Карст и суффозия – негативные геологические процессы, обусловленные размыванием и растворением слабых горных пород подземными и поверхностными водами, что приводит к ослаблению и разрушению грунтового массива, образованию пустот и пещер, изменению напряженного состояния грунта и гидрологической ситуации, а также развитию эрозии, оседаний, появлению обрушений и провалов на поверхности земли.
Общий вид провала грунта, видимый на поверхности земли
Карстово-суффозионные процессы распространены и встречаются во многих регионах России. Среди них Москва и Подмосковье, Ленинградская, Архангельская, Нижегородская, Псковская области, Пермский край, республики Татарстан и Башкирия. Наличие и последующее развитие карстов может быть опасным для существующих и проектируемых зданий, сооружений и инфраструктурных объектов.
Правила проектирования противокарстовых мероприятий приведены в СП 499.1325800.2021 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от карстово-суффозионных процессов».
Деформированная схема насыпи железной дороги
Типовые мероприятия инженерной защиты зданий и сооружений от карста:
- — планировочные – размещение объекта за пределами зоны развития карстовых процессов;
- — водозащитные и противофильтрационные – предотвращают растворение и размывание карстовых пород;
- — конструктивные – обеспечивают сохранность сооружения при возникновении деформаций грунта, вызванных карстово-суффозионными процессами, но не влияют на протекание последних;
- — геотехнические – подразумевают закрепление грунтов либо для снижения интенсивности или исключения развития карстово-суффозионных процессов (тип 1), либо для защиты зданий и сооружений, аналогично конструктивным мероприятиям (тип 2);
- — технологические – повышение надежности технологического оборудования и контроль утечек в коммуникациях (в случаях, когда на развитие карстов влияют техногенные факторы);
- — эксплуатационные – наблюдение и контроль (геотехнический мониторинг) развития карстовых процессов.
Конкретное решение (или их комбинация) определяется в зависимости от типа и характера карстовых процессов.
Противокарстовые мероприятия на железной дороге
Можно выделить два основных направления противокарстовой защиты. Первое подразумевает исключение или существенное снижение интенсивности карстово-суффозионных процессов, то есть направлено на минимизацию или компенсацию негативного влияния на защищаемый объект. Второе – обеспечение надежности и безопасности строительства и эксплуатации здания или сооружения даже при развитии карстовых явлений и исключении из работы части элементов несущих конструкций. Противокарстовые мероприятия выполняются как независимо, так и совместно друг с другом.
Важнейший этап проектирования противокарстовых мероприятий – выполнение комплекса специальных инженерно-карстологических изысканий. Только наличие достаточных достоверных исходных данных позволяет выбрать оптимальное техническое решение инженерной защиты от карстов.
При проектировании противокарстовой защиты учитывается вся совокупность факторов: тип карста, механизм возникновения и развития этого процесса, особенности гидрогеологических условий, риски активизации негативных процессов, а также особенности защищаемых объектов.
Оборудование, применяемое для мониторинга карстовых процессов
«ГЕОИЗОЛ Проект» имеет солидный опыт проектирования противокарстовой защиты. Компания разработала ряд типовых решений инженерной защиты территорий от карстовых явлений ( Альбом типовых решений инженерной защиты территории «Усиление слабых и специфических грунтов» можно скачать здесь). Ниже рассмотрим основные мероприятия.
Противокарстовые мероприятия на этапе строительства
Лучшая защита от карста – не размещать объект в опасной зоне. Но это не всегда возможно. Прежде всего такие проблемы возникают при строительстве протяженных линейных объектов: автомобильных и железных дорог.
Стандартный набор противокарстовых мероприятий на этапе строительства включает уменьшение объема земляных работ, выполнение гидроизоляции и водоотведения, а также минимизацию вмешательства в гидрогеологические процессы, происходящие в основании сооружения.
Противокарстовые мероприятия при строительстве автодороги
Мониторинг карстовых процессов
Организация мониторинга карстовых процессов – наиболее экономичное решение инженерной защиты, применимое для районов с низкой карстовой опасностью. Такое решение позволяет своевременно выявить развитие карстов и предпринять необходимые меры.
Мониторинг необходим и как дополнительная мера. Карстовые процессы могут развиваться стремительно, и для исключения таких рисков контроль необходим как на этапе строительства, так и в ходе эксплуатации объекта.
Организация мониторинга карстовых процессов особенно важна при защите линейных объектов, расположенных на высоких насыпях или в глубоких выемках.
Конструктивные мероприятия
Конструктивные мероприятия призваны обеспечить надежность и безопасность сооружения при возникновении карстовых деформаций. Это достигается различными методами, среди которых:
- — повышение жесткости конструкций здания, увеличение площади подошвы фундамента, размеров ростверка или выполнение дублирующих конструкций (например, дополнительных свай);
- — устройство свайных фундаментов с прорезкой сваями закарстованной толщи и опиранием на несущий грунт;
- — выполнение в покрывающей толще под защищаемым объектом конструктива: гибкого ростверка, армогрунтовой насыпи, монолитной или сборной железобетонной плиты различного профиля.
Ребристая плита в насыпи автодороги для защиты от карстовых процессов
Противокарстовый грунтоцементный массив
Решение относится к геотехническим методам, но функционирует аналогично конструктивному решению. В покровной толще над карстующимися породами под защищаемым объектом выполняется грунтоцементный массив (плита), как правило, методом Jet Grouting.
Грунтоцементный массив, за счет собственной жесткости, при развитии карстовых процессов предотвращает выход деформаций на поверхность покрывающей толщи под сооружение.
Грунтоцементный массив выполняется в грунте основания под защищаемым объектом
Противокарстовое армирование грунта нагелями GEOIZOL-MP
Решение совмещает принципы конструктивного и геотехнического методов. В основании дороги с помощью буроинъекционных грунтовых нагелей GEOIZOL-MP создается упрочненный пространственно-армированный массив грунта, по принципу действия аналогичный гибкому ростверку.
Армирование основания грунтовыми нагелями
Решение предназначено для восприятия нагрузки, возникающей при развитии карстовых процессов под существующими насыпями автомобильных и железных дорог.
Армирование грунта препятствует внезапному скоростному образованию карстовых провалов, что дает возможность своевременно обнаружить активизацию карстовых процессов и купировать их развитие. В зависимости от условий может потребоваться организация мониторинга за геологической обстановкой. Работы можно производить без остановки движения, в стесненных условиях.
Пространственное положение грунтовых нагелей
Заполнение карстующихся пород
Геотехнический метод предполагает или существенное снижение интенсивности или полное исключение рисков развития карстовых процессов путем заполнения пустот, полостей, трещин и зон разрушения карстующихся пород (покрывающей толщи).
В зоне выявленных разупрочненных грунтов выполняется бурение скважин, через которые в карстующиеся породы нагнетается тампонажный раствор. В зависимости от конкретных геологических условий и характера карстовых процессов применяются различные специализированные составы и цементные смеси.
Варианты закрепления карстующихся пород
При необходимости высокой скорости выполнения работ возможно применение оборудования Jet Grouting. По сравнению с классической манжетной технологией, это дает значительную экономию по времени, поскольку все операции по инъектированию происходят за одну проходку.
Работа установок Jet Grouting
Противокарстовая защита существующих зданий и сооружений
Задача защиты от карстовой опасности ранее построенных зданий и сооружений не имеет тривиального решения и зависит от комплекса сопутствующих факторов. Как правило, она сводится к исключению причин активизации карстовых процессов. Иногда достаточно ограничить фильтрацию воды в карстующиеся породы. В зависимости от конкретных условий применимы вышеописанные методы или их комбинации. Окончательное техническое решение принимается после анализа исходных данных.
Схема проитивокарстовой защиты мостового сооружения
«ГЕОИЗОЛ Проект» выполняет полный комплекс работ инженерной защиты территории и объектов от карстовой опасности. Наши услуги:
- — инженерно-карстологические изыскания;
- — оценка карстовой опасности с определением расчетных параметров ожидаемых карстовых деформаций;
- — программа геотехнического мониторинга;
- — проектная и рабочая документация с прохождением экспертизы.
