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, Псковская, Архангельская, Нижегородская области, республики Татарстан и Башкирия. Их наличие и последующее развитие может быть опасным для существующих и проектируемых зданий, сооружений и инфраструктурных объектов.
Типовые мероприятия инженерной защиты зданий и сооружений от карста:
- планировочные, связанные с размещением объекта строительства вне зон развития карстовых процессов;
- водозащитные и противофильтрационные, предотвращающие дальнейшее растворение и размывание карстовых пород;
- геотехнические, связанные с укреплением оснований путем тампонирования карстовых полостей, цементированием закарстованных пород и опиранием фундаментов на некарстующие грунты;
- конструктивные, предполагающие специальные конструктивные решения по усилению фундаментов и (или) оснований: перекрестные ленты, плиты, сваи с прорезкой карстующейся толщи, поэтажные армирующие пояса, пространственные рамы и т.п.;
- технологические, связанные с повышением надежности технологического оборудования и контролем утечек в коммуникациях (в случаях, когда на развитие карстов влияют техногенные факторы);
- эксплуатационные, предполагающие наблюдения и контроль над развитием карстовых процессов.
Применение защитных мероприятий по отдельности или в сочетании позволяет снизить активность или предотвратить развитие карстово-суффозионных процессов, а также уменьшить или полностью исключить деформации в толще и на поверхности грунта, обеспечивая стабильное основание для последующего строительства новых или эксплуатации существующих объектов.
Конкретный выбор технического решения зависит от ряда факторов.
К ним относится тип карста, механизм возникновения и развития этого процесса, особенности гидрогеологических условий, риски активизации негативных процессов, а также особенности защищаемых объектов.
Лучшая защита от карста – не размещать объект в опасной зоне. Но это не всегда возможно. Поэтому при строительстве протяженных линейных объектов: автомобильных и железных дорог, как правило, требуется выполнение противокарстовых мероприятий.
Оборудование, применяемое для мониторинга карстовых процессов
Стандартный набор включает уменьшение земляных работ, предотвращение проникновения влаги в массив грунта, а также минимизацию вмешательства в гидрогеологические процессы, происходящие в основании сооружения.
В компании «ГЕОИЗОЛ Проект» разработаны типовые решения инженерной защиты территорий от карстовых явлений (полностью Альбом типовых решений инженерной защиты территорий можно скачать здесь).
- 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 развивать 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.
Типовое конструктивное решение с увеличением ширины ростверка
- Конструктивные решения
Конструктивные решения предполагают увеличение площади подошвы фундамента, размеров ростверка или выполнение дублирующих конструкций.
С увеличением габаритов, даже при возможном развитии карста (образовании карстовой воронки) и исключении из работы части элементов несущих конструкций, не происходит полной потери несущей способности и устойчивости фундамента и сооружение сохраняет работоспособность.
Такое решение актуально, например, при сооружении опор мостовых переходов.
Типовое решение. Увеличение общей жесткости основания линейного объекта
- Увеличение жесткости основания (устройство армогрунтовой насыпи)
В этом случае защита линейного объекта обеспечивается за счет увеличения общей жесткости основания. Например, путем послойного армирования тела насыпи геосинтетическими решетками. Число слоев и прочность материала подбираются в зависимости от размеров карстовой воронки.
Устройство армогрунтовой насыпи решает две задачи: увеличивает общую жесткость основания и уменьшает площадь, необходимую для размещения объекта. Последнее позволяет снизить стоимость возведения дорожного полотна, а также достичь экономии при выполнении дополнительных геотехнических защитных мероприятий (инъекционное закрепление, струйная цементация, и т.п.).
В особо сложных случаях возможно устройство в основании насыпи железобетонных плит или рам, что позволяет исключить возникновение карстовых провалов и иных деформаций непосредственно на дорожном покрытии.
Типовое решение. Инъектирование тампонажного раствора в карстовую полость
-
Метод инъекционного закрепления грунтов с устройством буроинъекционных скважин
В ходе изысканий определяются граница зоны разупрочненных грунтов. С определенным шагом производится бурение в карстовую полость. В пазуху под высоким давлением нагнетается раствор на основе цемента, который заполняет карстовое пространство. За счет объединения бурового и инъекционного инструмента достигается простота и высокая скорость производства работ.
Работа буровых утановок Jet Grouting
-
Метод инъекционного закрепления c применением оборудования Jet Grouting
На первом этапе выполняются контурные скважины в шахматном порядке для создания закрытого пространства вокруг карстующегося грунта. Затем работы по инъектации тампонажного раствора выполняются в три очереди внутри ограниченного контура с поэтапным сгущением сетки скважин.
В нижней части инъектирования закрепляются карстующиеся породы.
Зона контрольных инъекций восстанавливает разуплотненную покровную толщу.
Такое решение исключает дальнейшее развитие карстово-суффозионных процессов в зоне закрепления, что исключает негативное влияние опасных геологических процессов на защищаемый объект.
Для 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.
Для инъектирования применяются специализирвоанные составы и цементные смеси c добавлением бентонита и модификаторов для струйной цементации.
Типовое решение. Армирование основания нагельным креплением
-
Метод армирования грунтовыми нагелями существующих насыпей и природных склонов
Устройство нагельного крепления применяется в качестве предупредительной меры при возникновении риска развития карстовых процессов под существующей насыпью автомобильной или железной дороги. В зависимости от условий может потребоваться организация мониторинга за геологической обстановкой.
Метод подразумевает создание упрочненного пространственно-армированного массива грунта в основании дороги. После устройства буроинъекционных нагелей GEOIZOL-MP показатели жесткости и несущей способности основания повышаются, что препятствует возникновению внезапных провалов и неравномерных осадок при активизации карстовых процессов. Работы можно производить без остановки движения, в стесненных условиях.
Пространственное положение нагелей
Проектные решения по инженерной защите территорий от карстово-суффозионных процессов, которые разрабатывает «ГЕОИЗОЛ Проект», позволяют минимизировать или полностью исключить выполнение земляных работ. А использование МГТС GEOIZOL-MP обеспечивает высокую скорость проведения работ.
