Инженерно-геологическая оценка карста и противокарстовая защита зданий и сооружений в Башкирии.

А. И. Травкин, В. И. Мартин, Э. И. Myлюков.

1. Введение

В геологическом строении территории Башкирии большое участие принимают растворимые в воде породы, в связи с чем почти 50 % ее территории поражено карстом.

По составу карстующихся пород в горной ее части развит карбо­натный класс карста, связанный с верхнепротерозойскими известня­ками, доломитами и мергелями, а также с силур-ордовикскими и девон-каменноугольными известняками и доломитами. В Приуралье раз­вит карбонатный класс карста, связанный с сакмаро-артинскими из­вестняками нижней перми - на Уфимском плато и верхнеказанскими известняками - на Бугульмино- Белебеевской возвышенности. В центральных районах развиты карбонатно-с ульфатный и сульфатный классы карста, связанные с известняками, гипсами и ангидритами кунгурского и уфимского ярусов.

Строительное освоение закарстованных территорий в течение последнего десятилетия ведется с учетом разработанных и внедрен­ных в практику инженерно-геологических изысканий в 1986 г. , 1991 г. и обновленных в 1996 г. территориальных строительных норм на изыскания, проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений в Республике /1/.

2. Особенности методики инженерно-геологической оценки закарстованных территорий

ТСН (территориальные строительные нормы) содержат общие поло­жения, схему районирования и классификацию закарстованных терри­торий Республики, требования к инженерно-геологическим изыскани­ям, рекомендуемые виды и объемы работ, критерии оценки закарстованности, принципы проектирования зданий, сооружений и коммуника­ций в условиях карста, меры их противокарстовой защиты, требова­ния по устройству оснований и фундаментов, технической мелиорации закарстованных оснований, организации карстомониторинга и противо­карстовой зашиты эксплуатируемых зданий. В приложениях даются расшифровка терминов, понятий и формул, карта распространения карста на территории Республики, рекомендации по методам, видам и объемам работ. Обязательное приложение содержит признаки и крите­рии оценки территорий по категориям устойчивости.

В ТСН выделены 3 этапа изысканий, для каждого из которых ин­женерно-геологическая оценка карста имеет свои особенности. Общим

для первых двух этапов является понятие "категория", по которой

оценивается степень устойчивости закарстованных территорий для строительства. Выделяется 5 категорий по среднегодовому количест­ву провалов на 1кв. км: Y категория - < 0,01, IY – 0,01... 0,05, III - от 0,05. . . 0,1, II – 0,1...1,0 и I - > 1,0. На третьем этапе выделяются зоны А, Б, или С, которые отражают степень развития карстовых форм в карстующихся толщах основания.

На первом (предпроектном) этапе даются общая оценка условий развития карста, степень закарстованности и предварительное райо­нирование территорий по степени устойчивости относительно карсто­вых провалов, главным образом, с использованием дешифрирования аэрофотоснимков, просмотра крупномасштабных топографических карт и рекогносцировочного обследования. При недостаточности информа­ции выполняются полевые работы, включающие маршрутные наблюдения, бурение скважин, геофизические и лабораторные исследования. В нормы введены новые методы: биолокационные исследования и анализ степени закарстованности территории с использованием интегрально­го показателя закарстованности.

На втором этапе (стадия проект) производится изучение и оцен­ка условий и факторов развития карста с проведением широкого комплекса инженерно-геологических работ, включающих: сбор, анализ и обобщение материалов ранее выполненных изысканий; маршрутные наблюдения; геофизические исследования; горно-буровые и опыт­но-фильтрационные (гидрогеологические) работы; наблюдения за ре­жимом подземных вод; лабораторные исследования. Результатом работ этого этапа изысканий является составление карт районирования территорий по комплексу различных установленных или влияющих на карстовый процесс признаков и критериев, содержащихся в рекомен­дуемых нормах. Учитывается 15 ведущих признаков: коэффициент за­карстованности; плотность (штук на 1 кв. км ) карстовых воронок; удаленность (м) от ближайшего поверхностного карстопроявления; глубина (м) залегания карстующихся пород; наличие, карстовых по­лостей в карстующейся толще; наличие, мощность (м) и качество водоупора в перекрывающей карстующиеся породы толще; содержание (%) пород, подверженных суффозии; наличие тектонических деформаций в перекрывающих и карстующихся породах; степень нарушенности карстущихся пород; степень расчлененности (количество перепадов высот и сумма относительных высот, отнесенных к 100м по горизон­тали) кровли карстующихся пород; вертикальный градиент фильтра­ции; наличие восходящих (нисходящих) потоков карстовых вод; гид­равлический градиент; коэффициент фильтрации (м/сут); агрессив­ность карстовых вод (гипсовая или карбонатная емкости, г/л); ско­рость подземной карстовой денудации (м/кв. км*год ) и др. призна­ки.

На картах отображаются территории с различной интенсивностью карстового процесса по категориям устойчивости. На этой стадии особенно широко используются геофизические исследования.

Третий этап (стадия рабочей документации) включает детальную разведку массива грунтов на площадке под конкретное проектируемое здание и сооружение. ТСН на третьем этапе предусматривают следую­щие новые методы: сейсмотомография, микрогравиразведка, эманиционная съемка, биолокационная разведка, опытные работы по физи­ческому моделированию с целью оценки критических размеров выяв­ленных карстовых полостей, карстомониторинг.

Результаты разведки представляются в виде карт зонирования, отражающих степень развития карстовых форм в карстующихся грунтах основания. При этом учитываются все признаки соответствующих ка­тегорий устойчивости, выявленные на предыдущих стадиях. Впервые введены такие рассчитываемые признаки, как время достижения крити­ческих размеров полостями по сравнению с амортизационным сроком службы сооружений, коэффициент устойчивости сводов вскрытых карстовых полостей, наличие биолокационных и эманационных анома­лий.