Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Д.Г. Золотозубов, А.Б. Пономарев, Е.Н. Сычкина

СТРОИТЕЛЬСТВО НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ

И КАРСТООПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Утверждено Редакционно-издательским cоветом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

УДК 69+622.363.2+624.138+624.159 З-79

Рецензенты:

канд. техн. наук В.Г. Офрихтер (ООО «Технострой»);

профессор, канд. техн. наук, заслуженный строитель РФ, А.Н. Юзефович

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Золотозубов, Д.Г.

З-79 Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях : учеб. пособие / Д.Г. Золотозубов, А.Б. Пономарев, Е.Н. Сычкина. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 138 с.

ISBN 978-5-398-00938-5

Изложены общие сведения о строительстве и проектировании зданий на подрабатываемых и карстоопасных территориях.

Рассмотрены вопросы, связанные с опасными геологическими и техногенными явлениями при строительстве: особенности проектирования и строительства зданий и сооружений на подрабатываемых и карстоопасных территориях, просадочных грунтах; геотехнические мероприятия, проводимые на подрабатываемых и карстоопасных территориях; особенности эксплуатации зданий и сооружений на подрабатываемых и карстоопасных территориях, просадочных грунтах; мониторинг зданий и сооружений на подрабатываемых и карстоопасных территориях, просадочных грунтах.

Соответствует требованиям ФГОС ВПО направления подготовки 270800.68 – «Строительство», магистерской программе «Подземное и городское строительство», содержанию дисциплины «Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях».

Предназначено для студентов, аспирантов, специалистов проектных организаций.

УДК 69+622.363.2+624.138+624.159

ПРЕДИСЛОВИЕ

На территории РФ, и в частности Пермского края, широко распространены грунты, в которых под воздействием внешних факторов возникают значительные вертикальные деформации: структурно-неустойчивые, слабые и техногенные грунты, подрабатываемые территории, карстоопасные территории и им подобные. В этом случае возникают дополнительные затраты как на возведение фундаментов, так и сооружений в целом, связанные с необходимостью проведения дополнительных инженерногеологических изысканий, предварительной подготовки оснований сооружений иприменения специальных конструктивных решений.

Кроме того, в процессе эксплуатации сооружения может происходить изменение свойств грунтов как из-за различных внешних факторов, так и при проявлении опасных геологических и техногенных процессов, что сказывается на надежности и безопасности эксплуатируемого объекта.

Подрабатываемые и карстоопасные территории очень схожи между собой по проявлению (выходу) деформаций на земной поверхности, различаясь при этом причинами, по которым они происходят. Поэтому мероприятия, проводимые при строительстве на подрабатываемых и карстоопасных территориях очень схожи между собой. В определенной степени по своему проявлению схожи с указанными и техногенные провалы на урбанизированных территориях, связанные в основном с протечками из трубопроводов и, как следствие, размывом грунтовых оснований зданий и сооружений.

Пособие разработано в рамках дисциплины «Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях» и помогает в приобретении комплекса знаний о строительстве зданий и сооружений на подрабатываемых и карстоопасных территориях.

В пособии рассматриваются следующие вопросы: особенности ин- женерно-геологических изысканий, методы строительства и проектирования зданий на подрабатываемых и карстоопасных территориях; существующие технические нормы и условия проектирования зданий на подрабатываемых и карстоопасных территориях; практические расчеты зданий на подрабатываемых и карстоопасных территориях. Вопросы проектирования и строительства гидротехнических сооружений на подрабатываемых территориях в пособии не отражены.

5

1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ

ИСООРУЖЕНИЙ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ

ИКАРСТООПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

1.1. Опасные геологические и техногенные явления

Опасные геологические процессы и явления – склоново-гравитаци- онные (оползни, обвалы, лавины); водно-эрозионные (селевые потоки, русловые процессы, овражная эрозия); процессы, связанные с подземными водами (подтопление, карст, суффозия, просадки); процессы, связанные с ветро-волновыми явлениями на акваториях (морская абразия, переработка берегов водохранилищ); процессы криогенной группы (термокарст, морозное пучение, термоэрозия, солифлюкция, наледи); землетрясения, извержение вулканов и др.

Современные быстротекущие геологические процессы и явления могут нанести значительный материальный ущерб обществу, народному хозяйству и создать угрозу для жизни людей при нарушении устойчивости природной (геологической) среды. Максимальную степень проявления опасности называют катастрофой.

При строительстве зданий и сооружений различного назначения на подрабатываемых и карстоопасных территориях необходимо знать характерные для них опасные геологические процессы и явления и учитывать их при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

1.2.Понятия подрабатываемых и карстоопасных территорий

1.2.1.Характеристика подрабатываемых территорий

Подрабатываемая территория – территория, подвергающаяся влиянию подземных горных разработок (СНиП 2.01.09-91 «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах» [10], ТСН 22-301-98 Пермской области. «Здания на подрабатываемых территориях верхнекамского месторождения калийных солей. Назначение строительных мер защиты» [30]). К подрабатываемым территориям следует относить территории размещения площадок и трасс намечае-

6

мого строительства, в пределах которых производилась ранее, производится в настоящее время или предусмотрена в будущем проходка подземных горных выработок с целью добычи полезного ископаемого, строительства камер, тоннелей и прочих подземных сооружений. В результате производства горных работ и перемещения грунта в выработанное пространство происходит неравномерное оседание земной поверхности, сопровождаемое горизонтальными деформациями сдвигающегося грунта (рис. 1).

Рис. 1. Оседание земной поверхности над горной выработкой

Здания и сооружения должны проектироваться c учетом сроков подработок. Параметры деформаций земной поверхности: кривизна, наклоны, горизонтальные перемещения и возможные вертикальные смещения являются основой для расчета оснований, фундаментов и конструкций зданий и сооружений. Строительство зданий в зоне влияния горных разработок, где возникают деформации земной поверхности, допускается, если предусмотренные горнотехнические и строительные мероприятия обеспечивают нормальную эксплуатацию зданий как во время подработки, так и после нее.

Территория города Перми относится к району, где в конце XVIII – начале XIX века проводились промышленные разработки медистых песчаников из подземных выработок (штолен, шахт и др.). Со временем наиболее богатые рудой пласты песчаников были выработаны, добыча их прекратилась.

7

Впервые город вплотную столкнулся с негативным проявлением горных выработок прошлых лет в декабре 1961 года, когда в результате обрушения одной из многочисленных шахт, вызванного прорывом вод из затопленного подвала, произошла просадка и деформация жилого здания по ул. Крупской, 37. В результате обрушения образовалась провальная воронка диаметром около 9 м, глубиной 4 м, с зоной нарушения грунтов в диаметре до 17 м.

Пермский геологоразведочный трест проанализировал весь имеющийся на тот период материал (исторический, геологический, геоморфологический), а также полученный при бурении и обследовании территории микрорайонов Балатово и Городских Горок. На основании анализа были сделаны выводы:

1.Необходимо контрольное бурение в виде сети профилей для выявления геологической обстановки (перечислены микрорайоны и поселки).

2.Подлежат обуриванию все площадки под возводимые здания и сооружения. Обязательному обуриванию подлежат все строительные площадки под возводимые здания и сооружения врайоне пос. Голый Мыс.

1.2.2. Характеристика явлений суффозии и карста

Процесс выноса частиц из породы при фильтрации подземной воды называется суффозией. Это процесс, а не его последствия. Различа-

ют химическую и физическую суффозию. При механической – фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы. При химической суффозии вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения. При одновременном действии этих двух видов суффозии приме-

няют термин химико-механическая суффозия.

Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам (разнозернистые пески) и возникает с момента появления критического напора Iкр > 5.

Суффозия может происходить как в глубине, так и у поверхности земли. Это приводит к образованию подземных каналов в пределах слоев или на их границах.

В лессовых породах развивается лессовый карст.

При прогнозе величины суффозионной осадки учитываются следующие факторы:

8

•в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40 % суффозионная осадка практически не осуществляется;

•наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов;

•величина и характер протекания осадки зависит от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои особенности:

•прорезка фундаментами зданий суффозионного грунта;

•водозащита оснований;

•прекращение фильтрации подземной водыустройством дренажей;

•отсыпка на основании грунтовых подушек из песка или суглинков;

•предпостроечное расслоение и уплотнение грунтового основания;

•искусственное закрепление массива грунтов методами технической мелиорации.

Город Березники стоит на территории, подработанной горными выработками. В процессе отработки калийного месторождения не удалось в полной мере обеспечить сплошность и водоупорные свойства покровных отложений, поэтому атмосферные осадки проникают в очистные выработки, растворяя калийную соль. Целики, оставленные для поддержания пород в кровле, постепенно растворяются и перестают выполнять свою защитную роль. Если не принимать мер, то большинство жителей города придется переселять из-за угрозы обрушения горных пород и сдвижения массивов на огромных территориях (рис. 2).

Рис. 2. Провал грунта в Березниках

9

Скорость движения подземных вод мала, поэтому они воздействуют на рельеф большей частью не механически, а путем растворения горных пород. Растворяются известняки, каменная соль, гипс и некоторые другие породы. Растворяя породу, вода образует полости, пещеры, провалы и т.д. Весь этот комплекс процессов и образующихся в результате их наземных и подземных форм рельефа носит название «карст» – по названию плоскогорья Карст, или Крас (Kras), на северо-западе Балканского полуострова.

Карст – это химическое растворение горных пород (выщелачивание), сопровождающееся образованием крупных пустот (каналов, пещер). В отличие от суффозии главным является растворение пород. В России карст распространен в районах западного Приуралья, на Русской равнине, в Сибири, на Кавказе (рис. 3).

Рис. 3. Карстовая воронка

Возникновение карста обусловлено способностью пород к полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением, рельефом участка, климатом, характером растительности.

К закарстованным территориям, или районам развития карста, следует относить не только площади с проявлением карста на земной поверхности, но и содержащие в геологическом разрезе стометровой глубины водорастворимые (по ГОСТ 25100) [5] горные породы суще-

10