Опыт изучения инженерно-геологических карстовых явлений на территории Московской области

Опыт изучения инженерно-геологических карстовых явлений на территории Московской области

Введение

В сентябре 1991 года в п. Новлянском по улице Зелинского Воскресенского района произошло внезапное обрушение грунта на расстоянии 13 м. от 14-ти этажного жилого дома и в 5 м. от одноэтажного здания магазина. В результате обрушения образовалась воронка диаметром около 10-12 м. и глубиной до 5,0 м. Причиной этого явления оказалась утечка горячей воды их теплотрассы в течение месяца.

Перед изыскателями была поставлена задача оценить масштаб произошедшего и изучить инженерно-геологические условия для разработки мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации жилого дома и всей примыкающей территории.

Для решения поставленной задачи было выполнено рекогносцировочное обследование, бурение скважин, опробование, лабораторные исследования физических и механических свойств грунтов, химические анализы воды, статическое зондирование.

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка, характеристика физических и механических свойств грунтов.

По материалам изысканий прежних лет 1979, 1981, 1982 гг. для проектирования застройки III микрорайона данная территория расположена в пределах третьей надпойменной террасы р. Москва на абс. отметках 128,5-126,78 м. Площадка сложена аллювиальными отложениями, представленными переслаивающимися суглинками и супесями мощностью 4,3-6,0 м. и подстилающими их мелкими песками мощностью от 0,4 до 6 м. Общая мощность отложений от 5,2 до 10,7 м. Кровля коренных пород размыта, образуя неглубокий врез (абс. отметки кровли колеблют от 116,6 до 122,8 м). Литологические отложения карбона представлены мергелитовыми глинами, мергелями, известняками (вскрытой мощности от 0,3 до 15,7 м).

Подземные воды встречены скважинами на глубине 11,2-13,4 м., абс. отметка зеркала подземных вод 112,5-116,55 м. Вода приурочена к отложениям верхнего карбона, питание водоносного горизонта за счет атмосферных осадков, разгружается он в реку Москву. В осенне-весенний период на глубине 2,5 м. возможно появление «верховодки».

Настоящие инженерно-геологические исследования подтвердили и уточнили представления о геологическом строении района и изменениях, произошедшие в его гидрогеологических условиях.

Уточнение геологического строения площадки состояло в оконтуривании границ древнего дочетвертичного эрозионного вреза, как наиболее вероятной области карстопроявления, путем составления карты кровли коренных пород, а также в изучении характера трещиноватости и закарстованности известняков верхнего карбона и в составлении прогнозной карты возникновения техногенного карста. При анализе материалов за период 1981-1991 гг. было установлено, что кровли известняков сильно эродирована, верхняя 1,5-2,0-х метровая толща состоит из слабых, сильно трещиноватых разностей. Кровли известняков и под толщей трещиноватых отложений не редко встречаются полости, заполненные глинистым материалом со щебнем и известковым песком, с кремневой галькой, т.е. в известняках встречаются древние карстовые полости, заполненные глинистым материалом.

Что же касается гидрогеологических условий, то по данным бурения установлено, что в аллювиальных отложениях сформировался постоянный водоносный горизонт, залегающий на глубине 2,5-3,0 м. (абс. отметки 124-127 м). Водовмещающие породы, представленные аллювиальными супесями и суглинками, содержащими тончайшие прослойки пылеватых водонасыщенных песков. Эти отложения обладают низкой водоотдачей (уровень воды в скважинах восстанавливается после бурения в течение нескольких суток). Питание этого горизонта осуществляется за счет атмосферных осадков и утечек из коммуникаций. Разгрузка происходит как в нижележащий водоносный горизонт, так и в р. Москву. Мощность горизонта 2-4 м.

Воды второго водоносного горизонта приурочены к трещиноватым известнякам карбона и вскрываются буровыми скважинами на глубинах 11-15 м. (абс. отметки 113-116м).

Верхним водоупором для этого горизонта служат пестроцветные мергелистые глины и там, где мощность этих глин значительна, трещинные карстовые воды имеют небольшой (до 5-7 м) напор (скв.5173), причем уровень четвертичного водоносного горизонта совпадает здесь с уровнем вод коренных отложений (124,5 м).

На большей же части территории верхний водоупор имеет минимальную (до 1,0 м. мощность, либо вовсе размыт, поэтому водоносный горизонт носит безнапорный характер (отметки уровня 113-116м).

По химическому составу подземные воды пресные гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевые неагрессивные по отношению к бетону марки W4 по водонепроницаемости.

Между аллювиальными и каменноугольными водоносными горизонтами существует гидравлическая связь, что подтверждается формированием депрессионных воронок в каждом из этих горизонтов в зоне карстового провала.

Не совпадение размеров воронок в плане вызвано различием фильтрационных свойств пород. Наличие этой связи предопределило развитие современного карстово-суффозионного процесса, приведшего к образованию на поверхности провальных воронок у дома № 48 и 59 (строительные номера).

Механизм их образования предполагает вынос песчано-глинистого заполнителя из древних карстовых полостей в известняках карбона и «затягивание» в карстовую воронку вышележащих аллювиальных отложений (в первую очередь песков). Таким образом, за прошедшие 10 лет гидрогеологические условия площадки резко изменились из-за формирования четвертичного горизонта подземных вод, активизации карстово-суффозионного процесса в известняках карбона, приведшего в свою очередь образования в них открытого карста.

Область развития современного открытого карста не ограничена контурами провальной воронки, а очерчена шире с помощью бурения скважин в направлении от края воронки к углу дома и захватывает часть магазина. При проходке скважин № 5181, 5181а, 5190, 5170, 5192 буровой снаряд в известняках либо проваливался на 10-15 см, либо погружался в породу без вращения под действием собственного веса; выход верна в карстовых полостях не превышает 5%, иногда отбор проб из этих интервалов был невозможен.

Характерно, что над пустотами в известняках в четвертичных отложениях формировалась ослабленная зона. Так, например, при бурении скважины 5158а — провалы бурового снаряда в супесях наблюдались в интервале 6,8-7,1 м, в этих же породах на глубине 7,1-7,6 м и 8,6-9,6 м буровой снаряд погружался в массив без вращения под собственным весом, в интервале 9,6-11,6 отобрать пробы грунта не удалось.

Статическое зондирование, проведенное у каждой из скважин оконтуренной зоны подтверждает наличие ослабленных прослоев, выделенных как по бурению, так и по результатам лабораторных испытаний.

Сравнительные характеристики показателей свойств основных литологических типов аллювиальных отложений, находящихся в зоне развития современного открытого карста и за ее пределами приведены в табл.1.

Из этой таблицы следует, что в ослабленных прослоях резко считается плотность скелета грунта, увеличивается влажность, что приводит к увеличению сжимаемости в 2,5-3 раза пород и уменьшению прочности в 1,5-2 раза.

По данным статического зондирования рыхлые супеси имеют значения Pg 1,5-3,0 Мпа и характеризуются отсутствием сцепления при значении угла внутреннего трения φ=26-28°, модуль деформации этих пород не превышает 6-8 Мпа. Суглинки в ослабленной зоне характеризуются Pg=0,75-1,2 Мпа, что представляет как сильно сжимаемые при Е=5-7 Мпа. Вне ослабленной зоны эти породы имеют значения Е=14-28,5 Мпа, соответственно показатели прочности изменяются следующим образом: сцепления в ослабленной зоне С=0,021-0,024 Мпа, φ=16-17°, а вне ее границ С=0,036-0,056 Мпа, φ=19-21°.

После уточнения по результатам буровых работ границы расположения карстовой воронки, в оперативном порядке фирмой «Балтия» был развернут растворный узел. В карстовую воронку и ближайшие небольшие полости закачивалась песчано-глинисто-цементная смесь до полного отказа.

Благодаря выполненным работам, территория обрела устойчивость и до настоящего времени за 16 лет признаков карстовых провалов не наблюдается.

Табл.1. Рекомендуемые значения показателей свойств аллювиальных отложений.

Наименование показателей

СУГЛИНКИ

СУПЕСИ

ПЕСКИ

По фондовым материалам

В зоне развития современ-
ного карста

По фондовым материалам

В зоне развития современ-
ного карста

По фондовым материалам

В зоне развития современ-
ного карста

Влажность

0,19

0,23

0,14

0,21

0,05

0,13

Плотность частиц

2,68

2,68

2,65

2,64

2,64

2,64

Плотность грунта

2,10

2,10

2,03

1,99

1,74

1,60

Плотность сухого грунта

1,76

1,62

1,78

1,53

1,50

1,33

Коэффициент пористости

0,52

0,68

0,49

0,88

0,75

1,0

Степень влажности

0,98

0,98

0,76

0,96

0,18

0,55

Wt

Wp

Jp

28

18

10

29

19

10

23

17

6

21

15

5

Сцепление, кгс/ст

0,39

0,20

0,23

0,12

Угол внутреннего трения

22

22

27

25

28

21

Модуль деформации

220

75

200

80

180

65

Автор:
Эппель Д.И., главный геолог.

Комментарии запрещены.