В РАЙОНАХ РАЗВИТИЯ КАРСТА

Общие положения

5.1.1. 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 и режима подземных и поверхностных вод и специфического рельефа местности.

5.1.2. К районам развития карста следует относить территории, в пределах которых распространены водорастворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, гипсы, ангидриты, каменная соль и т.п.) и имеют место или возможны поверхностные и (или) подземные проявления карста.

5.1.3. К карстовым деформациям земной поверхности следует относить: провалы, локальные и общие оседания территории, а также коррозию (растворение) поверхности карстующихся пород.

Карстовым провалом считается обусловленное развитием карстового процесса катастрофически быстрое обрушение земной поверхности (или основания фундамента) 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.

Карстово-суффозионные провалы происходят в результате перемещения фильтрующейся водой песчано-глинистого материала из покрывающих пород в карстовые полости и (или) расширенные трещины.

К локальным оседаниям следует относить постепенные опускания земной поверхности и слагающих ее грунтов, имеющие 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 образуются новые карстовые воронки, а повторные провалы и локальные оседания вызывают последующее углубление и расширение этих воронок. Провалы и локальные оседания могут чередоваться друг с другом и повторяться многократно на одном и том же месте или поблизости.

К общим оседаниям следует относить постепенные опускания обширных участков земной поверхности.

5.1.4. Среди поверхностных карстовых форм следует различать: воронки — замкнутые впадины, образующиеся и растущие в результате провалов и локальных оседаний грунта, слагающего земную поверхность; карры — формы поверхностного растворения горных пород; поноры — трещины, поглощающие воду; сложные карстово-эрозионные впадины (овраги, котловины и др.) — формирующиеся за счет взаимодействия провалообразования и эрозии; мульды оседания — понижения, вызванные общим оседанием земной поверхности.

К 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 и обрушения над карстовыми полостями, разрушенными и разуплотненными зонами; воронки и другие карстовые формы погребенного палеорельефа земной поверхности.

К связанным с карстом особенностям гидрологических и гидрогеологических условий относятся: крайне неоднородная и нередко весьма высокая водопроницаемость закарстованных пород; неравномерность распределения и режима поверхностного и подземного стока; наличие очагов интенсивного поглощения поверхностных вод, утечек из водохранилищ и внезапных больших водопритоков в горные выработки и котлованы.

5.1.5. По составу закарстованных пород следует выделять три типа карста: карбонатный (труднорастворимые породы — известняк, доломит, мел, мрамор); сульфатный (среднерастворимые породы — гипс, ангидрит) и хлоридный, или соляной (легкорастворимые породы — галит, сильвин, карналлит). По условиям залегания необходимо различать два вида карста: открытый — карстующиеся породы залегают с поверхности и покрытый (имеющий преимущественное распространение на территории России) — карстующиеся породы покрыты сверху нерастворимыми породами.

По отношению к подземным водам карстующиеся породы следует подразделять на залегающие в зоне аэрации, в зоне водонасыщения, а также в переходной зоне колебания уровня карстовых вод, которая в определенных условиях может составлять десятки метров и являться определяющей для оценки карстоопасности.

По времени образования различаются древний карст, завершивший свое развитие (и, как правило, погребенный под более молодыми отложениями) и современный карст, проявляющий себя в образовании новых карстовых форм.

Оживление древнего карста вызывается двумя причинами:

интенсивными современными тектоническими движениями (поднятием) или изменениями гидрогеологических и гидротермических условий территории при техногенных воздействиях, что приводит к возобновлению растворения горных пород;

изменением напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород, покрывающих завершившие свое развитие подземные карстовые формы, их гидродинамическим разрушением и выносом мелкого материала (суффозией), а также динамическими воздействиями, что приводит к образованию поверхностных карстовых форм.

Следует также выделять территории с потенциально возможным проявлением карста в определенных природно-техногенных условиях.

5.1.6. При производстве изысканий в районах развития карста в труднорастворимых карбонатных породах основное внимание должно быть направлено на выявление уже сформировавшихся карстовых форм (их положения и параметров), поскольку время, необходимое для образования новых значительных по размеру карстовых пустот, не соизмеримо, как правило, со сроком службы инженерных сооружений. Наряду с выявлением крупных карстовых форм, следует уделять особое внимание изучению сети раскарстованных трещин, резко повышающих водопроводимость массива, особенно при возможности утечек промышленных вод, обогащенных кислотами, органическими соединениями и другими токсикантами, которые могут ускорить развитие карста и вызвать загрязнение водоносных горизонтов.

При изысканиях на участках развития доломитового карста необходимо выявлять наличие доломитовой муки, её мощность и свойства, возможность выноса напорной фильтрацией, наличие ослабленных зон, обусловливающих неоднородность естественных оснований и общую неоднородность массива, особенно при проектировании отстойников, хвостохранилищ и водоёмов любого типа.

При изысканиях в районах распространения мелового карста, особенно в толщах писчего мела, представленных пестрым чередованием рыхлых разностей мела и мелоподобных мергелей, необходимо детальное изучение приразломных зон дробления, участков повышенной трещиноватости, где карстовые явления развиваются весьма активно, с образованием многочисленных подземных пустот типа «лисьих нор» и карстовых провалов. Следует учитывать, что меловые породы в значительной степени чувствительны к различным техногенным воздействиям: при сосредоточенных утечках водопроводных и кислых сточных вод происходит быстрое разрушение мела, с превращением его в пластичную или текучую массу.

При производстве изысканий в районах развития сульфатного карста необходимо учитывать относительно высокую скорость процесса растворения (несколько лет или десятилетий), соизмеримую со сроком службы сооружений. В связи с этим требуется изучение не только существующих карстовых форм, но также условий и скорости растворения пород. Гипсы и ангидриты в основном слабо трещиноваты (трещины редкие, большей частью закрытые) и имеют незначительную пористость. Карст развивается крайне неравномерно — по контактам с водопроницаемыми породами и по редкой неравномерной системе трещин. В кровлю гипсово-ангидритовых толщ карст обычно проникает на глубину от нескольких до 10-15 м. На поверхности кровли растворимых пород возможно образование сплошных карстовых полостей пластового характера.

При изучении хлоридного (соляного) карста для оценки интенсивности процесса особое внимание следует уделять изучению режима подземных вод (активности водообмена, насыщенности соляных растворов), а также соляно-купольной тектоники. При этом следует учитывать, что в случаях доступа ненасыщенных вод к соляным толщам, происходит быстрое растворение пород, при этом образуются крупные провалы, происходит общее оседание земной поверхности с формированием мульд оседания, вызывающее массовые деформации и разрушения зданий и сооружений.

5.1.7. В районах покрытого карста при выполнении изысканий для всей покрывающей толщи необходимо устанавливать: геологическое строение, литологический состав, состояние, свойства пород, гидрогеологические условия и наличие проявлений карста, к которым относятся разнообразные полости, размытые фильтрующейся водой трещины, колодцы (жерла) размыва, оседания и обрушения пород, разрушенные и разуплотненные зоны, нарушения залегания горных пород в результате их сдвижения и обрушения.

В районах с покрывающей толщей, сложенной нерастворимыми, преимущественно глинистыми водонепроницаемыми породами, необходимо изучать и оценивать степень их водопроницаемости и защитную способность в отношении проявления карста на земной поверхности. Мощность толщи, как правило, обеспечивающей защиту от возможности проявления карста на земной поверхности, может изменяться от 10-30 м (при выдержанной мощности плотных глин, с отсутствием линз и прослоев песка, супеси, водоносных суглинков, трещин и других нарушений) до 60-100 м (при наличии в покрывающей толще слоев песков, песчаников, мергелей, а также тектонических нарушений).

Наиболее опасными являются площади, покрытые водопроницаемыми отложениями, представленными гравелистыми грунтами, песками, супесями. Наиболее интенсивно развит карст в приречных зонах (на террасах, склонах долин, в краевых частях водоразделов), где покрывающие отложения частично или полностью размыты. Развитию карста способствуют также высокие градиенты подземного потока и выходы подземных вод в руслах рек и береговых откосах.

В несвязных, преимущественно водопроницаемых покрывающих породах (гравелистых грунтах, песках, супесях и др.) возможно развитие карстово-суффозионных процессов с вмыванием в карстовые полости рыхлого материала, перекрывающего карстующиеся породы, и образованием на поверхности воронок значительных размеров, что может повлечь за собой деформации и разрушение зданий и сооружений. Образование карстово-суффозионных воронок может происходить катастрофически быстро и завершаться в течение нескольких часов или дней. Карстово-суффозионные процессы часто возникают на застроенных территориях в результате изменения гидродинамической обстановки в связи с длительными откачками подземных вод.

5.1.8. Древний или погребенный карст может быть приурочен к разным стратиграфическим комплексам и встречаться на разной глубине от поверхности. В некоторых районах он образует несколько этажей карстовых форм, выраженных в различной степени. Древние карстовые полости в большинстве случаев заполнены продуктами выветривания или материалом, вмытым в них с поверхности. Реже встречаются открытые карстовые полости.

5.1.9. В орогенных зонах развитие карста контролируется тектоническим строением территории. При проведении инженерно-геологических изысканий должна быть установлена связь карста с определенными стратиграфическими горизонтами и литологическими разностями пород, а также с различными видами тектонических дислокации. Особую опасность представляют разрывные нарушения, вдоль которых в растворимых породах нередко формируются мощные карстовые зоны, распространяющиеся на большую глубину.

5.1.10. При изысканиях в районах развития карста 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 температуры подземных вод за счет сброса неочищенных и полуочищенных промышленных, бытовых и сельскохозяйственных стоков, изменение динамики и химического состава подземных вод при разработках полезных ископаемых, появление .избыточных напоров и градиентов вертикальной фильтрации при подтоплении, создании водозаборов, закачке в недра промстоков и пр.

5.1.11. Основными задачами инженерно-геологических изысканий в карстовых районах являются:

установление степени опасности воздействия карста на сооружения, экологическую и социально-экономическую обстановку (включая психологические, эстетические и другие аспекты);

составление прогноза развития карста на период строительства и эксплуатации проектируемых объектов;

определение возможности активизации карста в процессе эксплуатации проектируемых объектов под влиянием техногенных воздействий;

выработка общей стратегии и конкретных рекомендаций для проектной подготовки мероприятий по противокарстовой защите (ПКЗ).

5.1.12. При проведении изысканий на закарстованных территориях не рекомендуется привлекать юридические организации и физические лица, использующие в своих работах способы, базирующиеся на субъективных оценках развития карста (экстрасенсорика, биолокация, лозоходство и т.п.).