учебная геологическая практика


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Учебное издание
Маргарита Николаевна
АРАНОВА
Ольга Михайловна
АКУТИНА
Андрей Валентинович
,
Инесса Петровна
Татьяна Михайловна
ВА
Дмитрий Геннадьевич
КОПИН
Учебная геологическая практика
Учебно-методическое пособие
Редактор
А.А. Сыромятников
Технический редактор
С.А. Ключникова
Корректор
рышева
Подписано в печать 20.02.2012 г. Формат 60х90/16
Бумага офсетная. Печать оперативная.
Уч.-изд. л. 4,68. Усл. печ. л. 8.
Тираж 136 экз. Рег. № 93/09
ФГБОУ ВПО «Самарский государственный
архитектурно-строительный университет»
443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194
Краткая характеристика геологических условий г. Куйбы
шева и области / Сост.: О.А.Сильченко, В.П.Костюк; Куй
бышевск. инж.-строит. ин-т. – Куйбышев, 1985.
Основания, фундаменты и подземные сооружения /
М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др.;
под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. – М.:
Стройиздат, 1985. – 480 с. – (Справочник проектировщика).
Обедиентова, Г.В. «Из глубины веков» (Геологическая
история и природа Жигулей). – Куйбышев: Куйбышевское
книжное издательство, 1988. – 158 с.
Симагин, В.Г. Основания и фундаменты. Проектирование
и устройство: Учебное пособие. – М.: Изд. АСВ, 2007. – 496 с.
Ухов, С.Б., Семенов, В.В., Знаменский, В.В., Тер-
Мартиросян, З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основа
ния и фундаменты: Учебник для строит. спец. вузов / Под ред.
С.Б. Ухова. – М.: Изд-во АСВ, 2005. – 527 с
ИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
Ананьев, В.П., Потапов, А.Д. Инженерная геология: Учеб.
для строит. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 2006.
Баранова, М.Н. Инженерная геология Самарской области:
конспект лекций. – Самара: СГАСУ, 2007. – 28 с.
Беляев, В.А. и др. Освоение закарстованных территорий.
Какутина, О.М. Подготовка заключения по локализации
и ликвидации провала грунта на ул. Малоярославской:
Технический отчет. – 2010.
Дружинин, Г.А., Чечина, Н.В., Чикановский, С.А. Влияние
карстовых процессов на основания зданий и сооружений
в Самарском Поволжье. – Тольятти, 1992.
Государственная геологическая карта Российской Федера
ции, масштаб 1:1000000 (новая серия). – Лист N-(38), 39. –
Самара. Объяснительная записка. – С-Пб.: С-Пб картогра
фическая фабрика ВСЕГЕИ, 2000.
Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты
(включая специальный курс инженерной геологии). – 2-е
изд-е перераб. и доп. – Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние,
Динамика ландшафтов в зоне влияния Куйбышевского
водохранилища. – СПб.: Наука, 1991. – 224 с.
Захаров, А.С. Рельеф Куйбышевской области (Пособие
по краеведению). – Куйбышевский областной музей краеве
дения, Куйбышевское книжное издательство, 1971. – 96 с.
Иванов, A.M., Поляков, К.В. Геологическое строение Куй
бышевской области. – Куйбышев: Издание Куйбышевского
областного музея краеведения, 1960. – 82 с.
11.
Ивлентиев, В.С., Эткин, В.А., Воронин, В.И., Калинин ,А.В.,
Янюшкин, Ю.М. Математическое моделирование гидроди
намики Волжского каскада гидросооружений. – Тольятти:
ИЭВБ РАН, 1999. – 109 с.
Копп, М.Л. Модилистическая неотектоника платформ
Юго-Восточной Европы. – М.: Наука, 2005. – 340 с.
Типы сооружений п
о характеру взаимодействия с основа
нием (по жесткости)?
Какие сооружения относятся к абсолютно жестким?
Какие сооружения относятся к абсолютно гибким?
Какие сооружения относятся к относительно жестким?
Какие сооружения относятся к относительно гибким?
Какие виды деформаций характерны для зданий
и сооружений?
Что такое прогиб здания или сооружения?
Что такое выгиб здания или сооружения?
Что такое перекос здания или сооружения?
Что такое кручение здания или сооружения?
Что такое крен здания или сооружения?
На какие группы делятся основные причины возникнове
ния неравномерных деформаций оснований и сооружений?
Перечислить и охарактеризовать причины возникновения
неравномерных деформаций оснований и сооружений,
имеющих природное происхождение?
Перечислить и охарактеризовать причины возникновения
неравномерных деформаций оснований и сооружений,
имеющих техногенное происхождение?
На какие группы делится комплекс строительных меро
приятий по уменьшению деформации оснований и влия
ния их на сооружение?
Что включают в себя строительные мероприятия по пре
дохранению грунтов основания от ухудшения их свойств?
Что включают в себя строительные мероприятия, направ
ленные на преобразование строительных свойств грунтов
оснований?
Что включают в себя конструктивные мероприятия, умень
шающие чувствительность сооружений к деформациям их
оснований?
Что включают в себя строительные мероприятия, позволя
ющие уменьшить усилия в конструкциях сооружения при
взаимодействии его с основанием?
наиболее характерные и опасные дефекты (отказы) в кон
струкциях здания;
наиболее вероятные причины отказа здания и его основания.
Материалы фотофиксации (фотографии) или иллюстрации
(рисунки), отражающие характерные дефекты объекта. При
этом в отчете необходимо представить как общую картину
состояния здания (фасады – главный, дворовой, боковые),
так и отдельные фрагменты (части фасада, конструкции) в
более крупном масштабе с указанием выявленных дефектов.
Выводы по техническому состоянию объекта и возможности
его дальнейшей эксплуатации.
В заключение данного раздела студентам-практикантам не
обходимо сделать общий вывод о наиболее характерных для
обследуемого района г. Самар
ы причинах деформации соору
жений и их оснований.
Контрольные вопросы по разделу 8:
Дать определение фундаменту сооружения.
Дать определение основанию сооружения.
Виды оснований сооружений?
Дать определение нескальному грунту.
Что такое отказ сооружения или строительной конструкции?
Виды отказов сооружений или строительных конструкций?
Чем характеризуется система «Надземная часть-
Фундамент-Основание»?
Что называется естественным основанием сооружения?
Что называется искусственным основанием сооружения?
Что называется скальным основанием сооружения?
11.
Что называется нескальным основанием сооружения?
Какие различают виды деформаций грунтовых (не
скальных) оснований?
Что такое осадка нескального основания?
Что такое просадка нескального основания?
Что такое подъем и осадка нескального основания?
Что такое оседание нескального основания?
Что такое горизонтальное перемещение нескального
основания?
8.3. Задание студентам
Во время экскурсии под руководством преподавателя студен
ческой группе поручается провести визуальное освидетельствова
ние 10-15 зданий, имеющих на фасадах видимые отказы, и собрать
следующую информацию по каждому объекту обследования:
Назначение сооружения.
Объемно-планировочное решение сооружения.
Конструктивное решение сооружения.
ы и материалы основных конструктивных
элементов объекта.
Наиболее характерные и опасные дефекты в кон
струкциях сооружения.
Наиболее вероятные причины отказа сооружения
и его основания.
В период камеральных работ студенты-практиканты собран
ные во время экскурсии данные оформляют как раздел отчета
по геологической практике «Деформации нескальных основа
ний и возведенных на них сооружений в период эксплуатации».
Из общего списка всех освидетельствованных в ходе экскурсии
зданий ведущий преподаватель для каждой бригады студентов-
практикантов выбирает 3-4 объекта, подробное описание которых
необходимо представить в отчете по практике.
Описание каждого из выбранных объектов обследования
нужно выполнять по следующему плану:
Схема маршрута экскурсии с указанием всех освидетель
ствованных студенческой группой зданий и объектов,
описываемых конкретной бригадой (показать разными
условными обозначениями).
Информацию по каждому описываемому объекту, включающую:
название улицы и номер дома;
назначение здания;
объемно-планировочное решение здания;
конструктивное решение здания;
виды и материалы основных конструктивных эле
ментов здания;
Рис. 8.6. Схематическая карта центральных районов г. Самары
для выбора маршрута экскурсии по деформациям сооружений
Объектами обследования являются здания и сооружения,
которые в период многолетней эксплуатации приобрели зна
чительные дефекты в виде трещин в надземных несущих и
ограждающих конструкциях в результате деформации основа
ний этих сооружений. Рекомендуемое количество объектов для
освидетельствования 10-15.
В пункте 8.1 настоящего раздела приведен учебно-методи
ческий материал, позволяющий студентам проанализировать
собранные во время экскурсии данные и написать соответству
ющий раздел отчета по практике.
засыпка пазух и устройство под фундаментами подушек
из материалов, обладающих малым сцеплением и трением,
применение специальных антифрикционных покрытий,
разработка временных компенсационных траншей для
уменьшения усилий от горизонтальных деформаций осно
ваний (например, в районах горных выработок);
регулирование сроков омоноличивания стыков сборных и
сборно-монолитных конструкций;
обоснованная скорость и последовательность возведения
отдельных частей сооружения.
8.2. Практическая часть
Данный раздел учебной геологической практики предваряет
кур
сы дисциплин «Механика грунтов» и «Основания и фун
даменты». Он знакомит студентов с основными видами
деформаций зданий и сооружений, возможными причинами
их возникновения и существующими методами устранения
негативных последствий деформаций.
Практическая часть раздела 8 «Деформации нескальных ос
нований и возведенных на них сооружений в период эксплуата
ции» включает в себя:
Экскурсию – 3 часа.
Камеральные работы – 3 часа.
Практический материал для этого раздела отчета студенты
собирают во время пешеходной экскурсии по г. Самаре.
Цель экскурсии – визуальное обследование существующих
зданий и сооружений, у которых в эксплуатационный период
появились отказы (см. п. 8.1).
Экскурсионный маршрут выбирает ведущий преподаватель.
Наиболее предпочтительной в этом плане является историче
ская часть города Самары, где сосредоточены здания со сроком
эксплуатации 50-70 и более лет. Это, в первую очередь, Самар
ский и Ленинский районы и примыкающая к ним часть Желез
нодорожного района (рис. 8.6).
В отдельных случаях преобразование строительных свойств
грунтов (устройство искусственных оснований) целесообразно
выполнять для достижения переменной жесткости основания
с целью уменьшения усилий в конструкциях сооружения, воз
никающих при его взаимодействии с основанием.
Конструктивные мероприятия, уменьшающие чувстви
тельность сооружений к деформациям основания,
включают:
рациональную компоновку сооружения в плане и по высоте;
повышение прочности и пространственной жесткости
сооружений, достигаемое усилением конструкций (особенно
конструкций фундаментно-подвальной части), в соответствии
с результатами расчета сооружений во взаимодействии с ос
нованием (введение дополнительных связей в каркасных кон
струкциях; устройство железобетонных или армокаменных
поясов; разрезка сооружений на отсеки и т. п.);
увеличение податливости сооружений (если это позволяют
технологические требования) за счет применения гибких
или разрезных конструкций;
устройство приспособлений для выравнивания конструкций
сооружения и рихтовки технологического оборудования.
Габариты приближения к строительным конструкциям под
вижного технологического оборудования (мостовых кранов,
лифтов и т.п.) должны обеспечивать его нормальную эксплуа
тацию с учетом возможных деформаций основания.
К мероприятиям, позволяющим уменьшить усилия в кон
струкциях сооружения при взаимодействии его с основанием,
относятся:
размещение сооружения на площади застройки с учетом
ее инженерно-геологического строения и возможных ис
точников вредных влияний (линз слабых или, наоборот,
прочных грунтов, старых горных выработок, карстовых
полостей, внешних водоводов и т. п.);
применение соответствующих конструкций фундаментов
(например, фундаментов с малой боковой поверхностью
на подрабатываемых территориях и при наличии в основа
нии пучинистых грунтов);
119
защита грунтов основания от химически активных жид
костей, способных привести к просадкам, набуханию,
активизации карстово-суффозионных явлений, повыше
нию агрессивности подземных вод и т. п.;
ограничение источников внешних воздействий (напри
устройство подпорных стен, шпунтовых ограждений,
защита склонов и откосов;
предохранительные мероприятия, осуществляемые
в процессе строительства сооружений (сохранение при
родной структуры и влажности грунтов; соблюдение
технологии устройства оснований, фундаментов, под
земных и надземных конструкций, не допускающей из
менения принятой в проекте схемы и скорости передачи
нагрузки на основание, в особенности при наличии в ос
новании медленно консолидирующихся грунтов, и т. п.).
Преобразование строительных свойств грунтов основания
(устройство искусственных оснований) достигается:
уплотнением грунтов (трамбованием тяжелыми трам
бовками; устройством грунтовых свай; вытрамбовыва
нием котлованов под фундаменты; предварительным
замачиванием грунтов; использованием энергии взрыва;
глубинным гидровиброуплотнением; вибрационными
машинами, катками и т. п.);
полной или частичной заменой грунтов основания (в плане
и по глубине) подушками из песка, гравия, щебня и т. п.;
устройством насыпей (отсыпкой или гидронамывом);
закреплением грунтов (химическим, электрохимическим,
буросмесительным, термическим и другими способами);
введением в грунт специальных добавок (например,
засолением грунта или пропиткой его нефтепродуктами
для ликвидации пучинистых свойств);
армированием грунта (введением специальных пленок,
сеток и т. п.).
118
6) развитие мульды оседания при подземной выработке
7) ошибки при изысканиях, проектировании, возведении
и эксплуатации здания.
8.1.2. Мероприятия по уменьшению деформации
оснований и влияния их на сооружение
Комплекс мероприятий по уменьшению деформации осно
ваний и влияния их на сооружение можно разделить на следу
ющие группы [14]:
мероприятий по предохранению грунтов основания
от ухудшения их свойств;
мероприятий, направленных на преобразование строи
тельных свойств грунтов оснований;
конструктивных мероприятий, уменьшающих чувстви
тельность сооружений к деформациям основания.
При проектировании следует также учитывать возможность
регулирования усилий в конструкциях сооружения, возникающих
ри его взаимодействии с основанием.
Выбор какого-либо мероприятия или комплекса мероприятий
должен производиться с учетом технико-экономического сравне
ния возможных вариантов.
К мероприятиям, предохраняющим грунты от ухудше
ния их строительных свойств,
относятся:
водозащитные мероприятия на площадках, сложенных
грунтами, чувствительными к изменению влажности
(соответствующая компоновка генеральных планов; вер
тикальная планировка территории, обеспечивающая сток
поверхностных вод; устройство дренажей, противофиль
трационных завес и экранов; устройство организованного
водостока и ливневой канализации; прокладка водоводов
в специальных каналах или размещение их на безопасных
расстояниях от сооружения; контроль над возможными
утечками воды и т. п.);
117
взаимным влиянием загрузки соседних фундаментов,
в результате которого наибольшее воздействие испытывает
основание фундаментов, расположенных в средней части
разноэтажного здания, меньшее воздействие – основание
фундаментов, расположенных по краям, и наименьшее –
в углах (рис. 8.
неодновременной загрузкой фундаментов (рис. 8.
неполной загрузкой некоторых фундаментов (рис. 8.
3, л).
2) в задачу проектировщика входит обеспечение расчетом без
опасных значений деформации основания;
3) динамические и вибрационные нагрузки от оборудования и
транспортных сооружений. Грунты как дисперсные системы
обладают реологическими свойствами. В частности грунты
довольно хорошо сопротивляются динамическим нагрузкам,
но весьма слабо работают на вибрационные нагрузки;
4) утечки из коммуникаций:
утечки воды. Различают аварийные утечки из повреж
денных водопроводов и канализационных систем и
систематическое замачивание при поврежденном или
неорганизованном водостоке;
утечки химических растворов. Следует обращать осо
бое внимание на проектирование фундаментов пред
приятий нефтехимии и машиностроения, так как
многие нефтепродукты и ГСМ очень агрессивны к
грунтам и бетону;
утечки электрического тока. Грунты в обводненном
состоянии подвержены разрушительному воздей
ствию электрического тока. Утечки тока возможны
через трубопроводы водо- и теплоснабжения в случае
неправильного устройства заземления бытовых при
боров, а также через заземляющие контуры оборудо
вания. Особенно мощные утечки тока наблюдаются от
рельсового электротранспорта;
5) силовые воздействия, возникающие при производстве стро
ительных работ в непосредственной близости к существую
щим сооружениям;
116
(рис. 8.
5, г), расширения и выделения растворенного газа.
сли гидростатическое давление в водопроницаемом грун
те, подстилающем сравнительно водонепроницаемый грунт
(рис. 8.
5, а), больше напряжения от веса оставшегося ниже
дна котлована слоя водонепроницаемого грунта, то возмож
на деформация и даже разрушение этого слоя. Воздействие
гидростатического давления особенно проявляется при сло
истой текстуре грунтов (ленточные глины и суглинки), когда
водопроницаемость вдоль слоистости в 50÷100 раз больше,
чем поперек (рис. 8.
5, б). При поступлении воды в котлован
через фильтрующий слой снизу вверх частицы грунта ис
пытывают гидродинамическое
давление фильтрующегося
потока воды (рис. 8.
5, в), которое существенно уменьшает
давление в скелете грунта, способствуя его набуханию. Если
вода поступает в котлован по прослойкам, она может выно
сить из основания глинистые и пылеватые частицы грунта.
Это явление называется механической суффозией. При рас
творении минералов скелета грунта основания происходит
химическая суффозия, ухудшающая физико-механические
свойства грунтов. При уменьшении гидростатического
давления, например вследствие водоотлива, наблюдается
расширение замкнутых пузырьков газа в подземной воде,
а также выделение из нее ра
створенного газа (воздуха). Выде
ление и расширение газа в слабо фильтрующих грунтах (илах,
супесях, суглинках) сопровождается их расструктуриванием.
5) тектонические и сейсмические процессы.
II. Техногенные причины:
статические нагрузки от несущих конструкций. Это
основная и неизбежная причина деформаций оснований.
Неоднородность напряженного состояния грунтов в основа
нии обусловливается (по Б.И. Далматову):
неодинаковой загрузкой фундаментов, в связи с чем
более загруженный фундамент приходится делать боль
шей ширины; однако принятие одинакового давления под
подошвой не исключает различия напряженного сост
ояния
грунтов в основании (рис. 8.
115


Рис. 8.4. Нарушение структуры грунтов под влиянием
метеорологических воздействий: 1 – граница промерзания;
2 – зона набухания и размягчения; 3 – граница котлована
Рис. 8.5. Расструктуривание грунтов под воздействием грунтовых вод
4) изменение гидрогеологической обстановки площадки стро
ительства. Воздействие подземных вод и газа приводит
к расструктуриванию грунтов в результате влияния гидроста
тического давления (рис. 8.
5, а, б), гидродинамического дав
ления (рис. 8.
5, в), механической и химической суффозии
114
залегание разных слоев грунтов под отдельными
частями сооружения (рис. 8.3, д);
неодновременная консолидация грунтов в основании
2) метеорологические воздействия, в том числе изменение
температурного режима, проявляются в расструктурива
нии грунтов в результате их промерзания и оттаивания
3) изменение влажностного режима, например, замачива
ние атмосферными осадками. Приводит к деформациям
размягчения и набухания (рис. 8.4,
б), или высыхания и
усадки (рис. 8.4, в).




унок
неравно


Рис. 8.3. Причины развития неравномерных деформаций оснований,
фундаментов и сооружений:
1 – нагрузка на фундамент; 2 – осадка медленно деформирую
щегося основания; 3 – то же, при наличии в основании песчаной
прослойки; 4 – эпюры σz; 5 – нагрузка на фундамент; 6 – осадка
фундамента во времени; 7 – нагрузка на второй фундамент;
8 – его осадка; 9 – полная загрузка фундамента; 10 – его осадка;
11 – неполная загрузка второго фундамента; 12 – его осадка
113
Крен
Рис. 8.2. Виды деформаий зданий и сооружений
Нередки случаи, когда в здании развивается одновременно
несколько видов деформаций.
Теперь рассмотрим
основные причины неравномерных
деформаций оснований, фундаментов
и сооружений в целом.
По классификации Б.И. Далматова [7] их можно разделить
на две группы:
I. Природные причины:
) сложное (неоднородное) напластование грунтов, в том числе
выклинивание слоев (рис. 8.3, а);
линзообразное залегание различных грунтов (рис. 8.3, б);
скрытый палеорельеф (рис. 8.3, в);
неоднородность самого грунта основания (ри
с. 8.3, г);
112
– деформации, при которых фундаменты средней
части сооружения испытывают значительно большие вер
тикальные перемещения, чем крайние фундаменты. В несу
щих и ограждающих конструкциях появляются трещины,
которые имеют наибольшую ширину раскрытии у подошвы
фундамента и заканчиваются у подоконника первого этажа.
В случае развития прогиба наиболее опасная зона растяже
ния находится в нижней части здания или сооружения.
– деформации, обратные прогибу – фундаменты
крайних частей здания испытывают больш
ие вертикальные
перемещения, чем средней части. В несущих и ограждаю
щих конструкциях появляются трещины, которые имеют
наибольшую ширину раскрытия в верхней части стен
(у парапета) и заканчиваются у оконных проемов послед
него или предпоследнего этажа. В случае развития выгиба
наиболее опасная зона растяжения находится в верхней
части здания или сооружения.
Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и соору
жениях, не обладающих большей жесткостью. Характерная
картина трещин при прогибе и выгибе представлена на рис.
8.2 а, б.
Перекос
– деформации здания, при которых одна часть
здания испытывает значительно большие вертикальные
перемещения, чем другая. При этом здание прорезается
одной вертикальной или наклонной трещиной от конька
до подошвы фундамента. Частным случаем перекоса
является отрыв торцевой стены (рис. 8.2 в).
Кручение
– комплексная деформация, вызванная пере
косом в двух плоскостях (рис. 8.2 г). Происходит при зна
чительном перемещении одного фундамента или группы
фундаментов, например, вследствие локальной просадки
основания.
(наклон) сооружения в целом – отклонение оси сим
метрии сооружения от вертикали за счет неравномерных
вертикальных перемещений крайних точек сооружения
(рис. 8.2 д). Наибольшую опасность данный вид дефор
мации представляет для высоких сооружений – дымовых
труб, узких зданий или стилобатных секций повышенной
этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.
витию в сооружениях дополнительных усилий. Для рассматри
ваемых сооружений они обычно не опасны, так как конструк
ции часто имеют большой запас прочности на изгиб.
К сооружениям
конечной жесткости
(относительно жесткие)
относится большинство многоэтажных зданий (не высотные),
а также многие инженерные сооружения. При развитии неравно
мерных осадок они получают искривления. В то же время такие
здания уменьшают неравномерности осадок, так как давление
по подошве фундаментов частично перераспределяется. В несу
щих конструкциях рассматриваемых сооружений развиваются
дополнительные усилия, которые, к сожалению, довольно
часто не учитываются при проектировании этих конструкций.
В результате возможно появление в них трещин. Для исключе
ния этого при проектировании необходимо уделять существен
ное внимание оценке совместной работы грунтов основания
и несущих конструкций сооружения (например, железобетонных
рам, несущих стен и т. п.)
Иногда сооружения обладают
незначительной жесткостью
(относительно гибкие). К ним относятся одноэтажные про
водственные здания каркасного типа и с несущими стенами.
В этом случае их с успехом можно считать практически гибкими.
Такие сооружения, в основном, следуют за перемещениями
поверхности грунта, т. е. получают искривления (невысокие
одноэтажные здания с разрезными балками покрытия). В то
же время на отдельных участках небольшой протяженности
они в некоторой степени уменьшают неравномерность осадки.
Обычно это вызывает появление в несущих конструкциях
дополнительных усилий. При значительных неравномерностях
осадок может произойти разрушение конструкций.
Визуально деформации надземной части наиболее хорошо
проявляются в виде трещин в кладке наружных стен и мелко
размерных элементов (кирпич, блоки).
В зависимости от характера развития неравномерных
деформаций фундаментов и от жесткости здания или соору
жения возникают следующие
виды деформаций сооружений
(рис. 8.2) в целом [17]:
110
Поскольку система НЧФО в направлении сверху вниз
характеризуется последовательными силовыми и деформа
ционными связями, деформации основания закономерным
образом вызывают деформации фундамента и надземных
конструкций сооружения.
Следует отметить, что равномерные (одинаковые) деформа
ции всех фундаментов для сооружения не так опасны, т.к. все
его точки совершают одинаковое вертикальное перемещение
и перераспределения усилий в надземных конструкциях не воз
никает. Для сооружения крайне нежелательны неравномерные
деформации его основания, при которых отдельные фундамен
ты перемещаются по-разному. Это в конечном итоге приводит
к возникновению нового напряженного состояния в конструкциях
надземной части, что может послужить причиной их отказа.
По характеру взаимодействия сооружения с основанием
(по жесткости) все сооружения можно условно разбить на три
типа: абсолютно гибкие; абсолютно жесткие; обладающие
конечной жесткостью [16].
Абсолютно гибкие
сооружения беспрепятственно следуют
за перемещениями поверхности грунтов основания во всех точ
ках контакта с ней. При развитии неравномерной осадки в кон
струкциях таких сооружений не возникает дополнительных
напряжений. Примером являются земляные насыпи, дороги. Даже
значительная неравномерная осадка их не опасна. Для получения
проектных отметок насыпи ее делают выше на величину ожидае
мой осадки, т. е. придают насыпи строительный подъем.
Абсолютно жесткие
сооружения (высотные здания, спе
циальные сооружения башенного типа) не могут искривляться.
При симметричном загружении и симметричной податливости
основания их осадка будет равномерной, при неравномерной
деформации основания они получат крен без изгиба конструк
ции (высотки, дымовые трубы, доменные печи и т. п.). Такие
сооружения, взаимодействуя с основанием, перераспределяют
давление по подошве, увеличивая его над местами с меньшей
податливостью основания и уменьшая над местами с большей
податливостью. Перераспределение давления приводит к раз
Подъем / осадка
– вертикальная знакопеременная деформа
ция основания, как правило, дополнительная к осадкам, про
являющаяся при изменениях температурно-влажностного
режима некоторых грунтов (пучинистых, набухающих) и не
сопровождающаяся коренным изменением их структуры.
Деформации подъема и осадки во времени последовательно
сменяют одна другую. Различают несколько видов дефор
маций подъема/осадки:
морозное пучение.
При промораживании обводнен
ных пылевато-глинистых грунтов в зоне сезонно
го промерзания происходит увеличение их объема
за счет перехода поровой воды из жидкого состояния
в твердое (подъем), что может привести к поднятию
фундамента. При повышении температуры окружающего
воздуха и оттаивании грунт возвращается к исходному
состоянию (осадка);
набухание
и
усадка
грунтов. Высокодисперсные (тон
кодисперсные) глины, содержащие минералы типа
монтмориллонит и иллит с подвижной кристаллической
решеткой, при замачивании водой способны увели
чиваться в объеме (подъем). При высыхании грунты
возвращаются к исходному состоянию (усадка
Оседание
– вертикальная деформация значительных
по площади территорий земной поверхности, вызванная
обрушением макрополостей в грунте. Полости бывают
естественного происхождения (например, карстово-суф
фозионные) и техногенного (промывы, горные выработки,
связанные с подработкой территории при подземном стро
ительстве или добыче полезных ископаемых). Деформа
ции оседания могут дополнять другие деформации осно
вания (осадку, просадку и пр.).
(горизонтальное перемещение) – горизонтальная
деформация основания, вызванная горизонтальными нагруз
ками от фундаментов либо потерей устойчивости склонов
и откосов. Различают плоский (по подошве фундамента), сме
шанный и глубинный (в грунтовом массиве) виды сдви
гов
В зависимости от типа горных пород, слагающих основание,
различают основания:
скальные
– сложенные скальными горными породами;
нескальные
– сложенные рыхлыми, дисперсными
горными породами.
Дисперсные (раздробленные) горные породы как продукты
выветривания (разрушения) скальных горных пород в силу
своего происхождения (осадочные) покрывают скальные
(материнские) породы и в большинстве случаев располагаются
дневной поверхности земли. Поэтому нескальные грунты чаще
всего служат основаниями сооружений. Эти горные породы
характеризуются низкой прочностью и высокой деформатив
ностью. Таким образом, в системе НЧФО именно нескальное
основание оказывается наиболее слабым звеном и требует по
вышенного внимания при расчетах надежности строительной
системы в целом.
Различают следующие
виды деформаций оснований
Осадка
– вертикальная деформация основания, связанная
с уплотнением грунта под воздействием нагрузок от фун
даментов и не сопровождающаяся коренным изменением
структуры грунта. В задачу инженера входит обеспечение
безопасных осадок основания.
Просадка
– вертикальная деформация основания, сопро
вождающаяся необратимым коренным изменением струк
туры грунта. К просадке склонны определенные виды
грунтов, именуемые просадочными. К таковым относятся
лессовые макропористые суглинки и мерзлые (вечномерз
лые) грунты. Просадки могут происходить под воздействием
внешних нагрузок и собственного веса грунтов. Этот вид
деформаций, как правило, дополнительный к осадкам,
проявляется при изменении температурно-влажностного
режима эксплуатации указанных выше структурно-
неустойчивых грунтов (замачивание лессовых и лес-
совидных грунтов, оттаивание ледовых прослоек в мерз
лых грунтах и т. п.). Более 20 % территории г. Самары сло
жено просадочными грунтами.
Грунт
– дисперсная система, состоящая из твердых мине
ральных частиц, связанных между собой связями различной
природы, и свободного межчастичного пространства (пор),
заполненного жидкими и газовыми средами. Грунтом называют
всякую рыхлую горную породу, используемую при строитель
стве в качестве: основания сооружения; среды, в которой соо
ружение возводится; материала для строительства сооружения.
Отказ
– нарушение эксплуатационных качеств отдельных
элементов (строительных конструкций) или сооружения в це
лом. Отказ может быть полным или частичным.
Система «Надземная часть-Фундамент-Основание»
(НЧФО) – инженерная система (рис. 9.1) с последовательными
силовыми связями (сверху-вниз). В современной инженерной
практике считается необходимым выполнять совместный рас
чет напряженно-деформированного состояния системы НЧФО,
т.е. учитывать взаимовлияние надземной части сооружения,
фундамента и основания.
Надземная
часть
Фундамент
Основание
Рис. 8.1. Система «надземная часть-фундамент-основание»
8. ДЕФОРМАЦИИ НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ И
ВОЗВЕДЕННЫХ НА НИХ СООРУЖЕНИЙ
В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ
Данный раздел учебной геологической практики связыва
ет дисциплины «Инженерная геология», «Механика грунтов»,
«Основания и фундаменты», изучаемые студентами на кафедре
«Инженерная геология, основания и фундаменты».
8.1. Теоретическая часть
8.1.1. Деформации оснований и сооружений
Для описания поведения системы «сооружение-основание»
при деформациях используют следующие основные термины
и определения [17]:
– подземные строительные конструкции, вос
принимающие нагрузки от вышележащих несущих и самонесу
щих конструкций сооружения, перераспределяющие эти нагрузки
и передающие их на основание.
Основание
– часть грунтового массива, расположенная
непосредственно под сооружением, воспринимающая нагрузки
от фундамента и рассеивающая их в своем объеме. Различают:
естественные
основания, сложенные природными грун
тами без специальной их предварительной подготовки;
искусственные
, представленные уплотненными или
закрепленными грунтами природного происхождения,
а также образованные твердыми отходами производ
ственной и хозяйственной деятельности человека.
Какими диагностическими признаками обладают магма
тические породы?
Какие породы относятся к магматическим?
Какие породы относятся к метаморфическим?
Какие породы чаще используются в качестве облицо
вочного материала?
11.
Что положено в основу классификации магматических
пород?
Какого цвета можно встретить мрамор?
чений в виде прерывистой и извилистой слоистости. Торже
ственность станции придает художественный рисунок надписи
в виде кремлевской стены.
Российская
– отличается наличием двух платформ выстлан
ных гранитом с контрастным цветом (красным и светло-серым)
в виде правильных повторяющихся геометрических рисунков.
Таким образом, на станциях Самарского метро можно
познакомиться со многими представителями магматических
и метаморфических пород, увидеть красоту минеральных груп
пировок и проследить последовательность кристаллизации по
родообразующих минералов по степени их кристалличности,
размерам и форме кристаллов, по текстурным особенностям.
7.3. Задание студентам
В завершении экскурсии студентам предлагается описать
самостоятельно одну из станций по следующему плану:
Входная лестница.
Пол.
Стены.
Колонны.
В описании следует указать цвет, структуру, текстуру,
минеральный состав каждой разновидности пород и выполнить
зарисовку оформления станции.
По материалам экскурсии предлагается ответить
на ряд вопросов:
Как классифицируются горные породы?
Что относится к магматическим породам?
Как образуются осадочные породы?
Какие из увиденных пород можно встретить на террито
рии Самарской области?
В чем отличие метаморфических пород от осадочных
и магматических?
Какими диагностическими признаками обладают оса
дочные породы?
Кировская
станция представляет собой широкую арку,
стены которой облицованы серым и розовым полосчат
ым мра
мором. Пол выстлан розовым гранитом с крупными кристаллами
плагиоклаза, серым сиенитом и гранит-порфиром.
Безымянка
– стены станции облицованы белым мрамором
с мозаичным рисунком, посвященным самолетостроению. Для
рисунка применен бежевый, розовый, красный и темный туф.
Пол выстлан черным лабрадоровым габбро с мерцающими
кристаллами синего цвета, серым гранит-порфиром с вклю
чениями округлых кристаллов граната и мрамором. Колонны
облицованы белым мрамором.
Станция
Победа
имеет вид арки. Стены покрыты красным
железистым кварцитом полосчатой текстуры и малиновым шок
шинским порфиром. Пол выложен прямоугольными плитами
гранит-порфира темно-красного и серого цвета. Порфировые
включения представлены хорошо ограненным призматическими
кристаллами полевым шпатом розового и белого цвета. Крупные
кристаллы белого цвета имеют четко различимую кайму из мелко
зернистой слюды. Гранит-порфир окаймляется черными полосками
габбро. Все это создает торжественный вид.
Советская
станция облицована в большей мере мрамором
белого и светло-серого цвета. Пол выстлан красным кварцитом,
серым и розовым гранитом, создавая прямоугольный рисунок.
Спортивная
– по набору пород аналогична Советской стан
ции, но стены украшают мозаичные панно в виде спортивных
фигур из бежевого, черного и розового мрамора и туфа.
Гагаринская
– отличается от всех станций метро мозаичной
ладкой из глазурованной плитки синего, голубого и белого
цвета. Колонны покрыты белым мрамором, а пол выстлан пря
моугольными плитами из розового, серого, гранита, темно-
красного кварцита и по краю платформы отделительные полосы
из белого мрамора.
Московская
– облицована большей частью красным гра
нитом, он преобладает в геометрическом рисунке пола и им
облицованы колонны. Стены выполнены мрамором белого
и нежно бежевого цвета со слабым рисунком темных вклю
Необычайным разнообразием цветовых оттенков блещут сер
пентиниты Урала. Они применены в облицовке вестибюля
станции Щербаковская Московского метро.
Мрамор незаменим, когда требуется увековечить выдающе
еся событие или украсить архитектурное сооружение. Во всем
мире ни один другой строительный камень не ценится так же
высоко, как мрамор.
Под этим названием понимают метаморфическую породу,
возникшую путем преобразования известняка. Это крупно
зернистая порода, имеющая мономинеральный кальцитовый
состав. Отдельные кристаллы укрупнились в результате соби
рательной перекристаллизации за счет других, так что порода
приобрела сахаровидный облик.
Посторонние примеси изменяют первоначально белоснеж
ный цвет породы, сообщая ей полосатый, муаровый, пятни
стый, свилеватый, и жилковатый узор, то есть превращая ее
в пестрый мрамор. Редко мрамор бывает однотонным. Оксид
железа окрашивает его в красный цвет, высокодисперсный
сульфид железа – в черный, лимонит (гидроокислы железа),
карбонаты железа и марганца – в желтые и бурые тона, желе
зосодержащие силикаты (хлорит и эпидот) – в зеленые. Серые,
голубоватые и черные цвета могут быть обусловлены также
примесями графита и битумов.
7.2. Практическая часть
Самарское метро в настоящее время имеет 9 действующих
станций. Особый интерес для знакомства с магматическими
породами имеют шесть станций.
Одна из первых станций
Юный Городок
представляет собой
открытую платформу с колоннами квадратного сечения, поверх
ность которых покрыта керамической плиткой коричневого цвета.
Край платформы выстлан плитами из серого гранита с ограничи
вающей полосой в виде белого мрамора.
Породы, состоящие из темноцветного метаморфического
субстрата и пронизывающих его жилок гранитного состава, на
зывают мигматитами. Они сформировались за счет плавления
вмещающих их метаморфических пород. На сколах можно ви
деть секущие интрузивные контакты плагиоклазовых гранитов
и сланцев. Сланцы когда-то были осадочными образованиями,
и граниты когда-то были вулканогенными телами, но потом под
воздействием высоких температур и давлений изменили свой
минеральный состав и облик, превратившись в группу горных
пород, которые так и называются метаморфическими.
Кварцит
– весьма крепкий и прочный кварцевый песчаник
с кремнистым цементом, белый до светло-серого, очень трудный
для обработки. Происхождение: диагенез или метаморфизм
кварцевого песка. Применяется в виде щебня в авто- и желез
нодорожном строительстве, для покрытия полов, изготовления
лестничных маршей и облицовки стен.
Пестрый песчаник.
К нему относятся некоторые разновид
ности железистых кварцитов с прекрасными декоративными
свойствами Кривого Рога и Курской магнитной аномалии с их
ленточной или фестончатой полосчатостью, обусловленной
чередованием густо-вишневых, темно-серых и коричневых
слоев.
Наибольшей славой пользуются малиновые и густо-
розовые кварциты из Карелии, широко известные под названием
«шокшинский порфир». Именно шокшинский порфир использо
ван во внутренней отделке Московского метро, при возведении
Мавзолея и мемориалов. Этот торжественный камень
и многие административные здания Петрозаводска.
Серпентинит,
или
змеевик
, образуется при метаморфизме
магматических пород группы перидотита и пикрита, иногда
также доломитов и доломитовых известняков. Главный ком
понент – минерал серпентин, второстепенные компоненты –
карбонаты, иногда гранат, оливин, пироксен, амфиболы, тальк
и др., а также рудные минералы (магнетит, хромит). Окраска –
зеленая различных оттенков. Тексту
ра массивная, сланцева
тость практически отсутствует. Применяется в строительном деле
для внутренней отделки общественных зданий и сооруже
Габбро
– темная магматическая порода, ее полированная по
верхность кажется почти черной. Минеральный состав: поле
вые шпаты, пироксены или роговая обманка, оливин, рудные
минералы. Если темноцветные минералы и полевые шпаты
превращены в хлорит и эпидот, габбро приобретает зеленоватый
оттенок (зеленокаменная порода). Обычно габбро бывает голу
бовато-серым до темно-серого, реже буроватым. Применяется
как дорожно-строительный материал и балластный камень.
Декоративная разновидность габбро – мерцающий в голу
бых тонах лабрадорит, ценный в строительном деле.
Метаморфические породы
Метаморфизм проявляется в преобразовании структуры
пород, их кристаллизации без изменения химического состава;
если же происходит привнос-вынос каких-либо компонентов,
то процесс получает название метасоматоза. Окаменелости при
метаморфизме уничтожаются. При одностороннем давлении
(стрессе) возникает сланцеватость. Первоначальный минераль
ный состав при этом сохраняется. Листоватые и чешуйчатые
минералы своей длинной осью ориентируются нормально к нап-
равлению давления и тем придают текстуре породы направ
ленный характер, сообщая ей сланцеватость. Наличие кристал
лизационной сланцеватости – характерный диагностический
признак многих метаморфических пород. Наряду с изменением
структуры при метаморфизме может также произойти собира
тельная перекристаллизация пород, делающая их массивны
ми, плотными. Мелкие минеральные зерна при этом исчезают,
а крупные еще более увеличиваются в размерах, и вся порода
становится крупнозернистой.
Диагностические признаки метаморфических пород:
полнокристаллические, зернистые;
часто крупнозернистые;
шелковистый блеск (у пород богатых слюдой);
параллельная текстура (сланцеватость);
очень плотные, без пустот;
отсутствие окаменелостей.
трещиноват, частично замещен глинистыми минералами, лег
ко
рассыпается на отдельные части. Не выветрелый гранит доста
точно прочен и стоек. Граниты характеризуются своеобразными
структурно-текстурными особенностями (округлой формой
выделений калиевого полевого шпата – овоидами, концентрически-
зональным строением этих овоидов, наличием плагиоклазовых
оболочек вокруг них) и отличаются от «средних» гранитов более
высокими содержаниями калия, фтора, рубидия, тория, урана
редкоземельных элементов (кроме европия).
Граниты рапакиви являются прекрасным строительным
материалом. Они декоративны, долговечны, характеризуются
высокими техническими показателями, относятся к группе
прочных морозостойких пород, пригодных для разработки
на облицовочный и монолитный камень.
Серые мелкозернистые плагиоклазовые граниты, прорван
ные маломощными дайками диабазов, используют в облицовке
станций метрополитена и других сооружений.
Гранит-порфир
– это жильная порода и отличается от гранита
порфировидной структурой, то есть наличием крупных кристал
лов (вкрапленников) кварца и полевого шпата, погруженных
в мелкозернистую основную структуру гранитного состава.
– магматическая порода, получившая свое название
мест
а добычи – города Сиена в Верхнем Египте (ныне Асу
ан), где в древности добывали высоко ценившийся строительный
камень. В действительности порода эта представляет собой
роговообманковый гранит. Плотность сиенита – 2,8 г/см³.
Это – светлая порода, серая до красноватой. От гранита отли
чается низким содержанием кварца, что легко устанавливается
на полированной поверхности породы. Применяется как стро
ительный камень. Благодаря высокому содержанию полевых
шпатов хорошо обрабатывается.
– порода более темная, чем гранит. Цвет ее обычно
светло-серый или серый. Плотность – 2,8 г/см³. От сходного
сиенита диорит отличается весьма высоким содержанием кварц
и очень низким – калиевого полевого шпата. Диориты распро
странены менее широко, чем граниты. Применяютс
я как стро
ительный камень.
Наиболее распространенной глубинной породой является
гранит. Появление гранитов не привязано к какой-либо опреде
ленной геологической эпохе; они образовывались многократно
на всем протяжении истории Земли. Название породы проис
ходит от латинского «granum» (гранум) – зерно и связано с ее
зернистой структурой. Минеральный состав гранитов: кварц,
полевые шпаты, слюда (биотит или мусковит) и очень малое
содержание рудных минералов. Плотность – 2,7г/см³. Вместо
биотита либо наряду с ним могут присутствовать пироксен
или роговая обманка. «Полевой шпат, кварц, слюда – не забуду
никогда», – так звучит в русском переводе распространенная
среди немецких горняков народная присказка, несколько упро
щенно трактующая состав гранита. Гранит обычно окрашен
в светлые тона. Своими цветовыми оттенками граниты обязаны
полевому шпату. Кварц в породе кажется обычно серым, хотя
в мономинеральных образцах и кристаллах он часто бесцветен.
Серую окраску придает стеклянно-прозрачным зернам кварца
«проглядывающая» сквозь них темнота фона. Темно-окрашен
ная слюда (биотит) либо распределена в граните равномерно,
либо образует кучные (гнездообразные) скопления. Прочие
компоненты приобретают некоторое значение лишь в отдель
ных разновидностях гранитов.
Красно-розовые граниты – рапакиви, которые в XVIII-XIX
веках добывались в Финляндии для строительства зданий
и сооружений, стали впоследствии каменными символами
Санкт-Петербурга. Такие граниты, насыщенные округлыми
зональными полевошпатными выделениями (овоидами),
встречаются только в особых условиях, преимущественно
в районах распро
странения докембрийских образований. Воз
никали они всегда уже после того, как земная кора переставала
испытывать интенсивные тектонические движения, затухали
метаморфические процессы, и территория начинала превра
щаться в стабильную платформенную область.
Свое название «рапакиви» (по-фински «гнилой камень»)
этот гранит получил из-за быстрого выветривания. На поверх
ности и на глубине до 1 м и более гранит рапакиви обычно
интрузивные породы и метаморфические. В состав мягких пород
входят, главным образом, осадочные и изверженные эффузивные.
Кроме того, в строительном деле различают крепкие и рыхлые
породы. Их разграничивают по очевидному проявлению прочно
сти, или связности – сцеплению между зернами минералов.
Магматические глубинные породы
Если магма в больших массах внедряется в слои земной
коры, то она застывает постепенно, образуя равномерно-зер
нистую породу. Выделение минералов при застывании магмы
происходит в строго определенной последовательности. Мине
ралы, выделяющиеся первыми, располагают свободным про
странством для образования собственных кристаллических
форм, тогда как последние «довольствуются» оставшимися
промежутками между ранее образованными кристаллами.
Главными представителями магматических глубинных по
род являются гранит, сиенит, диорит, габбро, перидотит и т. д.
По мере того как в этом ряду содержание кварца уменьшается
до полного исчезновения, а содержание темноцветных минера
лов постепенно увеличивается, их цвет становится все темнее.
Светлому, хотя и окрашенному в разные цвета граниту противо
стоит на другом конце ряда темный, зеленовато-черный пери
дотит. Такое убывание светлых тонов в окраске пород является
важным признаком для их различия по содержанию кремние
вой кислоты (от кислых до основных). Разумеется, в ряду этих
пород существуют все переходы. Диагностика их тогда возмож
на на основе химического анализа.
Диагностические признаки магматических глубинных пород:
Полнокристаллическая структура.
Крупные кристаллы различимы невооруженным глазом.
Отсутствие пространственной ориентировки зерен в ка
ком-либо одном преимущественном направлении; все
минералы беспорядочно перемешаны между собой.
Массивная текстура с высокой плотностью и отсутствием
полостей и пустот.
Отличие одних пород от других по тону окраски (более
светлому или более темному).
В убранстве станций метро можно видеть серый и розовый
гранит, разнообразные по цвету и рисунку мраморы, темно-
малиновые шокшинские кварциты и другие породы.
7.1 Теоретическая часть (экскурсия)
Экскурсанты знакомятся с общей картиной и своеобразием
изображений на стенах, на полу и потолке.
Следует обратить внимание экскурсантов на разнообразие
пород, которые их окружают, и дать им краткую характеристику.
В геологии горными породами называются минеральные
смеси природного происхождения.
В основу группирования горных пород могут быть положены
самые различные принципы. В петрографии горные породы
подразделяются преимущественно по условиям их образования –
генезису. По такому подразделению ниже будет приведено описа
ние тех пород, которые наиболее часто встречаются в облицовке
станций метро.
По генезису различают три главные группы пород: магмати
ческие, осадочные и метаморфические. Все эти породы связаны
между собой в природном геологическом цикле.
Магматические породы возникают путем кристаллизации
магматического расплава в глубинах земной коры или на поверхно
сти. Их называют также изверженными породами и подразделя
на глубинные – интрузивные и поверхностные – эффузивные.
Метаморфические породы формируются путем преобразо
вания горных пород в глубинах земной коры под воздействием
высоких температур и больших давлений.
Осадочные породы образуются путем отложения материала
разрушенных или растворенных горных пород любого генезиса
как на суше, так и в море и залегают слоями. В рыхлом, не сце
ментированном состоянии такие отложения называют осадками.
В строительном деле специалистов интересуют состав
и свойства горных пород, такие как твердость, плотность, исте
раемость т.д. Именно твердостью пород определяется их долго
вечность. К числу твердых пород относятся все изверженные
7. ПРИРОДНЫЙ КАМЕНЬ В ОБЛИЦОВКЕ
СТАНЦИЙ САМАРСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА
Рассматривая основные типы горных пород использованных
в облицовке станций метро в г. Самаре, можно показать один
из приемов изучения основ геологии, в виде экскурсии превратив
его в живое дело, касающееся любого гражданина. Кроме того,
экскурсия такого типа в г. Самаре, несомненно, должны привлечь
внимание студентов к неповторимости и невосполнимости камен
ного декора как естественной среды обитания человека.
Целью
данной экскурсии является познакомить студентов
с наиболее типичными и интересными представителями
каменного материала, пригодного для облицовки строительных
сооружений длительного пользования.
Главная задача экскурсии
– дать возможность студентам
городских условиях познакомиться с большим комплексом
различных типов горных пород, включая изверженные и мета
морфические, которые отсутствуют на территории родного края
в связи с особенностями его геологического строения.
Метро
– это своеобразный музей использования в монумен
тальном искусстве декоративных особенностей природного
камня, который дает этому сооружению долговечность, худо
жественную красоту и неповторимый облик каждой станции.
Камень является трудным в обработке материалом, он диктует
свои требования к проектам архитекторов и требует владения
тех
ническими приемами обработки для его использования
в производстве монументального искусства.
Студентам рекомендуется ответить
на контрольные вопросы:
Дайте классификацию осадочных пород.
Приведите примеры обломочных осадочных пород
и условия их образования.
Чем представлены хемогенные осадочные породы?
Какие фаунистические остатки характеризуют органоген
ные осадочные породы?
Охарактеризуйте условия образования хемогенных (суль
фатных и карбонатных) осадочных пород и процессы их
выветривания.
Перечислите основные задачи инженерно-геологических
изысканий при проведении рекогносцировочного маршрута.
В районе п. Красная Глинка распространенны территории
четвертичных террас и поверхности выравнивания с денудаци
онными останцами на вершине горы Тип-Тяв.
6.2.3. Задание студентам
Студенты во время геологической части экскурсии на гору
Тип-Тяв выполняются следующие работы:
Выявляют тип рельефа и геоморфологические элементы.
Описывают и зарисовывают морфологическое строение
искусственного обнажения, послойное залегание оса
дочных пород.
Выполняют зачистки и отбирают образцы известняков,
кремней, гипсов с включениями окаменелостей корал
лов, брахиопод, фораминифер.
Выявляют внешнее проявление опасных геологических
процессов (обвалы, осыпи, оползни).
Составляют по данному участку схематическую карту
инженерно-геологических условий с указанием: типа
пород, их возраста, условий залегания и свойств; дея
тельности эрозии; возможности выхода подземных вод
или близости грунтовых вод.
Студенты выполняют предварительное определение их
с помощью преподавателя.
Такие исследования позволяют студентам нагляднее по
нять историю геологического развития данной территории.
При этом они наблюдают условия древнего осадконакопления
(отличия отложений теплых и холодных морских водоемов),
а у подножия вертикальных уступов карьера изучают процессы
карстообразования в известняках, процессы физического
выветривания в виде обвалов глыб, накопления конусов выноса
щебня, дресвы и мелкого обломочного материала.
съеден. Но потом работы были прекращены, оставив обнажен
ным каменный склон горы. Чуть ближе к реке Сок имеется
ряд штолен, разработка которых началась ещё до революции.
О протяжённости лабиринтов штолен ходят легенды. Система
штолен в Сокольих горах является крупнейшей в Поволжье.
суммарная площадь выработки – 210 000 м².
общая площадь штолен порядка 42 гектар.
наибольшее удаление от входа 960 м.
общая протяжённость системы Сокских штолен более
Карьером вскрыта толща осадочных пород пермского перио
да пятью уступами, в виде четких разрезов, являющихся очень
интересными в геологическом отношении объектами.
Структурное строение
Исходя из данных карт тектонического районирования
в пределы исследуемого участка частично входит структурный
верхнепалеозойский элемент фундамента – север Жигулевско-
Пугачевского поднятия.
Жугулевско-Пугачевской поднятие захватывает своей северной
частью флексурное погружение слоев на север, в сторону ставро
польской впадины. Соответственно от района с. Ширяево отметки
кровли швагеринового горизонта понижаются от плюс 240 м
до минус 400 м. с углами падения 2-3 градуса, южные более
пологие крылья имеют углы падения до 1 градуса
Рельеф
Тектоническое строение поверхности фундамента оказывает
свое влияние на формирование палеозойских структур и совре
менного рельефа.
Тектоническое движение в районе Самарской области продол
жаются и сейчас, продолжаются процессы формирования рельефа
и под действием климатических факторов. Эти процессы проис
ходят крайне медленно, но поныне рельеф сохранил, в основном,
тот же характер, который сложился в конце плиоцена.
выявление выходов подземных вод на поверхность земли;
осмотр и описание внешних проявлений опасных гео
логических процессов.
По намеченным маршрутам ведут глазомерное исследование
местности, зарисовывая ее характерные особенности, места
размывов или разрушений (эрозионные процессы) осматрива
ют склоны оврагов и отмечают, покрыты ли они растительно
стью или подвергаются разрушению стекающими по поверхно
сти водами, указывают состав выноса обломочного материала
и места их образования.
При рекогносцировке обязательно используют прежние ис
следования и топографические материалы и выявляют, какие
изменения произошли в рельефе.
По итогам рекогносцировки составляется схематическая
карта инженерно-геологических условий района.
6.2.2. Практическая часть
Рекогносцировочный маршрут проводится на выездной
экскурсии на гору Тип-Тяв в Красноглинский район г. Самары
в поселке Красная Глинка, недалеко от устья реки Сок.
По левому берегу р. Волга продолжение Сокольи горы, нача
лом которых является гора Тип-Тяв, а окончанием – Лысая гора
и Студеный овраг около города Самары. В данном месте находятся
памятник природы – «Жигулевские ворота», по которым прохо
дит основное русло Волги. Такое русло образовалось в результате
промывания многоводным потоком древней Волги горных извест
няковых пород. Гора Тип-Тяв имеет высоту 280 метров и вместе
с горой Серная образуют «Жигулевские ворота» – одно из наи
более интересных и живописных мест Самарской области. Запад
ный склон горы Тип-Тяв, обращенный к Волге, обнажен карьером,
созданным в 60-е гг. прошлого века для добычи известняка при
строительстве Жигулевской ГЭС, который в настоящее время
не разрабатывается и частично рекультивирован.
Когда-то здесь было намечено строительство гидроэлектр
станции. Начались подготовительные работы, склон горы был
произвести зарисовку их расположения на листе миллиме
тровой бумаги в масштабе 1:100 по всем четырем стенкам
в виде развертки. При этом стенки шурфа на зарисовке
должны быть ориентированы относительно стран света.
произвести отбор монолитов и проб грунта нарушенного
строения из каждой литологической разности пород для
лабораторных определений;
после окончания работ шурфы необходимо ликвидировать
с помощью обратной засыпки грунтов с трамбованием;
все полученные данные о горных породах с зарисовкой
занести в полевой журнал.
6.1.3. Задание студентам
По материалам полевых исследований
предлагается ответить на ряд вопросов:
С какой целью проводят полевые геологические изыскания?
Какие разновидности горных выработок Вы знаете?
В чем состоит преимущество горных выработок перед
скважинами?
Чем отличаются шурфы от скважин?
Дать определения монолиту, керну грунта.
От чего зависит выбор вида горных выработок?
6.2. Рекогносцировочный маршрут
6.2.1. Теоретическая часть
Рекогносцировка предшествует съемке и проводится для
предварительной оценки инженерно-геологических условий
района строительства для обоснования предпроектной доку
ментации. Задачами рекогносцировки являются:
предварительное выявление типов рельефа и геоморфо
логических элементов;
осмотр и описание имеющих обнажение горных пород,
в том числе карьеров, строительных выработок и др.;
Геологическая документация штолен ведется вслед за ее
проходкой подобно тому, как она ведется при проходке шурфов.
Шахты и штольни рекомендуется проходить при изыска
ниях для проектирования особо ответственных и уникальных
зданий и сооружений. В шахтах и штольнях следует изучать
условия залегания и обводненность пород, их температурные
особенности, степень сохранности, характер геологических
структур и разрывных нарушений, а также проводить отбор
проб, выполнять исследования свойств пород и другие специ
альные работы.
Полевые методы исследования грунтов следует использо
вать для оценки физико-механических свойств грунтов в мас
сиве, установления характера пространственной изменчивости
свойств грунтов, выявления, уточнения и прослеживания границ
литологических тел (пластов, прослоев, линз) и других целей.
В полевые исследованиях грунтов очень важное место зани
мают горные выработки, в частности проходка шурфов.
Горные выработки доступны непосредственному осмотру,
поэтому их документация осуществляется более полно и точно.
Кроме того, в горных выработках возможен отбор образцов
пород с ненарушенной структурой и проведение более точных,
чем в скважинах, гидрогеологических опытов. В этом состоит
преимущество горных выработок перед скважинами.
Все горные выработки после окончания работ должны быть
ликвидированы: шурфы – обратной засыпкой грунтов с трам
бованием, скважины – тампонажем глиной или цементно-пес
чаным раствором с целью исключения загрязнения природной
среды и активизации геологических и инженерно-геологиче
ских процессов.
6.1.2. Практическая часть
Студентам следует провести полевые исследования на пред
лагаемом участке. Для этого необходимо:
отрыть шурф, сечением 1,0 х 1,0м, глубиной 1,0м;
произвести геологическое описание горных пород;
Обычно расчистки закладываются в береговых склонах,
и для удобства замеров, а также уменьшения объема работ дно их
делают ступенями с таким расчетом, чтобы врезаться в коренные
породы на 10-20 см. Ширина расчистки делается обычно 0,6 – 0,8
м, глубина в большинстве случаев не превышает 1,5 м.
Геологическая документация расчистки ведется аналогично
описанной выше документации шурфа.
В полевом журнале помещаются общие сведения о расчис
тке, а именно: номер расчистки, местоположение, абсолютные
отметки верха и подошвы расчистки, а также промежуточных
точек, азимут и угол падения слоев, вскрытых расчисткой.
Зарисовка расчистки составляется по одной стенке в мас
штабе 1:20, 1:50 или 1:100 с указанием прослоев, включений
и прочих характерных признаков.
Шахтой называют вертикальную или крутонаклонную
горную выработку квадратного или прямоугольного сечения.
Наиболее распространенное сечение шахт – 1,3 х 2,2 м; 1,6 х 4,0 м.
Шахты проходятся со специальным назначением при деталь
ных инженерно-геологических исследованиях пород, при
изучении тектонических нарушений, трещиноватости, для про
изводства полевых опытов и т. д.
Геологическая документация шахт аналогична документа
ции шурфов и отличается лишь большей тщательностью, учи
тывал особую ответственность выработок такого типа.
Е. Штольни
Штольней называется горизонтальная или слабонаклонная
горная выработка, заложенная с поверхности земли в крутом
склоне долины. Сечение штолен от 3-4 до 6-8 кв. м. При про
ходке рыхлых пород штольне придается прямоугольное се
чение, плотных – трапецеобразное. Штольни проходятся при
инженерно-геологических исследованиях склонов долины,
особенно на участках примыкания плотин, для оценки устой
чивости косогоров, изучения оползней и т. п.
стенок подрезают грунт, постепенно надевая ящик или патру
бок на выступающий со дна забоя монолит. Заполнив ящик,
монолит подрезают ножом или лопатой снизу, заливают рас
плавленным парафином, накрывают марлей и еще раз заливают
парафином, вкладывают заполненную этикетку и с обеих
сторон забивают крышками. На ящике указывают название
выработки номер слоя и глубину отбора монолита.
После ликвидации горной выработки (шурфа, шахты,
дудки, штольни, канавы или расчистки) составляются сле
дующие документы:
полевой журнал с зарисовкой выработки,
ведомость сданных в лабораторию проб грунта и воды,
журнал ликвидационного тампонажа.
В. Дудки
Дудка представляет собой вертикальную горную выработку
круглого сечения. Диаметр дудки обычно не превышает 1 м,
глубина – до 10 м. Дудки чаще всего применяются при разведке
строительных материалов.
Геологическая документация и зарисовка дудок ведутся так
же как и шурфов, но вместо зарисовки четырех стенок делается
зарисовка развертки цилиндрической поверхности дудки. Гео
логическое описание пород делается по одному из направле
ний в случае горизонтального залегания слоев и однообразного
литологического состава. Если же породы отличаются большой
пестротой литологического состава и слои пород залегают
наклонно или линзообразно, то описывается подробно вся
поверхность дудки.
Г. Расчистки
Расчистки относятся к числу простейших горных вы
работок, применяемых с целью картирования и исследования
пород в их коренном залегании в тех случаях, когда мощность
покровных отложений небольшая. При большой мощности де
лювия или осыпей расчистки заменяются канавами или череду
ются с неглубокими шурфами.
Образцы вместе с заполненными на них этикетками уклады
ваются в ящики или мешочки. Оформление образцов этикетка
ми и ящиков производится так же, как и при ручном бурении.
Связные грунты во избежание потери естественной влажности
перед упаковкой в ящики парафинируются.
Пробы грунта на влажность отбираются, согласно заданию,
в шурфах обычно через 0,5 – 1,0 м глубины из середины взя
того образца и помещаются в алюминиевые стаканчики с при
тертыми пробками. Стаканчики парафинируются и в возможно
короткий срок доставляются в лабораторию.
Для определения степени засоленности пород или состава
солей применяются бороздовые пробы, которые могут быть ото
браны как из естественных обнажений, так и из стенок горных
выработок, а также из керна буровых скважин или монолитов.
Бороздовыми пробами называются образцы пород, отобранные
бороздой с поверхности вертикального разреза толщи
Бороздовой пробой характеризуется целый интервал разреза.
Результаты анализа такой пробы отражают средний состав
пород в пределах этого интервала.
Для некоторых видов лабораторных исследований (объ
емного веса, пористости, коэффициента фильтрации и т. д.)
необходимо отбирать образцы пород с ненарушенной структу
рой – монолиты, которые отбираются в виде кубов размером
10x10x10 см, 15x15x15 см или 20x20x20 см, в зависимости
от комплекса исследований.
На заданной глубине в забое или в стенках выработки тща
тельно зачищается и выравнивается площадка. Монолит выре
зается сначала лопатой, потом подравнивается с боков ножом
и подрезается снизу. Затем монолит обертывается 2-3 слоями
марли и парафинируется.
Для отбора монолитов из горных выработок (особенно для
слабых разностей пород) применяются также специальные
деревянные ящики или патрубки обсадных тр. Ящик без дна
или патрубок устанавливают на выравненном забое, и вокруг
В журнале описания шурфа производится геологическое
исание пород.
При описании указывают: наименование пород, цвет, сте
пень глинистости и консистенция, зернистость, петрографи
ческий состав, прослои, включения, вскипаемость от НСl,
крепость пород.
В изверженных породах определяется структура породы:
тонкозернистая, мелко- или крупнозернистая, порфировая,
а также текстура: полосчатая, флюидальная, шаровая и т. д.
Для осадочных сцементированных пород указывается
характер цемента, слоистость. Выделяются породы толстосло
истые, плитняковые, тонкослоистые.
Особенно тщательно при описании пород фиксируется тре
щиноватость пород и степень их выветрелости.
При проходке выработки в скальных и полускальных трещино
ватых породах рядом с зарисовкой ведется журнал трещиноватости.
Около каждой наблюдаемой трещины на зарисовке ставится
ее порядковый номер, и под этим номером в журнале трещинова
тости в соответствующих графах записываются все наблюдения
за трещинами. Устанавливается происхождение трещин в соответ
ствии с генетической классификацией (тектонические, трещины
отдельности и др.), определяются элементы залегания трещин
направление падения плоскости трещины и угол паления), ширина
их, выполнение трещин, гладкие или бугристые стенки.
В том случае, когда генетический тип трещины установить труд
но, дается подробное описание характера трещин. Ориентировка
тре
щин в пространстве изучается посредством горного компаса.
Трещиноватость горных пород имеет большое значение
для гидрогеологической и инженерно-геологической оценки
исследуемого района. Поэтому очень важно дать количественную
оценку интенсивности трещиноватости в поле.
Попутно с геологическим описанием шурфов производится
отбор образцов пройденных пород и монолитов.
Образцы пород берутся непосредственно со стенок шурфа
обычно через 0,5 м (по глубине) и из каждой литологической
разности пород. При проходке более или менее однородных
скальных пород образцы отбираются реже.
Б. Шурфы
Шурфом является вертикальная горная выработка прямоу
гольного или квадратного сечения. Наиболее употребительные
сечения шурфов 1,00 х 1,50 м; 2,0 х 2,0 м.
Перед тем как приступить к проходке шурфа, необходимо
получить задание с указанием сечения, глубины шурфа, харак
тера крепления, количества и глубины отбора монолитов, вида
и способа производства работ и т. д.
Геологическая документация шурфа производится по мере
продвижения забоя сверху вниз. Незакрепленная часть шурфа
не должна быть более 2 метров, поэтому в полевом журнале
каждый раз описывается только часть выработки. После того, как
произведено геологическое описание пород, сделана их зарисовка
и отобраны образцы и монолиты на лабораторные исследования
в соответствии с заданием, шурф может быть закреплен.
При геологическом описании шурфа в полевом журнале
записываются общие сведения о шурфе, а именно: номер шурфа;
бъект; местонахождение выработки: название населенного
пункта, области, элемент рельефа (пойма реки, терраса, склон,
коренной берег и т. д.); схематический план расположения
выработки и азимуты стенок; сечение и глубина; сведения
об отобранных образцах породы, пробах воды и пробах грунтов
для лабораторных определений; в журнал записываются также
даты начала и окончания проходки шурфа.
Зарисовка производится на миллиметровке в определенном
масштабе. Масштабы могут быть: 1:20, 1:50 и 1:100. В том слу
чае, когда пройденные породы залегают горизонтально, а мощ
ность и литологический состав пород по всем четырем стенкам
одинаковы, зарисовка может быть произведена по одной стенке.
Если же породы залегают наклонно или линзообразно,
то зарисовка шурфа производится по всем четырем стенкам
в виде развертки. При этом стенки шурфа на зарисовке должны
быть ориентированы относительно стран света.
Зарисовка составляется в условных обозначениях подобно тому,
как составляются колонки и профили, с нанесением прослоев,
включений, слоистости, глинистости, трещиноватости и т.д.
проведения полевых исследований свойств грунтов,
определения гидрогеологических параметров водо
носных горизонтов и зоны аэрации и производства
геофизических исследований;
выполнения стационарных наблюдений (локального
мониторинга компонентов геологической среды);
выявления и оконтуривания зон проявления геологиче
ских и инженерно-геологических процессов.
Проходку горных выработок следует осуществлять, как пра
вило, механизированным способом.
В практике инженерно-геологических изысканий наиболее
часто применяется проходка буровых скважин и открытые гор
ные выработки, к числу которых относятся: шурфы и дудки,
расчистки, шахты, штольни, канавы и закопушки.
Первичная геологическая документация горных вырабо
ток ведется в форме записей и зарисовок в полевых журналах,
а также фотографий.
А. Скважины
Бурение скважин вручную применяется в труднодоступных
местах и стесненных условиях (в подвалах, внутри здания,
в горах, на крутых склонах, на болотах, со льда водоемов и т.п.)
при соответствующем обосновании в программе изыскании.
Выбор способа и разновидности бурения скважин следует
производить исходя из целей и назначения выработок с учетом
условий залегания, вида, состава и состояния грунтов, кре
пости пород, наличия подземных вод и намечаемой глубины
изучения геологической среды.
Намечаемые в программе изысканий способы бурения
скважин должны обеспечивать высокую эффективность буре
ния, необходимую точность установления границ между сло
ями грунтов (отклонение не более 0,25-0,50 м), возможность
изучения состава, состояния и свойств грунтов, их текстурных
особенностей и трещиноватости скальных пород в природных
условиях залегания.
Применение шнекового бурения следует при описании разреза
и невысокой точности фиксации контакта между слоями грун
тов.
6. ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ
В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ
Для комплексного изучения современного состояния инже
нерно-геологических условий территории (района, площадки,
трассы), намечаемой для строительного освоения, оценки и сос-
тавления прогноза возможных изменений этих условий при
её использовании следует предусматривать выполнение инже
нерно-геологической рекогносцировки и съемки, включающей
комплекс отдельных видов изыскательских работ.
В состав комплексных изысканий входят полевые, лабо
раторные и камеральные работы. Полевые работы включают
маршрутные наблюдения, проходку горных выработок и иссле
дования грунтов.
6.1. Методы инженерно-геологических изысканий
6.1.1. Теоретическая часть
Проходка горных выработок осуществляется с целью:
установления или уточнения геологического разреза,
условий залегания грунтов и подземных вод;
определения глубины залегания уровня подземных вод;
отбора образцов грунтов для определения их состава,
состояния и свойств, а также проб подземных вод для
их химического анализа;
5.4.2. Задание студентам
В завершении экскурсии студентам следует в полевом
дневнике описать предлагаемую территорию согласно схеме,
описанной выше.
В заключении по данному разделу студентам на основании ре
зультатов проведенных исследований необходимо сделать вывод о:
геологическом строении территории;
наличии карстующихся пород;
гидрогеологических условиях и наличии проявлений карста;
типе карста по характеру растворимых пород;
типе карста по отношению к земной поверхности;
формам поверхностного карста;
оценить устойчивость территории относительно карсто
вых провалов;
произвести инженерно-геологическое районирование ис
следуемой территории;
оценить возможность активизации карста в процессе
предполагаемого строительства и эксплуатации сооруже
ний под влиянием техногенных воздействий;
предложить противокарстовые мероприятия.
По материалам экскурсии предлагается ряд вопросов.
Какой процесс называется суффозионным?
Какой процесс называется карстовым?
Какие породы относятся к карстующимся?
Какие карстующиеся породы можно встретить на тер
ритории Самарской области?
Какие существуют формы подземного и поверхност
ного карста?
Привести примеры противокарстовых мероприятий.
Что положено в основу инженерно-геологического
районирования территории?
Рис. 5.1. Схема распространения инженерно-геологических процессов на территории г. Самары
Студентам следует провести рекогносцировку изучаемой
территории.
Для чего необходимо осмотреть и описать:
рельеф;
имеющиеся обнажения горных пород;
выходы подземных вод на поверхность (при обнаруже
нии таковых);
проявления понижения земной поверхности;
составить схему расположения выявленных понижений
земной поверхности;
схематично зарисовать и определить размеры и формы
понижений земной поверхности;
определить средние и максимальные диаметры провалов
(и локальных оседаний) и их среднюю глубину;
составить предварительный геолого-литологический
разрез на одном из изучаемых участков.
По результатам исследований установить предполагаемую
категорию устойчивости территории относительно карстовых
провалов по интенсивности провалообразований в соответствии
с таблицей 6.1 и по средним диаметрам карстовых провалов в со
ответствии с таблицей 6.2, используя дополнительно карту райо
нирования г. Самара (рис. 5.1).
создание искусственного водоупора и противофильтра
ционных 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.
На территории Самарской области при современном стро
ительстве наиболее распространен метод химического закре
пления грунтов под фундаментами зданий и сооружений для
защиты их от всевозможных осадок с помощью высокопро
изводительного оборудования и современных инъекционных
растворов. С успехом применяются буронабивные сваи при
строительстве в непосредственной близости от жилых и произ
водственных зданий. Использование установок вращательного
бурения позволяет погружать сваи диаметром до 1500 мм
на глубину до 25 м.
В условиях плотной городской застройки появилась воз
можность использования шпунтового крепления котлованов,
а также устройство стены в грунте методом буроинъекци
онных или буронабивных свай. Таким образом, строить без
риска можно и на карстовых породах, правильно выбрав
технологию усиления фундамента.
5.4.1. Практическая часть
Рекомендации по проведению экскурсии
Начинать экскурсию следует от центрального входа в парк.
Студентам в полевых дневниках необходимо:
схематично отобразить маршрут проведения экскурсии;
на схеме показать расположение встреченных проявле
ний кастовых процессов;
классифицировать их по морфологическим признакам;
описать, замерить и зарисовать формы понижений
рельефа как в плане, так и на разрезе.
Противокарстовые мероприятия
Противокарстовые мероприятия следует предусматривать
при проектировании зданий и сооружений на территориях,
в геологическом строении которых присутствуют растворимые
горные породы, имеются карстовые проявления на поверх
ности и (или) в глубине грунтового массива. При отсутствии
карстовых проявлений на поверхности и в толще грунтов, от
деленных от зоны карста слоем прочных горных пород и на
дежным 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.
Надежным водоупором считается непрерывный слой горных
пород с коэффициентом фильтрации не более 0,001 м/сут. и мощ
ностью не менее 1/5 действующего на него напора, но не менее 5 м.
Противокарстовые мероприятия должны:
предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать
активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;
исключать или уменьшать в необходимой степени кар
стовые 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 терри
торий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных
выработок при допущенных карстовых проявлениях.
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;
и полостей, разрушение растворимого заполнителя трещин
и полостей, дизинтеграция карстующихся пород в массиве.
а втором этапе происходит уплотнение пород как за счет дина
мических воздействий, так и за счет действия собственного веса
горных пород. Происходит плавное сдвижение пород («покры
шек») над образовавшимися подземными полостями, пустотами
без разрыва их сплошности, что ведет к образованию карста
в виде воронок.
В большинстве случаев обрушение горных пород как разно
видность карстовых деформаций возникает над растущей кар
стовой полостью или зоной фильтрационного разрушения, т.е.
в условиях постепенного увеличения ослабленного простран
ства в основании пород, подвергающихся обрушению.
Следовательно, образование карстовых полостей зависит
как от природы самого карста, так и от условий сложившихся
в процессе геотехнической деятельности человека и его струк
тур производства.
В каждой конкретной инженерно-геологической ситуации
важно выявить источники воздействия и характер влияния
на активизацию карстовых процессов и их последствия.
Например, при обследовании объектов строительства на участках
арского склона было обнаружено ряд источников техно
генного воздействия (прорыв горячей воды, нарушение работы
водоканала и др.), которые привели к активизации карстовых
процессов в этом районе. В результате этого возникли трещины,
деформации в жилых домах по ул. Дачной, Чернореченской,
Верхнекарьерной, Малоярославской и др. В районе ул. Луган
ской, 3-й Карьерного переулка и др. в 1986 г. произошел провал
в диаметре 8,0 x 6,0 м и глубиной 5 м и воронка диаметром
3,0 x 4,0 м. Кроме того, здесь встречаются поверхностные
воронки, имеющие блюдцеобразную форму глубиной 0,5 – 1,0 м,
диаметром 10 – 20 м. На ул. Малоярославской в декабре 2007
год образовалась карстовая воронка провального типа овальной
формы. Диаметр воронки 7 – 8 м, глубина ~13 м. Расчетный
объем растворенных и вынесенных грунтовыми водами пород
составил ~ 800 м
Фактически большая часть горных пород как города, так и об
ласти относится к карстовым. По условиям залегания и харак
теру рельефа развит подтип равнинного карста в горизонтально
залегающих породах.
На территории города Самары имеются многочисленные
примеры образования современных карстовых проявлений
и «оживление» древних его форм. Карстовые поля, отдель
воронки, провалы и связанные с техногенным карстом
деформации зданий зафиксированы как старой части города, так
и в Железнодорожном, Октябрьском, Промышленном, Киров
ском, Красноглинском районах. По самарскому водораздельному
склону обособленные карстовые участки расположены в районе
Лесопарка у пос. Яблонька, между проспектами Юных Пионе
ров и Карла Маркса, ниже улиц Клиническая и Верхнекарьерная.
По составу карстующихся пород выделяется, в основном,
карбонатный и карбонатно-сульфатный карст. Карстующими
ся породами являются известняки, доломиты, мергели, гип
сы и ангидриты. Негативная роль процесса карстообразования
на территориях города и области, расположенных на карбонатных
и сульфатных породах, весьма существенна. Здесь наблюдаются
как открытые (в виде воронок на поверхности), так и закрытые
формы карста.
С каждым годом гидрогеологическая обстановка ухудшается.
Это связано как с подъемом уровня подземных вод, так и с осла
блением сферы коммунального обслуживания зданий, изношен
ностью коммуникаций, которые дают множество протечек воды,
приводящих к усилению выщелачивания карстующихся пород.
Активизация современного карста под влиянием хозяй
ственной деятельности человека усиливается там, где имеются
ослабленные зоны карстующихся пород (трещины, наличие
рухляка, гнезд и прослоев доломитовой муки), где отсутствуют
надежные «покрышки» и нарушен геологический режим.
Механизм развития карстовых форм идет по следующим
направлениям. На первом этапе происходит поверхностное
растворение (выщелачивание) пород, расширение трещин
Показатели интенсивности провалообразования определяются:
по данным стационарных наблюдений (по результатам
систематической регистрации случаев образования про
валов и локальных оседании на определенной площади);
по данным наземного обследования местности, сопровожда
ющегося сбором сведений о ранее образовавшихся провалах
и локальных оседаниях, дешифрированием аэрофотосним
ков разных лет и применением различных методов определе
ния возраста существующих карстовых воронок;
по аналогии с другими карстовыми участками, находя
щимися в сходных геологических и гидрогеологических
условиях и характеризующихся той же степенью закар
стованности.
При расчетах интенсивности провалообразования случаи ло
кальных оседании приравниваются к случаям карстовых провалов.
На картах районирования и в категории устойчивости терри
тории обозначается двойным индексом, состоящим из цифры
и буквы (например, V-B).
Оценку устойчивости территории рекомендуется осущест
влять с применением «метода удаленности от ближайшего
соседнего поверхностного проявления карста».
К очень неустойчивым, согласно СНиП 22-02-2003, отно
сят территории I категории устойчивости, к неустойчивым –
категории, к недостаточно устойчивым – III категории, к несколько
пониженной устойчивости – IV категории, к относительно
устойчивым – V категории.
При отсутствии карстовых провалов за последние 50 лет
территория может рассматриваться как карстово-неопасная,
т. е. устойчивая – VI категория, и проекты ее застройки следует
выполнять как для некарстовых районов.
На территории, отнесенной к очень неустойчивой (I категория),
строительство зданий и сооружений не рекомендуется. Строи
тельство на территориях II – V категорий устойчивости допуска
ется только с применением противокарстовых мероприятий.
Инженерно-геологическая обстановка для многоэтажного
строительства в Самаре и Самарской области далеко не идеаль
При камеральной обработке материалов исследований сле
дует осуществлять инженерно-геологическое районирование
территории по условиям, степени и характеру развития. При
районировании должны использоваться установленные
по результатам изысканий категории устойчивости территорий
относительно карстовых провалов по интенсивности провалоо
бразования в соответствии с таблицей 6.1 и по средним диаме
трам карстовых провалов в соответствии с таблицей 6.2.
Таблица 6.1
Категории устойчивости территории относительно
интенсивности образования карстовых провалов
Категории устойчивости
территории относительно
интенсивности образования
карстовых провалов
провалообразования
(среднегодовое количество
провалов на 1 км² территории
(случаи/км² в год)
Провалообразование исключается
Примечание: К шестой категории устойчивости относятся территории,
на которых возникновение карстовых провалов земной поверхности
невозможно (из-за отсутствия растворимых горных пород или благодаря
наличию надежной защитной покрывающей толщи нерастворимых
водонепроницаемых или скальных пород).
Таблица 6.2
Категории устойчивости территории относительно
средних диаметров карстовых провалов
Категории устойчивости
территории относительно
средних диаметров карстовых
провалов
Средние диаметры
карстовых провалов, м
карстово-суффозионных воронок может происходить катастрофи
чески быстро и завершаться в течение нескольких часов или дней.
Карстово-суффозионные процессы часто возникают на застро
енных территориях в результате изменения гидродинамической
обстановки в связи с длительными откачками подземных вод.
Древний или погребенный карст может быть приурочен
к разным стратиграфическим комплексам и встречаться
на разной глубине от поверхности. Древние карстовые полости
в большинстве случаев заполнены продуктами выветривания
или материалом, вмытым в них с поверхности. Реже встреча
ются открытые карстовые полости.
При изучении карстовых процессов необходимо учитывать,
что активность всех типов карста в большой степени зависит от
хозяйственной деятельности: вырубка лесов, распашка земель,
выпас скота, нарушающие цельность растительного покрова,
а также проходка горных выработок, котлованов, траншей под
газо- и нефтепроводы, изменение химического состава и темпе
ратуры подземных вод за счет сброса неочищенных и полуочи
щенных промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сто
ков, изменение динамики и химического состава подземных вод
при разработках полезных ископаемых, появление избыточных
напоров и градиентов вертикальной фильтрации при подтопле
нии, создании водозаборов, закачке в недра промстоков и пр.
Основными задачами инженерно-геологических изысканий
в карстовых районах являются:
установление степени опасности воздействия карста
на сооружения, экологическую и социально-экономиче
скую обстановку (включая психологические, эстетические
и другие аспекты);
составление прогноза развития карста на период строи
тельства и эксплуатации проектируемых объектов;
определение возможности активизации карста в процес
се эксплуатации проектируемых объектов под влиянием
техногенных воздействий;
выработка общей стратегии и конкретных рекомендаций
для проектной подготовки мероприятий по противокар
стовой защите (ПКЗ).
изменением напряженного состояния и физико-механиче
ских свойств горных пород, покрывающих завершившие
свое развитие подземные карстовые формы, их гидроди
намическим разрушением и выносом мелкого материала
(суффозией), а также динамическими воздействиями, что
приводит к образованию поверхностных карстовых форм.
В районах покрытого карста (имеющего наиболее частое
распространение на территории Самарской области) при
выполнении изысканий необходимо установить: геологическое
строение, литологический состав, состояние, свойства пород,
гидрогеологические условия и наличие проявлений карста,
к которым относятся разнообразные полости, размытые филь
трующейся водой трещины, колодцы размыва, оседания и обру
шения пород, разрушенные и разуплотненные зоны, нарушения
залегания горных пород в результате их сдвижения и обрушения.
В районах с покрывающей толщей, сложенной нераствори
мыми, преимущественно глинистыми водонепроницаемыми
породами, необходимо изучить и оценить степень их водопро
ницаемости и защитную способность в отношении проявления
карста на земной поверхности.
Наиболее опасными являются площади, покрытые водо
проницаемыми отложениями, представленными гравелистыми
грунтами, песками, супесями. Наиболее интенсивно разви
вается карст в приречных зонах (на террасах, склонах долин,
в краевых частях водоразделов), где покрывающие отложения
частично или полностью размыты. Развитию карста способ
ствуют также высокие градиенты подземного потока и выходы
подземных вод в руслах рек и береговых откосах.
В несвязных, преимущественно водопроницаемых покры
вающих породах (гравелистых грунтах, песках, супесях и др.)
возможно развитие карстово-суффозионных процессов с вмы
ванием в карстовые полости рыхлого материала, перекрываю
щего карстующиеся породы и образованием на поверхности
воронок значительных размеров, что может повлеч
ь за собой
деформации и разрушение зданий и сооружений. Образование
и обрушения над карстовыми полостями, разрушенными и раз
уплотненными зонами; воронки и другие карстовые формы
погребенного палеорельефа земной поверхности.
Провалы техногенно-карстового
характера происходят
в местах использования людьми геологического простран
ства. Связаны они, в основном, с аварийными утечками
из коммуникаций, подъемом уровня грунтовых вод в результате
сооружения водохранилищ. Замедленный, равнинный карст
в этих районах активизируется на несколько порядков. Такие
проявления зафиксированы в населенных пунктах: Сыз
Сергиевск, Серноводск, Самара, Алексеевка, Сырейка. Провал
максимальных размеров (200 х 90 м и глубиной 25 м) на тер
ритории Самарской области произошел в шестидесятых годах
при заполнении Куйбышевского водохранилища.
При изучении, проектировании, строительстве и эксплуатации
различных сооружений на территориях распространения карсту
ющихся пород необходимо руководствоваться соответствующей
нормативной литературой.
Согласно СП 11-105-97 карст следует подразделять:
по составу закарстованных пород
на три типа: карбонатный
(труднорастворимые породы – известняк, доломит, мел, мра
мор); сульфатный (среднерастворимые породы – гипс, анги
дрит) и хлоридный или соляной (легкорастворимые породы
галит, сильвин, карналлит);
по времени образования
– на древний карст, завершив
ший свое развитие (и, как правило, погребенный под более
молодыми отложениями) и современный карст, проявляющий
ебя в образовании новых карстовых форм;
по отношению к подземным водам
(карстующиеся породы
залегают в зоне аэрации, в зоне водонасыщения, а также
в переходной зоне колебания уровня карстовых вод).
Оживление древнего карста вызывается двумя причинами:
интенсивными современными тектоническими движениями
(поднятием) или изменениями гидрогеологических и гидротер
мических условий территории при техногенных воздействиях,
что приводит к возобновлению растворения
горных пород;
цилиндр размерами 5х4 м и глубиной 5 м. Иногда карстовые
провалы могут вскрывать фрагменты горизонтальных или
наклонных подземных полостей (пещера Комариный провал).
Суффозионно-карстовые провалы
характерны для покрытого
сульфатного и карбонатно-сульфатного карста при мощности
перекрывающих отложений до 20 м. Они наиболее опасные, так
как могут достигать значительных размеров 25-30 м.
Два подоб
ных провала образовались в 1991 и 1994 гг., в районе дачного
массива Дойки (Красноглинский район Самары). Первый
представляет в плане овал размерами 29 х 22 м. На дне его
сформировано карстовое озеро. Второй представляет собой
провальную воронку (17 х 12 м) с отвершком. На дне воронки
также расположено озеро.
Карстовые овраги
и
лога
можно подразделить на два типа.
К первому относятся малые овраги и отвершки воронок длиной 10 –
100 м, V- образного сечения, активно подвергающиеся эрозион
ным пр
оцессам. Развитие их происходит за счет поверхностных,
талых вод. Второй тип – суходолы средней длины (100 – 1000 м)
представляющие лога, чаще всего корытообразного сечения,
развитие которых осуществляется за счет безрусловых и ручьев,
питающихся родниками зоны верховодки. Днища и склоны логов
осложнены разнообразными ворон
ками, зачастую понорными.
Карстовые поля Самарской области большей частью распо
ложены на водораздельных склонах и имеют удлиненную, или
изометричную форму. Морфометрические показатели полей
зависят от типов карста. Площадь варьирует от 0,03 до 3,74 км²,
плотность воронок от 13 до 430 шт. на км², коэффициент пло
щадной закарстованности от 4,8 до 30.
подземным карстовым формам
относятся: расширенные
растворением (раскарстованные) трещины; поры растворения
(до 2 мм); каверны (от 2 до 20 мм); разнообразные полости
(в том числе, пещеры); разрушенные и разуплотненные
зоны; поверхности растворения слоев карстующихся пород;
нарушения залегания горных пород
в результате их сдвижения
у пос. Троицкое (Безенчукский район), по результатам проме
ров глубины, наполняет блюдцеобразную воронку размерами
90 х 65 м. Глубина озера – 1,8 м. Наибольшее количество
карстовых озер расположено в Сергиевском, Исаклинском
Камышлинском районах. Ряд озер в долинах рек, здесь, имеют
мощные питающие источники сероводородных вод (оз. Голу
бое).
Исчезающие озера широко распространены по Самарской
области. Наполнение водой задернованных блюдцеобразных
воронок происходит во время весеннего снеготаяния и летних
дождей. В зависимости от величины фильтрации и атмосфер
ных осадков, вода держится до второй половины лета, иногда
осени. Самое известное исчезающее карстовое озеро нахо
дится в урочище Елгуши на Самарской Луке.
Замкнутые понижения, образованные при вторичном
покрытом или бронированном карсте, диаметром более 100 м
и глубиной 5 – 10 м называются
карстовыми котловинами.
Округлая котловина размерами 200 х 300 м и глубиной 10 м
с озером на дне находится в Пестравском районе у пос. Падовка.
Изометричная котловина, размерами 200 х 100 м, ослож
отвершками и оврагами расположена в Игоневом Долу у пос.
Сырейка (Кинельский район). Дно котловины плоское, местами
заболоченное. В северной части днища имеется русло временного
водотока, приводящее к входу в понорную пещеру Новая. Склоны
котловины осложнены провалами.
Распространены также провалы цилиндрической или кони
ческой форм. Эти формы в Самарской области подразделяются
на карстовые, суффозионно-карстовые, суффозионные, техно
генно-карстовые и суффозионно-техногенные.
Карстовые провалы
типичны для задернованного и покрытого
подкласса, где перекрывающие отложения имеют мощность
не более 1 – 3 м. Они имеют незначительный диаметр (порядка
10 м) и глубину от 2 до 6 – 8 м. По расположению в ре
льефе про
валообразование происходит чаще всего в пределах карстовых
полей, в непосредственной близости от карстовых форм или
накладывается на них. Провал в районе пос. Водино произо
шел в 1998 г. В настоящее время он представляет неправиль
Карстово-суффозионные провалы
происходят в результате
перемещения фильтрующейся водой песчано-глинистого
материала из покрывающих пород в карстовые полости и (или)
расширенные трещины.
локальным оседаниям
следует относить постепенные
опускания земной поверхности и слагающих ее грунтов, имею
щие поперечник (диаметр) не более нескольких десятков метров.
Провалы и локальные оседания возникают поодиночке или
группами. Они подразделяются на первичные, происходящие
на новом месте, и повторные. В результате первичных образу
ются новые карстовые воронки, а повторные провалы и ло
каль
ные оседания вызывают последующее углубление и расширение
этих воронок. К общим оседаниям следует относить постепенные
опускания обширных участков земной поверхности.
Среди поверхностных карстовых форм следует различать:
воронки
– замкнутые впадины, образующиеся и растущие
в результате провалов и локальных оседании грунта;
карры

формы поверхностного растворения горных пород;

трещины, поглощающие воду; сложные
карстово-эрозионные
(овраги, котловины и др.) – формирующиеся за счет вза
имодействия провалообразования и эрозии;
мульды оседания

понижения, вызванные общим оседанием земной поверхности.
Воронки являются самыми распространенными формами кар
стового рельефа в Самарской области. Размеры их различные:
от 5 до 100 м в плане и глубиной до 15 м. По диаметру, глуби
не и плановому рисунку чаще всего встречаются блюдцеобраз
ные (54 %) и чашеобразные (36 %) округлые формы, размерами
от 5 до 25 м (44 %), от 25 до 30 м (37 %) и глубиной от 1 до 5 м
(56 %). Большая часть воронок задернована. Иногда на склонах
встречаются высыпки щебня карбонатных пород или скальные
выходы гипсов и известняков. Ряд воронок сульфатного и карбо
натно-сульфатного карста имеют на дне водоотводящие поноры
размерами от 0,1 м и более.
Водоемы, заполняющие некоторые воронки,
называются
карстовыми озерами.
По режиму движения вод выделяются
постоянные и исчезающие озера. Постоянное карстовое озеро
Наибольшее распространение этот подкласс получил после
акчагыльской трансгрессии, когда на большой площади про
изошло отложение морских глин. В дальнейшем, в результате
денудации, древние карстовые формы были изменены эрози
онными процессами и развиваются в настоящее время. Такие
проявления известны на территории Сыртового Заволжья.
Бронированный карст
характеризуется перекрытостью раство
римых горных пород некарстующимися отложениями (в основном,
песчаниками и глинами юрского, мелового и пермского возраста).
Этот подкласс наиболее характерен для некоторых районов Самар
ской Луки и северо-восточных частей Высокого Заволжья.
Погребенный
выделяется там, где карстовые полости, обра
зованные в минувшее геологическое время сейчас погребены
и заполнены более молодыми отложениями. На большой части
территории Самарской области нефтяные поисковые скважины
часто вскрывают карстовые полости, находящиеся много ниже
местного базиса эрозии и уровня грунтовых вод. Образовались
они в тече
ние всей геологической истории, когда морские
карбонатные породы выводились на дневную поверхность.
В настоящее время карстовые процессы в них не развиваются.
Морфология поверхностных карстовых форм
Проявления, возникающие в результате карстового процесса,
выражаются в поверхностных и подземных формах. К первым
относятся воронки, котловины, провалы, овраги и лога, карсто
вые поля. Ко вторым – каверны, полости, горизонтальные и вер
тикальные пещеры.
Согласно СП 11-105-97
карстовым провалом
считается
обусловленное развитием карстового процесса катастрофически
быстрое обрушение земной поверхности (или основания фунда
мента) с образованием в ней ямы (воронки). Следует различать
типы карстовых провалов: карстово-обвальные, карстово-
суффозионные и смешанные (карстово-суффозионно-обвальные).
Карстово-обвальные провалы
возникают при наличии
на малой глубине достаточно крупной полости с ослабленной,
готовой к обрушению кровлей.
Возраст карста проявляющегося в настоящее время, по данным
А.И. Отрешко, датируется неоген-четвертичным периодом.
По степе
ни перекрытости карстующихся пород выделены
следующие подклассы карста: голый, задернованный, покры
тый, закрытый, перекрытый, бронированный, погребенный.
Голый карст
распространен там, где растворимые горные по
роды (в основном, известняки) обнажаются на поверхности, т.е.
лишены почвенного покрова. Для Самарской области присутствует
только на крутых, скальных склонах Волги и Сока. Карстовые
формы представлены небольшими трещинами и кавернами.
Задернованный карст
присутствует там, где горные породы
покрыты слоем почвенно-растительного слоя. В Самарской обла
сти встречается наряду с голым на крутых водораздельных склонах
и иногда на пологих склонах в пределах карстовых полей.
Покрытый карст
развит на участках, где горные породы
покрыты рыхлыми современными образованиями (элювием,
делювием). Покрывающие отложения представлены суглинками,
глинами с щебнем карбонатных пород или гипсов. В Самар
ской области имеет широкое распространение.
развивается там, где растворимые горные породы
перекрыты элювиально-делювиальными отложениями и одновоз
растными некарстующимися породами. Например, для Высокого
Заволжья характерен такой разрез: под почвенно-расти
слоем залегают элювиально-делювиальные суглинки, ниже
расположены верхнеказанские загипсованные глины, еще ниже –
верхнеказанские гипсы. Если общая мощность перекрывающих
отложений превышает 25 м, то карст с поверхности не проявляется.
отличается тем, что карстующиеся породы
покрыты пойме
нными или террасовыми алювиальными четвер
тичными образованиями. Диагностировать этот подкласс сложно,
так как в рельефе он выражается формами, аналогичными суф
фозионным образованиям пойм.
Покрытый вторичный
развивается после того, как закар
стованные карбонатные и сульфатные породы были перекрыты
более молодыми, рыхлыми осадками кайнозойского возраста.
К районам развития карста следует относить территории,
в пределах которых распространены водорастворимые горные
породы (известняки, доломиты, мел, гипсы, ангидриты, камен
ная соль и т.п.) и имеют место или возможны поверхностные
и (или) подземные проявления карста.
Основные районы развития карста на территории Самарской
области расположены в междуречье Сока и Самары и на тер
ритории Самарской Луки. На Сокско-Самарском междуречье
насчитывается более 500 карстовых воронок разных размеров,
сосредоточенных, в основном, вдоль реки Волги в районе насе
ленных пунктов Старо- и Ново-Семейкино. В районе Старо- и
Ново-Семейкино встречены карстовые воронки глубиной до 10,0 м.
На территории Самарской Луки карст представлен воронками
и пещерами вблизи населенных пунктов Гаврилова Поляна,
Бахилова Поляна, Винновка, а также в Аскульском овраге. Кар
бонатные породы здесь сильно трещиноватые, закарстованые
и местами разрушены до доломитовой муки.
На небольших участках проявления карста отмечены вдоль
р. Сок (населенные пункты Преображенка, Зеленый, Малиновка,
Радаевка, Боровки, Сергиевка), в междуречье р. Самары
и р.Чапаевки (села Воскресенка и Каменный Брод), а также
р. Чапаевки и р. Иргиз (села Березовый Гай, Красноармейское,
Волчанка, Падовка, Михайло-Овсянка). Участки с линейным
развитием карстовых образований отмечены в Клявлинском
районе Самарской области.
Классификация карста Самарской области
По условиям залегания горных пород и характеру рельефа
местности в Самарской области развит подтип равнинного карста
в горизонтально залегающих породах. По составу карстующихся
отложений выделяют следующие классы карста:
карбонатный (известняки и доломиты карбона и верх
ней перми);
карбонатно-сульфатный (известняки, доломиты, гипсы
и ангидриты пермского возраста);
сульфатный (гипсы и ангидриты пермского возраста);
меловой (мела маастрихтского возраста);
кластокарст (песчаники палеогена).
осушение или уменьшение скоростей движения воды
до безопасных величин;
перекрытие мест выхода подземных вод тампонированием
или присыпкой песка;
искусственное закрепление ослабленных суффозией
пород методами технической мелиорации (цементацией,
глинизацией, битуминизацией и др.).
5.4. Карст
Развитие карстовых процессов студенты наблюдают на экс
курсии, проводимой по территории Центрального парка.
Цель данной экскурсии – познакомить студентов с процессами
карстообразования на примере формирования карстовых воронок
на территории Центрального парка.
Задача экскурсии – научить студентов самостоятельно описы
вать исследуемую территорию, геоморфологические элементы,
формы проявлений физико-геологических явлений, обнажений
горных пород, условий залегания пород. И в заклю
чении –
сделать прогноз изменений геологических условий, дать заклю
чение о возможности строительства различных сооружений
на исследуемой территории с учетов инженерно-геологических
процессов, развивающихся на ней.
Теоретическая часть
Под карстом следует понимать совокупность геологических
процессов и явлений, вызванных растворением подземными
и (или) поверхностными водами горных пород и проявляющихся
в образовании в них пустот, нарушении структуры и изменении
свойств.
Карстовый процесс сопровождается размывом пород,
суффозией, деформациями поверхности земли и оснований
зданий и сооружений (провалы, оседания, воронки), изменением
свойств грунтов покрывающей толщи, формированием особого
характера циркуляции, режима подземных и поверхностных вод
и специфического рельефа местности.
водохранилищ, длительных откачках подземных вод, работе
дренажа и др. Наибольшая вероятность проявления процесса
ханической суффозии возникает весной и осенью, когда за
счет интенсивного таяния снега или проливных дождей проис
ходит поднятие уровня грунтовых вод.
Техногенно-суффозионные провалы
наиболее распростране
ны, и хотя они не связаны с карстовыми явлениями, механизм
их образования идентичен. Например, провал во дворе клуба
1905 года (Самара) произошел вследствие обрушения перекрытий
старого, забытого, заасфальтированного колодца. Большое коли
чество провалов образуется во время аварий на водосодержащих
коммуникаций, так в 2011 г. произошло образование
провальной
воронки по ул. Победе в г. Самаре.
Основными условиями развития механической суффо
неоднородность гранулометрического состава песчаных
грунтов, при которой возможен вынос мелких частиц
из песчаной толщи;
критическая величина вымывающих скоростей фильтра
ционного потока;
наличие условий для выноса мелких частиц на дневную
поверхность в основаниях склонов, строительных котло
ванах, различных выемках и т. д.
Суффозионный вынос материала сопровождается ухудшением
свойств грунтов – увеличением их сжимаемости, снижением
прочностных параметров, что может привести к деформациям
сооружений и развитию опасных геологических процессов (кар
ста, оползней и др.).
Следовательно, при строительстве на подобных территориях
необходимо предусмотреть определенные инженерные меропри
ятия по предотвращению возможных деформаций сооружений.
К основным мероприятиям по борьбе с механической суф
фозией следует отнести:
прекращение движения воды через размываемый массив;
5.3. Суффозия
уффозия
– вынос грунтовыми водами из горных пород
мельчайших минеральных частиц (механическая суффозия)
в результате чего происходит оседание залегающих выше пород
и образование различных понижений на поверхности земли.
Для развития механической суффозии необходимы значитель
ная скорость движения подземных вод для отрыва и выноса
тонких фракций грунта, а также наличие условий для разгрузки
песчано-глинистого материала. Механическая суффозия чаще
всего наблюдается в тонко- и мелкозернистых песках, реже –
в пылевато-глинистых и других породах.
Явление суффозии обычно наблюдается в долинах рек и на
склонах со значительным уклоном потока грунтовых вод. Суф
фозионные понижения чаще всего имеют вытянутую форму
и пологие задернованные склоны. Они обычно служат ложбинами
для стока поверхностных вод, тем самым предопределяя
направление эрозионного размыва, и по их днищам закладываются
свежие овраги.
Если на склонах развиваются суффозионные ложбины,
то на плоских равнинах, сложенных рыхлыми песчано-сугли
нистыми толщами, образуются блюдцеобразные западины диа
метром от 5 до 3м и глубиной около 1 м.
Суффозионные (псевдокарстовые)
провалы известны на за
паде Сызранского района, на участках выхода палеоценовых
песчаников. Размеры провальных воронок до 10 – 15 м, глубина
до 5 м. Образование их связано с вымыванием рыхлых песков
и последующим обрушением перекрывающих песчаников.
В настоящее время в связи с освоением все больших площа
дей под строительство различных сооружений, широко распро
странен процесс техногенной механической суффозии. Отличие
его заключается в более интенсивном протекании. Р
азвивается
техногенная механическая суффозия в случае выноса песча
но-глинистого материала в строящиеся подземные коллекторы
при авариях водопроводных систем, быс
трой сработки уровней
Просадочный процесс возникает лишь при некотором мини
мальном для данного грунта давлении. Это давление назвали
«начальным просадочным давлением» (Рsl).
На территории г. Самары просадочные грунты наиболее распро
странены в Советском, Про
мышленном, Ленинском и др. районах.
Строительство на лессовых просадочных грунтах
Согласно СНиП 2.02.01—83* «Основания зданий и сооруже
ний», при возможности замачивания грунтов основания следует
предусматривать одно из следующих мероприятий:
устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей
просадочной толщи;
прорезку просадочной толщи глубокими фундаментами,
в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта;
комплекс мероприятий, включающий в себя частичное
устранение просадочных свойств грунтов, а также водоза
щитные и конструктивные мероприятия.
Просадочные свойства грунтов устраняют с помощью
уплотнения, закрепления и армирования.
К водозащитным мероприятиям относят планировку строи
тельных площадок для отвода поверхностных вод, предотвраще
ние утечек из водонесущих коммуникаций, устройство отмосток
вокруг зданий и т. д.
Конструктивные меры должны быть направлены на снижение
чувствительности сооружения к возможным просадочным
деформациям (устройство железобетонных или армокаменных
поясов, применение гибких конструкций, разрезка сооружения
на отдельные отсеки и т. п.).
Выбор мероприятий при строительстве на лессовых проса
дочных грунтах должен производиться с учетом:
типа грунтовых условий по просадочности;
мощности просадочной толщи и расчетной величины
просадки;
конструктивных особенностей проектируемых зданий
и сооружений;
вида возможного замачивания.
их изменяется от нескольких до 10-13 метров. Особенность
лёссовых пород – высокая пористость и слабая водостойкость
агрегатов и значительное содержание карбонатов и сульфатов.
Для лессовых пород характерна высокая пористость. Поме
щенные в воду лёссовые грунты быстро увлажняются и раз
мокают, распадаясь на мелкие агрегаты и пылеватые частицы.
Изменение влажности лессовых грунтов серьезно сказывается
на основных строительных свойствах – сжимаемости, проса
дочности и сопротивлении сдвигу. Лессовые грунты обладают
просадочными свойствами.
Просадочность
– явление, связанное с воздействием воды
на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплот
нением под весом самого грунта или же при суммарном дав
лении собственного веса и веса сооружения. Просадка обычно
сопровождается уплотнением грунта по вертикали и частичны
ми боковыми смещениями, что приводит к просадке дневной
поверхности и деформации возведенных сооружений. Просадоч
ность грунта зависит от его состава, структуры и напряженного
состояния, поэтому для каждого слоя лёссового грунта опреде
ляют относительную просадочность при давлениях, которые он
будет испытывать в основании сооружения. Просадочность грунта
оценивают величиной относительной просадочности εsl, кото
рую можно определить по данным компрессионных испытаний
дачей (при различных давлениях) воды в одометр.
Условно грунт считают просадочным при εsl > 0,01. Величи
на εsl в значительной степени зависит от действующего давле
ния. При малом давлении обычно εsl < 0,01, т. е. грунт можно
считать практически непросадочным. В зависимости от вели
чины просадки в условиях действия собственного веса грунта
при замачивании лессовые грунты подразделяют на два типа:
I тип – просадка от собственного веса грунта отсутствует
или не превышает 5 см, II тип – просадка от собственного веса
Просадочные свойства I типа грунтов с глубиной снижаются
и постепенно грунты переходят в непросадочные. В грунтах II
типа просадочность сохраняется почти на всю лессовую толщу
более или менее в одинаковых пределах.
и большая линейная протяжённость. Типичные примеры этого
типа оползней можно видеть у Ульяновска, у сёл Мордово,
Буераки, Шиловка.
Смешанный тип характеризуется тем, что происходит фор
мирование на уже существующем оползне оползня другого
типа. Например, на оползне фронтального типа может образо
ваться свежий циркообразный оползень. Такие оползни можно
видеть южнее Новодевичьего, у Мордово и т.д.
Наряду с оползнями значительную роль в обрушении бере
гов водохранилищ играет абразия.
Особые явления связаны с искусственным подтоплением тер
риторий в зоне крупных водохранилищ. Плотинами поднят уро
вень воды в водохранилищах на десятки метров. Это означает,
что грунты, прилегающие к водохранилищу, которые ранее
находились в состоянии естественной влажности, оказались
в дальнейшем водонасыщенными. Песчаные горизонты при
этом превратились в водоносные; глины, в особенности
хемогенные, подверглись набуханию, лёссовидные суглинки ис
пытали просадку, а сульфатные породы – обычное химическое
растворение. Наряду с этим, если лет 35-40 назад грунтовые воды
находились на глубинах 15-20 м или более, то сейчас их уровень
в ряде случаев поднялся до 2-5 м, притом идет ежегодный подъ
ем этого уровня примерно на 0,3 м. Подтопление наблюдается
в Тольятти и стало там настоящим бедствием. К этому надо
добавить существенное изменение гидрогеологической
обстановки на заводских площадках, связанное с «мокрым»
или кислотным производством в результате инфильтрации
промышленных вод. При этом резко возрастает их минера
лизация, а, следовательно, и агрессивность к грунтам, бетону
и коррозионная активность к металлу.
5.2. Просадочные явления
Лессовые грунты широко распространены на территории
г. Самары Самарской области. Представлены они, в основном,
суглинками, супесями, реже – песками пылеватыми. Мощность
В значительно меньшей степени по сравнению с поверхност
ными текучими водами влияют на изменение поверхности СО
подземные воды, с которыми связаны современные процессы,
преобразующие рельеф. К ним относятся карстовые, суффози
онные и оползневые явления.
5.1. Оползни
С деятельностью подземных вод и отчасти вод, протекающих
по поверхности и просачивающихся вглубь пластов, связаны
оползни. Они возникают на крутых склонах речных долин и ба
лок при наличии особых гидрогеологических условий, когда во
доносный и водоупорный (обычно глинистый) пласты накло
в сторону долины. В этом случае после снеготаяния или ливней
насыщенные водой верхние песчано-глинистые толщи начина
ют скользить по водоупорному глинистому слою в сторону реки
или балки. В результате образуются циркообразные углубления.
Оползни развиты вдоль крутых обрывов правого берега Волги
в других местах по склонам оврагов, прорезающих глинисто-
песчаные отложения. Особенно подвержены обрушению берега
Куйбышевского водохранилища. Ниже приведены основные типы
образующихся там оползней.
Фронтальный тип характеризуется вытянутой по прости
ранию формой. Они образуются в относительно однородных
по составу, жестких породах кровли, подстилаемых водоупор
ными пластичными глинами. Первый подтип в пределах обла
сти не встречается. Второй подтип образуется, если мощность
пород кровли составляет более 50 м. В процессе оползания
вовлекаются очень крупные блоки, которые двигаются по ци
линдрически закруглённой поверхности. Вследствие этого
блоки не разрушаются, а запрокидываются, образуя крупные
продольные валы – гривы. Этот подтип встречается к северу
от Подвалья и у Шиловки.
Потокообразный тип формируется в том случае, если выходы
грунтовых вод приурочены к подошве надоползнего откоса.
Поэтому формируется более пологий профиль ложа оползня
периодически,
их интенсивность различна, но, как правило,
не велика. Например, в 1983 году в районе г. Нефтегорск было
зафиксировано 5-балльное землетрясение, позже в г. Самара
и на юге области были отмечены толчки интенсивностью 2-3
балла. Считается, что это отголоски землетрясений, эпицентры
которых находятся на расстоянии 2-3 тыс. км от территории СО.
В настоящее время основная роль в преобразовании рельефа
СО принадлежит эрозионным процессам – смыву и размыву
верхнего слоя земной коры текучими дождевыми и снеговыми
водами. Интенсивность эрозионных процессов зависит от мно
гих причин. Наряду с климатическими факторами (скорость
снеготаяния, повторяемость ливней) на размыв и смыв почв,
на скорость роста и густоту оврагов оказывает влияние характер
рельефа (абсолютная и относительная высота местности, кру
тизна склонов), состав грунтов, почв и растительности, а так же
хозяйственная деятельность человека.
В нашей области наиболее подвержена водной эрозии
почва в возвышенных районах Предволжья и Высокого Заволжья,
расположенных в лесостепной зоне, где сильно расчленен рельеф
и выпадает больше осадков. Порядка 30 % всех сельскохозяй
ственных угодий области подвержены этому процессу, что нано
сит значительный урон сельхозпроизводителям.
Интенсивность смыва почв находится в прямой зависимости от
степени расчлененности рельефа, крутизны склонов и количе
ства выпадающих осадков. В наибольшей степени подвержено
процессам смыва правобережье области (75-80 % площади),
несколько меньше – лесостепное левобережье (50-67 %) и ещё
меньше – степное левобережье (около 50 % площади). Площадь
средне- и сильно смытых почв по зонам соответственно состав
ляет 45, 35 и 17 % от общей площади пашни.
Развитию эрозии и росту оврагов нередко способствует сам
человек. Неправильно проведенная борозда вдоль склона или
незасыпанная канава нередко служат началом будущего оврага,
который может за год удлиняться от 10 до 80 м. Во время силь
ных ливней прирост оврага может составлять более чем 30 м.
Крупные овраги имеют протяженность более 10 км.
5. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
НА ТЕРРИТОРИИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Геологические процессы
– это совокупность эндогенных
и экзогенных геологических процессов. Эндогенные геологи
ческие процессы (гр. еndon – внутри + ...генный) – процессы,
обусловленные главным образом внутренними силами (вну
тренней энергией) Земли (тектонические, вулканические и др.).
Экзогенные геологические процессы (гр. ехо – вне, снаружи
+ генный) – процессы, происходящие на поверхности Земли,
в самых верхних частях литосферы, и обусловленные внеш
ними по отношению к Земле источниками энергии (солнечная
радиация и др.), силой тяжести, жизнедеятельностью растений
и животных, деятельностью подземных и поверхностных вод,
хозяйственной деятельностью человека.
Крупнейшие формы рельефа – горы и равнины образовались
за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие (речные долины,
холмы, овраги др.), наложенные на более крупные формы, –
за счет экзогенных процессов.
Эндогенные процессы представлены медленными вер
тикальныеми колебательными движениями с вертикальной
составляющей и землетрясениями. Исследованиями института
геологии Саратовскою госуниверситета была установлена
Поволжская зона повышенной сейсмической активности.
Указанная зона простирается с юго-запада на северо-восток.
Ее протяженность составляет 800-1000 км, ширина 100-150 км.
Эта зона проходит и через СО. Землетрясения происходят
4.4. Задание студентам
На основе анализа существующих литературных источников
составить гидрогеологический разрез грунтовых вод г. Самары.
По материалам данного раздела предлагается ответить
на ряд контрольных вопросов:
Дать определение подземным водам;
Перечислить основные водоносные горизонты Самарской
области;
Дать характеристику неоген-четвертичному водоносному
горизонту;
Дать характеристику казанскому водоносному горизонту;
Дать характеристику грунтовым водам г. Самары;
Классифицировать подземные воды по степени активно
сти водообмена;
Дать оценку ресурсам и запасам подземных вод Самар
ской области.
Рис. 4.2. Карта максимальных уровней грунтовых вод
на территории г. Самары

Приложенные файлы

  • pdf 4015947
    Размер файла: 7 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий