Фундаменты при карстовых провалах

12.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

К карстовым районам относятся территории, в геологическом разрезе которых присутствуют растворимые горные породы и возможны поверхностные и подземные проявления карста. Основные типы карста, выделяемые по литологическому признаку, следующие:

• – карбонатный карст (известняковый, доломитовый, меловой) — распространен широко; в естественных условиях растворение пород происходит медленно; опасность представляют существующие до начала освоения территории развитые карстовые формы; активизация карстовых процессов возможна при увеличении скоростей фильтрации подземных вод, при повышении их агрессивности; меловой карст представляет опасность при сооружении объектов со значительными утечками воды и других агрессивных жидкостей;
• – сульфатный карст (часто встречается в сочетании с карбонатным) — распространен достаточно широко; развивается быстрее, чем карбонатный;
• – соляной карст (встречается преимущественно с сульфатным, реже с карбонатным) — в благоприятных гидрогеологических условиях развитие ограничено и в основном приурочено к кровле и краевым участкам залежей; строительство рекомендуется выносить за пределы опасных участков, при этом следует учитывать возможность активизации карстования, вследствие нарушения гидрогеологического баланса на участке.

Основные типы карстовых деформаций земной поверхности:

• – провалы (возникают обычно внезапно) — представляют главную опасность для сооружений в карстовых районах; в основном вызываются обрушением кровли карстовых полостей в результате гравитационного обвала или карстово-суффозионного разрушения внутренних поверхностей карстовых полостей; контур провалов имеет резкое очертание в плане с разрывом сплошности грунтов на земной поверхности и по глубине; в зависимости от свойств покровных слоев грунтов борта провалов могут иметь различную крутизну; свежие провалы в глинистых грунтах могут иметь вертикальные и даже нависающие стенки, имеющие тенденцию к обрушению, а следовательно, и к увеличению периметра провала по земной поверхности.
• – оседание земной поверхности (локального характера или по площади различного размера) — обычно вызывается растворением пород в трещиноватых зонах или на контакте кровли карстующихся пород с другими породами, обладающими фильтрационными свойствами; отсутствует резкое очертание зон оседания, в плане; отсутствуют явные разрывы сплошности земной поверхности по контуру зон оседания.

ТАБЛИЦА 12.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИИ

Тип мероприятия	Группа мероприятия	Подгруппа мероприятия	Вид мероприятия	Период применения
Влияние на естественный ход карстового процесса	Уменьшение интенсивности растворения	Воздействие на карстующиеся породы	Противофильтрационные завесы, горизонтальные и вертикальные	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Организация стока поверхностных вод	А, В
			Гидроизоляционное покрытие территории (участка)	Б, В
	Воздействие на механизм карстовых деформаций	Воздействие на карстующиеся породы	Уплотнение зоны карстового проявления с заполнением воронки обрушения	А, В
			Заполнение полостей тампонажными растворами	А, В
			Закрепление трещиноватых и разрушенных зон тампонажными растворами	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Инжектирование воды с целью искусственной активизации карстования	А
			Применение армированного грунта	А
			Закрепление основания корневидными буронабивными сваями	Б, В
			Закрепление грунта, заполняющего погребенные карстовые формы в покрывающей толще пород	А, В
			Вертикальная планировка участка, обеспечивающая отвод поверхностных вод от сооружения	А, Б, В
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Планировочное решение на территории	Рациональное размещение объектов строительства	Расположение объектов за пределами участков обрушения полостей и поверхностных карстовых форм	Б
			Расположение объектов на менее опасных участках	Б
			Ориентация сооружений в зависимости от параметров карстовых форм	Б
			Регулирование плотности застройки	Б
		Выбор рациональной формы здания	Рациональная компоновка объектов в плане	Б
			Изменение высоты (этажности) сооружения	Б, В
	Конструктивные мероприятия	Учет статических схем несущих конструкций сооружения	Выбор рациональной конструктивной схемы сооружения	Б
			Изменение статической схемы сооружения	В
			Сокращение числа температурных и деформационных швов (при карстовых провалах, воронках) до минимума	Б, В
			Разрезка на укороченные отсеки (при мульде оседания)	Б, В
		Использование жесткой конструктивной схемы сооружения (усиление)	Введение дополнительных связей в каркасные конструкции	Б, В
			Горизонтальное армирование (пояса, тяжи)	Б, В
			Усиление несущих элементов конструкций армированными обоймами, рубашками	Б, В
		Использование податливой конструктивной схемы сооружения	Устройство дополнительных шарнирных связей в каркасных конструкциях	Б, В
			Устройство податливых соединений крупнопанельных, крупноразмерных элементов сооружения	Б
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Конструктивные мероприятия	Конструктивное решение фундаментов	Монолитное или сборно-монолитноерешение железобетонных фундаментов (ленты, перекрестный ленты, коробчатые фундаменты, плиты )	Б
			Увеличение площади опирания фундамента с целью уменьшения контактного давления на основание	Б, В
			Развитие фундаментов за пределы периметра сооружения (консольные, П-образные выступы)	Б
			Устройство фундамента, ограничивающее возможность превращения провала в воронку	Б
			Устройство горизонтальный связей в фундаментах	Б
			Устройство фундаментов с подпругами	Б, В
			Поддомкрачивание с целью выправления сооружения	Б, В
			Устройство кустов висячих свай с резервным их числом: выполнение ростверка, обеспечивающего выпадение свай при провале	Б
			Прорезка карстующихся пород сваями-стойками	Б
			Прорезка толщи карстующихся пород глубокими опорами	Б
	Контроль за процессом развития карста	Выполнение в массиве пород	Использование глубинных грунтовых марок в покровной толще пород	А, Б, В
			Организация сети наблюдательных гидрогеологических скважин (за уровнем, скоростью и направлением движения подземных вод; за химическим составом подземных вод)	А, Б, В
		Выполнение на дневной поверхности	Инструментальный контроль за оседаниями земной поверхности	А, Б, В
			Наблюдение за деформациями конструктивных элементов сооружений	Б, В
			Визуальное наблюдение за состоянием несущих и ненесущих конструкций	Б, В
			Использование маяков, устанавливаемых на трещинах в конструкциях	В
Уменьшение влияния хозяйственной деятельности на развитие карстового процесса	Снижение интенсивности растворения карстующихся пород	Уменьшение водообмена	Устройство закрытой дождевой и промышленной канализации	Б, В
			Предотвращение утечек агрессивных производственных стоков	Б, В
			Ограничение откачек трещиннокарстовых вод	В
		Снижение агрессивности подземных вод	Исключение сброса химически агрессивных по отношению к карстующимся породам производственных и бытовых сточных вод	В
	Воздействие на механизм карстового процесса	Ограничение изменений напоров и уровней подземных вод	Ограничение и регулирование добычи полезных ископаемых подземным растворением пород	В
			Регулирование откачек подземных вод	Б, В
		Ограничение динамического воздействия	Ограничение источников вибрации	Б, В
			Ограничение взрывных работ	Б, В

Условные обозначения: А — мероприятия, применяемые до начала строительства объектов; Б — то же, в период строительства объектов на площадке: В — то же, в период эксплуатации объектов как в качестве профилактических (контроль, наблюдения) мер, так и в качестве мер по усилению и восстановлению конструкций.

Кроме провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах необходимо учитывать поверхностные и погребенные карстовые формы (воронки, впадины и т.д.) древнего происхождения, нередко заполненные отложениями с пониженной несущей способностью (торф, слабые грунты и т.п.).

В зависимости от залегания карстующихся пород выделяют:

• – по отношению к уровню подземных вод — карстующиеся породы, залегающие в зоне аэрации, в зоне постоянного водонасыщения, в зоне аэрации и постоянного водонасыщения;
• – по отношению к земной поверхности — открытый карст (карстующиеся породы не перекрываются слоями нерастворимых пород); покрытый карст (карстующиеся породы перекрываются слоями нерастворимых пород), в последнем случае учитываются глубина залегания карстующихся пород и свойства перекрывающих пород для оценки степени карстоопасности застраиваемой территории и надежности проектируемых карстозащитных мероприятий.

При проектировании сооружений в карстовых районах необходимо выполнять следующие требования: предотвращать или сводить до минимума возможность катастрофических разрушений и обеспечивать достаточную безопасность для жизни людей; снижать до минимума стоимость строительства и эксплуатации с учетом возможного ущерба от карстовых явлений и расходов на специальные изыскания, противокарстовые мероприятия и ремонтно-восстановительные работы.

Требования, предъявляемые к строительству в закарстованных районах, могут быть обеспечены следующим: влиянием на естественный ход карстования путем снижения интенсивности растворения карстующихся пород или воздействия на механизм карстовых деформаций; уменьшением вредного влияния хозяйственной деятельности на ход развития карстования; защитой строительных объектов планировочным решением на территории, конструктивными мероприятиями, контролем за процессом развития карстования и за деформациями поверхности участка и возведенных сооружений. Классификация противокарстовых мероприятий приведена в табл. 12.10.

В качестве исходных данных для проектирования сооружений на закарстованной территории принимаются:

• – данные районирования по типу поверхностных форм (провалы, оседания) и категории карстоопасности территории на основе среднегодового количества карстовых проявлений, отнесенных к 1 км 2 площади рассматриваемой территории (табл. 12.11);
• – величины ожидаемых карстопроявлений на земной поверхности в период эксплуатации объекта (размеры провальных воронок и зон оседаний в плане и по глубине);
• – физико-механические характеристики грунтов естественного сложения, служащих основанием для строящихся объектов, и прогнозируемое их изменение в результате проявления карстовых форм на земной поверхности.

ТАБЛИЦА 12.11. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ХАРАКТЕР ЗАСТРОЙКИ

Категория устойчивости территории	Среднегодовое количество карстовых проявлений на 1 км 2 поверхности территории	Характер строительства
		жилищно-гражданского	промышленного
I — очень неустойчивая	1,0 и более	Капитальное строительство не рекомендуется	Строительство не рекомендуется
II — неустойчивая	От 0,10 до 1,0	То же	Допускается строительство неответственных зданий и сооружений с применением противокарстовых мероприятий. Строительство ответственных и особо ответственных сооружений не рекомендуется
III — недостаточно устойчивая	От 0,05 до 0,10	Строительство допускается в исключительных случаях с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования	Допускается строительство ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования и неответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий
IV — несколько понижено устойчивая	От 0,10 до 0,05	Допускается строительство с применением противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования, ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий и неответственных сооружений с ограниченным применением противокарстовых мероприятий
V — относительно устойчивая	Менее 0,05	Допускается любое строительство с применением минимального комплекса противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий, а также ответственных и неответственных сооружений без применения противокарстовых мероприятий

Данные районирования по территории карстоопасности, типы и размеры поверхностных карстовых форм, свойства грунтов основании, а также карстующихся и покровных пород определяются на основании инженерно-геологических изысканий анализа наблюдений за карстопроявлениями в аналогичных инженерно-геологических условиях.

В качестве примеров на рис. 12.18 и 12.19 приведены конструкции фундаментов на закарстованных территориях.

Источник