Существует множество районов, где на больших территориях протекают карстовые процессы. Это ни что иное, как растворение горных пород потоками слабоминерализованных вод. Такие процессы внешне проявляются деформациями земной поверхности такими, как [1]:
- коррозия растворимых горных пород, выходящих на земную поверхность;
- постепенные оседания, малые по площади;
- постепенные оседания на относительно больших площадях, приводящих к образованию крупных мульд оседания и депрессий;
- внезапно возникающие провалы.
Вследствие внезапности возникновения провалов, они представляют основную опасность для зданий и сооружений. В зависимости от местных геологических условий размеры провалов могут меняться в широких пределах: от долей метра до 100 – 300 м в диаметре. Формы провалов в рыхлых породах бывают в виде воронок, в прочных породах – в виде колец.
Крупная полость с ослабленной кровлей на небольшой глубине может стать причиной образования провала. При обрушении кровли земной поверхности возникает карстовый провал. Причиной появление большого провала также может являться просачивание масс грунта из покровной толщи в развитую систему трещин или в систему полостей малого поперечного сечения (карстово-суффозионный процесс) [2].
Помимо внешних проявлений по мере развития карстового процесса он сопровождается понижением несущей способности горных пород, из-за возникновения и развития трещиноватости, различных полостей, каверн и дальнейшего разрушения пород до состояния щебня и мучнистой массы, что преимущественно характерно для карбонатных пород. При строительстве зданий и сооружений необходимо учитывать все приведённые процессы и явления в карстующемся массиве.
На практике широко используются следующие противокарстовые мероприятия:
- Укрепление участка тампонированием трещин и карстовых полостей бетоном и цементным раствором, применяемыми в гидротехническом строительстве, на железнодорожном транспорте и в мостостроении. Тампонаж полости обеспечивает не только повышение прочности и устойчивости закарстованного массива, что повышает надёжность основания, но и замедляет карстовый процесс. Эти мероприятия требуют большого расхода цементного раствора [3].
- Укрепление закарстованного участка посредством систем подземных взрывов. На сегодняшний момент невозможно судить об эффективности этого мероприятия из-за отсутствия достоверных данных о результатах проведения его в натурных условиях.
- Устройство железобетонных поэтажных поясов и армирование ленточных бутобетонных и бетонных фундаментов зданий. Данное мероприятие эффективно при малых размерах провалов.
- Устройство под зданием сплошной монолитной железобетонной фундаментной плиты. Их целесообразно применять для одноэтажных зданий с частой сеткой колонн и для многоэтажных промышленных зданий.
- При помощи арматурных стержней, приваренных к закладным деталям фундаментной балки, осуществлять анкеровку фундаментных балок в столбчатых фундаментах. Эти мероприятия немного уменьшают вероятность выпадения фундаментной балки и последующего разрушения стены при образовании провалов, однако малоэффективны.
- Анкеровка плит покрытия и усиление опорных узлов балок или ферм. Примером таких мероприятий является устройство металлического башмака в узле опирания стропильных балок на подстропильную балку или колонну (рис.1). В случаи горизонтального перемещения опоры или осадки процесс разрушения каркаса здания немного замедляется, из-за препятствованию башмака соскальзыванию ферм с опоры.
- Взаимное скрепление скрутками из арматурной стали плит покрытия в местах их опирания за монтажные петли, а также анкеровка их в стенах. Эти мероприятия в какой-то мере предупреждают обрушение плит покрытия при сравнительно небольших подвижках балок или ферм покрытия.
Рисунок 1. Устройство металлического башмака в узле опирания ферм покрытия на подстропильную балку или колонну:
1 – подстропильные балки; 2 – стропильные фермы; 3 – колонна; 4 – опорный башмак
При строительстве на закарстованных территориях в первую очередь необходимо выбрать общее направление поиска инженерных решений. Они зависят от цели применения противокарстовых мероприятий и размеров провалов.
Современный уровень развития техники инженерно-геологических изысканий в совокупности со статистическими данными о провалах позволяют сделать вывод