Значение инженерной геологии для проектирования и строительства железных дорог, а также для их эксплуатации

Вопрос № 6. 

Объясните сущность процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Опишите процессы (карст, абразия) и возможные защитные мероприятия. 

Ответ: 

Экзогенные процессы-геологические  процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками  энергии (преимущественно солнечное  излучение) в сочетании с силой  тяжести. Экзогенные процессы протекают  на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического  и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К  ним относятся: выветривание, геологическая  деятельность ветра (эоловые процессы, дефляция), проточных поверхностных  и подземных вод (эрозия, денудация), озёр и болот, вод морей и океанов (абразия),ледников (экзарация). Главные  формы проявления Э. п. на поверхности  Земли: разрушение горных пород и  химическое преобразование слагающих  их минералов (физическое, химическое, органическое выветривание); удаление и перенос разрыхлённых и растворимых  продуктов разрушения горных пород  водой, ветром и ледниками; отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы (седиментогенез, диагенез, катагенез). Э. п. в сочетании  с эндогенными процессами участвуют  в формировании рельефа Земли, в  образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождений  полезных ископаемых. Так, например, в  условиях проявления специфических  процессов выветривания и осадконакопления образуются руды алюминия (бокситы), железа, никеля и др.; в результате селективного отложения минералов водными  потоками формируются россыпи золота и алмазов; в условиях, благоприятствующих накоплению органические вещества и  обогащенных им толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые. 

Карстовые процессы. Это процессы выщелачивания водорастворимых  горных пород (известняков, доломитов, гипсов) подземными и атмосферными видами осадков и образования  в них различных пустот. Для  карстового процесса, в отличие от обычной суффозии, главным является растворение пород и вынос  из них веществ в растворенном виде. 

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

Противокарстовые  мероприятия следует предусматривать  при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом  строении которых присутствуют растворимые  горные породы (известняки, доломиты, мел, обломочные грунты с карбонатным  цементом, гипсы, ангидриды, каменная соль), имеются карстовые проявления на поверхности (карры, поноры, воронки, котловины, полья, долины) и (или) в глубине грунтового массива (разуплотнения грунтов, полости, каналы, галереи, пещеры, воклюзы). 
 

При отсутствии карстовых проявлений на поверхности  и в толще грунтов, отделенных от зоны карста слоем прочных горных пород и надежным водоупором, препятствующими  влиянию возможных обрушений  пород в подземных полостях на покровную толщу и выносу из нее  грунтов, территория может рассматриваться  как карстово-неопасная для зданий и сооружений и проекты ее застройки  следует выполнять как для  некарстовых районов. 

Примечание. Надежным водоупором считается непрерывный  слой горных пород с коэффициентом  фильтрации не болев 0,001 м/сут и толщиной не менее 1/5 действующего на него напора, но не менее 5 м. 

В материалах изысканий  должно быть описание карстовых проявлений и характера угрожающей опасности, динамики их развития.  

Противокарстовые  мероприятия должны:  

-предотвращать  активизацию, а при необходимости  и снижать активность карстовых  и карстово-суффозионных процессов; 

-исключать или  уменьшать в необходимой степени  карстовые и карстово-суффозионные  деформации грунтовых толщ, или,  наоборот, способствовать стабилизации  условий строительства ускорением  карстовых деформаций; 

-предотвращать  повышенную фильтрацию и прорывы  воды из карстовых полостей  в подземные помещения и горные  выработки: 

-обеспечивать  возможность нормальной эксплуатации  территорий, зданий, сооружений, подземных  помещений и горных выработок  при допущенных карстовых проявлениях. 

Противокарстовые  мероприятия следует выбирать в  зависимости от характера выявленных и прогнозируемых карстовых проявлений, вида карстующихся пород, условий их залегания и требований, определяемых особенностями проектируемой защиты и защищаемых сооружений, предприятий, территорий с учетом СНиП 2.02.01-83. 

В качестве основных противокарстовых мероприятий при  проектировании зданий и сооружений следует предусматривать: 

-устройство  оснований зданий и сооружений  ниже зоны опасных карстовых  проявлений;  

-заполнение  карстовых полостей;  

-искусственное  ускорение формирования карстовых  проявлений; 

-создание искусственного  водоупора и противофильтрационных  завес;  

-закрепление  и уплотнение грунтов;  

-водопонижение  и регулирование режима подземных  вод; 

-организацию  поверхностного стока;  

-применение  конструкций зданий и сооружений  и их фундаментов, рассчитанных  на сохранение целостности и  устойчивости при возможных деформациях  основания. 

При проектировании горных предприятий следует также  предусматривать бурение контрольных  разведочных скважин, опережающих  разработку пород, и при необходимости  тампонаж, а при проходке горных выработок — также замораживание  горных пород. 

Опирание фундаментов  на прочные грунты, залегающие ниже зоны опасных карстовых проявлений, следует предусматривать в случаях, когда эта зона достаточно разведана  и имеются необходимые средства для глубокого заложения фундаментов. 

Допускается прорезать  фундаментами не всю толщу карстующихся пород при условии: 

-отсутствия  угрозы обрушения (провала) грунтов  основания фундаментов (наличие  достаточно мощного целика прочных  пород над нижележащим горизонтом  карста); 

-осуществления  контролируемого заполнения полостей  и трещин толщи скальных пород  на необходимую глубину непосредственно  под фундаментом (сваей, столбом)  или (когда это требуется по  условиям передачи нагрузки на  основание) под всем сооружением. 

Заполнение подземных  пустот при основании сооружений на нескальных грунтах, покрывающих  карстующиеся породы, допускается предусматривать  в верхней части карстовой  зоны с расчетом на образование достаточно мощного целика прочных пород, предохраняющих покровную толщу от влияния на нее возможных деформаций в нижележащей (не заполняемой) зоне карста. 

Поиск, заполнение и контроль эффективности заполнения карстовых пустот целесообразно  выполнять одной специализированной организацией или совместно с  проектно-изыскательской и производственной организациями. 

При контроле эффективности  производственного заполнения пустот должны быть использованы методы, применявшиеся  при их поиске. 

Ускорение формирования карстовых проявлений, например, взрывание  пород в полостях для предотвращения их внезапного обрушения, применение агрессивных  растворов для повышения при  необходимости водоотдачи и водопроводимости горных пород, а также для добычи полезных ископаемых должно ограничиваться решением частных задач и сопровождаться определенным восполнением ущерба, причиняемого окружающей среде. 

Создание искусственного водоупора путем инъекции цементных, глинистых, глиноцементных и смоляных растворов в трещиноватые скальные породы или с помощью струйной цементации, химического и электрохимического закреплений нескальных грунтов  допускается предусматривать для  предотвращения выноса нескальных грунтов  в трещины и полости подстилающих карстующихся пород, если они не прикрыты сплошным природным водоупором.Сплошность водоупора должна быть обеспечена в  пределах расчетных границ сдвижения  горных пород под сооружением. 

При отсутствии или недостаточности водоупора, прикрывающего закарстовые породы, и затруднениях по устройству искусственного водоупора следует предусматривать  меры по недопущению значительного  снижения напора подземных вод в  карстовой зоне по сравнению с  напором в покровной толще. Для  исключения повышения скорости воды в карстующихся породах следует, как правило, избегать забора воды из них. При необходимости забора воды из карстовой зоны и понижения  уровня подземных вод в ней  необходимо проектировать соответствующее (в зависимости от наличия и  противофильтрационной устойчивости разделяющего слоя) водопонижение и  в покровной толще (с водозабором  из нее), а также водозащитные мероприятия (герметичность водонесущих коммуникаций, асфальтирование территории и организация  поверхностного стока) .Роль водозащитных мероприятий особенно возрастает в  условиях неводоносной покровной толщи. 

Для уменьшения питания и, соответственно, водообмена и водообильности карстующихся пород  водами из интенсивных источников (например, из поверхностных водоемов, водотоков  и др.) следует проектировать экранирование  водотоков и водоемов и противофильтрационные  завесы (тампонаж горных пород), осуществляемые инъекционными методами (см. п. 5.10) . 

В случае обнаружения  при изысканиях разуплотненных грунтов  в пределах сжимаемой толщи основания  сооружения, в проекте следует  предусматривать прорезающие их свайные фундаменты, виброуплотнение, буроинъекционные сваи. 

Если предусмотренные  мероприятия не устраняют полностью  возможность деформаций грунтов  оснований сооружений, то следует  проектировать фундаменты (как правило, из монолитного железобетона) и конструкции  сооружений, рассчитанные на восприятие усилий, возникающих при ожидаемых  деформациях оснований, предусматривать  эксплуатируемые подземные помещения  и возможность выполнения из них  инъекционных работ для восстановления оснований фундаментов при образовании  под ними воронок, провалов, проседаний грунтов. 

В необходимых  случаях в проектах противокарстовой защиты следует предусматривать  организацию службы наблюдения за деформациями сооружений, их оснований и развитием  карстовых процессов, с соответствующей  производственной базой для проведения противокарстовых мероприятий и  ремонтов сооружений. 
 

Абразия - процесс  разрушения волнами и прибоем  берегов водоемов. Абразия распространяется и на дно водоемов до глубины нескольких десятков метров, а в океанах - до 100 метров и более. Обломочный материал перемещается вдоль берегов, уносится и откладывается у берегов  там, где ослабевает энергия волн, и в понижениях дна. В результате абразии создаются различные  формы рельефа абразионного берега. 

Строительство берегозащитных сооружений и осуществление  мероприятий должны быть направлены на защиту коренного берега и (или) на сохранение и расширение существующих пляжей или образование искусственных  пляжей, а также на защиту пониженных территорий от затопления при нагонных подъемах уровня моря.  

Берегозащитные  сооружения и мероприятия подразделяются на:  

--волнозащитные  (вдольбереговые подпорные стены  — набережные, шпунтовые стенки, ступенчатые крепления, откосные  покрытия);  

--волногасящие (вдольбереговые конструкции с  волногасящими камерами, откосные  покрытия в виде набросов из  камня или фасонных блоков, искусственные  свободные пляжи);  

---пляжеудерживающие  (вдольбереговые подводные банкеты,  буны, шпоры);  

специальные мероприятия (регулирование стока рек, использование  подводных карьеров, закрепление  грунта склонов, агролесомелиорация и  т. д.).