Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях

−относительная горизонтальная деформация растяжения или сжатия ε, мм/м;

−уступ высотой h, см.

Рис. 7. Виды сдвижений и деформаций земной поверхности: а – вертикальный разрез вкрест простирания при наклонном залегании угольных пластов; б – то же, при крутом залегании угольных пластов; в – вертикальный разрез по простиранию пластов; 1 – кривые оседаний; 2 – эпюры наклонов; 3 – эпюры кривизны; 4 – эпюры относительных горизонтальных деформаций; 5 – эпюры горизонтальных сдвижений; 6 – пласт; 7 – очистная выработка; 8 – положение земной поверхности до подработки; ηmax – максимальное оседание земной поверхности; β0, γ0, δ0 – граничные углы сдвижения; ψ1,. ψ2, ψ3 – углы полных сдвижений; θ – угол максимального оседания; α –

угол падения пласта

При диагональном расположении здания или сооружения относительно линии простирания пласта дополнительно следует учитывать последствия от подработки в виде деформаций земной поверхности:

−скручивание S, 1/км;

−снашивание γ, мм/м.

В случаях, предусмотренных проектом, учитывается скорость нарастания деформаций земной поверхности υ, мм/м, мес.

21

Ожидаемые (вероятные) деформации земной поверхности должны рассчитывать горные инженеры-маркшейдеры по методикам, разработанным институтами, специализирующимися в этой области.

Деформации земной поверхности для неизученных месторождений и для районов с особо сложными горно-геологическими условиями подработки должны рассчитывать институты, специализирующиеся в этой области.

Подрабатываемые территории подразделяют на группы в зависимости от значений деформаций земной поверхности в соответствии с табл. 1 [10].

Подрабатываемые территории, на которых при выемке пластов полезного ископаемого образуются уступы земной поверхности, подразделяют на группы в соответствии с табл. 2.

При проектировании зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах, учитывают следующие виды деформаций (рис. 8):

−просадку грунта ssl как от собственного веса ssl,g , так и от внешней нагрузки ssl, p ;

−горизонтальные перемещения земной поверхности usl

−относительные горизонтальные деформации растяжения или сжатия ε;

−наклон земной поверхности isl .

22

В зависимости от ожидаемых деформаций земной поверхности территории на просадочных грунтах подразделяются на группы по условиям строительства в соответствии с табл. 3 для грунтовых условий I типа и с табл. 4 – для грунтовых условий II типа.

Рис. 8. Характер развития деформаций земной поверхности в пределах просадочной воронки: а – поперечный разрез зоны увлажнения; б – кривая просадки поверхности грунта; в – кривые наклонов поверхности; г – кривые горизонтальных перемещений поверхности грунта; 1 – положение земной поверхности; 2 – площадь замачивания; 3 – нижняя граница растекания воды; b – ширина зоны растекания воды; Bw – ширина

замачиваемой площади; β – угол растекания воды; Hsl – просадочная толща; r – расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от собственного веса; bw – ширина горизонтального участка просадки; ssl ,g – просадка грунта от собственного веса; i – наклонземнойповерхности; usl – горизонтальныеперемещенияземнойповерхности

23

Таблица 3

Группы территорий на просадочных грунтах для грунтовых условий I типа

Примечание: L – расстояние между фундаментами здания (сооружения).

Таблица 4

Группы территорий на просадочных грунтах для грунтовых условий II типа

Примечание: r – расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от собственного веса.

Карст проявляется на поверхности преимущественно в виде воронок различных типов, форм и размеров – огромных и очень глубоких, иногда – в виде оседания дневной поверхности (см. рис. 3, 5). Механизм формирования карстовых деформаций поверхности отличается разнообразием и сложностью – от обвалов над карстовой полостью и оседанием над растворяющейся и снижающейся поверхностью сульфатных и хлоридных солей до сложного (поэтапного) образования карстовой полости на значительных (свыше 100 м) глубинах с последующим формированием (в том числе сопутствующими карсту процессами) в меняющихся гидродинамических условиях промежуточных сводов обрушения и выхода их на поверхность в виде провала, проседания или общего оседания.

24

2.2.Исходные данные для проектирования

Вкачестве исходных данных при проектировании зданий на подрабатываемых территориях следует учитывать максимальные ожидаемые (при имеющихся календарных планах развития горных работ) или вероятные (при отсутствии календарных планов горных работ) величины сдвижений и деформаций земной поверхности в направлениях падения и простирания пласта.

Исходные данные для выбора инженерных решений, а также состава и объема защитных мероприятий при проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах должны включать:

−материалы инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на площадке строительства; проектные решения здания или сооружения;

−генплан участка строительства;

−ситуационный план района строительства;

−проект вертикальной планировки застраиваемой территории;

−схемы водонесущих коммуникаций;

−сведения о способах подготовки оснований, применяемых в районе строительства;

−данные о деформациях здания (сооружения) в районе застройки. В качестве исходных данных при проектировании зданий и соору-

жений на закарстованных территориях должны использоваться следующие сведения, материалы и параметры:

−карта-схема степени закарстованности территории;

−результаты маршрутного наблюдения и карстологического обследования местности (при необходимости);

−карта районирования площадки по категориям устойчивости;

−зонирование участка застройки, средние диаметры карстовых провалов и оседаний, оценка критических размеров карстовых полостей, прогноз развития карста, рекомендации по инженерной подготовке территории и противокарстовым мероприятиям.

25

2.3. Особенности инженерно-геологических изысканий на подрабатываемых и карстоопасных территориях

Объектам строительства на закарстованных и подрабатываемых территориях должно быть уделено повышенное внимание на всех стадиях освоения площадки и эксплуатации строений, поскольку масштабы деформаций зданий и сооружений под воздействием карста более значительны, чем в инженерно-геологических условиях, не предрасположенных к проявлению опасных геологических процессов.

Надежность строительства зданий и сооружений на закарстованных и подрабатываемых территориях должна быть обеспечена тщательным и детальным изучением инженерно-геологических условий, использованием оптимального комплекса противокарстовых мероприятий, карстомониторингом в процессе строительства и эксплуатации, а также реализацией эффективных (упреждающих) мер защиты и усилением конструкций при локальных карстопроявлениях.

На подрабатываемых территориях при проведении инженерногеологических изысканий необходимо устанавливать (согласно Своду правил по инженерно-геологическим изысканиям для строительства):

−условия залегания полезной толщи на участке (трассе) планируемой застройки, в том числе глубину залегания, мощность, распространение в плане и по глубине;

−сведения о системах разработки полезного ископаемого;

−места расположения и периоды проходки отдельных видов подземных горных выработок, их сечения и способы крепления;

−способы управления горным давлением, заполнения отработанного пространства и ликвидации горных выработок;

−мощность и литологический состав перекрывающих полезную толщу пород, их распространение и физико-механические свойства;

−места выхода на поверхность и (или) под перекрывающую толщу пород разрывных тектонических нарушений, положение и углы падения плоскости сместителей;

−гидрогеологические условия в пределах перекрывающей и полезной толщи;

−степень развития и интенсивность проявления существующих

ивозможных геологических и инженерно-геологических процессов

26

(в том числе выделение метана, радона, двуокиси углерода, водорода) и распространение специфических грунтов;

−характер и причины деформаций имеющихся зданий и сооружений.

Задачи изысканий могут различаться в зависимости от времени проведения горных работ на данной территории:

−работы проводились ранее;

−планируются в будущем;

−осуществляются в период изысканий.

На подработанных ранее территориях при проведении инженерногеологических изысканий необходимо дополнительно устанавливать:

−периоды проведения горных работ и проходки подземных горных выработок на отдельных участках исследуемой территории;

−фактически отработанную мощность полезной толщи, наличие и расположение пустот в пройденных подземных выработках, материал и степень заполнения породами отработанного пространства;

−изменения рельефа местности – возникновение провалов, локальных оседаний, уступов, ступеней и трещин при образовании мульд сдвижения и их приуроченность к отдельным видам подземных выработок и периодам проходки;

−величину и интенсивность оседания земной поверхности на отдельных участках изучаемой территории по данным имеющихся геодезических наблюдений;

−изменения гидрологических и гидрогеологических условий – обмеление, исчезновение или появление новых водотоков и водоемов, исчезновение и появление новых водоносных горизонтов, повышение и понижение уровня подземных вод, изменения их химического состава;

−изменения физико-механических свойств грунтов перекрывающей толщи и их особенностей на отдельных участках;

−местоположение устьев вертикальных и наклонных выработок, имеющих выход на земную поверхность;

−места провалов и суффозионных воронок и объемы выноса грунтов перекрывающей толщи в отработанное пространство по имеющимся данным горнодобывающих предприятий;

−степень активности выявленных геологических и инженерногеологических процессов;

27

−степень стабилизации и завершенности оседания земной поверхности на отдельных участках площадки;

−особенности деформаций имеющихся зданий и сооружений, обусловленных неравномерным оседанием земной поверхности с выявлением периодов активизации и стабилизации, а также приуроченность к периодам и видам проходки подземных выработок, к периодам снеготаяния, ливневых и продолжительных дождей.

При инженерно-геологических изысканиях на подрабатываемых территориях особое внимание следует уделять сбору следующих сведе-

ний и данных:

−наличие тектонических дизъюнктивных (разрывных) нарушений

врайоне изысканий – типы, пространственная ориентировка разрывной зоны, элементы залегания разрывов (простирание и углы падения), амплитуда и характер смещения горных пород, характер и состояние пород, мощность зон дробления (милонитизации), а также мощность четвертичных отложений, перекрывающих разрывные нарушения, с максимальным использованием результатов дешифрирования аэро- и космоматериалов;

−результаты многолетних режимных наблюдений за подземными водами по федеральной (государственной) сети МПР России, расположенной в районе изысканий, а также наблюдений по соседним территориям со сходными геолого-гидрогеологическими условиями;

−зафиксированные явления обмеления, исчезновения и образования новых водотоков и водоемов поверхностных вод, участков повышенной инфильтрации поверхностных вод, обусловленных сдвижениями и оседаниями земной поверхности;

−положение и глубина горных выработок, способы (технология) ведения горных работ при проходке старых (отработанных) подземных горных выработок и строительстве подземных сооружений различного назначения, а также время (периоды) проходки горных выработок и строительства;

−развитие геологических и инженерно-геологических процессов, обусловленных влиянием подземных горных разработок, формы их проявления, положение и размеры (мульды сдвижения, оседания, суффозионные воронки, провалы, уступы, крупные трещины);

−деформации и разрушения зданий и сооружений, связанные со сдвижением массива и неравномерными оседаниями земной поверхности.

28

Маршрутные наблюдения. При описании естественных обнажений особое внимание следует уделять характеристике трещиноватости как важнейшему фактору ослабления массива горных пород и изменения его напряженного состояния при подработке. Следует выявлять основные генетические типы трещин и их системы, пространственную ориентировку (элементы залегания, раскрытие, расстояния между трещинами каждой системы), состав заполнителя.

Необходимо детально обследовать и картировать формы проявления деформаций земной поверхности вследствие ее оседания при подработке: мульды сдвижения, линии уступов, суффозионные воронки, провалы, крупные трещины и др., а также связанные с ними оползневые подвижки грунтов, в частности в мульдах сдвижений над крупными пустотами и здания и сооружения со следами деформаций.

Проходку горных выработок на подрабатываемых территориях (выбор вида выработок, способа и разновидностей бурения скважин, ликвидации выработок) следует осуществлять в соответствии с общими правилами проведения этого вида работ.

Бурение скважин в скальных и полускальных породах следует выполнять с отбором ориентированного керна. При этом надлежит выполнять наблюдения за трещиноватостью и раздробленностью грунтов по керновому материалу и (при наличии соответствующего оборудования) по стенкам скважин. При описании керна следует отмечать количество трещин на единицу длины керна, характер поверхности и материал заполнения трещин, высоту столбиков керна, наличие зеркал скольжения, количество (процент от общего объема) и характер раздробленного материала. Рекомендуется также проводить оценку крепости скальных и полускальных грунтов по косвенным признакам – скорости проходки скважины, сопротивлению кусков керна раскалыванию и разламыванию руками и т.п. При этом следует выявлять приуроченность наибольшей трещиноватости к отдельным видам пород и интервалам проходки выработок.

В процессе бурения скважин фиксируются интервалы глубин провалов (пустот) и быстрого погружения (разуплотненных зон) бурового снаряда, интервалы с различной скоростью (интенсивностью) поглощения промывочной жидкости.

При необходимости уточнения положения крутозалегающих пластов горных пород и (или) тектонических нарушений рекомендуется выполнять бурение наклонных скважин.

29

Для детального изучения трещиноватости и раздробленности массива грунтов (характера их изменений по глубине), состояния грунтов в зонах разуплотнения в перекрывающей (подработанной) толще над старыми выработками рекомендуется предусматривать проходку шурфов.

Геофизические исследования при инженерно-геологических изысканиях на подрабатываемых территориях выполняются в соответствии с п.5.7 СП 11-105-97 (часть I) [25].

Для определения местоположения и прослеживания линий (зон) тектонических нарушений под перекрывающими породами, элементов залегания нарушений и наклонных пластов горных пород, зон повышенной трещиноватости, положения подземных горных выработок, разуплотненных зон, полостей и пустот, изучения напряженного состояния пород в массиве рекомендуется применять главным образом методы электро- и сейсморазведки, ЕИЭМПЗ, газово-эманационной съемки, радиолокационного зондирования (георадар), а также различные виды каротажа (электро-, сейсмо- и ультразвукового). При использовании методов сейсморазведки недопустимо применять взрывы для возбуждения сейсмических волн на подрабатываемых территориях. В целях повышения качества интерпретации геофизических данных рекомендуется применять комплекс различных методов. Геофизические исследования на подрабатываемых территориях (особенно на подработанных ранее) должны предшествовать выполнению другихвидовполевых работ.

Полевые исследования грунтов на подрабатываемых территориях выполняются в соответствии с п.5.8 СП 11-105-97 (часть I) [25].

Статическое и динамическое зондирование грунтов проводится по ГОСТ 19912-2001 для выявления в толще перекрывающих песчаноглинистых грунтов до глубины 20 м (над старыми горными выработками, подземными сооружениями) пустот и разуплотненных зон (грунтов пониженной прочности), а также определения динамической устойчивости песчаных водонасыщенных грунтов.

Методы зондирования рекомендуется также применять для уточнения мест расположения старых подземных выработок, их устьев и тектонических дизъюнктивных нарушений горных пород под перекрывающими породами при их мощности менее 20 м.

При проведении полевых испытаний грунтов штампами, помимо модуля деформации (по ГОСТ 20276-99), необходимо определять значения модулей упругих и остаточных деформаций в соответствии с приложением 12 СНиП 2.01.09-91 [10].

30