекрывающих их грунтах. Карстовым провалам часто предшествуют карстово-суффозионные процессы, когда происходит вынос выше залегающих пород (песков, глин, разрушенных до муки известняков, доломитов) в карстовые полости или трещиноватые зоны с частичным или полным их заполнением. Карстовые провалы представляют наибольшую опасность для большинства зданий и сооружений в силу следующих особенностей: - в большинстве случаев провалы образуются практически мгновенно, иногда образованию провала предшествуют просадки или локальные оседания; - явные (визуальные) признаки возможного провалообразования чаще всего отсутствуют (такие признаки появляются в большинстве случаев лишь за несколько минут до образования провала на земной поверхности или в основании сооружения); - диаметры карстовых провалов на закарстованных территориях Нижегородской области колеблются в широких пределах (от 0,5 до 50 м и более), а глубины достигают, как правило, нескольких метров. При этом диаметры увеличиваются во времени, особенно быстро в песчаных грунтах в первоначальный период после образования провалов; 32 - нередко на месте ранее образовавшихся провалов или непосредственно вблизи них образуются повторные провалы; - на месте ранее образовавшихся провалов (карстовых воронок) или вблизи них существует зона разуплотненных пород, которая под действием статических нагрузок и динамических воздействий может быть подвержена периодическим просадкам. водопроницаемости и Эта зона фильтрации является атмосферных, зоной повышенной поверхностных и технических вод. Карстовые локальные оседания – достаточно плавные деформации земной поверхности (основания сооружений) без разрыва или с частичным разрывом сплошности грунта с образованием постепенно растущей впадины. Локальные оседания связаны с прогибом толщи грунтов над полостями и разуплотненными зонами в покровной толще. Локальные оседания в Нижегородской области также, как и карстовые провалы, представляют серьезную опасность, хотя и несколько меньшую, чем карстовые провалы, в силу следующих их особенностей: - вертикальная скорость оседания грунта может достигать нескольких сантиметров в сутки; - время формирования локального оседания может изменяться от нескольких дней до нескольких месяцев; - конечные диаметры локальных оседаний, как правило, составляют несколько десятков метров, а глубина – до 1 м; - в зоне локальных оседаний существуют также значительные горизонтальные деформации. Карстовые оседания – плавные деформации земной поверхности без разрыва сплошности в виде мульды больших размеров в плане, связанные с интенсивным поверхностным и (или) объемным растворением карстующихся пород, а также с суффозионным выносом частиц песчаных грунтов в закарстованную толщу пород. Карстовые оседания в большинстве случаев 33 представляют значительно меньшую опасность для зданий и сооружений в сравнении с провалами и локальными оседаниями. Характерными особенностями карстовых оседаний являются следующие: - формирование мульды оседания продолжается более или менее постоянно в течение длительного времени (годы – десятки лет); - скорость оседания на разных участках мульды неравномерна и может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год, имеются периоды оживления и затухания оседания; - размеры мульды оседания могут достигать нескольких сотен метров; - в краевых частях мульды оседаний, связанных с интенсивным растворением карстующихся пород и прогибом покровной толщи, формируются зоны разуплотненных с поверхности грунтов, благодаря которым облегчается инфильтрация поверхностных и атмосферных вод в грунт, что увеличивает вероятность карстово-суффозионных провалов; - в зоне оседаний помимо вертикальных деформаций имеются и горизонтальные деформации. Карстовые (карстово-суффозионные) просадки. Характерными особенностями их являются следующие: - как и провалы, карстовые просадки образуются практически мгновенно; - диаметры просадок в плане, как правило, составляют не более 3 м, а глубина до 0,25 м.; - чаще всего карстовые просадки образуются под действием статических и динамических нагрузок от сооружений и при длительном замачивании грунта; - карстовые просадки, как правило, не вызывают прогрессирующих разрушений зданий и сооружений. Под их воздействием чаще всего происходит образование трещин в стенах, перекос конструкций и т.п.; - в ряде случаев карстовые просадки предшествуют образованию провалов или локальных оседаний. 34 2.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ 2.4.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ В пределах Нижегородской области с учетом геологического строения выделяются следующие условные типы развития карста, определяемые, в основном, типами геологического разреза, условно названными как: Дзержинско-Нижегородский, Арзамасско-Павловский и Выксунско- Первомайский. Ниже приводится краткая характеристика выделенных типов разрезов. Дзержинско – Нижегородский тип разреза Особенностью данного типа разреза является приуроченность карста к долинам рек Оки и Волги, где с поверхности земли присутствует мощная толща песчаных четвертичных и плиоценовых отложений, подстилаемая верхнепермскими глинистыми породами татарского яруса или залегающая непосредственно на карстующихся карбонатных породах казанского яруса верхней Перми или сульфатных породах сакмарского яруса нижней Перми. Карст – преимущественно карбонатно-сульфатный, реже только карбонатный или сульфатный. Развитие карста в данном районе тесно связано с проявлением неотектоники. В этом районе отмечается повышенное залегание растворимых пермских отложений казанского и сакмарского яруса, приуроченных к Дзержинской зоне поднятий. Новейшие движения обновляют системы трещиноватости и создают условия растяжения в части линейных и площадных структур. В определенные моменты формирования древних долин рек Оки и Волги базис эрозии понижался, русла рек заглублялись в коренные породы пермского возраста, где с наличием трещиноватости и растворимых пород 35 создавались предпосылки для развития карста. Наибольшая закарстованность приурочена к участкам сильнорасчлененного рельефа кровли карстующихся пород в пределах долин Пра-Клязьма- Пра-Волга и приустьевой части ПраОки. Покровная толща представлена преимущественно четвертичными аллювиальными разнозернистыми песками, при этом крупность песка увеличивается с глубиной. Местами в песках встречаются прослои супеси, суглинка ( ). Мощность песчаных отложений изменяется от 14 м до 80 м. Подстилаются песчаные отложения породами татарского яруса верхней Перми ( ). Представлены они, в основном, глинами мергелистыми и алевритистыми с прослоями алевролитов, от слабо сцементированных до крепких; алевритов, реже песков полимиктовых. Глины – твердые, полутвердые, как правило, трещиноватые. Местами по трещинам встречается вторичный гипс. Прослои гипса в глинах часто выщелочены, в результате чего в них встречаются каверны и трещины. Как правило, толща литологически не выдержана по простиранию и в разрезе, нередко полностью размыта. Мощность отложений татарского яруса верхней Перми различная и изменяется, как правило, от 0 до 40 м. Казанский ярус верхней Перми ( ) представлен известняками и доломитами. Породы большей частью средне- и сильнотрещиноватые, местами разрушены до щебня, дресвы, известково-доломитовой муки, сильнозакарстованные. На отдельных участках они полностью уничтожены карстовым процессом. В интервале их залегания отмечаются полости высотой до 10 м, как незаполненные, так и заполненные целиком или частично привнесенным и обрушенным материалом. Мощность отложений изменяется от 0 до 25 м. Следует отметить, что данные породы вследствие их значительной трещиноватости наиболее подвержены карстовому процессу, несмотря на то, что скорость растворения их крайне мала. Однако при техногенном химическом загрязнении подземных вод, в том числе 36 органическими соединениями, скорость растворения карбонатных пород увеличивается в десятки и сотни раз. Растворение карбонатных пород может происходить по-разному, а именно: - выборочное растворение – растворение внутри толщи пород по поверхностям наслоения с формированием субгоризонтальных полостей в толще пород или по трещинам с образованием субвертикальных пустот; - поверхностное растворение – растворение поверхности карстующихся пород с формированием понижений (мульд) в кровле карбонатов; - растворение всего массива формированием разрушенной карстующихся толщи пород в целом с пород до состояния щебня и карбонатной муки. Гипсы и ангидриты сакмарского яруса нижней Перми ( ) залегают на глубинах от 20 до 80 м. Эти породы подвержены растворению во много раз превышающей скорость растворения карбонатных пород. Характерной особенностью такого растворения является зависимость скорости растворения от скорости движения воды. Как правило, растворение сульфатных пород происходит выборочно с образованием полостей и (или) с формированием понижений на поверхности пород. При данном типе геологического разреза 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 татарского яруса верхней Перми. Грунтовые воды, приуроченные к четвертичным песчаным отложениям, как правило, пресные, являются агрессивными по отношению к карбонатным и сульфатным породам. Грунтовые воды аллювиальных отложений имеют гидравлическую связь с трещинно-карстовыми водами пермских отложений. На территории развития карста по данному типу разреза встречаются все виды поверхностных карстопроявлений, связанных 37 как с собственно карстовым, так и с карстово-суффозионным процессами. Однако наиболее часты провалы и карстовые просадки. Арзамасско-Павловский тип разреза В Арзамасско-Павловском типе геологического разреза растворимые карстующиеся породы (известняки, доломиты, гипсы, ангидриты), как правило, залегают относительно близко к земной поверхности. Реже встречаются участки, где карстующиеся породы залегают на глубине до 60 м. В большинстве случаев карстующиеся породы перекрыты глинистыми грунтами четвертичного и пермского возраста. По долинам рек карстующиеся породы залегают непосредственно под четвертичными аллювиальными отложениями, на склонах долин они иногда выходят на поверхность. Преобладает карст карбонатно-сульфатный и реже только карбонатный или сульфатный. Четвертичные отложения представлены элювиально-делювиальными глинистыми грунтами, лессовидными суглинками проблематичного генезиса, флювиогляциальными, а в долинах рек аллювиальными песчано-глинистыми отложениями. Мощность четвертичных отложений изменяется от 0 до 30 м. Ниже залегают породы татарского яруса верхней Перми, представленные глинами, мергелем, алевролитом. Мощность этих отложений колеблется от 0 до 50 м. Отложения казанского яруса верхней Перми, чаще залегающие под глинами татарского яруса, представлены известняками с прослоями доломитов. Мощность казанских отложений достигает 15 м. На отдельных участках казанские отложения отсутствуют. Для них, как правило, характерно выборочное или объемное растворение. Породы – трещиноваты, часто разрушены до состояния щебня, дресвы, известково-доломитовой муки, местами полностью растворены с образованием полостей различной высоты, заполненных водой или привнесенным материалом. Высота зафиксированных полостей составляет от 0,2 до 3,0 м. 38 Гипсы и ангидриты, сакмарского яруса нижней Перми на контакте с вышележащими отложениями казанского и татарского ярусов верхней Перми в данном районе наиболее подвержены процессам растворения с образованием каверн и полостей. Высота полостей изменяется от 0,2 до 7,0 м. К известнякам и доломитам, а где они отсутствуют, к кровле гипсоангидритовой толщи приурочен напорный водоносный горизонт, водоупором для которого является монолитная часть гипсо-ангидритовой толщи. Из поверхностных карстопроявлений наиболее распространены провалы. Выксунско-Первомайский тип разреза Выксунско-Первомайский тип разреза характеризуется развитием карбонатного карста в породах казанского яруса верхней Перми и в отложениях каменноугольной системы, которые имеют распространение в южной части Нижегородской области и представлены известняками и доломитами. Карстующиеся карбонатные породы залегают близко к поверхности земли, особенно в склонах долин рек, ручьев и оврагов, где они нередко выходят на дневную поверхность. Для этих пород характерно объемное и выборочное растворение (с образованием глубоких трещин и расчлененного рельефа поверхности карстующихся пород), в результате чего данные породы местами разрушены до состояния известково-доломитовой муки, дресвы, щебня. Вне эрозионной сети карстующиеся породы залегают под четвертичными флювиогляциальными, моренными, делювиальными, чаще песчано-глинистыми отложениями, мощностью до 20 м. Карстующиеся породы как обводнены, так и находятся в зоне аэрации. Часто наблюдаются процессы активизации суффозии под действием техногенного обводнения. В южной части области под четвертичными отложениями залегают юрские породы, представленные глинами с прослоями песка. Их наличие резко снижает активность карстовых процессов и суффозии. Наиболее являются характерными карстовые просадки поверхностными и неравномерные карстопроявлениями осадки оснований 39 сооружений. Карстовые провалы происходят намного реже, чем на территориях распространения других типов геологического разреза. 2.4.2. МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ Основными задачами инженерно-геологических изысканий в районах развития карста Нижегородской области являются: - оценка развития карста под влиянием природных и техногенных факторов; - выделение границ различной степени карстоопасности с определением категории устойчивости относительно карстовых деформаций; - рекомендации по рациональному использованию территорий для строительства и необходимыми противокарстовыми мероприятиями; - определение параметров противокарстовой защиты. Инженерно-строительные изыскания на неизученных ранее закарстованных территориях выполняются, как правило, в три стадии для разработки: - генерального плана города или проекта детальной планировки города, поселка; - проекта застройки микрорайона, квартала, группы жилых и общественных зданий, промышленных или гражданских объектов; - рабочей документации под отдельные здания и сооружения. На закарстованных территориях Нижегородской области, где уже имеется районирование по категориям устойчивости закарстованных территорий относительно карстовых провалов в масштабе 1:50 000 и крупнее, изыскания выполняются в две стадии: - для разработки ТЭО; - для разработки рабочей документации. В состав изысканий входят, как правило, следующие виды работ: - сбор, анализ и обобщение материалов изысканий прошлых лет, а также сведений по опыту строительства и эксплуатации зданий и сооружений; 40 - изучение аэрокосмофотоматериалов; - маршрутные карстологические обследования местности; - геофизические исследования; - полевые исследования грунтов; - буровые работы; - гидрогеологические исследования; - лабораторные работы и экспериментальные исследования; - районирование и микрорайонирование (зонирование) закарстованной территории по характеру и степени карстоопасности; - разработка рекомендаций по противокарстовой защите. Для различных стадий состав работ должен обеспечить получение материалов, необходимых и достаточных для разработки проекта. Сбор и систематизация фондовых материалов геолого-съемочных работ, материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет, выполняется для всех стадий проектирования. Кроме того, следует изучить материалы по опыту строительства и эксплуатации зданий и сооружений в заданном районе. При сборе и обобщении материалов необходимо: - проанализировать крупномасштабную топооснову и произвести сравнение старой топоосновы с современной, с целью выявления новых карстопроявлений; - собрать данные по бурению скважин любого назначения, зондированию и лабораторным исследованиям грунтов, геофизическим исследованиям, опытным гидрогеологическим работам; - установить наличие или отсутствие аэрофотосьемки в районе проектирования; - изучить сведения по деформациям существующих зданий и сооружений; - проанализировать эффективность осуществленных противокарстовых мероприятий в районе проектирования. 41 При сборе этих материалов необходимо в максимальной степени использовать архивы организаций и предприятий. Аэрокосмофотоматериалы (АКФМ) При наличии аэрокосмофотоматериалов выполняется их дешифрирование, как правило, на начальных стадиях проектирования новых объектов и для рационального выбора участка их размещения, с учетом морфоструктурных, структурно-тектонических особенностей строения изучаемой территории, геодинамических условий ее развития, а также техногенных воздействий на геологическую среду. При необходимости АКФМ используются при оценке карстоопасности участков расположения крупных промышленных предприятий и транспортных коммуникаций. Для изучения геодинамических и морфодинамических процессов, определяющих необходимо тенденцию использовать развития процессов разновременные карстообразования, материалы космо- и аэрофотосъемок. Дешифрирование АКФМ следует морфоструктурным, морфометрическим проводить и в комплексе с карстологическим анализом разномасштабных топооснов, после чего при проведении маршрутного карстологического обследования проводится заверка результатов дешифрирования. Маршрутное карстологическое обследование местности В карстовых районах маршрутное карстологическое обследование местности (инженерно-геологическая рекогносцировка, инженерно- геологическая съемка) − обязательный вид инженерно-геологических изысканий для всех стадий проектирования, а также для решения специальных задач (разработка мероприятий по защите зданий и сооружений в особо сложных условиях, изыскания для принятия решений по ликвидации аварийных ситуаций, карстологическая паспортизация и т.п.). Маршрутное карстологическое обследование наряду с обычными инженерно-геологическими задачами должно решать специальные задачи: 42 изучение условий и закономерностей распространения карстопроявлений, их возраста, характера и интенсивности проявления, влияние техногенных воздействий на активизацию карста. При маршрутном карстологическом обследовании фиксируются: - геологические, гидрогеологические, почвенно-геоботанические и геоморфологические особенности обследуемой территории; - проявления карста на земной поверхности (свежие провалы, воронки и т.д.); - характерные для закарстованных территорий деформации зданий и сооружений; - гидрологические и гидрогеологические проявления карста − замкнутые водосборы, очаги поглощения поверхностных вод, карстовые источники, карстовые озера и т.д.; - места техногенных воздействий, их характер, продолжительность и интенсивность. Дополнительно обследуются водозаборные, гидротехнические, водо-, газо-, нефте- и продуктопроводы и другие сооружения (искусственные водосборники, насыпи, котлованы, свалки) с точки зрения их влияния на развитие карстовых и карстово-суффозионных процессов. На территории, где проводилось дешифрирование аэрокосмофотоматериалов, при инженерно-геологической съемке должна быть проведена полевая сверка выявленных карстопроявлений, зон повышенной влажности, линеаментной сети и т.д. В процессе маршрутных наблюдений ведется полевое описание и картирование всех имеющихся проявлений карста с детальностью, обеспечивающей достаточный объем исходных данных для их корректной статистической обработки. Описание провалов дополнительно должно включать время образования карстовых деформаций и наблюдения за явлениями в процессе их формирования. При необходимости проводится расчистка воронок с целью определения возраста и установления 43 пространственно-временных закономерностей проявления карста на поверхности. При инженерно-геологической съемке масштабов 1:25000 и 1:10000 среднее число точек наблюдений на 1 км следует устанавливать с учетом категорий сложности инженерно-геологических условий и масштаба съемки. На участках с количеством карстопроявлений более 50 на 1 км съемку следует проводить в укрупненных масштабах (1:5000-1:2000), а на остальной территории − в масштабе съемки. При инженерно-геологической съемке масштаба 1:5000-1:2000 обследование проводится в масштабе съемки. При планировании объемов и стоимости работ по карстологическому обследованию местности предусматривается дополнительное количество точек наблюдений сверх установленных действующими нормами. При составлении карты фактического материала зафиксированные карстопроявления (как существующие, так и не сохранившиеся) наносятся с учетом масштаба съемки, значимости и характера распределения отдельных форм. Геофизические исследования Геофизические исследования карста в Нижегородской области являются наиболее эффективными и экономичными методами в комплексе инженерных карстовой изысканий. опасности на Их применение целесообразно эксплуатируемых объектах, а при оценке также при проектировании новых зданий и сооружений I и II уровня ответственности. Геофизические работы должны предшествовать полевым опытным работам и бурению скважин. Целью геофизических исследований является инженерно- геологическое обоснование оценки карстоопасности в случаях, когда получение информации о развитии карстовых и карстово-суффозионных процессов другими методами запрещено. Задачи геофизических исследований при инженерно-геологических работах на закарстованных территориях должны соответствовать 44 возможностям методов в конкретных геологических условиях. Наряду с решением общегеологических задач (оценка мощности и литологии покровных и карстующихся отложений, определение уровня грунтовых вод и т.д.) должны решаться и специальные задачи: а) обнаружение полостей (при благоприятных условиях) и определение их размеров; б) выявление зон повышенной трещиноватости в карстующихся отложениях; в) выявление разуплотненных зон в покровной и карстующейся толщах; г) выявление зон тектонических нарушений; д) выявление погребенных эрозионных форм различного генезиса; е) определение минерализации, скорости и направления потока подземных вод; ж) оценка степени разрушенности карстующихся отложений; з) изучение изменчивости физико-механических свойств карстующихся и покровных отложений. Геофизические методы исследований обеспечивают получение достоверной и достаточной для практического использования информации о строении и физических свойствах геологической среды, если одновременно выполняются следующие условия (требования): - пространственные характеристики и дифференциация физических свойств горных пород и подземных вод достаточны для того, чтобы они могли быть установлены с требуемой точностью применяемыми геофизическими измерительными средствами; - разработаны и применяются корректные системы наблюдений во внешних и внутренних точках инженерно-геологической среды; - разработаны и освоены приемы интерпретации результатов измерений на базе решения необходимого и достаточного количества прямых задач геофизики для сложнопостроенных геолого-геофизических сред; - работы проводятся в границах применимости используемого метода. 45 Выбор отдельных методов геофизических исследований или их комплекса в составе инженерно-геологических работ, последовательность выполнения зависят от поставленной задачи, стадийности изысканий, инженерно-геологических условий, технико-экономических показателей, вида и уровня ответственности зданий и сооружений. Комплексирование методов осуществляется исходя из возможностей методов при решении поставленных задач в конкретных инженерногеологических условиях и экономической целесообразности. Рационально в комплексе следует применять методы, использующие различные физические предпосылки и способствующие снижению уровня неоднозначности решений при их совместной интерпретации. Вид и размеры геофизических установок, шаг сети исследований, точность наблюдений выбирают в соответствии с особенностями геологического строения участка. Геофизические исследования выполняются планомерно с постепенным охватом всей площади изучения и укрупнением масштаба исследований с последующими детализационными работами на выявленных карстоопасных участках и проведением режимных наблюдений в наиболее опасных и ответственных местах. По мере выполнения исследований для повышения их информативной и экономической эффективности выполняется экспресс-интерпретация и производится корректировка сети и методов исследований. Детализационные исследования должны проводиться на участках, в пределах которых обнаружены признаки опасных карстовых и карстовосуффозионных проявлений. При этом должны использоваться как основные, так и вспомогательные геофизические методы, обеспечивающие получение максимального объема информации о пространственных характеристиках карстопроявлений. Результаты интерпретации геофизических данных представляются в виде геолого-геофизических разрезов и карт, на которых показано положение, форма и размеры выделенных геолого-геофизических элементов 46 со значением физических свойств или геофизических параметров, характеризующих наличие или отсутствие карстопроявлений. Интерпретация проводится на базе геолого-геофизической модели участка, составленной с учетом известных и прогнозируемых особенностей строения, физических свойств грунтов и процессов, в них протекающих. Результаты геофизических исследований, по возможности, сопровождаются оценкой инженерно-геологических характеристик горных пород и грунтов в естественном залегании, определенных по значениям физических свойств или геофизических параметров, через теоретические и эмпирические зависимости. Режимные геофизические наблюдения производятся для определения тенденции и интенсивности развития карстовых и карстово-суффозионных процессов на изучаемых участках, контроля за их развитием во времени и прогноза образования провалов и оседаний. Периодичность наблюдений выбирается в соответствии с установленной или ожидаемой скоростью развития карстово-суффозионных процессов и их проявлений. Проведение сопровождается режимных статистической инженерно-геологических и и мониторинговых обработкой оценочных интерпретационных наблюдений физических, параметров для определения тенденции их изменения с целью составления кратко- и среднесрочных прогнозов. Полевые исследования грунтов Одной из основных задач полевых исследований является определение физико-механических свойств грунтов. В соответствии с программой инженерно-геологических изысканий выполняются пенетрационно-каротажные исследования, статическое и динамическое зондирование, полевые испытания грунтов в скважинах и горных выработках. Пенетрационный естественном каротаж залегании. − способ Проведении исследования каротажа грунтов в (радиоактивного, 47 электрического) в процессе зондирования (динамического, статического) позволяет получить количественные характеристики свойств грунтов с достаточной степенью точности и представительности. Применение методов пенетрационных испытаний, статического и динамического зондирования позволяет определить: характер залегания грунтов различного литологического состава, положения границ между слоями, включая оценку степени однородности грунтов и степени плотности песчаных грунтов; физические и механические характеристики грунтов (показатель текучести, коэффициент пористости, модуль деформации, угол внутреннего трения и удельное сцепление); сопротивление грунтов под острием R и на боковой поверхности f свай [27,28]. Статическое зондирование грунтов (рис.1.) заключается во вдавливании в грунт зонда с одновременным измерением значений сопротивлений грунта под наконечником Fs и на боковой поверхности зонда qs. Для оценки угла внутреннего трения песчаных грунтов используют статическое и динамическое зондирование (рис.1,а). а) б) Рис.1. Установки для определения прочностных свойств: а - установка для статического зондирования: 1 - траверса; 2 - винтовая свая; 3 - наконечник; 4 - гидравлический домкрат; б - прессиометр:1 - рабочая камера; 2 - предохраняющая камера; 3 шланг; 4 - измерительное устройство; 5 - баллон со сжатым воздухом 48 Прочностные свойства крупнообломочных грунтов, образцы которых практически невозможно отобрать с ненарушенной структурой, определяются путем среза грунта. Деформационные свойства грунтов определяются в лабораторных условиях с использованием компрессионных приборов и стабилометров, а в полевых условиях при помощи прессиометра (рис. 1.,б) и штамповых испытаний [21,22]. Динамическое зондирование состоит в забивке в грунт стандартного конического зонда и измерении глубины его погружения от определенного числа ударов молота или, обратно, при задании установленной глубины забивки с измерением требуемого для этого числа ударов. По результатам динамического зондирования строятся графики изменения по глубине условного динамического сопротивления. Фактически статическое и динамическое зондирования позволяют определять одни и те же показатели свойств грунтов [29]. Рис.2. Примерный график статического зондирования: 1,2,3,4 - наименования грунтов 49 Полученные данные используются для выявления и оконтуривания в толще покрывающих пород разуплотненных зон и полостей; погребенных карстовых форм; изучения условий естественного залегания грунтов и подземных вод для уточнения геологического разреза, а также для прогноза наиболее вероятных зон провалообразования. В ПНИИИСе разработана и апробирована на объектах Нижегородской области методика прогнозирования провальной опасности по результатам вероятностно-статистической обработки данных статического зондирования (Хоменко В.П.. Патент Российской федерации, 1989 N 1752869). Выполнение различных видов зондирований позволяет выявить наиболее карстоопасные участки. В некоторых случаях используются полевые методы исследований при помощи зондирования и радиоактивного каротажа. Прочностные характеристики грунтов определяются полевыми методами. В полевых условиях сопротивление сдвигу слабых грунтов определяется методом вращательного среза в скважинах. Буровые работы На территории интенсивного развития карста, выявленного по результатам маршрутных наблюдений, геофизических исследований, полевых опытных работ, проходка буровых скважин должна осуществляться в первую очередь на ключевых участках площадок, на которых выполнены геофизические исследования. Основными задачами бурения скважин являются: - изучение геологического строения на заданной площади; - изучение гидрогеологических параметров водоносных горизонтов; - изучение состава, состояния, свойств пород покрывающей толщи, включая выявление и изучение полостей и разуплотненных зон в покрывающих породах; 50 - изучение состава, состояния и свойств пород карстующейся толщи, их трещиноватости и закарстованности (выявление карстовых полостей, кавернозных и разрушенных зон); - отбор образцов горных пород и подземных вод на лабораторные исследования. Проходка скважин при инженерных изысканиях на закарстованных территориях производится механическом способом колонковым или ударным видом бурения. Конструкция и глубина буровых скважин определяется типом геологического разреза и зависит от глубины залегания карстующихся пород и мощности закарстованной зоны. Начальный диаметр скважины на карст должен быть 127-168 мм. Скважинами вскрывается вся закарстованная зона с заглублением в монолитные, неизмененные карстовым процессом породы до 5 м. Конечный диаметр бурения должен быть не менее 89 мм. При бурении четвертичные песчано-глинистые отложения (при 1, 2, 3ем типах геологического разреза) допускается проходить обсадной колонной сплошным забоем, без отбора керна, с промывкой глинистым раствором. При этом выполняется фиксация скорости проходки, наблюдение за режимом промывки, шламом, цветом промывочной жидкости. Особое внимание следует обращать на случаи провалов и быстрого погружения бурового инструмента и на случаи резкого поглощения промывочной жидкости. Перекрыв обсадной колонной четвертичные песчано-глинистые отложения, ее необходимо углубить в глинистые пермские породы на 0,5 - 1,0 м, а при их отсутствии − в карбонатные или сульфатные породы, но на меньшую глубину, не допуская прихвата башмака колонны. Затем требуется промыть скважину от бурового раствора и шлама чистой водой для последующего замеров уровней и отбора проб воды. Плотные глинистые породы ( ) проходятся с промывкой водой; трещиноватые, алевритистые − с подливом воды в скважину или в сухую. Разрушенная, сильнотрещиноватая зона пермских отложений казанского и 51 сакмарского ярусов проходится без промывки укороченными рейсами (до 0,5 м) по карбонатной муке, разрушенные до дресвы и щебня известняки − с фиксацией скорости проходки и обеспечением выхода керна не менее 80%. Заполненные и незаполненные полости фиксируются по провалу бурового инструмента. Крепкие гипсы и ангидриты проходятся с промывкой водой с полным отбором керна. Технология проходки скважин должна уточняться по данным опережающих геофизических исследований. В процессе бурения обязательны гидрогеологические наблюдения, при которых отмечаются: - интервалы различного характера циркуляции промывочной жидкости (нормальная циркуляция, частичное, большое или полное поглощение); - глубина появления воды для каждого водоносного горизонта; - скорость восстановления уровня воды в скважине и установившийся уровень для каждого из интервалов поглощения. Буровые работы должны сопровождаться комплексом геофизического обследования скважин (ГИС) для получения дополнительной информации об инженерно-геологическом строении и состоянии грунтов. С помощью ГИС определяют состав и физические свойства грунтов, места водопритоков, скорость и направление потока подземных вод, уточнение положения литологических границ, зон трещиноватости и полостей. Основной комплекс методов ГИС состоит из электрокаротажа методом кажущихся сопротивлений (КС), гамма-каротажа (ГК), кавернометрии, резистивиметрии и термометрии. Как вспомогательные методы используются расходометрия, измерение вызванного потенциала (ВП), сейсмоакустический каротаж (АК), нейтроннейтронный каротаж (ННК) и гамма-гамма каротаж (ГГК). На особо ответственных объектах при необходимости для детального расчленения разреза и выявления локальных неоднородностей выполняются 52 межскважинное электромагнитное (радиоволновая томография) или сейсмическое просвечивание. После окончания работ скважины ликвидируются с помощью тампонажа (интервалов в глинистых породах − глиной; в скальных и полускальных − песчано-цементным раствором). Результатом проведения вышеперечисленных мероприятий является инженерно-геологический разрез, представляющий собой чертеж, на котором изображены горные выработки (скважины, шурфы), выделены слои грунта, показана их мощность, нанесен ряд показателей их свойств, показан уровень грунтовых вод (приложение 2). Гидрогеологические исследования К гидрогеологическим исследованиям на закарстованных территориях предъявляются повышенные требования. На изучаемой территории (площадке) для всей толщи покрывающих, карстующихся, а также, насколько это необходимо, подстилающих пород, должны быть установлены все водоносные, водопроницаемые, неводоносные и водоупорные горизонты и зоны, уровни, температура, химический состав, растворяющая способность вод к карстующимся породам. При необходимости, в соответствии со СНиП и другими нормативными документами, в техническом задании заказчика и программе изысканий предусматриваются дополнительные гидрогеологические задачи: режимные наблюдения (мониторинг); гидрогеологическое моделирование; изучение взаимосвязи между водоносными горизонтами, гидравлическая связь с ближайшими поверхностными водотоками и водоемами, потери из водохранилищ, утечки из водонесущих коммуникаций и емкостей и т.д. Опытно-фильтрационные работы (откачки, наливы, нагнетания) производятся по имеющимся методикам для определения коэффициентов фильтрации (водопроводимости), уровнепроводности (пьезопроводности), водоотдачи (водовместимости), удельных и общих дебитов, направления и скорости движения вод, а также коэффициентов сопротивления водоупоров, 53 коэффициентов перетекания, величины перетекания вод, градиентов горизонтальной и вертикальной фильтрации. Проводятся опыты по запуску индикаторов в скважины или в места поглощения вод для определения направления и скорости их движения. При выполнении опытно- фильтрационных работ измеряется температура и отбираются пробы воды на химический анализ. При выполнении мониторинга на исследуемой территории часть скважин должна обставляться и оборудоваться колоннами труб, фильтрами и оголовками для стационарных наблюдений за уровнями, температурой и химическим составом вод по специальной программе работ. Лабораторные работы и экспериментальные исследования Лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов в карстовых районах включают более широкий комплекс работ, чем в обычных условиях. В необходимых случаях обнаруженных карстовых (для определения полостей, степени опасности выявления механизма провалообразования, в том числе с учетом техногенных воздействий и т.д.) определяются физико-механические характеристики карстующихся пород: плотность, удельный вес, в т.ч. с учетом взвешивающего действия воды, модуль деформации и упругости, предел прочности на одноосное сжатие, растяжение и изгиб, как в монолитном залегании, так и в условиях, приближающихся к природным, с учетом трещиноватости и закарстованности. Для глинистых, песчаных и крупнообломочных пород выполняются общепринятые лабораторные исследования физико-механических свойств. В случае необходимости проводятся специальные лабораторные исследования, которые используются не только в обычных целях, но и для решения специфических задач: оценке гидрогеологических условий развития карста, определение суффозионных свойств, выноса заполнителя из карстовых 54 полостей и трещин, изучение токситропных свойств песчаных грунтов и карбонатной муки. Минерало-петрографические исследования и изучение химического состава горных пород проводится с целью оценки способности горных пород к растворению подземными водами, в том числе с учетом их техногенного загрязнения, а также для уточнения литолого-стратиграфического расчленения карстующейся толщи и покрывающих отложений, решения специфических задач (например, изучение возраста и истории развития карста). Химический анализ подземных вод выполняется для определения степени их агрессивности к карстующимся породам и скорости растворения этих пород, выделения гидрохимических зон, изучения взаимосвязи между водоносными горизонтами, изменений химического состава подземных вод под влиянием естественных и техногенных факторов. При необходимости определения возраста карстовых воронок и полостей дополнительно применяются спорово-пыльцевой, палеонтологический, археологический и радиоактивный методы. Экспериментальные лабораторные исследования, включая моделирование, проводятся при необходимости: - установления основных, главным образом, количественных закономерностей карстового процесса (определение скоростей растворения пород, выявление деформаций механизма применительно к карстовых конкретным и карстово-суффозионных инженерно-геологическим условиям); - прогноза развития карста во времени и пространстве с учетом воздействия техногенных факторов; - оценки степени опасности обнаруженных карстовых полостей; - определения параметров проектирования противокарстовых мероприятий. 55 Химико-кинетическое моделирование применяется при экспериментальном изучении процессов растворения в карстующихся породах. В целях экспериментального изучения различных гравитационных процессов, протекающих над карстовыми полостями, используется моделирование методом эквивалентных материалов. Физическое гидрогеологическое моделирование применяется для экспериментальных исследований фильтрационно-гравитационных деформаций, протекающих в водонасыщенных грунтах над карстовыми полостями и трещинами или над сквозными нарушениями в водоупорах, связанных с карстовыми процессами. Геолого-геофизическое моделирование применяется для оценки эффективности методов в конкретных инженерно-геологических условиях, для определения оптимальных размеров измерительных установок и сети наблюдений. Лабораторное моделирование карстово-суффозионных процессов и их активизации обязательно на участках, прилегающих к грунтовым водозаборам. Проведение моделирования и интерпретация его результатов требуют использования специальных методик, технологий и экспериментального оборудования, которые имеются в Госпредприятии «Противокарстовая и береговая защита». 56 ГЛАВА III. ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ НА ПРИМЕРЕ УЧАСКА В ЗАРЕЧНОЙ ЧАСТИ НИЖНЕГО НОВГОРОДА 3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКА Участок изысканий расположен в Автозаводском районе Нижнего Новгорода. В целях изучения инженерно-геологических условий участка строительства ОАО«НижегсродТИСИЗ» выполнил следующие виды и объемы работ (таблица 9). Таблица 9 Виды и объемы работ Виды работ Един. измерен. Объемы работ по прогр. Методика выполненных работ фактич. 1. Бурение скважин: скв. 2 2 Механическое, диаметром до168 мм м 40 40 ударно-канатное (способ бурения) 2. Отбор монолитов 3. Полевые опытные работы шт. - - Задав.грунтоносом ГВ-123 точка 8 8 ПИКА - 14, зонд Ш типа статическое зондирование 4. Лабораторные Грансостав, влажность, исследования пластичность, химический анализ воды 5. Разбивка и привязка выработок и точек точка 8 8 От твердых контуров ситуации Система высот Балтийская, система координат местная для Нижнего Новгорода. Инженерно-геологические изыскания выполнены в соответствии с требованиями действующих нормативных документов СНиП 11-02-96, СП 11-105-97, СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.03.11-85 и других, указанных в тексте отчета. 57 В геоморфологическом отношении участок является частью II надпойменной террасы р.Оки. Отметки поверхности земли изменяются от 76.9 до 77.4м БС. (по устьям инженерно - геологических выработок).[35,36] Геолого-литологическое строение участка (см. приложение 2) представлено (сверху - вниз) в таблице 10. Таблица 10 Геолого-литологическое строение участка № слоя Возраст, генезис, описание грунтов, площадное Мощность, распространение 1 м tQIV − Насыпной грунт: песок мелкий, реже суглинок 0.3-2.0 с включением строительного мусора и щебня кирпича. Отсыпан сухим способом, классифицируется как отвал грунтов, неоднородный, не слежавшийся. Распространен повсеместно с поверхности участка 2 aQIII − Песок пылеватый, светло-коричневый, 0.6-2.7 желтовато-серый, серый, кварцевый, глинистый, с прослоями суглинка. Распространен в верхней и средней частях разреза. 3 aQIII − Песок мелкий, желтый, светло-серый, 1.9-9.1 кварцевый, в отдельных интервалах глинистый. Составляет основную часть разреза 4 aQIII − Песок средней крупности, светло-серый, кварцевый. Распространен в основании разреза Гидрогеологические условия участка вскрытая 3.0-3.6 характеризуются наличием аллювиального водоносного горизонта. Установившийся уровень грунтовых вод на период производства полевых инженерно-геологических работ (октябрь 2003г. и август 1989г.) зафиксирован на глубинах 2.8-3.3 м, или на отметках 73.6-74.6 м БС. Горизонт безнапорный. По данным архивного отчета мощность водоносного горизонта на исследованном участке составляет 21.3-22.8м. 58 Максимальный прогнозный уровень аллювиального водоносного горизонта в условиях подпора от водохранилища Чебоксарской ГЭС соответствует отметкам 75.4-75.6м БС [10]. В периоды весеннего снеготаяния и обильного выпадения осадков возможно кратковременное обводнение насыпных грунтов водами верховодки. Результаты оценки степени агрессивного воздействия воды — среды на бетон марки W4 при коэффициенте фильтрации грунта > 0.1 м/сут приводятся в таблице 11. Таблица 11 Оценка степени агрессивного воздействия воды № Глубина Водовмещаю Степень СКВ. отбора, м щие грунты аллювиальный песок 3.0 аллювиальный песок 3.0 2 воздействия воды согласно СНиП 2.03.11-85 НСО3 1 агрессивного - РН СО; SO4²- мг-экв/л агр., мг/л мг/л 4,2 6,5 неагресс слабоагр 4,2 6.5 неагресс слабоагр 35,2 слабоагр 39.6 слабоагр 1519,26 сильноаг 1488.81 сильноаг Примечание: в числителе – значения показателей, в знаменателе – степень агрессивного воздействия. В результате анализа материалов изысканий выделено 6 инженерногеологических элементов – ИГЭ (см. табл. 12,13,14). ИГЭ №1 – Песок пылеватый, средней плотности, влажный и водонасыщенный. ИГЭ №2 – Песок пылеватый, плотный, влажный. ИГЭ №3 – Песок мелкий, средней плотности, влажный и водонасыщенный. ИГЭ №4 – Песок мелкий, плотный, влажный и водонасыщенный. ИГЭ №5 – Песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный. ИГЭ №6 – Песок средней крупности, плотный, водонасыщенный. 59 Статическое зондирование выполнено в соответствии с ГОСТ 2006981. Результаты статического зондирования приведены в таблице 12 [37]. Таблица 12 Результаты статического зондирования № Колич. Значения q3 МПа Нормативные значения характеристик ИГЭ т.с.з. грунтов от до норма- е ρ тивное доли ед. г/см3 По табл. СП 11-105-97 с, кПа φ, град. Е, МПа 1 8 6.0/2.5 9.0/6.0 7.0/4.5 0.70 1.74/1.98 - 30 21 2 4 9.0 11.5 11.0 0.59 1.86 - 33 29 3 8 5.0 10.0 8.0 0.68 1.76/1.99 - 32 25 4 8 12.0 24.0 18.0 0.59 1.86/2.04 36 38 5 3 11.0 13.1 11.5 0.61 2.03 - 34 30 6 8 16.0 25.0 22.6 0.54 2.07 - 37 41 Примечание: 1. Для ИГЭ № 1,3,4 в числителе приведены значения характеристик песков влажных, в знаменателе - водонасыщенных. 2. Приведенные в таблице 4 значения " р " определялись по формуле: р = (р 1 + е) / (1 + е) - для водонасыщенных песков. р =ps(l +W) / (1 + е) - для влажных песков. где: ps - плотность частиц грунта, принята для песков: пылеватых -2.67 г/ см3, мелких 2.66 г/ см3, средней крупности - 2.65 г/ см3 е - коэффициент пористости, принятый по табл. 2 ГОСТ 25100-82, плотность сложения песков определена по результатам зондирования. Основные характеристики грунтов по инженерно-геологическим элементам приведены в таблицах 5,6, где: W - природная влажность, с - удельное сцепление, Ji - показатель текучести, q> - угол внутреннего трения, е - коэффициент пористости, Е - модуль деформации, р - плотность грунта, Ro - расчетное сопротивление 60 ИГЭ № 1 - Песок пылеватый, средней плотности, влажный и водонасыщенный. Распространен в верхней и средней частях разреза. В своем составе содержит прослои суглинка.(таблица 13.1) [28] доли - - - 11 - 0.70 - - 0.70 Статическое зонднровавне Принятые нормат-е значения По таблицам СНиП 2.02.01-83 11 Лабораторные исследования Геофизические исследования, штампы W Размерность Хар-ка грунтов Таблица 13.1 единиц е доли единиц р г/см3 - 1.74/1.98 - - 1.74/1.98 с кПа - - - 3 3 φ градусы - 30 - 28 28 Е МПа - 21 - 15 15 ИГЭ № 2 - Песок пылеватый, плотный, влажный. Распространен в верхней части разреза. В своем составе содержит прослои суглинка (таблица 13.2.) Р с φ Е - - - 11 - 0.59 - - 0.59 - 1.86 33 29 - 5 32 24 1.86 5 32 24 Статическое зондирование 11 Принятые нормативные значения По таблицам СНнП 2.02.01-83 е доли единиц доли единиц г/см3 кПа градусы МПа Геофизические исследования, штампы W Лабораторные исследования Размерность Хар-ка грунтов Таблица 13.2 61 ИГЭ № 3 - Песок мелкий, средней плотности, влажный и водонасыщенный (таблица 13.3.). Составляет основную часть разреза. доли W Принятые нормативные значения По таблицам СНиП 2.02.01-83 Геофизически е исследования, штампы Статическое зондирование Лабораторные исследования Размерность Характеристика грунтов Таблица 13.3 11 - - - 11 - 0.68 - - 0.68 1.76/1.99 единиц е доли единиц Р г/см3 - 1.76/1.99 - - с кПа - - - 1 1 φ градусы - 32 - 31 31 Е МПа - 25 - 25 25 ИГЭ № 4 - Песок мелкий, плотный, влажный и водонасыщенный (таблица 13.4.). Составляет основную часть разреза. W доли Принятые нормативные значения По таблицам СПиП 2.02.01-83 Геофизически е исследования, штампы Статическое зондирование Лабораторны е исследования Размерность Характеристика грунтов Таблица 13.4 11 - - - 11 - 0.59 - - 0.59 единиц с доли единиц Р г/см 3 - 1.86/2.04 - - 1.86/2.04 с кПа - - - 3 3 φ градусы - 36 - 34 34 Ё МПа - 38 - 34 34 62 ИГЭ №5 - Песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный (таблица 13.5.). Распространен в основании разреза. доли 0.61 - - 0.61 Статическое зондирование Принятые нормативные значения По таблицам СНиП 2.02.01-83 - Лабораторные исследования Геофизические исследования, штампы е Размерность Характеристика грунтов Таблица 13.5 единиц Р г/см 3 - 2.03 - - 2.03 с кПа - - - 1 1 φ градусы - 34 - 36 36 Е МПа - 30 34 34 ИГЭ № 6 - Песок средней крупности, плотный, водонасыщенный. Распространен в основании разреза (таблица 13.6.). 0.54 - - 0.54 Статическое зондирование Принятые нормативные значения - Лабораторные исследования По таблицам СНиП 2.02.01-83 доли Геофизические исследования, штампы е Размерность Характеристика грунтов Таблица 13.6 единиц Р г/см3 - 2.07 - - 2.07 с кПа - - - 2 2 φ градусы - 37 - 38 38 Е МПа - 41 - 41 41 Примечание: для ИГЭ №№ 1,3,4 в числителе приведены значения характеристик песков влажных, в знаменателе - водонасыщенных. 63 Выводы: 1. В геоморфологическом отношении участок является частью II надпойменной террасы р. Оки. 2. Геологическое строение участка до глубины 20.0 м представлено аллювиальными песками различной крупности, перекрытыми с поверхности насыпным грунтом. 3. Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием аллювиального водоносного горизонта. 4. Установившийся уровень грунтовых вод на период производства полевых инженерно-геологических работ (октябрь 2003г. и август 1989г.) зафиксирован на глубинах 2.8-3.3 м, или на отметках 73.6-74.6 м БС. Горизонт безнапорный. По данным архивного отчета [11] мощность водоносного горизонта на исследованном участке составляет 21.3-22.8м. Максимальный прогнозный уровень аллювиального водоносного горизонта в условиях подпора от водохранилища Чебоксарской ГЭС соответствует отметкам 75.4-75.6м БС [10]. В периоды весеннего снеготаяния и обильного выпадения осадков возможно кратковременное обводнение насыпных грунтов водами верховодки. По результатам химического анализа грунтовые воды обладают слабой степенью агрессивного воздействия к бетону марки W4 по водородному показателю и содержанию агрессивной углекислоты, сильной степенью агрессивного воздействия по содержанию сульфатов. 4. Нормативные и расчетные значения характеристик физикомеханических свойств грунтов приведены в таблице 14.[25,26,27] 5. По степени морозной пучинистости согласно ГОСТ 25100-95 насыпные грунты и пески пылеватые ИГЭ №1,2 на момент изысканий являются среднепучинистыми. При промораживании в отрытом котловане насыпные грунты и пески мелкие ИГЭ №1,2 будут сильнопучинистымй. 64 Таблица 14 Физико-механические свойства грунтов № Наименование ИГЭ игэ Нормативные Расчетные характеристики характеристики (α = 0.85) Е, Р, С, МПа г/см3 кПа 1 Песок пылеватый, средней 174 плотности, влажный 3 28 φ, γ// р// с//, кПа φ// град. тс/м³ г/см³ 15 3 28 1.74 1.98 и 1.98 1.74 град. 1.98 водонасыщенный. 2 Песок пылеватый, 1.86 5 32 24 1.86 5 32 1.86 1 31 25 1.76 1 31 1.76 1.99 3 34 1.86 2.04 плотный, влажный. 3 Песок мелкий, плотности, средней 1.76 влажный и 1.99 1.99 водонасыщенный 4 Песок мелкий, плотный, 1.86 влажный 3 34 34 2.04 1.86 2.04 и водонасыщенный 5 Песок средней крупности, 2.03 средней 1 36 34 2.03 1 36 2.03 2 38 41 2.07 2 38 2.07 плотности, водонасыщенный 6 Песок средней крупности, 2.07 плотный, водонасыщенный. Примечания: 1. Для ИГЭ №№ 1,3,4 в числителе приведены значения характеристик песков влажных, в знаменателе − водонасыщенных. 2. Расчетные значения характеристик приняты равными нормативным согласно п.2.16. СНиП 2.02.01-83 при γ q=1,0. 6. Коррозионная активность грунтов согласно табл. 1,2,4 ГОСТ 9.60289: к стальным конструкциям − высокая, к свинцовой оболочке кабеля − высокая, к алюминиевой оболочке кабеля − средняя. 7. При проектировании необходимо предусмотреть наличие на исследованном участке погребенных фундаментов и выгребных ям. 65 8. Особые условия: По результатам изысканий прошлых лет, участок проектируемого строительства относится к карстоопасной территории. Заключение о карстоопасности участка было получено при помощи специального карстологического исследования на участке строительства в м/р «Соцгорода» Автозаводского района г.Н.Новгорода Федеральным Государственным Унитарным предприятием «Противокарстовая и береговая защита»[20,21,22]. 3.2. СПЕЦИАЛЬНОЕ КАРСТОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УЧАСТКА Целью специального исследования является детальное исследование площадки на предмет оценки карстоопасности. Работы направлены на выявление в покровной и карстующейся толщах полостей и зон, ослабленных карстово-суффозионным процессом, которые могли бы быть опасными для сооружения. Исследования выполнены в соответствии с требованиями действующих нормативных документов: СП 11-105-97, ТСН 22-308-98 НН. В ходе работы выполнен комплекс геофизических исследований: - электроразведка методом вертикальных электрических зондирований в модификации двух составляющих ВЭЗ МДС; - сейсморазведка МПВ; - микрогравиметрия. Дополнительно интерпретация была данных проведена статического специальная зондирования, карстологическая выполненного в 1989,2003 и 2004г. НижегородТИСИЗом [21,22] 3.2.1. Методика выполнения работ В основу оценки карстоопасности положен комплексный анализ характера геолого-геофизических условий геологической среды. Для оценки карстоопасности принимались во внимание следующие данные: 66 1. Инженерно-геологические условия участка. 2. Выявленные поверхностные и подземные карстопроявления на рассматриваемом участке и окружающей местности. 3. Возможное потенциальное влияние техногенных факторов на геологическую среду на площадке возведения сооружения. Для получения необходимых данных проведены следующие изыскательские работы: а) Карстологическая рекогносцировка. б) Гравиразведка повышенной точности. в) Электроразведка методом вертикальных электрических зондирований в модификации двух составляющих (ВЭЗ МДС). г) Сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ). Дополнительно проведена выполненных в 1989 зондирований [23-24], и а 2003 также карстологическая интерпретация НижегородТИСИЗОМ первичные материалы статических статических зондирований, выполненных в 2004 году. Методика проведения каждого метода исследований, поставленные задачи и результаты описаны в соответствующих разделах. Выявление участков карстоопасности проводилось путем совместного анализа результатов всех проведенных исследований по специальным методикам и приемам интерпретации [7,8,11,21,27]. Рекомендации по противокарстовой защите и эксплуатации сооружения даются в соответствии с действующими нормативными документами [2,9-14,19,21] с учетом реальности и технико-экономической эффективности их осуществления. 3.2.2. Условия развития карста В административном отношении участок работ расположен в микрорайоне «Соцгород» Автозаводского района Нижнего Новгорода. Площадка расположена на первой надпойменной террасе реки Оки [3]. 67 Естественный рельеф площадки не сохранился. В 1980-х годах он был спланирован во время сноса старых деревянных строений. С поверхности залегают насыпные грунты (tQjv), имеющие на площадке мощность до 6 м. Представлены они песком мелким и суглинком, строительным мусором. Абсолютные отметки поверхности техногенного рельефа находятся в пределах −76,5-77,5 м. Аллювиальные отложения ленинградско-осташковского (aQIIIln-os) горизонта, залегающие с глубины 5,8 м до глубины 23,6м (а.о.53,7м) в близлежащей скважине 575, представлены песками серыми, кварцевыми. Крупность песков возрастает сверху вниз. В песчаной толще встречаются маломощные линзы и прослои суглинка. В подошве аллювия залегают пески средней крупности и крупные, с гравием и галькой. Ниже залегают карстующиеся карбонатные породы нижнеказанского подъяруса (P2KZ1), представленные известняками и доломитами разной степени разрушенности. Мощность слоя в районе исследуемой площадки варьирует от 7,7м до 18,7м. Карбонатные породы закарстованы по всей высоте слоя и содержат разрушенные зоны (доломитовая мука, брекчия и т.д.), полости, заполненные кварцевым песком и незаполненные. Встречаются окремнелые и огипсованные участки крепких и плотных карбонатных пород. Карбонатные породы залегают несогласно с размывом на гипсах сакмарского яруса (P1s), кровля которых преимущественно трещиновата и кавернозна. Частично трещины заполнены доломитом. Абсолютные отметки кровли гипсов +35,0 м. Подстилают гипсы ангидриты плотные, крепкие, слаботрещиноватые, кристаллические вскрытые на глубине 47,5 м (а.о.+29,9м). Гидрогеологические наличием условия площадки горизонта грунтовых вод (аллювиального) характеризуются и подземных трещинно-карстовых вод казанско-нижнепермской карбонатно-сульфатной серии. Водоупором для вод трещинно-карстового горизонта служат плотные гипсы и ангидриты сакмарского яруса. В отсутствие комплекса глинистых 68 отложений татарского яруса (размытых в послеказанское время) оба горизонта имеют тесную связь. При этом уровень аллювиальных вод (глубина от поверхности на ноябрь 2003-февраль 2004г. - 2,8-3,0 м) местами несколько превышает появившийся уровень трещинно-карстовых вод. Впоследствии устоявшиеся уровни выравниваются. Агрессивность трещинно-карстовых и аллювиальных вод по отношению к CaSО4 и СаСО3 заметно убывает с глубиной. Закономерное убывание минерализации и иона SO42- снизу-вверх от 607 мг/л в гипсах (h=44,7 м) до 208 мг/л в карбонатах (h=33,2 м) и до 108 -76 мг/л в песках (h=l 3,5-3 м) позволяет предположить наличие разгрузки трещинно-карстовых вод в районе, включающем и площадки проектируемого строительства. Этот факт подтверждают и результаты электроразведки, проведенной в ходе настоящих исследований. По ее данным большая часть нижней толщи песчаных отложений имеет низкое удельное электрическое сопротивление (10-20 Ом·м), что соответствует водонасыщенным пескам с минерализацией воды ~2-3 г/л. Как уже отмечалось, до начала настоящих работ полные данные о состоянии карстующихся пород отсутствуют. Однако, по имеющимся данным [15], пустотность, разрушенность и трещиноватость карбонатных пород в районе исследований благоприятствуют развитию карстовосуффозионных процессов. Имеется вероятность существования незаполненных полостей под зданиями, подтверждением чему служит карстовый провал в 200-250 м, произошедший в 1989 г. Рассматриваемый участок расположен в пределах зоны повышенной геофильтрационной проницаемости пород покровной и карстующейся толщи, установленной при дешифрировании аэрофотоматериалов [25]. Предполагается, что в пределах таких зон породы, как правило, испытывают растягивающие деформации, создавая дополнительные благоприятные условия для развития карстово-суффозионного процесса. 69 В таких условиях наличие высокой водопроницаемости песков покровной толщи, отсутствие водоупорных между горизонтами подземных отложений и тесная связь вод благоприятствуют развитию суффозионных процессов, сопровождаемых выносом песков в толщу карстующихся пород. Характер суффозионного процесса, скорость его протекания и момент гидрогеологическими возникновения условиями и прямо связаны с их техногенными изменениями: при создании критического градиента превышения одного уровня подземных вод над другим. Следует отметить, что карстово-суффозионное провалообразование по типу восходящей или нисходящей фильтрации протекает достаточно быстро. Некоторым ограничением процесса является наличие прослоев суглинка в покровной толще. Проведенная в рекогносцировка ходе исследований карстологическая вблизи проектируемого сооружения поверхностных карстовых форм не выявила. Однако следует отметить, что рельеф территории значительно преобразован в ходе строительного освоения. Согласно «Схеме районирования заречной части г.Н.Новгорода по карстоопасности» участок [30] исследований находится в пределах территории, характеризуемой как опасная (I-III категория устойчивости по интенсивности провалообразования по СП 11-105-97 ч.П ). С учетом этого фоновая интенсивность провалообразования предварительно может быть оценена как II категория (λ = 0,1-1,0 пров./год·км2). Действующими нормами на проектирование необходимость приемлема в карстоопасных защитных здесь запроектированная противокарстовых конструктивная на районах расчетный пролет предусматривается мероприятий. Наиболее противокарстовая защита, карстового провала под фундаментом здания (Id). Методика расчета изложена в специальной литературе [15, 24]. Исходя из пессимистической оценки карстоопасности, вынужденно принятой (до момента настоящих исследований) в условиях 70 отсутствия достаточной информации, расчетный пролет (Id) для проектируемого здания предварительно может быть определен в 5,6 м [24]. Согласно действующим нормам СНиП 11-105-97 и ТСН 22.308-98 НН проектирование и строительство зданий I и II класса ответственности в карстоопасных районах должно проводиться по результатам специальных карстологических изысканий, выполненных в рамках отчетных работ. Такого рода исследования направлены на выявление в карстующейся и покровной толщах грунтов полостей и зон, ослабленных развитием карстовосуффозионного процесса, что позволяет планировочно обойти наиболее опасные участки, определить степень карстоопасности территории в контуре здания и уточнить параметры противокарстовой защиты. 3.2.3. Геофизические исследования Геофизические исследования включали гравиразведку, сейсморазведку методом преломленных вертикальных волн электрических (МПВ) и электроразведку зондирований в методом модификации двух составляющих (ВЭЗ МДС). Плановое положение геофизических точек показано на «Карте фактического материала» (рис. 3). Точки геофизических наблюдений располагались таким образом, чтобы в максимально возможной мере характеризовать состав и состояние грунтового массива основания сооружения. Плановая привязка точек геофизических наблюдений выполнена линейными промерами от твердых контуров. По результатам исследований составлены графики, планы и разрезы. Поисковым объектом для геофизических исследований являлось локальное пространство в покровной и карстующейся толщах, аномальное изменение плотностных, скоростных или имеющее электрических характеристик вследствие развития карстово-суффозионных процессов. 71 Рис. 3. Карта фактического материала 72 Геометрические характеристики аномалии, связанной с локальным карстовым объектом, можно (в упрощенном виде) представить исходя из имеющихся статистических характеристик провалов (диаметр, глубина) в районе исследований (или участков аналогов) и наиболее вероятного механизма развития карстово-суффозионных процессов в соответствующих инженерно-геологических условиях. Гравиразведка. Целью гравиметрических работ являлось выявление локальных участков распространения пород с пониженными плотностными характеристиками (объемной массой), а при благоприятных условиях − выявление и картирования полостей в основании проектируемого сооружения. Работа проводилась по методике, разработанной в ФГУП «Противокарстовая и береговая защита» для высокоточных гравиметрических исследований, ранее апробированной при решении данного рода задач в условиях индустриальных помех [7,8]. Полевые работы были выполнены при участии сотрудников фирмы «Деловой альянс-2000». Гравиметрические наблюдения были выполнены в 44 координатных точках по 2-м профилям с шагом 4 м. Для повышения точности измерения на пунктах опорной и рядовой сети осуществлялись отдельными независимыми звеньями продолжительностью не более 50-60 мин., с многократными повторениями по двуступенчатой методике. Использовались современные высокоточные модернизированные для микрогравиметрических исследований гравиметры типа ГНУ-КВ. Погрешность измерений составила ± 11 мкГал. Разбивка на местности пунктов гравиметрических наблюдений проведена с учетом проектного заложения профилей. Было выставлено и закреплено на местности специально очищенными площадками 44 пункта наблюдений. Их последующая высотная привязка осуществлялась нивелиром Н-3 и трехметровой двусторонней рейкой. Разбивка профилей, плановая и высотная привязка пунктов гравиметрических наблюдений проводились согласно [19]. 73 Фактическая привязка превышения fh, составила менее 3 см на 1 км хода, что обеспечивает определение поправки Буге с точностью 0,002 мГал. Плановая привязка осуществлялась мерной лентой от уверенно опознаваемых знаков на местности. Обработка полученных материалов заключалась в вычислении наблюдаемых значений тяжести и пересчет их в редукцию Буге; в введении поправок за широту наблюдения; снятии тренда регионального поля, условно представляемого плоскостью; построении графиков и карты локальных аномалий поля силы тяжести в редукции Буге, а также трансформации способом Андреева-Гриффина (рис. 4,5). Материалы обрабатывались по оригинальным алгоритмам с применением комплекса методических приемов, позволяющих наиболее полно учитывать различные факторы, искажающие поле силы тяжести. При качественной интерпретации анализировалось поведение гравиметрического поля по графикам поля силы тяжести ΔGб. Выделение локальных аномалий проводилось путем вычитания из аномалии Буге поля силы тяжести региональной составляющей, представленной плоскостью и трансформацией Андреева-Гриффина [27]. Количественная интерпретация проводилась в системах MathCAD и Гравика 3D. Особенностью поведения поля силы тяжести в пределах участка исследований является наличие нескольких значимых локальных отрицательных аномалий (интенсивностью до -20+30 мкГал), связанных с областями грунтов, имеющих пониженное плотностное сложение относительно их вмещающих (район точек 34-37, 45-47 и 9-12). Эти объекты могут быть соотнесены с поисковыми локальными объектами карстовосуффозионного генезиса в покровной толще грунтов или объясняться замещением одних разностей грунтов, другими, в том числе и техногенными. Исходя из амплитудных и пространственных характеристик центры аномалиеобразующих масс должны располагаться на глубинах менее 10м. Объем единого пустотного пространства в этом случае составляет ~500м 74 (полусфера диаметром ~10м), что исходя из геомеханических представлений о механизме провалообразования маловероятно, иначе провал уже бы образовался. Это позволяет соотнести аномалию с грунтами с распределенным по объему дефицитом плотности или рыхлыми грунтами сосредоточенных в самой приповерхностной толще (возможно со льдом и снегом сформированных в процессе планировки площадки). Выполненная трансформация поля силы тяжести способом вариаций Андреева-Гриффина с радиусом осреднения 20м также не противоречит вышесказанному и свидетельствует о залегании гравитирующих масс в приповерхностной зоне (на глубинах менее ~ 14м). Кроме того, практическое совпадение локальных аномалий поля силы тяжести и локальных аномалий поля силы тяжести вычисленных способом вариаций Андреева-Гриффина с радиусом осреднения 20м (с учетом величины погрешности наблюдений) свидетельствует об отсутствии крупных единых пустотных форм (полостей) в карстующихся отложениях. Электроразведка ВЭЗ МДС. Электроразведка методом вертикальных электрических званий в модификации двух составляющих (ВЭЗ МДС) выполнялась на постоянном токе двусторонними трехэлектродными установками по схеме AMN, MNB с отнесенным в сторону третьим питающим электродом С («бесконечность») на расстояние, более чем пять раз превышающем максимальные разносы питающих линий АО=ОВ. Полевые данные позволили построить кривые рк и ΔUn/ΔUt ВЭЗ МДС, которые несут информацию о характере распределения геоэлектрического массива как в разрезе, так и плане. Работы выполнялись по правилам, описанным в «Руководстве по интерпретации кривых ВЭЗ МДС» [1]. Максимальные разносы питающих линий АО=ОВ составляли 193 м, что позволило характеризовать в геоэлектрическом отношении разрез до глубин 40-50 м. Всего на площадке исследования выполнено 4 точки ВЭЗ МДС. 75 Рис. 4. Графики локальных аномалий поля силы тяжести 76 Рис. 5. Графики локальных аномалий поля силы тяжести в редукции Буге 77 Полученные на участке исследований кривые ВЭЗ МДС были проанализированы на качественном уровне и подвергнуты количественной интерпретации (рис.4-6). Все полевые кривые ВЭЗ МДС несут признаки присутствия негоризонтальных геоэлектрических границ. В связи с чем, полевые кривые проинтерпретированы по методике, рассчитанной на сложнопостроенные среды [1]. В результате такого подхода составлено два геоэлектрических разреза, приведенных на рис. 6,7. Геологическая увязка геоэлектрических горизонтов производилась на основании данных бурения скважин и связях удельного электрического сопротивления с составом и состоянием пород. Анализ представленных разрезов позволил выделить три геоэлектрических горизонта. Первый геоэлектрический горизонт мощностью 3,0-3,5 м и значениями УЭС 120-2000 Ом·м отвечает покровным отложениям, залегающим выше УГВ. Второй геоэлектрический горизонт мощностью 5-15 м и значениями УЭС 10-120 Ом·м соответствует четвертичным песчано-глинистым отложениям, которые на отдельных участках объединяются с разрушенными до состояния щебня и муки породами пермского возраста. В формировании этого горизонта есть ряд особенностей. Первая особенность связана с разделением его по значениям УЭС на два подгоризонта: верхний (мощность до 15 м), с более высокими значениями УЭС - 30-70 Ом·м и нижний (мощность 7-22 м), с низкоомными значениями УЭС - 10-20 Ом·м. Такое разделение по значениям УЭС может быть объяснено различным содержанием в песчано-глинистом горизонте глинистых прослоев. Вторая особенность заключается в том, что во втором подгоризонте присутствуют участки низкоомных пород, которые объединяются с 78 отложениями нижележащего горизонта. Они располагаются в западной и восточной частях площадки (к западу от ВЭЗ 3 и 2, и к востоку от ВЭЗ 1 и 4). Третья − относится к состоянию песчано-глинистой толщи. На профиле II (ВЭЗ 2), под центральной его частью в горизонте присутствует низкоомная (30-20 Ом·м) линза, интерпретируемая как зона повышенной проницаемости, по которой возможна трансляция частиц грунта в нижележащие слои, а на профиле I (под ВЭЗ 3) фиксируется присутствие маломощной линзы высокоомных (1100 Ом·м) пород. Кровля третьего опорного горизонта со значениями УЭС 50-270 Ом·м отождествляется с кровлей карстующихся отложений. Здесь участки со значениями УЭС 50-70 Ом·м соотносятся с зонами карстования, а сильнотрещиноватые известняки характеризуются значениями УЭС 90-120 Ом·м. Такие участки развиты в западной части площадки (к западу от ВЭЗ 2 и 3) и в восточной (к востоку от ВЭЗ 1). На основании полученной геоэлектрической информации составлена карта распространения зон трещиноватости в карстующейся толще (рис. 8). Анализ ее показывает, что на рассматриваемой площадке зоны трещиноватости расположены в северо-западной и северо-восточной частях. В районе ВЭЗ 3 со стороны АО в горизонте фиксируется присутствие высокоомной линзы мощностью около 1 м и УЭС = 1100 Ом·м. Такие значения УЭС могут соответствовать линзе разуплотненных пород с содержанием воздушного компонента до 21%. В покровной толще, участки связанные с суффозионно неустойчивыми отложениями, распространяются в центральной части в районе ВЭЗ 2. Полученная геоэлектрическая информация позволяет выделить участки, благоприятные для развития карстово-суффозионных процессов. Они находятся в районе ВЭЗ 2 и 3. 79 Рис. 6. Кривые и разрез кажущегося сопротивления (Rk) по профилю 1 Геоэлектрический разрез 80 Рис. 7. Кривые и разрез кажущегося сопротивления (Rk) по профилю 2 Геоэлектрический разрез 81 Рис. 8. Карта геоэлектрических аномалий 82 Сейсморазведка МПВ. Сейсморазведочные работы осуществлялись методом преломленных волн (МПВ), который основан на регистрации первых вступлений головных сейсмических волн. На площадке строительства с целью изучения закарстованности отработано 2 сейсмопрофиля длиной 46 по шести-восьмиточечной системе наблюдений с шагом между сейсмоприемниками 2 м. Возбуждение упругих колебаний производилось молотом типа «тампер» по стальной подложке. Прием сейсмических волн производился на сейсмоприемники СВ-30 и далее на цифровую 12-канальную сейсмостанцию «Талгар-6» с выводом информации на монитор и дальнейшей перезаписью на термохимическую бумагу. При построении годографов головной сейсмической волны значения времен ее вступления для отдельных сейсмоприемников определялось интерполяцией по смежным сейсмоприемникам, что связано с высоким уровнем техногенных помех, зарегистрированных на сейсмограммах. Камеральная обработка сейсмических материалов проводилась по стандартной методике, принятой в ФГУП «Противокарстовая и береговая защита». Были построены: а) системы годографов; б) графики граничных скоростей по опорным горизонтам; в) геосейсмические разрезы. Обработка проводилась в 2 этапа. На первом этапе после построения системы годографов (рис.9а, 10а) была в «ручном варианте» выполнена их обработка по способу t0 , которая позволила в предположении достаточно выдержанных мощностей горизонтально слоистого разреза выделить участки относительной задержки времени прихода головной волны (рис. 9б, 10б). Этим участкам соответствуют грунты с пониженными (относительно фоновых) скоростными характеристиками обусловленных повышенной пустотностью или частичной потерей структурных связей. Такие аномально 83 низкие (до -2700 м/с) значения граничных скоростей (Vr) отмечаются в районе пк 22-30, 42-46 (СП 45) и пк 18-36 (СП 46). В таких аномальных участках сейсмические характеристики кровлевой части карбонатов (влияющих на скорость распространения головной волны) соответствуют несколько повышенной пористости (40-45%) относительно средней (28-43%) для карбонатных отложений данного района. Следует заметить, что в условиях недостаточной плотности данных по самым верхним слоям сейсморазреза, такая область может находиться как в опорном преломляющем сейсмическом горизонте (соответствующем кровле карбонатов), так и в покровной песчаной толще. На втором этапе интерпретация данных сейсморазведки проводилась с помощью компьютерной программы SEISMO_2D. Исходными данными для расчетов служили полевые годографы времен первых вступлений головных сеймических волн (рис.9а, 10а). Вычислительный алгоритм программы SEISM02D основан на решении прямой задачи распространения лучей сейсмических волновых фронтов в геологической среде и последующем решении обратной задачи сейсморазведки по вычислению положений преломляющих границ и пластовых скоростей в геологических слоях вдоль исследуемого профиля. Для эффективной реализации вычислительного алгоритма распространения сейсмических волн в геологической среде используется физическая модель геометрической сейсмики. Решение обратной задачи сейсморазведки, реализованное в программе SEISM02D заключается геологической среды в вычислении (положений таких границ и значений параметров пластовых скоростей геологических слоев), которые минимизируют интегральное квадратичное отклонение расчетных годографов от полевых. В результате расчетов были получены следующие данные (рис.9в, 10в). Расчетная глубина опорной преломляющей границы, которая связана с потенциально карстующимся горизонтом (при скорости продольных сейсмических волн (Vp) - 3800 м/с) лежит в интервале от 29 до 37 метров. 84 Рис. 9. Годографы головных сейсмических волн, график граничной скорости, геосейсмический разрез (СП 45) 85 Рис. 10. Годографы головных сейсмических волн, график граничной скорости, геосейсмический разрез (СП 46) 86 Сейсмические характеристики кровлевой части карбонатов, влияющих на скорость распространения головной волны, соответствуют относительно невысокой пористости (-18%), пониженной относительно средней (28-43%) для карбонатных отложений в данном районе. Покровная толща представлена тремя слоями: 1) верхний слой с пластовой скоростью 330-350 м/с и мощностью около 1 м соответствует мерзлым рыхлым и песчаным отложениями, распространенными выше границы полного водонасыщения (ГПВ). Такие значения Vp присущи отложениям, в которых имеется значительное количество пустотного пространства; 2) второй слой с пластовой скоростью 860-1000 м/с и мощностью 2-5 м соответствует маловлажным супесям или пылеватым пескам, распространенными выше ГПВ; 3) третий слой с пластовой скоростью 1450-1540 м/с и мощностью 23-30м соответствует песчано-глинистым отложениям зоны полного водонасыщения. Значительных латеральных вариаций скоростей, свидетельствующих о наличии крупных пустот в покровной толще для обоих профилей, по результатам интерпретации 2 этапа не обнаружено. Результаты специальной обработки данных статического зондирования. Проведенное в 1989г., 2003 и 2004 г НижегородТИСИЗом статическое зондирование (26 точек) было подвергнуто специальному анализу с целью обнаружения разуплотненных зон в перекрывающих карстующихся отложениях с последующей специфической обработкой на предмет выявления локальных участков, благоприятных для протекания карстово-суффозионных процессов и связанных с ними возможных деформаций дневной поверхности, а также прогноз их развития. Статическое зондирование инженерно-геологических скважин. грунтов Точки сопровождалось статического бурением зондирования равномерно расположены в контуре проектируемого здания, однако их 87 количество для специфичной карстологической обработки недостаточно. Возможным выходом из этой ситуации является привлечение материалов ранее выполненных зондирований, что позволит в первом приближении оценить общую тенденцию поведения прочностных характеристик грунтов для прогноза провалообразования. Данные статического зондирования были приведены к единому уровню исследований и подвергнуты специфической обработке по методике, разработанной ФГУП «Противокарстовая и береговая защита». Эта методика апробирована ранее на различных объектах со сходными инженерногеологическими условиями и реализуется с использованием оригинальных алгоритмов, приемов интерпретации и программ на персональных ЭВМ. Прогнозирование провальной опасности по своей физической сути близко к методу, разработанному в ПНИИИС В.П. Хоменко (патентом РФ 1752869), и основано на вероятностно-статистических связях совокупности регистрируемых параметров при статическом зондировании. Обработанные по методике В.П.Хоменко материалы зондирования показывают, что «провалообразование маловероятно» в пределах контура проектируемого здания. Результаты анализа зондирований по методике ФГУП «Противокарстовая и береговая защита» представлены в виде «Карты-схемы относительного покровных интегрального грунтов, плотностно-прочностного характеризующей степень параметра потенциальной подверженности развития карстово-суффозионных процессов» (рис. 11). Картируемый параметр − интегральный показатель относительных прочностных свойств грунтов среды зондирования − функционально связан с глубиной зондирования, лобовым и боковым сопротивлением погружению конуса зонда в достаточно выдержанной по составу покровной толще. При этом каждая единичная точка зондирования рассматривается в статистической совокупности с другими точками зондирования, что позволяет, алгоритмов используя ряд разработанных методических приемов и расчета, выделить зоны, где прочностные свойства грунтов характеризуются аномально низкими параметрами. 88 Рис. 11. Карта-схема относительного интегрального плотностнопрочностного параметра покровных грунтов 89 Такие зоны в предположении относительно однородного инженерногеологического строения изучаемой территории можно рассматривать как места возможного разуплотнения грунтов под действием суффозии, связанной с активизацией карстовых процессов. В результате обработки ряда совокупностей точек статического зондирования выделен участок южнее контура дома №3 (выделен на рисунке 11 красным крапом) с аномально низкими прочностно-плотностными свойствами (точки статического зондирования 10, 11, 14). Характер поведения кривых статического зондирования в этих точках позволяет с большой долей вероятностии говорить о наличии нестабильной локальной области грунтов, разуплотненных карстово-суффозионными процессами с центром у точки статического зондирования №10. На площадке дома № 6 подобной зоны не отмечается. Следует лишь отметить тенденцию снижения плотностно-прочностных характеристик грунтов в восточном направлении, однако их параметры не достигают критических значений. Результаты комплексной обработки геофизических данных. После вышеописанной формальной интерпретации данных единичных методов: гравиразведки (М.В.Леоненко), электроразведки (Н.П.Боголюбова), сейсморозведки (Е.В.Досов и И.А.Киселев) и статического зондирования (М.В.Леоненко) полученные материалы были сведены в сводные геологогеофизические разрезы (рис. 12,13) и подвергнуты комплексному анализу на предмет оценки карстоопасности. Оценка выполнялась на базе геологогеофизической модели развития карстово-суффозионного механизма провалообразования. Результатом комплексной интерпретации явилась «Карта-схема оценки карстоопасности» (рис.14). Практическое совпадение локальных аномалий поля силы тяжести и локальных аномалий поля силы тяжести вычисленных способом вариаций 90 Рис. 12. Сводный геолого - геофизический разрез 1-1 91 Рис. 13. Сводный геолого - геофизический разрез 2-2 92 Условные обозначения к рис. 3,4, 7, 8, 10, 11. 93 Андреева-Гриффина свидетельствует об отсутствии крупных единых пустотных форм (полостей) в карстующихся отложениях. По результатам электроразведочных и сейсморазведочных работ подобных объектов так же не отмечается. В то же время выявлены зоны, где имеет место повышенная трещиноватость. Следует отметить, что имеющаяся пустотность (трещиноватость) карбонатного слоя, залегающего непосредственно под отложениями преимущественно возможности развития песчаного суффозионных состава, процессов не и исключает формирования деформаций земной поверхности преимущественно по типу локальных оседаний или карстово-суффозионных просадок. Совпадение участков запаздывания прихода головной волны (интерпретируемыми способом t0 как уменьшение скорости головной волны от кровли опорного (карбонатного) горизонта) с локальными минимумами поля силы тяжести позволяет связать природу анамалиеобразующего объекта с разуплотнениями в самой приповерхностной части разреза. Результаты интерпретации электроразведки в районе ВЭЗ 3 и 2 пространственно локализуют аномальный объект на несколько большей глубине. Его низкие электрические сопротивления скорее всего свидетельствуют о локальном участке загрязнения грунтовых вод с поверхности по относительно более проницаемой толще. Проведенное в контуре этой аномалии статическое зондирование 113 показывает, что относительно более низкими прочностными параметрами обладают грунты на глубинах до 6м, облегчая тем самым процессы массопереноса. На основании комплекса проведенных исследований установлено: 1. На площадке строительства дома №6 и прилегающей к нему территории карстологической рекогносцировкой современных карстовых форм не обнаружено. Известный ближайший карстовый провал расположен на расстоянии ~200-250м от проектируемого дома. 94 2. Ранее пробуренными буровыми скважинами вблизи площадки исследований вскрыты открытые и заполненные полости в карстующихся отложениях. 3. Физические характеристики грунтов в контуре сооружения неоднородны. 4. В пределах контура проектируемого дома № 6 в покровной и карстующейся толще полостей, способных вызвать крупные провалы, не выявлено. В то же время не исключается наличие мелких локальных пустотных объемов и распределенного пустотного пространства типа зон трещиноватости и кавернозности в карстующихся породах, а также зон разуплотнения покровных песчаных грунтов. 5. Для определения расчетного пролета карстового провала под дом № 6 возможно принять значение показателя интенсивности провалообразования, которое оценивается ниже фонового показателя окружающей территории. Пространственное распределение выявленных комплексными исследованиями неоднородностей и степень их влияния на развитие карстово-суффозионных процессов легло в основу «Карты-схемы оценки карстоопасности» (рис.14). 3.3. Оценка карстоопасности и рекомендации по противокарстовой защите Оценка карстоопасности территории строительства выполнена с применением вероятностно-статистических методов, с учетом фондовых материалов и конкретных особенностей геологического строения исследуемой площадки, изученных в ходе отчетных исследований. Согласно «Схеме районирования Заречной части г.Н.Новгорода по карстоопасности» [15] площадка проектируемого строительства находится в пределах границы территории, характеризуемой как «опасная» (I-III категория устойчивости относительно интенсивности образования карстовых провалов). 95 Рис. 14 . Карта-схема оценки карстоопасности 96 С учетом этого фоновая интенсивность провалообразования предварительно была оценена как II категория (к = 0,1-1,0 пров./год-км ). Гистограмма распределения диаметров провалов по статистическим данным по близлежащей территории приведена на рис. 15. Первичный учет условий развития и проявления на поверхности карстово-суффозионных процессов, инженерно-геологической обстановки позволил оценить фоновую интенсивность провалообразования района площадки меньшими значениями из фонового интервала и принять с учетом техногенного прессинга на природную среду X = 0,55 пров./год-км. Расчетный пролет при таких исходных параметрах для сооружения II уровня ответственности был определен и составил 5,6 м [25]. При таком значении расчетного пролета требуется значительное усиление конструкции сооружения. Проведенные исследования позволили более реально характеризовать карстологическую ситуацию на площадке строительства с оценкой интенсивности провалообразования в контуре проектируемого дома № 6. Результаты комплексной интерпретации выполненных исследований позволили отметить отсутствие крупных пустотных форм в толще карстующихся пород и покровных грунтов, однако установили, что инженерно-геологические условия достаточно благоприятны для развития карстово-суффозионных процессов. При дифференцировании территории по карстоопасности был применен подход, учитывающий реальные возможности геофизических методов при изучении инженерно-геологической среды и, в частности, «разрешающую способность» различных геофизических методов [4]. Как известно, инструментальным (геофизическим) измерениям, а затем и интерпретации этих измерений присущи определенная чувствительность и точность (погрешность), которые при увеличении величины аномалии уменьшается по определенному закону, а надежность (доверительная вероятность) выявления аномального объекта увеличивается. При учете нескольких независимых событий (нескольких геофизических методов) 97 вероятность произведению совместного их возникновения вероятностей [22]. этих событий Проведенными равняется исследованиями крупных карстовых полостей в «пятне» проектируемых сооружения не выявлено, однако имеются участки трещиноватых пород, где возможно наличие единичных полостей более мелких размеров. Кроме того, следует иметь в виду, что отмечаются сильно трещиноватые зоны, которые сами по себе могут обладать вышезалегающих коллекторскими грунтов свойствами представленных по приему преимущественно водонасыщенными песками. Гистограмма распределения диаметров провалов и инженерногеологические условия исследуемой площадки (рис.16), позволяют в первом приближении представить параметры опасных карстовых полостей (размеры и глубину залегания), являющихся объектом поиска. Рис.15. Фоновая гистограмма распределения провалов по диаметрам (без учета проведенных исследований) Надежность обнаружения полостей уменьшается по мере уменьшения их размеров по определенному закону, а при достижении некоторых критических значений (соответствующих уровню чувствительности метода) становится практически равной нулю. Данное свойство позволяет по 98 результатам исследований провести корректировку гистограммы диаметров провалов, направленную на учет уменьшения вероятности наличия доли более крупных полостей (рис.16). Так как параметр λ является суммой интенсивности провалообразования провалов с различными диаметрами, то в определенной пропорции претерпевает изменение и параметр интенсивности провалообразования (λ). Рис.16. Гистограмма распределения возможных провалов по диаметрам в контуре проектируемого сооружения (с учетом проведенных исследований) С учетом вышеизложенного, в существующих инженерно- геологических условиях на рассматриваемом участке, в пределах контуров проектируемых сооружений прогнозная интенсивность оценивается λ от 0,075 до 0,55 провалов/год·км. Распределение интенсивности провалообразования синтезировано таблично и графически на «Карте-схеме оценки карстоопасности» по результатам проведенных работ (рис. 14). Действующими нормами на проектирование в карстоопасных районах предусматривается необходимость защитных противокарстовых 99 мероприятий [9,10,12,17,18]. В данном случае наиболее приемлема конструктивная противокарстовая защита, запроектированная на расчетный пролет карстового провала под фундаментом здания (1d). Методика расчета изложена в ТСН 22-308-98 НН «Инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области» (Н.Новгород, 1999) и «Рекомендациях по проектированию фундаментов на закарстованных территориях» (М., НИИОСП, 1985). Для дома № 6 выполнено определение расчетного пролета (Id) с исходными параметрами: -интенсивность провалообразования λ= 0,075-0,15 провалов/год·км2; -распределение диаметров возможных провалов − в соответствии со статистическими данными по близлежащей территории, откорректированными по результатам проведенных исследований; - срок службы сооружения − 100 лет; - уровень ответственности − II; - размеры здания в плане − в соответствии с чертежом, представленным Заказчиком; Расчетный пролет определен и составляет 2,7-3,6 м. При проектировании монолитных железобетонных или сборномонолитных ленточных фундаментов рекомендуется принять расчетный пролет равным 3.6 м. При эксплуатации зданий рекомендуется выполнить также противокарстовые мероприятия профилактического характера, направленные на недопущение утечек из водоводов (водо- и тепловоды, канализация и ливневка) и организации поверхностного стока на площадках, исключающих сосредоточенную фильтрацию атмосферных осадков в контуре зданий и вблизи них. Необходимость таких мероприятий определяется высокой чувствительностью территории к техногенным нагрузкам, способным резко активизировать карстово-суффозионный процесс. 100 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Как было показано, карстовые процессы широко распространены в природе и своими характерными чертами обязаны, прежде всего, своей химической сущности – растворению минералов в природных водах. В зависимости от тектонической обстановки, температуры и режима увлажнения, а также от истории изменения этих и других параметров, возникающие формы могут значительно различаться. Это еще одна иллюстрация к тому, как один и тот же механизм, зависящий от многих параметров, может приводить к очень различным последствиям (ср. закрытый карст Поволжья, голый средиземноморский карст и тропический карст). При изучении карста необходим системный подход, геоморфологические исследования должны сочетаться с геофизическими, гидрологическими и геохимическими, только относительная полнота информации может дать почву для реалистичной реконструкции строения территории, ее истории и происходящих в настоящее время процессов, цель которой – составление достоверных прогнозов при поиске полезных ископаемых, при инженерногеологической оценке территории, при оценке запасов карстовых подземных вод и т.д. Происходящее последние несколько столетий увеличение антропогенного воздействия ставит новые задачи по изучению карста в техногенной обстановке. Вмешательство человека способно в некоторых случаях катастрофически увеличить скорость карстования, например, при постройке водохранилищ в закарстованной зоне, что может привести к крупным катастрофам, не говоря уже об обрушении карстовых полостей под действием техногенной вибрации. Для решения специальных инженерных и экономических задач при проектировании и эксплуатации сооружений на карстоопасных территориях (определение параметров противокарстовой защиты, сравнение вариантов 101 защиты, определение вероятного ущерба вследствие карстовых деформаций, целесообразность страхования объектов на карстовые риски и др.) следует применять вероятностные методы оценки карстовой опасности. При необходимости, особенно в условиях эксплуатации зданий и сооружений, следует осуществлять прогнозирование карстовой опасности − оперативное до 1 месяца, краткосрочное до 1 года, среднесрочное до 10 лет. В этих случаях следует сочетать вероятностные методы оценки карстоопасности, лабораторное моделирование процесса, контроль за происходящими в толще пород карстовыми деформациями с помощью геофизических наблюдений и специальных сигнальных устройств, регулярных инструментальных измерений деформаций земной поверхности и визуального осмотра состояния сооружений и окружающей местности. Частота этих наблюдений в зависимости от вида прогнозирования должна определяться программой работ. На малоизученных в карстовом отношении территориях, где сведений о геологическом строении и карстопроявлениях недостаточно для принятия соответствующих инженерно-геологических аналогов, допускается проводить оценку карстоопасности по комплексу качественных признаков с характеристикой участков по степени опасности. Правильная оценка последствий техногенного воздействия возможна только при детальном изучении механизмов карстования, чему и была просвещена настоящая работа. 102 Приложение 1 (справочное) ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА КАРСТОВОЙ ОПАСНОСТИ - выражение опасности воздействия карста 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 - диаметр провальной формы 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 несущую способность оснований зданий и сооружений. ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ КАРСТОВЫХ ПРОВАЛОВ - математическое ожидание (среднее значение) частоты образования провалов на рассматриваемой территории, отнесенное на единицу площади этой территории (квадратный километр) и единицу времени (год). КАРСТ представляет гидрогеологических и (или) собой совокупность техногенных процессов геологических, 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.). КАРСТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ - карст, развивающийся при преобладающем воздействии естественных факторов; 103 КАРСТ ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНОГЕННЫЙ - карст, развивающийся под воздействием как естественных, так и техногенных факторов. КАРСТ КАРБОНАТНЫЙ (в известняках, доломитах, мелу, кластических породах с карбонатным цементом); 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 (в каменной, калийной солях). КАРСТОВАНИЕ - элемент карстового процесса, приуроченный непосредственно к толще растворимых пород и обозначающий собственно процесс растворения. КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫЙ ПРОЦЕСС - карстовый процесс, осложненный процессами деформаций водонасыщенных песчаных грунтов, залегающих над карстующимися породами. КАРСТОПРОЯВЛЕНИЯ деформации на - поверхности аномалии земли, в толще горных образовавшиеся под пород или действием карстовых или карстово-суффозионных процессов. КАРСТОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ - карстопроявления, связанные со сдвижением толщи горных пород под действием гравитационных и (или) гидродинамических сил. КАРСТОВАЯ ПОЛОСТЬ - свободное от горных пород пространство в карстующейся или вышележащей толще, образовавшееся вследствие растворения горных пород или сопутствующих ему процессов эрозии, обрушения, суффозии. 104 КАРСТОВАЯ ВОРОНКА - локальная карстовая форма на земной поверхности, приближающаяся в вертикальном сечении к усеченному конусу. КАРСТОВЫЕ поверхности ЛОКАЛЬНЫЕ (основания ОСЕДАНИЯ сооружения) без - деформации разрыва земной сплошности с образованием мульды, имеющей радиус кривизны поверхности менее 1 км и связанные с плавным движением толщи грунтов над полостями или разуплотненными зонами, расположенными в карстующихся породах или перекрывающих их грунтах. КАРСТОВЫЕ ПРОВАЛЫ - 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 ОСЕДАНИЯ - деформации земной поверхности (основания сооружения) без разрыва сплошности в виде мульды больших размеров с радиусом кривизны поверхности более 1 км и 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 ФОРМЫ - карстопроявления, выраженные в пространстве в виде геометрических тел. КАРСТООПАСНОСТЬ (КАРСТОВАЯ ОПАСНОСТЬ) - характер и степень воздействия карстопроявлений на грунтовую толщу, которые могут привести к разрушению сооружений, нарушению или затруднению их нормальной эксплуатации. КАТЕГОРИЯ КАРСТОВОЙ ОПАСНОСТИ (УСТОЙЧИВОСТИ) ТЕРРИТОРИИ - характеристика карстоопасности, определяющая условия проведения изысканий, проектирования и эксплуатации сооружений на закарстованной территории и выражаемая определенными интервалами 105 значений параметров карстопроявлений или качественными инженерногеологическими 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 характеристики КАРСТОВЫХ карстовых ДЕФОРМАЦИЙ деформаций, - прогнозируемые используемые при оценке карстоопасности и проектировании противокарстовой защиты. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР КАРСТОВОГО ПРОВАЛА - диаметр провальной формы в момент образования провала на земной поверхности. ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ (ПРОТИВОКАРСТОВАЯ ЗАЩИТА) - специальные инженерные мероприятия планировочного, конструктивного, строительно-технологического, геотехнического, гидрогеологического предотвращение повреждений характера, сооружений эксплуатационного, направленные вследствие на образования карстовых деформаций или уменьшение вероятности таких повреждений. РАЙОНИРОВАНИЕ ЗАКАРСТОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ - разделение территории застройки по инженерно-геологическим условиям развития карста и категориям карстоопасности. 106 РАСЧЕТНЫЙ проектирования характеризующий ПРОЛЕТ КАРСТОВОГО конструктивной вероятное ПРОВАЛА противокарстовой воздействие карстовых - параметр защиты, 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. 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. 107 Приложение 2 (справочное) ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ 108 Приложение 3 (справочное) ПЕРЕЧЕНЬ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ЗАКАРСТОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ № п/п Города областного подчинения 1 2 Наименование сельских советов и населенных пунктов 3 Муниципальные образования 1 Нижний Новгород с/с Березовопойменный к.п. Зеленый город 2 Арзамас п. Выездное с. Васильев Враг 3 Дзержинск п. Бабино п. Гавриловка п. Горбатовка п. Желнино п. Пыра 109 Приложение 4 Конструктивные противокарстовые мероприятия Характеристика карстопроявлений 1 Состояние грунта в зоне карстопроявления Виды поверхностных карстовых деформаций Провал Карстовая Локальное Оседание просадка оседание 2 3 4 5 Полное нарушение сплошности Как Отсутствие грунта правило, нарушения отсутствие сплошности нарушения грунта сплошности грунта Как правило, наличие трещин вокруг провальной формы Как правило, отсутствие трещин вокруг карстопроявления Наличие ослабленной зоны грунтов вокруг карстопроявления Характер проявления в плане Форма и размеры в плане, м ( - диаметр, наибольший размер, =1...10) Как правило, отсутствие ослабленной зоны вокруг мульды оседания. Наличие зоны повышенной водопроницаемо сти в краевых частях мульды Наличие вертикального столба разуплотненных Как правило, грунтов непосредственно под карстовой отсутствие формой до поверхности карстующихся пород вертикального столба разуплотненных грунтов Локальный Площадной Круглая Круглая Форма по С как правило, Чашеобразная вертикали в момент нависающими цилиндрическ формирования стенками, ая цилиндрическ Блюдцеобразная 110 ая, коническая Глубина в момент образования Контакт по подошве фундамента в момент образов Долговременность проявления Доли метра несколько метров Отсутствует Сантиметры Как правило, до 1 м Как правило, имеется Почти мгновенно, минуты; дальнейшее увеличение размеров до предельного размера в течение нескольких месяцев Дни, месяцы Годы, десятки лет Характер взаимодействия карстовых деформ. с фундаментом во времени ( дополн. воздействие на фундамент в месте карстовой деформации, первоначальное воздействие) Примечания. Противокарстовая конструктивная защита должна осуществляться, как правило, за счет усиления фундамента. При проектировании зданий и сооружений следует применять следующие виды конструктивной противокарстовой защиты: 1) монолитные железобетонные фундаменты: - ленточные и перекрестно-ленточные с устройством консольных выступов с поперечными сечениями: прямоугольными, тавровыми, коробчатыми; - плитные с уширениями (плоские, ребристые, коробчатые); 2) монолитные железобетонные противокарстовые пояса по фундаментным блокам, над стенами подвала и поэтажные; 3) свайные фундаменты с монолитными железобетонными ростверками: 111 - сваи-стойки, в том числе буро-набивные, с обязательной проходкой интервала закарстованных пород; - фундаменты с резервным числом висячих свай и ростверком, обеспечивающим выпадение свай при провале; 4) плитно-стоечный фундамент; 5) увеличение пространственной жесткости здания. 112 Приложение 5 Категории устойчивости закарстованных территорий в зависимости от значения показателя интенсивности локальных карстовых деформаций (Согласно Своду правил СП 11-105-97 ч. II (приложение 5, п.3)) Категория устойчивости Показатель интенсивности (карстоопасности) по провалообразования интенсивности провалообразования (прогнозируемое число провалов на 1 км в год) I более 1 II от 0.1 до 1.0 III от 0.05 до 0.1 IV от 0.01 до 0.05 V менее 0.01 VI локальные карстовые деформации невозможны 113 Приложение 6 Категории закарстованных территории по прогнозируемым (средним) диаметрам локальных карстовых деформаций (провалов Категория устойчивости (карстоопасности) по средним диаметрам провалов А Средний диаметр провала, м Б от 10 до 20 В от 3 до 10 Г менее 3 более 20 Характеристика участков по степени опасности Степень карстоопасности района Опасная Соответствующие интервалы категорий устойчивости по интенсивности провалообразования I - III Потенциально опасная III - V Неопасная V - VI 114 Приложение 7 Виды противокарстовых мероприятий Виды противокарстовых мероприятий Условия применения Период применения: А - до начала строительства сооружения; Б - в ходе строительства; 1 2 В - при эксплуатации 3 1. ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ХОДА КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ Регулирование поверхностного стока При любых инженерногеологических условиях, но особенно при возможности карстово-суффозионных процессов А, Б, В Создание водонепроницаемых покрытий При возможности карстовосуффозионных процессов. В случае необходимости застройки участка, на котором имеются карстовые формы рельефа А, Б, В Создание противоинфильтрационного экрана на границе покровных и карстующихся пород с целью уменьшения суффозионной активности При возможности карстовосуффозионных процессов и неглубоком залегании карстующихся пород А, Б, В Обрушение кровли карстовых полостей путем трамбовки с последующей засыпкой и уплотнением образовавшейся воронки При неглубоком залегании карстующихся пород А То же промежуточных полостей в покровной толще В случае обнаружения при изысканиях промежуточных полостей и сильно разуплотненных зон А Заполнение (тампонаж) полостей в карстующихся породах с использованием цементирующих или При расположении карстовых полостей в сжимаемой толще основания сооружений (с учетом возможности активизации карстово- А, Б, В 115 полимерных материалов Закрепление трещиноватых и ослабленных пород в карстующейся толще суффозионных процессов на прилегающих участках) в любых инженерно-геологических условиях. При расположении полостей за пределами сжимаемой толщи основания при обосновании опасности обнаруженных полостей. А, В При расположении трещиноватых и ослабленных зон в сжимаемой толще основания в любых инженерно-геологических условиях А, Б, В При расположении этих зон за пределами сжимаемой толщи при возможности карстовосуффозионных процессов А, Б, В Закрепление ослабленных зон, в т.ч. тампонаж промежуточных полостей в покровной толще В любых инженерно-геологических условиях при расположении ослабленных зон в пределах сжимаемой толщи и промежуточных полостей, зафиксированных на любой глубине А, Б, В Применение армированного грунта и геотекстиля в основании сооружения При наличии ослабленных зон в покровной толще и небольшой глубине расположения активной зоны основания Специальное закрепление грунта, заполняющего старые карстовые воронки При специальном обосновании и при невозможности расположения участка строительства за пределами карстовых воронок Б А, Б 2. ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ БЕЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КАРСТОВЫЙ ПРОЦЕСС Планировочные мероприятия Расположение сооружений на менее опасных участках В любых условиях А Недопустимость расположения сооружения вблизи карстовых воронок В любых условиях А Рациональное регулирование плотностью застройки В любых условиях А Назначение рациональной формы сооружения в плане При оседаниях А 116 Ограничение точечных зданий и В любых условиях, особенно при сооружений башенного типа расположении объектов на территории, где возможны провалы с диаметрами более 10 м (категории А, Б) А Дублирование и кольцевание трубопроводов На особо карстоопасных участках А, В Устройство раздельного земляного полотна железных и автомобильных дорог для разных направлений движения На особо карстоопасных участках на стратегически важных направлениях А, В Устройство пролетных строений То же мостовых сооружений на раздельно стоящих опорах А, В Конструктивные мероприятия Создание рациональной конструктивной схемы зданий и сооружений: - податливой При оседаниях Б - жесткой При провалах и локальных оседаниях Б, В - применение резервных опор для трубопроводов При провалах и локальных оседаниях Б, В - то же для пролетных строений мостов То же Применение специальных конструкций фундаментов При провалах, локальных оседаниях, карстовых просадках Б Б, В Мероприятия по контролю за карстовым процессом Региональный карстологический Для городов и населенных пунктов, мониторинг расположенных на закарстованных территориях Обследование строительных Для особо ответственных зданий и котлованов специалистами ГП сооружений, расположенных в “Противокарстовая и береговая карстоопасных зонах защита” В Объектный карстологический мониторинг Обязателен на особо ответственных и экологически опасных объектах В Устройство точечной площадной или линейной В случае отсутствия должной конструктивной противокарстовой В Б 117 систем сигнализации за карстовыми деформациями в толще пород и в основании сооружений защиты Для особо ответственных экологически опасных объектов Проведение визуального и инструментального контроля за деформациями земной поверхности и конструкций, и отслеживание геофизическими методами изменения состояния грунтов основания Обязательно при отсутствии конструктивной противокарстовой защиты для карстоопасных участков Б,В В 3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА КАРСТОВЫЙ ПРОЦЕСС Ограничение объемов откачек подземных вод При любых инженерногеологических условиях В Регулирование откачек трещинно-карстовых и грунтовых вод При возможности суффозионных процессов В Ограничение утечек промышленных и хозяйственных вод в грунт путем осуществления специальных инженерных мероприятий При любых инженерногеологических условиях В Ограничение динамических воздействий на грунт При возможности суффозионных процессов и при неглубоком залегании карстующихся пород В 4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТ АВАРИЙ СООРУЖЕНИЙ ВСЛЕДСТВИЕ КАРСТОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ Составление карстологических Для карстоопасных участков паспортов для промышленных предприятий, участков транспортных магистралей, отдельных зданий и сооружений В Создание аварийного запаса материалов и инструмента То же В Проведение технической учебы и инструктажа персонала о порядке действия в случае карстовых деформаций Для особо ответственных объектов. В 118 ЛИТЕРАТУРА 1. Боголюбов А.Н., Боголюбова Н.П., Мозганова Е.Я. Руководство по интерпретации кривых ВЭЗ МДС7 ПНИИИС. − М.: Стройиздат 1984. 2. Боголюбов А.Н., Боголюбова Н.П. Рекомендации по изучению карста геофизическими методами − М.: Стройиздат 1986. 3. Гвоздецкий Н.А.Карст. − М., 1981 (Природа мира) 4. Гвоздецкий Н.А. Вопросы общего карстовоедения. − М., 1950. 5. Гвоздецкий Н.А. Карстовые ландшафты. − М., 1979. 6. Гвоздецкий Н.А. Проблемы изучения карста и практика. − М., 1972 7. Государственная геологическая карта РФ м-б 1:200000, 0-38-ХХХП (Н.Новгород), 2002. 8.3аключение №261/з от 30 сентября 2003г. о степени карстоопасности жилых домов №№2,3 в X микрорайоне «Соцгорода» в Автозаводском районе г.Н.Новгорода. ФГУП «Противокарстовая и береговая защита», 2003. 9.Инструкция по топографо-геодезическому обеспечению геологоразведочных работ. − М., 1984. 10. Инструкция по гравиразведке. − М., 1980. 11. Инструкция по электроразведке. − Л.: Недра, 1984. 12. Карст в земной коре: распределение и основные типы. − Киев, 1969. 13. Карст и его инженерно-геологические исследования. − Киев, 1969. 14. Кутыпев Э.З. Карстовые месторождения. − Л.: Недра, 1989. 15. Леоненко М.В. Методика оценки карстоопасности по данным геофизических методов (на примере Нижегородской области). Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. − М., 1996. 16. Леоненко М.В., Гантов Б.А. Методика прогноза провалообразования с использованием комплекса дистанционных методов. //Тезисы докладов научной конференции «Карстовые провалы». − Кунгур, 1994. 17. Максимович Г.А. Основы карстоведения. − Пермь, 1963. 18. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики.− М. Недра, 1990. 119 19. Отчет «Специальные карстологические исследования на участке строительства жилых домов № 2 и 3 в X м/р «Соцгород» Автозаводского района г.Н.Новгорода». ФГУП «Противокарстовая и береговая защита», 2003г. 20. Отчет «Специальные карстологические исследования на участке строительства жилого дома Автозаводского района № 1 г.Н.Новгорода», в X мкр. «Соцгород» ФГУП «Противокарстовая и береговая защита», 2003 г. 21. Предварительное заключение №314 доп/з от 25 ноября 2003г. о результатах работ по договору № 4-11/03 от 4 ноября 2003 г. и Дополнительному соглашению к договору № 4-11/03 от 4 ноября 2003г. 22. Рекомендации по использованию инженерно-геологической информации при выборе способов противокарстовой защиты. − М.: Стройиздат, 1987. 23. Рекомендации по проектированию зданий и сооружений в карстовых районах СССР, Госстрой СССР, ПНИИИС, 1967. 24. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. − М.: ПНИИИС, 1995. 25.СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений». − М., 2001. 26.СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения». − М., 1997. 27. «Специальные карстологические исследования на участке строительства жилых домов № 2 и 3 в X м/р «Соцгород» Автозаводского района г.Н.Новгорода». ФГУП «Противокарстовая и береговая защита», 2003 г. 28. СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства». Части I, II. − М.,1997, 2000. 29.Схематическая карта районирования по карстоопасности г.Н.Новгорода, 1995 г. (М 1:35000). 30.Толмачев В.В., Ройтер Ф. Инженерное карстоведение. − М.: Недра, 1990. 31.Толмачев В.В., Троицкий Г.М.. Хоменко В.П. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий. − М.: Стройиздат, 1986. 120 В.В., Леоненко М.В. 32.Толмачев Анализ нормативных документов по изысканиям и проектированию сооружений в карстовых районах: Труды института Гидропроект, − М., 2000. 33. ТСН 22-308-98НН строительство Инженерные изыскания, проектирование, и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области. − Н.Новгород, 1999. 34.Технический отчет об инженерно-геологических изысканиях, выполненных на объекте «Общеобразовательная школа» в мкр. X Соцгорода в Автозаводском районе г. Горького. − ГорьковТИСИЗ, 1989 г. 35.Технический отчет об инженерно-геологических изысканиях, выполненных на объекте «Общеобразовательная школа в мкр. X Соцгорода в Автозаводском районе г.Горького (I вариант)». − ГорьковТИСИЗ, 1990 г. 36. Труды МОИП. Т.47 Карст в карбонатных породах. − М., 1972 37.Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений, − М., 1953. 121
