Протикарстові і проти суфозійні заходи

а – відкриті; б – закриті  

 

При закритому дренажі  на дно траншеї кладуть перфоровані  труби різного діаметра в залежності віт дебіту водоносного горизонту. При цьому живий перетин труби, тобто рівень води, що заповнює трубу, не повинен перебільшувати 2/3 її діаметра. Для запобігання замулення її обсипають декількома шарами піску  та гравію. Глибина горизонтальних дрен не більше 5 - 6 м.

Вертикальний дренаж забезпечує зниження рівня ґрунтових вод  за допомогою водознижуючих свердловин, відкачуванням насосами або водоскидом у нижчі водопроникні ненасичені водою гірські породи.

Найбільш розповсюдженим способом водозниження є система  голкофільтрів з тонких металевих  труб, які занурюють навколо котловану  або по лінії, перпендикулярній течії  ґрунтових вод. Нижні кінці труб обладнані фільтрами, а верхні приєднують до усмоктувального колектора. Легкий голкофільтровий пристрій знижує рівень ґрунтових вод на 4,5 - 5 м у піщаних  породах з коефіцієнтом фільтрації від 1 – 2 до 40 ÷ 50 м/добу. Для зниження рівня води у пилуватих пісках та супісках з k_f = 0,01 ÷ 1,0 м/добу застосовують ежекторні голкофільтри, за допомогою яких у водонасичених ґрунтах утворюється вакуум, покращується водовіддача та посилюється ефект водозниження.

Якщо відстань між свердловинами  менша двох радіусів депресії, то при  одночасному відкачуванні води такі свердловини взаємодіють. Це призводить до змикання кривих депресії, утворення  загальної зони зниження рівня підземних  вод (рис. 5.16). 

 

 

 

Рисунок 5.16 - Осушення будівельного котловану голкофільтрами:

1 – будівельний котлован; 2 – голкофільтри

 

2.   зниження градієнтів потоку підземних вод за допомогою шпунтових огорож і протифільтраційних завіс для збільшення довжини шляху фільтрації потоку;

3.обладнання зворотніх фільтрів шляхом пошарового відсипання водопроникних порід у по рядку поступового збільшення розміру часток від дрібних до крупних, у напрямку фільтраційного потоку.

 

 2.2   Слід обмежувати розповсюдження впливу водосховищ, підземних водозаборів та інших водознижувальних і підпірних гідротехнічних споруд і пристроїв на території, що забудована і забудовується. Якщо будівлі або споруди, що проектуються або існують, потрапляють в зону вказаного впливу, потрібно дати оцінку і (або) прогноз техногенних змін і, за необхідності, вжити водозахисних протикарстових і протисуфозійних заходів.

 

3   геотехнічні (зміцнення основ);

До геотехнічних заходів  відносяться:

3.1 Тампонування карстових порожнин і тріщин, які будуть знайдені на земній поверхні, в котлованах і гірничих виробках (шурфах, штольнях тощо);

 

Передбачають заповнення порожнин, (небезпечних) тріщин в плямі будівлі, закріплення тріщинуватих карстующихся порід, цементацію струминну покривних нерастворяющіхся товщ, прорізка палями ненадійних карстующихся товщ;

 

3.2 Закріплення закарстованих порід і (або) ґрунтів, що залягають вище, ін'єкцією цементаційних розчинів або іншими способами;

 

3.3 Спирання фундаментів на надійні незакарстовані або закріплені ґрунти.

 

Цементація порід основ  споруд; при цьому через бурові свердловини у тріщини і карстові порожнини нагнітається цемент. Так створюється підземний водонепроникний бар‘єр і одночасно породи зміцнюються 

 

 

 

 

 

Рис. Схема  приготування і нагнітання тампонажного розчину в свердловину 1 -змішувальна машина, 2 - цементаційний агрегат, 3 - ємність для цементного розчину,                4 - нагнітальний трубопровід, 5 - направляющая обсадна труба, 6 - тампонажна свердлова, 7 - гірська виработка,   8 - місце прориву води

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 Тампонаж  водонасичених грунтів цементацією

1 - цементаційна свердловина;

2 - кондуктор;

3 – цементаційний   насос;

4 - змішувач;

5 - насос-дозатор;

6 - план стінки із закріпленого  грунту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ін'єктор:

1— наконечник; 2 — перфорована  ланка;

З — з'єднувальні ніпелі; 4 — глуха ланка;

5— заглушка; 6 — наголовник; 7 — ніпель- наголовник; 8 — з'єднувальна  гайка;

9 — штуцер; 10 — шланг; 11 — хомут

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема установки для закріплення  грунтів:

1 — ємкість для розчину: 2 — насос; З — розподільний  напірний колектор; 4— ін'єктор, 5—  масив закріплюваного грунту; 6 — слабкий грунт; 7 — міцний підстилаючий грунт

 

 

 

 

 

 

 

Перед початком робіт визначають характер несучих і підстилаючих грунтів і намічають зону і об'єм грунтів, які необхідно зацементувати. Роботи розпочинають із занурення ін'єкторів (рис.5.1.), Через ін'єктори нагнітають рідкий розчин складу 1 : 1 або 1 : 2 під тиском 0,3—0,6 МПа.

Щоб запобігти забиванню  піском отворів у перфорованих ланках ін'єкторів, отвори замазують пластичною глиною або замазкою, які легко пропускають розчин і не заважають його нагнітанню в грунт. У кожну свердловину розчин нагнітають до повного насичення, що викликає підвищення тиску на 12—15 %.

Тиск визначають за манометром, який встановлюють у місці з'єднання  розчинопроводу з ін'єктором. Розчинопроводи до ін'єктора монтують із стальних труб діаметром 25 мм і гнучких броньованих шлангів при тискові більшому 0,7 МПа (рис. 5.2.).

Розміщення ін'єкторів  може бути вертикальним і похилим. Останнє  дає змогу цементувати грунти під підошвою фундаменту. Розчин в  грунт нагнітають плунжерними насосами ПС-45, НС-3, НД та ін. При збільшенні тиску понад 0,7—0,9 МПа ін'єктор вважається спрацьованим, нагнітання припиняється, з'єднання розчинопроводу з ін'єктором розбирають, останній витягують із свердловини і промивають. Свердловину заливають тим самим цементним розчином, яким проводили цементацію грунту.

За технічними умовами  дозволяється проводити роботи з  цементації грунту при температурі не нижче +5 °С у зимовий період.

При цьому необхідно цементувальну  установку розміщувати в опалюваному  приміщенні, підтримувати температуру  розчину, що надходить у свердловину, не нижче +5 °С.

Закріплення грунтів силікатизацією при однорозчинному методі виконують  шляхом нагнітання в грунт розчину  рідкого скла необхідної концентрації або ж гелетвірної суміші з розчину рідкого скла і фосфорної кислоти, а також з розчину рідкого скла, сірчаної кислоти і сірчано-кислого глинозему.

Дворозчинний метод силікатизації  полягає в тому, що в грунт почергово  нагнітають під тиском рідке скло (силікат натрію Nа2Sі03) і розчин хлористого кальцію СаС12 необхідної концентрації. Розчини вступають у реакцію і утворюють гель кремнієвої кислоти nSіО2mН2О, що ма'є властивість обволікати зерна грунту і при твердінні зв'язувати їх у моноліт.

Нагнітання розчинів у  грунт виконують з інтервалами, необхідними для рівномірного їхнього надходження. При використанні дворозчинного методу закріплення грунтів кожен розчин послідовно нагнітають окремим насосом. Спочатку подають рідке скло, а потім — хлористий кальцій. Заходки нагнітання розчину призначають зверху вниз і від країв до середини

 

Рис. 5.3- Розміщення ін'єкторів  при закріпленні грунту під фундаментами:

а—під нешироким стрічковим; б — під збірним стрічковим з шириною подушки до 1,8 м; в— під  широким збірним; 1 — заходки; 2 —  ін'єктори; 3 —ділянки; 4 — отвори в  плиті; цифри 1—12 у кружках відповідають послідовності ін'екціювання грунту в підвалині

 

 

 

3.4 З метою спирання на надійні ґрунти застосовують: збільшення глибини закладання фундаментів, забивні, бурозабивні або буронабивні палі, інші фундаменти глибокого закладання, заміну ненадійних ґрунтів і інші заходи.

Ефективність здійснення геотехнічних протикарстових заходів перевіряють бурінням контрольних свердловин.

3.5  Якщо застосуванням геотехнічних заходів можливість утворення карстових і карстово-суфозійних деформацій повністю не виключена, а також у разі технічної неможливості або недоцільності їх застосування, повинні передбачатися конструктивні заходи, що призначаються згідно з ДБН В.2.1-10, виходячи з розрахунку фундаментів і конструкцій споруди з урахуванням утворення карстових деформацій.

 

4   Конструктивні;

4.1. Конструктивні заходи застосовують окремо або в комплексі з геотехнічними заходами. До їх складу можуть входити:

-   спеціальні конструктивні рішення фундаментів (на природній основі і палях);

-   надфундаментні і поповерхові пояси;

-   просторові рами.

5. Технологічні

5.1 Технологічні протикарстові і протисуфозійні заходи включають: підвищення надійності технологічного устаткування і комунікацій, їх дублювання, контроль за тиском у комунікаціях і витоками з них, забезпечення можливості своєчасного відключення аварійних ділянок тощо.

      6. Експлуатаційні 
6.1 До складу експлуатаційних протикарстових і протисуфозійних заходів (моніторингу) входять:

-   постійний геодезичний контроль за осіданням земної поверхні і деформаціями будівель і споруд;

-   спостереження за проявами карсту і суфозїї, станом ґрунтів, рівнем і хімічним складом підземних вод;

-   періодичне будівельне обстеження стану будівель, споруд і їх конструктивних елементів;

-   система автоматичної сигналізації на випадок появи недопустимих карстово-суфозійних деформацій;

-   улаштування (і періодичний нагляд) глибинних марок, реперів і маяків на тріщинах будівельних конструкцій;

-   контроль за виконанням заходів щодо боротьби з інфільтрацією поверхневих, промислових і господарсько-побутових вод у ґрунт, заборона скидання в ґрунт хімічно агресивних промислових і побутових вод;

-   контроль (і обмеження) за вибуховими роботами і джерелами вібрації.

 

 

 

 

 

    7. Природне заповнення карстових порожнин ускладнює розвиток карсту і перешкоджає утворенню провалів. Однак суффозійні процеси сприяють перенесення рихлого заповнювача порожнеч зверху вниз, що може призвести до осідання поверхні і освіти провалів. У Иренском карстовому районі свердловинами і кар'єрними виробками розкриваються численні карстові порожнини з аллохтоним (суглинним і глинистих) заповнювачем і автохтонно-аллохтоним суглинисто-дерево-щебнистим заповнювачем, потужністю від 0,5 до 20 м. У цьому районі широке поширення одержали обвально-карстові брекчії, що складаються з жорстви і щебеню теригенних, карбонатних і гіпсових порід, з брилами гіпсу і ангідриту, зцементовані глинисто-гіпсовим, гіпсові під-карбонатним і гіпсово-карбонатно-глинистим цементом. Вони за-заповнюють стародавні карстові порожнечі, стародавні карстові вирви і провали. В окремих випадках сучасні обвально-карстові від-пропозиції змішуються з давнішими, утворюючи потужні (до 20-30 м) товщі. Склад заповнювача карстових порожнин залежить від складу покривних відкладень, положення покрівлі порожнини в геологічному розрізі, глибини, структурно-тектонічних особливостей району і гідродинамічної зони підземних вод. У річкових долинах, що розрізають в сульфатні породи (середній перебіг річок Ірени, Кунгуру, Ординки), гіпси і ангидрити закарсто-обґрунтовано до глибини 10-25 м. Заповнювачем карстових порожнин тут є алювіальні відкладення, що складаються з гравію, гальки метаморфічних, виверження і осадових порід гарною окантовкою з супіщаним і суглинним заповнювачем. Переміщення заповнювача на даних ділянках відбувається не тільки зверху вниз в карстові порожнини, але і по горизонталі по напрямку підрічкових потоків. Аналіз складу заповнювача карстових порожнин і тріщин є практичний інтерес для розробки складу тампонажних сумішей. Природний заповнювач, як правило, має високі-кой пористістю, здатний добре фільтрувати воду, насичуючи її сульфатом кальцію, що істотно знижує сульфатну агресивність води. На вододілах заповнення порожнин слабо зцементовані, в кар'єрних виробках тримає вертикальний укіс, не розмокає. Здатність природного заповнювача заліковувати карстові порожнини дуже важлива при розробці складів тампонажних сумішей, що дозволяє застосовувати для тампонування місцеві матеріали - гіпс, ангідрит, вапняк, попередньо подрібнені до борошна. Традиційними є методи тампонування карстових порожнин із застосуванням глинисто-цементних та інших компонентних систем з водою. Вплив таких тампонажних розчинів на маю є у карстових порожнинах природні заповнювачі є негативним. Відбувається “продавлювання” заповнювача в нижчезалягаючі порожнини або в бік природного ухилу, викликаючи збільшення в кілька разів обсягу тампонування і погіршуючи при цьому його якість-під. Використання готових сумішей з борошна гіпсу, ангідриту, вапняку дозволяє засипати або за допомогою компресорної уста установки завантажувати їх у карстових порожнин в сухому стані. У цьому випадку цементація сумішей відбувається за рахунок конденсаційної вологи. “Сухе” тампонування краще проводити пізньої восени в період заморозків, щоб виключити суфозійний винос матеріалу. З лабораторним дослідженням, проведеним Н.Є. Малоштановой, із сумішами з борошна гіпсу, ангідриту, вапняку, глини з використання ніємі піску й цементу, було відзначено в них поява кірок, плівок, глинистих стяжок і ріст кристалів гіпсу голчастої і пластинчатої форми. Необхідно відзначити, що замочування зразків сумішей проводилося звичайної водопровідної води, на відміну від польових умов, де вода в карстовому масиві має мінералізацію більше 2 г/дм3 і є менш агресивною.

 

II Основні розрахункові положення

 

2.1 При проектуванні будівель  і споруд на закарстованих  і суфозійнонебезпечних територіях  і їх розрахунку слід враховувати  виявлені на основі даних інженерних  досліджень:

-   тип карсту;

-   форми і механізм формування підземних і поверхневих проявів карсту;

-   категорії стійкості територій відносно інтенсивності утворення карстових провалів і їх середніх діаметрів;

-   склад і властивості суфозійнонестійких порід, заповнювача тріщин і карстових порожнин;

-   особливості гідрологічних і гідрогеологічних умов;

-   показники опору розмиву при різних швидкостях (градієнтах) потоку підземних вод;

-   нерівномірно знижену міцність і несучу здатність закарстованих порід, покривних ґрунтів і відкладень, що заповнюють поверхневі і поховані карстові форми (вирви тощо);

-   небезпеку виникнення і розвитку карстових і суфозійних деформацій у товщі ґрунтів і на земній поверхні (провалів, локальних і загальних осідань);

-   можливість значної активізації карстових процесів і суфозійних явищ.

 

2.2 При оцінці карстово-суфозійної небезпеки ділянки будівництва застосовують імовірнісно-статистичні методи прогнозування локальних деформацій (карстових і суфозійних провалів), методи моделювання для визначення параметрів, що визначають механізми карстових і суфозійних деформацій. Для оцінки суфозійної небезпеки застосовують методи визначення неоднорідності гранулометричного складу ґрунтів і гідравлічних градієнтів потоку підземних вод.

 

    2.3Протикарстові заходи слід вибирати залежно від характеру виявлених і прогнозованих карстових проявів, виду порід, що карстуються, умов їх залягання і вимог, що визначаються особливостями проектованого захисту, та територій і споруд, що захищаються, з урахуванням ДБН А.2.1-1.

 

2.4Водозахисні і протифільтраційні протикарстові заходи забезпечують запобігання небезпечній активізації карсту і пов'язаних з ним суфозійних і провальних явищ під впливом техногенних змін гідрогеологічних умов у період будівництва і експлуатації будівель і споруд.

Основним принципом проектування водозахисних заходів на закарстованих і суфозійно-небезпечних територіях є максимальне скорочення інфільтрації поверхневих, промислових і господарсько-побутових вод у ґрунт.

Не рекомендується допускати: посилення інфільтрації води в ґрунт (особливо агресивної), підвищення рівнів підземних вод (особливо в поєднанні із зниженням рівнів нижчезалягаючих водоносних горизонтів), різких коливань рівнів і збільшення швидкостей руху вод тріщино-карстового і вищезалягаючих водоносних горизонтів, а також інших техногенних змін гідрогеологічних умов, які можуть привести до активізації карсту і суфозії.