ТрестГео
Содержание:
Часто участки на склоне выглядят более привлекательными, но красота может сопровождаться опасностью. На склонах опасность может происходить от существующих (и древних) оползней, а также от потенциально возникающих новых. Давайте подробнее рассмотрим различные типы оползней и обсудим, как избежать деформаций в своем доме. Однако следует отметить, что в данном случае мы рассмотрим только условия на равнинных участках, так как в горах существуют свои особенности.
Причины и условия возникновения оползней могут быть объяснены просто — это сила тяжести. Оползни относятся к гравитационным процессам. Дополнительные факторы, влияющие на устойчивость, включают процессы, приводящие к потере устойчивости. В природных условиях это, например, подмыв берега рекой, но человеческая деятельность может также спровоцировать оползни, например, пригрузив верхнюю часть склона, подрезав его нижнюю часть или перекрыв поток подземных вод подпорами.
Оползневые условия также могут существовать на участках склона, находящихся вне активных очагов оползней, но имеющих схожие геологические и литологические свойства, как описано выше.
При изучении возможных проблем, связанных со строительством на этих опасных территориях, следует вначале исследовать условия развития, механизм и динамику оползней на аналогичных объектах, то есть на участках с похожей геологической структурой, прилегающих к району строительства. Изученные параметры и особенности оползней учитываются при оценке стабильности склона на искомом участке строительства и определении возможных типов и механизмов оползневых деформаций.
Следует отметить, что отсутствие явных признаков современных деформаций на оползневом склоне не является надежным доказательством его устойчивого состояния. Оползни могут начать смещение при общем уклоне от 3 градусов, хотя это может не быть характерным для всех случаев, но именно такие сценарии описываются в литературе.
За последние 100 лет было разработано множество различных классификаций оползней, одна из которых основывается на их механизме смещения. Это важно для расчета устойчивости и принятия мер по защите. В зависимости от механизма, методы расчета и меры обеспечения устойчивости будут отличаться.
В общих чертах оползни могут быть классифицированы следующим образом:
Обычно скорость смещения оползающей массы не велика и изменяется от 1-2 мм в год до нескольких метров в сутки, за исключением последних двух типов оползней.
Появление оползней происходит, когда силы сдвига начинают превышать силы удержания. Как только оползневый массив начинает скользить, его скорость роста будет только увеличиваться, до тех пор пока он не натолкнется на препятствие (известно, что сила трения в состоянии покоя больше силы трения скольжения). Как только оползень произошел, его удержание будет гораздо сложнее, чем получение устойчивости массива грунта, который только потенциально оползнеопасен.
Существуют несколько признаков, которые помогают выявить активные оползни. К ним относятся:
Если есть сомнения, можно ли строить на подобном участке, лучше пригласить специалистов, особенно в раннюю весну или позднюю осень, когда растительность не скрывает деформации территории.
Оползнеопасные территории включают в себя участки с активными или прошлыми оползнями, которые формируют соответствующий рельеф, такой как бровки оползневого склона, стенки срыва, оползневые ступени или валы, оползневые трещины, межоползневые гребни и др.
К оползневой территории также относится часть склона или плато, находящаяся выше оползневого склона с описанными выше характерными элементами рельефа. В этом участке, прилегающем к активному оползневому очагу или цирку, происходят и могут продолжать происходить изменения напряженно-деформационного состояния грунта со склоном к оседанию по мере приближения к границе оползневой зоны.
Кроме того, к оползнеопасным территориям относятся участки склона, расположенные за пределами проявлений оползней (очагов оползней), но имеющие близкие стратиграфические и литологические особенности, описанные выше.
Возникают особые проблемы при проведении строительных работ на этих оползнеопасных территориях.
Для принятия решений по этому вопросу сначала изучаются условия проявления, механизм и динамика оползней на аналогичных участках с схожей геологической структурой, прилегающих к строительному участку. Полученные параметры и особенности оползней учитываются при оценке устойчивости склона на целевом строительном участке и определении возможных типов и механизмов оползневых деформаций.
Следует отметить, что отсутствие заметных современных деформаций на оползневом склоне не является однозначным доказательством его устойчивого состояния.
Существует несколько простых правил, которые помогут избежать развития оползня на участке, если до этого на местности такие процессы не происходили. Одно из главных правил заключается в том, чтобы не строить дом близко к бровке склона, а отступить на расстояние в 1,5 высоты склона. Чем меньше вмешательство в склон, тем лучше.
Бровка склона — это линия, где происходит резкое изменение геометрии склона, отделяющая верхнюю пологую часть от нижнего крутого участка.
Если склон крутой, а участок, на котором планируется строительство, находится где-то посередине и ниже, тогда рекомендуется провести расчет устойчивости склона с учетом дома и без него. В этом случае требуются результаты инженерно-геологических исследований.
Решения, связанные с фундаментом и укреплением склона (если такое необходимо), должны предусматривать исключение образования подпора подземных вод и подрезки склона в нижней его части.
Если на участке уже происходит оползень, лучше не связываться с такой территорией, даже если внешний вид окружающего привлекателен. Часто удержание оползня обходится очень дорого и не всегда имеет успех. Например, на Воробьевых горах в Москве наблюдается оползень, который уже пережил два комплекса противооползневых мероприятий, но все равно продолжает двигаться со скоростью около 2 мм в год.
Строительство в зоне подверженной оползням требует учета следующих особенностей в проектной документации:
1) Необходимо предусмотреть меры, которые направлены на обеспечение защиты людей, зданий или сооружений, а также самой территории, на которой планируется строительство, от влияния оползней. Также нужно отразить меры по предотвращению и (или) снижению возможных негативных последствий от действия оползней.
2) Проектная документация должна включать конструктивные решения, целью которых является снижение чувствительности строительных конструкций и оснований к воздействию оползней.
3) Важную роль играют меры, направленные на улучшение характеристик грунтов, на которых предполагается строительство.
4) Необходимо проведение строительных работ таким образом, чтобы исключить возможность возникновения новых или усиления уже существующих оползней.
Если существует риск активизации оползней на соседних территориях в результате планируемого строительства, проектная документация обязана содержать предложения по компенсационным и восстановительным мероприятиям.
В некоторых регионах РФ разработаны и приняты специальные законы, которые регулируют вопросы касающиеся оползневых зон. Примером может служить закон Томской области, о формировании и правовом статусе оползневых зон, их границах и видов использования недвижимости, расположенной в этих зонах.
Например, в Ульяновской области отсутствует универсальный нормативный акт, который бы регулировал вопросы связанные с оползневыми зонами. Согласно статье 20 Правил использования земли и строительства г. Ульяновск, границы оползневых зон и условия допустимой застройки определены на основе «Отчета по определению границ оползневой зоны города Ульяновска», который был изготовлен ОАО «Ульяновск ТИСИз» в 2004 году.
Основная забота инженера в области геотехники должна быть сфокусирована на превентивной борьбе с оползнями и обеспечении стабильности склонов. Если невозможно полностью избегать территорий с активным формированием оползней, необходимо минимизировать их влияние на склон. В таких ситуациях требуется проведение тщательных исследований и разработка соответствующих методов стабилизации.
Проработка мер по защите от оползней должна являться частью комплексного геотехнического проектирования, включающего следующие аспекты:
На опасных склонах важно определить пути проникновения влаги из атмосферы и подземных источников в породы. Для достижения этой цели, на разных глубинах в зависимости от предполагаемых гидрогеологических условий, следует установить пьезометры. В случае пород с низкой водопроницаемостью рекомендуется использовать приборы для измерения порового давления. Также необходимо измерить напряжения в нескольких точках на поверхности земли.
При изучении инженерно-геологических условий залегания пород важно определить состав, строение, состояние и физико-механические характеристики пород. Это включает удельный вес, пористость, коэффициент трещиноватости, сцепление породы, угол внутреннего трения, сопротивление породы сжатию и сдвигу и другие характеристики. Геотехнические расчеты направлены на получение объективной количественной оценки устойчивости склонов, а также на определение реологических параметров деформаций или скоростей перемещения пород. Эти данные можно получить путем математического моделирования, численных или аналитических расчетов. Из описанного выше видно, насколько сложными могут быть причины и развитие деформаций склонов. В сложных ситуациях геотехнические расчеты не всегда дают достоверные результаты, поэтому необходимо тщательно решить, когда они могут быть применены и уместны, чтобы не подорвать доверие к этому полезному методу. В некоторых случаях комплексные геотехнические расчеты могут быть использованы для объяснения задачи, показывая, как изменение факторов, направленное на укрепление склона и стабилизацию оползня, улучшит их текущее состояние.
В большинстве случаев геотехнические расчеты, которые выполняются, имеют цель определить устойчивость склонов. При изучении движения склонов необходимо вычислить коэффициент запаса устойчивости, то есть соотношение сопротивляющихся сил к движущим силам, вызывающим оползнение. Сопротивление определяется прочностью горных пород и возрастает при увеличении нормального напряжения.
Нормальная составляющая силы тяжести также учитывается в геотехнических расчетах. Эта составляющая уменьшается под поверхностью грунтовых вод или при наличии порового давления, когда возникает противодавление. Важно отметить, что коэффициент запаса, или его обратная величина, выражает долю прочности породы, необходимую для устойчивости склона.
Дополнительные расчеты на данный момент являются предметом дискуссий и требуют глубоких знаний в области механики грунтов и скальных пород. Для начальной информации достаточно ознакомиться с графиками Лобасова, которые применимы для F=1 и только U=0. Поскольку необходимо вводить конкретное значение F (например, для склонов, состоящих из глинистых грунтов, оно равно 1.7), значения с и ф должны быть уменьшены.
Недостатки геотехнических расчетов связаны с невозможностью объективной оценки всей картины инженерно-геологических условий, характера нагрузок и воздействий, а также их стохастической природы. Это происходит из-за ограниченности получения исходных данных и методов расчета. Поэтому оценка устойчивости склона и развития геологических и геотехнических процессов также должна осуществляться на основе качественного экспертного анализа.
Противооползневые геотехнические мероприятия представляют собой разнообразный набор действий, которые должны быть определены в зависимости от состояния и стадии развития оползней. В начальной стадии развития оползня, правильная противооползневая профилактика и предупредительные меры могут быть достаточными для обеспечения его стабильности. Однако, когда оползень находится в активной стадии, требуются радикальные меры для борьбы с ним.
Изучение оползней включает геотехнические исследования, которые опираются на те же принципы, что и исследования для других инженерных работ, но с учетом некоторых особых условий и факторов.
В первую очередь инженер-геотехник должен разработать рабочую гипотезу о типах движений масс, которые существуют или могут потенциально происходить на склонах, а также о местоположении и форме поверхности или зоны скольжения и факторах, которые могут вызвать деформации склона. Эти гипотезы следует подтвердить с помощью полевых исследований и аналитических или численных расчетов. В дополнение к геологическим условиям также необходимо изучить и другие характеристики.
Необходимо определить все ослабленные поверхности, которые могут вызвать смещения пород, такие как плоскости разложения горных пород, разломы, длинные трещины или поверхности скольжения предыдущих оползней. Рекомендуется изучение микрорельефа местности и исследование уступов на склоне и у его подошвы.
В случае существующих оползней необходимо определить положение поверхности или зоны скольжения с помощью керна, извлеченного из буровых скважин. В некоторых случаях положение поверхности скольжения может быть определено по кривизне ствола скважины. В особых случаях может потребоваться разведочная штольня, которая также выполняет функцию дренажной галереи.
На существующих оползнях следует установить реперные линии, а их вертикальное и горизонтальное смещение необходимо регистрировать через определенные интервалы времени. Глубина поверхности скольжения может быть определена по векторам перемещения.
В случае уже существующих оползней, важно тщательно изучить передний край оползня. Большая область, где появляются трещины, опускающиеся в сторону склона, указывает на глубокий оползень.
Для обеспечения устойчивости опасного склона часто используется метод срезки верхней части, что позволяет уменьшить массу активной части оползня и придать дополнительную нагрузку в основание склона. Это особенно важно для склонов, где масса породы не уменьшается при срезке. Планировка и удаление грунта из выработок обычно выполняются с использованием мощных машин, но при этом необходимо соблюдать осторожность, чтобы не нарушить устойчивость склона над оползнем. Когда создается контрбанкет у подошвы склона, рекомендуется обеспечить дренирование подстилающих слоев.
Гидростатическое давление также является важным фактором, контролирующим движение масс на склонах. Оно действует как боковое давление в порах и трещинах породы, а также как поднимающая сила, воздействующая на подошву водонепроницаемого или слабопроницаемого грунта.
Важно обеспечить правильный отвод дождевых вод и потоков воды от участка оползня, следуя кратчайшему пути и избегая длинных горизонтальных осушительных канав. В местах, где возможно проникновение воды из канала в склон, необходимо установить трубы. Дренажная система должна поддерживаться в рабочем состоянии, особенно в зимний период.
Подземный дренаж является одним из важнейших способов предотвращения оползней. Если оползневые массы имеют значительную мощность, то выполняются дренажные траншеи, которые глубоко забиваются и заполняются проницаемым материалом. Для дренирования вод из глубоких частей массива используют буровые скважины, обычно с пологим наклоном, глубиной до 200 метров. В некоторых случаях, например в северной Чехии, бурились дренажные скважины глубиной до 231 метра, проходящие в основном через угольные пласты. Однако, ограничениями буровых скважин в качестве дренажной системы являются ограниченная глубина до 60 метров в разрыхленных песках и их склонность к заливу. Большую эффективность показывает сочетание горизонтальных и вертикальных дренажных скважин.
В равнинных областях, склоны часто закрепляют с помощью горизонтальных скважин, которые бурятся из выемок или шурфов. В песчаных грунтах предпочитают использовать колодцы с фильтрами и насосами. Однако, на действующих оползнях колодцы имеют меньший срок службы по сравнению с горизонтальными дренажными скважинами.
В случаях, когда рельеф склона не позволяет значительно изменить его угол и установить дренаж, использование ограждающих стенок становится необходимостью. Геотехнические расчеты подобных стенок проводятся предельно внимательно. Выкопка котлована для установки длинной опорной стены часто способствует активации оползневых процессов. Поэтому сваи, являющиеся частью ограждающих стенок, закладывают глубоко в ненарушенные породы, повышая их удерживающую способность с помощью анкеров, установленных в несмещенных зонах. Если уровень грунтовых вод не был снижен выше ограждающей стены, насыщенность верхних слоев водой возрастает во время таяния снега, а вода часто проникает через стенку. Следовательно, обеспечение стабильности неустойчивого склона без его дренирования является недостаточным. Поэтому все противооползневые мероприятия должны включать покрытие склона проницаемым материалом для предотвращения замерзания верхнего слоя грунта.
Для предотвращения движения пород и остановки оползней в определенных геологических и геотехнических условиях довольно часто используются различные геотехнические сооружения, такие как подпорные стенки, сваи, контрбанкеты и контрфорсные столбы. Все эти сооружения специально проектируются с учетом всех сил, которые могут вызвать сдвиг, и сил, необходимых для их удержания.
Одним из основных требований при строительстве подпорных сооружений является их установка на неподвижном фундаменте. В большинстве случаев применяются комплексные меры для противодействия оползням: вместе с подпорными сооружениями устанавливаются дренажные системы, производятся работы по выравниванию склона и планировке, создаются контрбанкеты и т.д.
В геотехнической практике при строительстве крупных сооружений также применяется полное удаление оползневых масс, например, с использованием гидромониторов.
Часто для защиты от оползней применяется цементация. Однако этот метод может использоваться только в случае скальных трещиноватых пород с наклонными пластовыми трещинами, частично заполненными глиной и являющимися плоскостями скольжения. Следует иметь в виду, что этот метод также представляет определенную опасность, связанную с увеличением веса породы, и потому должен применяться с соответствующими мерами предосторожности.
