Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий - Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П.

Автор: Толмачев В.В. Троицкий Г.М. Хоменко В.П.
Теги: литература литературоведение строительство строительные материалы строительно-монтажные работы отдельные виды строительства геология
Год: 1986
Похожие
Пневматические строительные конструкции
Техническое обследование и оценка остаточных ресурсов строительных конструкций
Строительные башенные краны
Строим каркасный дом
Текст
                    ИНЖЕНЕРНО-
СТРОИТЕЛЬНОЕ
ОСВОЕНИЕ
ЗАКАРСТОВАННЫХ
ТЕРРИТОРИЙ
В В Толмачев
Г М Троицкий
В.П.Хоменко
СТРОИ ИЗДАТ
о I JI Л II JI I II II I
Предисловие	3
Введение	*
1.	Основные сведения о карпе	6
1.1.	Определение карпа	6
1.2.	Классификация карем	II
1.3.	Pacupociранение карет	к	('.('.СР и <а рубежом	21
1.4.	Инженерные и научные 1адачн при огноеипи i.ih.ipcHfh.iiniuх up-
рнторнй .	... 28
2.	Проявления карпа. опасные для инженерных сооружений .	28
2.1 Мехашим каре।от।х деформации	28
2.2. Прикладные классификации карповых деформаций	49
2 3 XapaKicp oiiaciiociu карпа для pa <лпчпых сооружении	53
2 4 Во i/ieiici ине хо ihiici венной дся i cjii.iioci и на ак I nun lauuio карстовых
процессов	...................57
3.	ПскоЮрыс особенно! in инженерных изысканий в карстовых районах 62
3 1 Основные 1лдачн пнжецерпых н плеваний в карстовых районах .	62
3 2. Проблема обнаружения карстовых полостей ...	66
3 3. Oiiiiimii lamiH инженерно геологических изысканий на закарстованных
тср||Н1ориях	.	... 69
4 Оценка каретной опасности	78
4 I Общие ымечання...................................................... 78
4 2 C.yiiieci вукицая практика оценки карстоопасности................... 80
4.3. Выявление влияния природных факторов на параметры образования
карповых пропилов	..............................97
4 4. Определение интенсивности карстовых провалов расчетно-вероятност-
ным ме годом.......................................... .	- 106
1 5. Микрораноннропаннс закарстованных территорий по интенсивности
обра lonaiiiiH карстовых провалов на основе учета неравномерности их рас-
кроет ранения	..................114
4 6. Определение диаметров карстовых провалов вероятностно-статисти-
ческим методом .................................................... ...	123
47 Вероятностная оценка карстовой опасности относительно локальных
карстовых деформаций (провалов).........................................128
4 8 Расчет но теоретические методы прогнозирования диаметров карсто-
вых провалов............................................................134
4.9 Перспективы ра (пития методов оценки карстовой опасности	142
5. Про1ивокарстовая защита............................................. 145
5 I Классификация противокарстовых мероприятий ........................ 145
5 2 Краткая характеристика наиболее распространенных видов противо-
карскщон ьтщиты.........................................................150
5 3 Пекоюрые инженерные решения при проектировании противокарсто-
вых фундамсн юн в условиях глубокого карста.............................157
5 1 Oiipc/iioiciiiie расчет not о размера карстовых провалов при проектиро-
В.1И11Н upoiHuou.ipcioBiJx фундаментов............................... .	162
>5 (пособи опенки (ффектипности противокарстовых мероприятий .	166
5 (> \.1р.1мсрныг ошибки в использовании инж'енерно-геологической ин
форм.1П11п при нроск 1 прованни проз нвокарстовон защиты	170
I ШИ ок ЦП I |-р.| I У |>| ।	...	173
В. В. Толмачев
Г. М. Троицкий
В. II. Хоменко
ИНЖЕНЕРНО-
СТРОИТЕЛЬНОЕ
ОСВОЕНИЕ
ЗАКАРСТОВАННЫХ
ТЕРРИТОРИЙ
Под редакцией д-ра техн, наук,
проф. Е. А. Сорочана
МОСКВА
СТРОГШЗДАТ
1986
1.1. К .18.7**
I М
УДК 824.131.29+699.8 : 651.448
Печатается по решению секции литературы по инженерному
оборудованию редакционного совета Стройиздата
Рецензент — д-р техн, наук, проф П. П. Коваленко
Толмачев В. В. и др.
Т 52 Инженерно-строительное освоение закарсто-
вапных территорий / В. В. Толмачев, Г- М. Тро-
ицкий, В. П. Хоменко; Под ред. Е. А. Сорочана.—
М.: Сгропиздат, 1986. — 176 с.: ил.
Изложены результаты исследований в области инженерного кар-
стовсдспия применительно к задачам строительства и эксплуатации
зданий и сооружений на закарстованных территориях. Дан анализ
отечественного п зарубежного опыта в освоении карстоопасных тер-
ршорий. Особое внимание уделено вопросам оценки карстовой опас-
ности и принципам протпвокарстовой защиты.
Для инженерно-технических и научных работников изыскатель-
ских. проектных, строительных, научно-исследовательских органи-
ыцпй, а также служб эксплуатации.
3202000000—283
Т ---———99—86
047(01)—«6
ББК 38.79
6С4.013
Владимир Викторович Толмачев
Георгии Михаилович Троицкий
Виктор Ветрович Хоменко
ИНЖЕНЕРНО СТРОИТЕЛЬНОЕ ОСВОЕНИЕ ЗАКАРСТОВАННЫХ
ТЕРРИТОРИЙ
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакций И. В. Соболева
Редактор М. В. Степанова
Младший редактор Н. И. Романова
Технические редакторы Н. Г. Алеева, Г. Н. Орлова
Корректор Л. П. Бирюкова
И Б № 3649
Сдано в набор	04.09.85.	Подписано в	печать 29.11.85.	Т-06535
Формат 60490/16	Бумага тип. № 2.	Гарнитура «Литераiурн 1Я»
Печать высокая	Уел. печ л. 11,0 Уел. кр.-отт. И,37	Уч-над. л. l i.lh	
Тираж 3000 экз.	Изд. № AVI—782	Заказ	1059 Цена 65 кон.
Стройиздат, 101142, Москва, Каляевская, 23а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
прн Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
129041, Москва, Б. Переяславская, 46
(Ci (ТроЙ1ИД111, 19X6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблемам экономичности и эффективности проектных решений, обеспечс
пню надежности зданий и сооружений уделено существенное внимание в Основ-
ных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990
годы и на период до 2000 года. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров
СССР от 30 марта 1981 года № 312 «О мерах по дальнейшему улучшению
проектно-сметного дела» предусматривается коренное улучшение проектирования
и обеспечение защиты территорий и народнохозяйственных объектов от опасных
геологических процессов^
Карстоведенпе (карстология) в настоящее время выделилось в самостоя-
тельный раздел науки о Земле. Изучение карстовых явлений уже в течение
длительного времени привлекает внимание исследователей в нашей стране н за
рубежом. Однако, несмотря на определенные успехи карстовсдеиия в целом,
имеется еще ряд нерешенных проблем, которые возникают при ниженсрпо-строи-
гельном освоении закарстованных территорий. Эти проблемы рассматривает
инженерное карстоведсние — раздел науки, объединяющий строительное дело
п карстоведсние.
В настоящее время средн ученых, работающих в области инженерного кар-
стоведеиия, нет единого мнения в отношении первоочередности и путей решения
основных вопросов этой науки, а также методологии исследований. Кроме того,
псупорядочены основные понятия и термины инженерного карстоведенпя, что
нередко приводит к серьезным просчетам и ошибкам в проектных решениях,
особенно при проектировании крупных народнохозяйственных комплексов, когда
и изысканиях и проектировании участвуют несколько изыскательских и проект-
ных организаций.
Следует заметить, что в ряде учебников и учебных пособий для вузов воп-
росы строительства в карстовых районах излагаются крайне упрощенно, а во
многих из них — принципиально неверно. Указывается, например, что строи-
|ельство в карстовых районах вообще недопустимо. Вследствие этого обшир-
ные территории признаются непригодными для строительства, что находится
и явном противоречии с реальной необходимостью освоения карстовых районов,
ьтнимаюшнх значительную часть территории нашей страны, и достигнутыми
успехами в этом деле.
Все сказанное явилось своеобразным фоном, на котором созрело решение
написать настоящую книгу. В нее вошли материалы, относящиеся лишь к те-
матике исследований авторов. Например, в монографии не затрагиваются воп-
росы, связанные с гидротехническим строительством и добычей полезных иско-
паемых в карстовых районах. Основной акцент в книге сделан на вопросы, воз-
никающие при рассмотрении системы «карст — сооружение».
Предлагаемая монография является результатом творческого сотрудниче-
I ina авторов. Вместе с тем авторский коллектив считает необходимым отметить,
чк> инициатором написания книги явился В. В. Толмачев, который проделал
большую часть научных исследований, нашедших отражение н данной книге.
По просьбе авторов в подготовке отдельных разделов приняли участие
пнж. В. Л. Беляев (пп. 2.4, 3.3) и инж. О. Б. Нсщсткнп (п. 3.2), которым, кро-
ме того, самостоятельно написан п. 4.5.
Авторы искренне благодарят д-ра техн, наук, проф. Е: А. Сорочана
(НИИОСП) н д-ра техн, наук, проф. П. П. Коваленко (ГИСИ) за сделанные
ими ценные замечания, которые были учтены при подготовке рукописи к изда-
нию. Авторы считают своим долгом выразить признательность своим коллегам
in помощь в работе, понимание и поддержку.
BBL ДЕНИС
Проблема строительного освоения закарстованных территорий
является весьма актуальной в настоящее время как в СССР, так
и за рубежом. Карстующнеся породы занимают около одной трети
суши [34]. Несмотря па то, что карстовые явления существенно
осложняют строительство, территории их распространения, особен-
но в последние десятилетия, интенсивно осваиваются. Это объяс-
няется дефицитом свободных территорий для строительства, тем-
пы которого постоянно растут. Кроме того, строительство ряда
сооружений (железных и автомобильных дорог, газопроводов
и др.) в обход закарстованных территорий зачастую бывает эко-
номически нецелесообразно. В то же время достигнутые успехи в
области обьекгпвпой оценки карстоопасности и противокарстовой
защиты позволяют с достаточной уверенностью принимать реше-
ния об освоении закарстованных территорий, сводя к минимуму
вероятность аварий и катастроф.
Вопросы изучения карста привлекают внимание исследовате-
лей в течение длительного времени. Имеется многочисленная лите-
ратура по вопросам изучения карста, среди которой следует на-
звать такие фундаментальные работы, как монографии Г. А. Мак-
симовича [34 | п II. Л. Гвоздецкого [9].
Основные задачи инженерного карстоведенпя были рассмотре-
ны на научно-технических совещаниях 1948, 1965, 1978 и 1983 гг.
и зафиксированы соответствующими решениями; им посвящен ряд
статен [11, 21, 45, 46]. Однако до настоящего времени в СССР и
за рубежом orej тствуют монографии, где бы в более или менее
полном объеме рассматривались вопросы освоения закарстован-
пых террпгорпп для промышленного и гражданского строительст-
ва. Специфические вопросы i пдротехнического строительства в
карстовых районах обстоятельно изложены в работе А. Г. Лыко-
шппа [31]. М. С. Газизовым рассмотрены различные, в том числе
инженерно-геологические, аспекты изучения карста в горном деле
[8].
При строительном освоении закарстованных территорий возни-
кает ряд проблем, таких как разработка методики и техники изы-
сканий для различных видов строительства и типов сооружений на
разных стадиях проектирования; прогноз карстоопасности; опреде-
ление характера и степени влияния хозяйственной деятельности
на карстовый процесс; определение необходимости, характера и
объемов противокарстовой защиты; назначение параметров п про-
ектирование противокарстовых мероприятий.
Отсутствие специальных нормативных документов по проекти-
рованию зданий п сооружений в карстовых районах или соответст-
вующих разделов в главах СНиП обусловливает неупорядочен-
ность взысканий, проектирования, строительства и эксплуатации
сооружений в карстовых районах и нередко приводит к неграмот-
ным в техническом, инженерно-геологическом и экономическом от-
ношениях инженерным решениям.
4
В нюнящее время разрабатываются сбответствующпс иорма-
|||||цые документы. Однако без творческого подхода и глубокого
1KI1I1IM
ним природы карстового процесса, а также
рои гельно-технологических
щищаемых
обьекгов ошибки
и эксплуатационных
неизбежны. К этому
конструктивных,
особенностей за-
же ведет попыт-
решать слишком упрощенно сложные задачи противокарстовой
1.11Ц111 ы.
В данный период в качестве методического документа широко
используются «Рекомендации по проектированию зданий и соору-
.кеппй в карстовых районах СССР» [51], которые в значительной
степени упорядочили проектирование на закарстованных террито-
риях. В то же время следует отметить, что рекомендации состав-
|сиы таким образом, что позволяют догматически трактовать их
исипвиые положения, особенно в части объемов и характера про-
1 пвокарсговой защиты применительно к так называемым категори-
ям устойчивости.
Авторы не ставили задачей всеобъемлюще раскрыть все аспек-
111 инженерного карстоведсния. например вопросы методики изы-
сканий па закарстованных территориях или конкретных методик
проектирования сооружений в тех пли иных природных условиях.
Основное внимание было уделено вопросам, находящимся на сты-
ке изысканий и проектирования. Не следует, однако, думать, что
и в ггом направлении удалось решить все проблемы. Некоторые
hi них рассмотрены лишь в постановочном плане, другие же лишь
\помянуты.
Излагаемый в книге материал рассматривается с позиций еди-
ной геотехнической системы «карст — сооружение», поскольку воп-
росы строительного освоения закарстованных территорий не могут
(нт. правильно решены без одновременного учета природы кар-
гпшого процесса и особенностей проектируемых объектов. Анализ
качества реализованных проектов зданий и сооружений на закар-
11 она иных территориях показал, что одной из основных причин
повреждений зданий и сооружений вследствие карстовых дефор-
маций или неэкономичных проектных решений является именно
1и-\чет этого обстоятельства.
Ангоры попытались подойти и к таким общим вопросам, как
классификация карста. В связи с тем, что механизм карстовых
^формаций в значительной степени влияет па принципы выбора
противокарстовой защиты, этому вопросу в книге отводится зна-
мя юльиое место. Немалое внимание уделено вопросам, связанным
с проектированием прогпвокарстовой защиты, а также проблеме
нцеикн карстоопасности, которая, по мнению авторов, ирипцппп-
.I’li.iio неверно ранее рассматривалась вне рамок системы «карст —
ооружеине». При этом большое внимание уделено всроятностно-
М) подходу при оценке карстоопасности, в наибольшей степени от-
ымающему особенностям этой системы.
Авторами предложены способы определения размеров карсто-
|ы\ провалов, позволяющие учитывать особенности геологических
|.< кипит и воздействие от застройки на земной поверхности. Кроме
того, показан принцип районирования карстоопаспостп территории
по размерам карстовых провалов. Изложены основные принципы
конструктивной протпвокарсговой защиты зданий н сооружении,
а также методы технико-экономического сравнения, отражающие
специфику освоения закарстованных территорий. Сделана попыт-
ка учесть эту специфику при разработке вопросов оценки эффек-
тивпости протпвокарстовых мероприятий. В процессе работы над
книгой максимально учитывался передовой зарубежный опыт в
области строительного освоения карстоопасных территорий.
1.	ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КАРСТЕ
1.1.	Определение карста
В настоящее время у большинства исследователей нет серьез-
ных разногласии относительно понятия «карст». Подробный ана- >
лиз различных определений карста приведен в работах [9, 34, 59].
В инженерном карстоведснии наиболее распространенным стало |
определение карста, данное И. В. Поповым. Под карстом понима- ‘
ется совокупность геологических процессов и созданных ими явле-
ний в земной коре и на ее поверхности, вызванных химический
растворением горных пород и.выраженных в образовании в земной I
коре пустот, в разрушении и изменении структуры и состояния по- I
род, в создании особого характера циркуляции и режима подзем-
ных вод, а также характерного рельефа местности и режима гид- ’
рографической сети.	1
Из материалов многочисленных зарубежных публикаций, по-
священных вопросам инженерного карстоведснпя, следует, что по- 1
давляющее большинство авторов вкладывает в понятие «карст»
аналогичный смысл.	I
Определение И. В. Попова и близкие к нему определения [34,
50, 59] дают представления о карсте в целом, но безотносительно1
к практическим целям его изучения. С точки зрения рассматрива-i
смой в книге проблемы авторам представляется целесообразным I
несколько уточнить приведенное выше определение, акцентируя
внимание па некоторые характерные черты, связанные с инженер-
но-строительным освоением закарстованных территорий. Эти
уточнения следовало бы сделать по следующим направлениям.
1.	Необходимо обратить внимание, чго карст является сово-
купностью как природных геологических, так и ппжепсрпо-гсоло-
гпческнх (техногенных, пли антропогенных) процессов. Такое
уточнение имеет большое практическое значение. Можно привести
немало примеров, когда по результатам изысканий территория
объективно признавалась практически не подверженной карсту,
однако под техногенным воздействием (большие нагрузки, откач-
ки подземных вод, утечки из водопесущих коммуникаций, вибра-
ция и т. п.) активность карста с течением времени возражала до
катастрофического уровня.
6
2.	Развитие карстовых форм в ряде случаев лишь па началь-
ном этапе почти целиком определяется растворением. В дальней-
шем развитие карстовых форм (даже в растворимых породах) мо-
жет происходить также под действием других процессов (напри-
мер, эрозии, обрушения, суффозии и т. д.) с уменьшением доли
собственно растворения в скорости развития карстовых форм. Это
обстоятельство следует иметь в виду при прогнозе скорости разви-
тия отдельных' карстовых форм. Более того, в определенных усло-
виях процесс растворения карстуютцнхся пород может вообще не
хчаствовать в формировании карста (например, карстово-суффо-
iiioiiiibix провалов). Такне явления возможны в областях разви-
тия древнего затухшего карбона гпого карста, где сформировав-
шиеся в отдаленные геологические эпохи полости в карстуютцнхся
породах являются в настоящее время емкостями, которые могут
быть заполнены вышележащим грунтовым материалом, разрушен-
ным под действием гравитационных,- гидродинамических пли иных
механических воздействий, зачастую имеющих искусственное про-
исхождение.
3.	Основная опасность карста при строительном освоении за-
клрегованных территорий заключается в образовании различного
ища деформаций земной поверхности и оснований сооружений.
В определении карста по 11. В. Попову это обстоятельство несколь-
ко затушевано не совсем определенным выражением «характер-
ный рельеф местности», из которого не виден характер опасности
поверхностных проявлений карста для инженерных сооружений.
Кроме того, иногда сам факт отсутствия «характерного рельефа
местности» (например, отсутствие поля карстовых воронок) еще
не говорит о невозможности образования карстовых деформаций
<| срок, соизмеримый со сроком^ службы сооружений, особенно
под действием техногенных факторов.
4.	Известно, что такие горные породы, как гипс, ангидрит, ка-
менная и калийная соли, растворяются в воде диффузионно. Для
карбонатных же пород характерно химическое растворение [59],
при котором собственно растворению в подземных водах, всегда
содержащих СО2, предшествует химическая реакция СаСОз+
+Н2О-|-СО2-»-Са(НСОз)г. Поэтому во взятом за основу определе-
нии карста вместо термина «химическое растворение» лучше упот-
ребить термин «растворение», объединяющий оба типа растворе-
ния. Общепринято [34, 59], что к понятию «карст» не относятся
процессы и явления, связанные с растворением веществ в лёссо-
вых, засоленных и загипсованных грунтах. Эта оговорка может
быть учтена в определении карста, если растворение горных по-
род отнести лишь к скальным породам.
С учетом этих уточнений, не претендуя иа принципиальную
новизну, предлагается следующее определение карста. Карст пред-
• гавляет собой совокупность природных геологических и инженер-
но-геологических процессов, обусловленных в той или иной мере
растворением скальных горных пород, в результате которых в зем-
ной коре происходит образование полостей, изменение структуры и
7
ui
К	*
dl_
б)
е)
д)
ж)
и)
К)
/1)
Н)
I Н из

Рис. 1.1, Модели карстовых процессов и явлении
1 — покровные нескальпыс грунт; 2 карегующнося монолитные породы; 3 — карстую
щиеся трещиноватые породы; 4 - незаполненные полости; 5 — кровля полости; 6 — разру-
шенные и разуплотненные зоны; 7 н травление суффозионного выноса грунта; 8— на-
правление силового воздействия
состояния горных пород и связанные с ними деформации земной
поверхности (провалы, оседания, коррозионные воронки и т. д.),
а также создается особый режим подземных вод и гидрографиче-
ской сети.
Комплекс процессов, формирующих те или иные карстовые яв-
ления, крайне разнообразен и определяется конкретными инже-
нерно-геологическими условиями (табл. 1.1, рис. 1.1)
Следует различать: растворение поверхности карстующихся
пород; выборочное растворение массива по отдельным трещинам,
особенно в местах их пересечений (с образованием полостей);
объемное растворение массива.
8
I а блица 1.1. Карстовые процессы и явления
Характер растворения карстующихся пород	Процесс	Явление
1. Растворение поверх-	Прогиб вышележащей	Оседание земной поверхно-
пости карстующихся по-	юлщи грунтов (рис.	сти. Изменение напряженно-
род (снижение кровли	1.1, а)	го состояния вышележащей
карстующихся пород)	Повышенная инфильтра- ция поверхностных вод. Механическая суффозия грунтов при наличии трещиноватых зон и по- лостей (рис. 1.1, б)	толщи Формирование полостей в покровных грунтах. Образование локальных де- формаций земной поверхно- сти
Растворение отдел ь-	Растворение и мехапнчс-	Расширение трещин, капа-
пых трещин и мест их	скос воздействие воды	лов и полостей. Изменение
пересечения (образова-	на стенкн каналов и но-	напряженного	состояния
пне каналов и полостей)	лестей (рис. 1.1, в) Выпадение отдельных блоков пород (рис. 1.1,г). Деформация по- род, лежащих над кар- стовой полостью (рис. 1.1, С?) Суффозионный вынос вышележащих грунтов в полость (рис. 1.1, е) Химический и (или) ме- ханический вынос запол- нителя из полостей н трещин (рис. 1.1, ж) Сдвижение грунта над полостями и ослаблен- ными зонами (рис. 1.1,3)	толщи пород вокруг поло- стей Образование частично за- полненных полостей Образование трещин в по- толочине полости. Обрушение потолочины вы- шележащих пород, образо- вание в них полостей с формированием сводов рав- новесия. Образование заполненных или частично заполненных полостей Образование полостей и ос- лабленных зон в нескаль- пых грунтах. Образование заполненных или частично заполненных полостей Образование незаполнен- ных горной породой прост- ранств	(пезакольматиро- ванных трещин и полостей) Формирование локальных деформаций земной поверх- ности
>. Растворение массива	Суффозионный вынос	Разуплотнение толщи грун-
карстующихся	пород	вышележащих грунтов в	тов под карстующимися по-
(увеличение пустотно-	систему расширяющих-	родами
ти, дезинтеграция и	ся трещин и разрушен-	Оседание земной поверхно-
снижение кровли карсту-	пые зоны (рис. 1.1, и)	сти
1О1ЦИХСЯ пород)	Уплотнение разуплот- ненной толщи грунтов под собственным весом и особенно под воздей- ствием внешних факто- ров (рис. 1.1, к) Прогиб толщи грунтов над зоной снижения кровли карстующихся пород (рис. 1.1, л)	Оседание земной поверхно- сти. Изменение напряжен- ного состояния вышележа- щей толщи над карстую- щимися породами Образование полостей и разуплотненных зон в тол- ще дезинтегрированных по- род Неравномерная осадка ос- нования
9
llputlojiviciute ?</*>'?. 1.1
Характер растворения карстующихся пород	Процесс	Явление
	Механическая и химиче- ская суффозия дезинтег- рированных	карстую- щихся пород (рис. 1.1, и) Неравномерное уплотне- ние основания вследст- вие	невыдержанности размеров дезинтегриро- ванных зон в плане и по вертикали (рис. 1.1,//)	
Первый тип растворения наиболее характерен для хлоридпых
(каменная и калийная соли), а также для сульфатных пород
(гипс, ангидрит); второй —для сульфатных и карбонатных пород
(доломиты и особенно известняки); третий тип — для карбонат-
ных пород (доломиты, мел и породы с карбонатным цементом).
Остановимся еще на некоторых вопросах терминологии. В кар-
стовсдении вообще и в инженерном карстоведении, в частности,
терминология не упорядочена. Даже такие основные понятия, как
«карстовая полость», «карстовый провал» и т. д., трактуются по-
разному. Такое положение частично можно объяснить тем, что
каре г изучается с разных точек зрения и специалистами разнооб-
разных научных дисциплин: географами, геологами, строителя-
ми 11 т. д.
Диализ конкретных материалов ио строительному освоению за-
карстоваппых территорий показал, что часть неправильных в ин-
женерно-геологическом, техническом и, в конечном итоге, эконо-
мическом отношениях решений связана с неоднозначной трактов-
кой некоторых понятий. Так, нередко под термином «карст»
понимается карстовая полость пли карстовый провал, или карсто-
вая воронка, или и то и другое одновременно. Поэтому некоторые
специалисты слово «карст» употребляют во множественном числе,
что можно встретить в учебных пособиях для студентов и даже в
некоторых нормативных документах.
В англоязычных (особенно американских) работах термин
«карст» и производные от пего термины встречаются довольно
редко, если только эти работы не являются переводами на анг-
лийский с других языков. Это обстоятельство вызывает известные
трудности при работе с англоязычными материалами, поскольку
их принадлежность к карстовой проблематике, как правило, одно-
значно определяется только после полного ознакомления с тек-
стом. В большинстве же случаев термин «карст» употребляется в
англоязычных публикациях, нс носящих инженерно-карстоведче-
екого характера, что связано с характерной для английского язы-
ка сильной географической окрашенностью понятия «карст».
10
Существующая в инженерном карстоведении терминологиче-
ская неупорядоченность усугубляется широким распространением
ia рубежом весьма своеобразного подхода к проблеме провалооб-
разования, нашедшего яркое выражение в представленном па
английском языке докладе Комиссии Международной ассоциации
инженеров-геологов (МАНГ) по инженерным изысканиям [91].
В нем, в частности, среди других природных и техногенных факто-
ров, представляющих опасность для строительства, говорится о
единой проблеме формирования оседаний земной поверхности и в
том числе подземных обрушений и провалов. В качестве естествен-
ных причин, вызывающих образование оседании и провалов, назы-
ваются растворение известняков, гипсов и галитов, внутренняя
эрозия [65], землетрясения, вулканическая и тектоническая актив-
ность, а в качестве искусственных причин — извлечение из недр
твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, подзем-
ные горные работы и строительство сооружений над старыми под-
земными выработками, изменение естественного режима подзем-
ных вод в районах распространения известняков при наличии в
них полостей растворения. При этом термины «карст» и «карстово-
еуффозионные процессы» не употребляются. В СССР некоторые
исследователи также являются сторонниками изучения проблемы
провалообразовапия в целом, независимо от вызывающих его
причин [30].
Подобный подход не лишен здравого смысла, поскольку для
инженерно-геологического обоснования мер конструктивной защи-
1ы зданий и сооружений требуется знание определенных парамет-
ров возможного оседания или провала безотносительно к их
генезису. Собственно говоря, именно это обстоятельство позволяет
использовать при оценке карстоопасности н проектировании кон-
структивной противокарстовой защиты некоторые расчетные ре-
шения, применяемые в горном деле. При проектировании же комп-
чекса защитных мероприятий (комплексной противокарстовой за-
щиты), когда требуется глубокое понимание природы деформа-
ций, этот подход не может быть признан целесообразным. Именно
поэтому авторы книги склонны придерживаться традиционного
геолого-генетического подхода к проблеме опасных для строитель-
ства геологических процессов, сложившегося в отечественной ин-
женерно-геологической науке и практике, согласно которому сре-
ди опасных процессов отчетливо выделяется карст. Кроме того,
такой принцип позволяет исследователям не выходить за рамки
общепринятой терминологии.
1.2.	Классификация карста
Вопросы общей классификации карста п его проявлений осве-
щаются в фундаментальных работах в области карстоведепня
Н. Л. Гвоздецкого [9], Д. С. Соколова [59], Г. А. Л!аксимовича
[34] п др. На совещании руководителей геологических органов
стран — членов СЭВ (Берлин, 1962 г.) принята типовая классифи-
11
Таблица 1.2. Признаки-основания инженерно-геологической
классификации карста
Признаки, определяемые
природными условиями (I группа)	прнродпо-тохпогеиными условиями (II группа)	хозяйственной деятель- ностью (III группа)
1.	Степень растворимости карстующихся пород в во- де [50, 96]. 2.	Отсутствие или наличие грунтов над карстующнмися породами и степень водо- проницаемости этих грун- тов [50, 96] 3.	Условия дренирования трещинно-карстовых вод 131]	1. Сравнительная доля природных и техноген- ных факторов в форми- ровании карсгопроявлс- II пн 2. Расположение карсту- ющихся пород относи- тельно уровня подзем- ных вол (в том числе в период строигельства и эксплуатации сооруже- ний)	1. Возможность обнару- жения локальных кар- стовых форм в толще пород геофизическими методами 2. Расположение карсту- ющихся пород относи- тельно активной зоны ос- нований	сооружений [60]
кация карстовых явлений для целей инженерно-геологического
картирования. Эта классификация в дальнейшем послужила осно-
вой для построения других инженерно-геологических классифика-
ций, в частности в СССР [50] и в ГДР [84, 92].
Ниже приводится классификация карста, составленная с мак-
симальным учетом названных выше классификаций, дополненная
признаками-основаниями, в значительной степени определяющими
пути изыскания, проектирования, технологии возведения и экс-
плуатации сооружений на закарстованных территориях. При этом
классификация карста проведена по трем группам признаков-ос-
нований, определяемых природными условиями, прнродно-техно-
генными условиями, хозяйственной деятельностью (табл. 1.2).
Типизацию карста по признакам I группы важно учитывать
уже на предпроектных стадиях, например при составлении проек-
та районной планировки. Типы карста, определяемые II группой
признаков, важно знать при составлении генпланов городов, по-
селков и промпредприятип, когда в целом уже можно оценить
характер и объем возможного техногенного воздействия на при-
родную обстановку. На последующих же стадиях проектирования
непременно должны быть учтены типы карста, определяемые
III группой признаков.
По признакам-основаниям (см. табл. 1.2) можно выделить оп-
ределенные типы карста.
I ГРУППА ПРИЗПЛКОВ-ОСНОВАНИП
Характерной особенностью этой группы признаков является то,
чго выделяемые по ним типы карста не зависят от хозяйственной
деятельности и неизменны в инженерном масштабе времени.
Степень растворимости карстующихся пород в воде. При про-
ектировании зданий и сооружений, расположенных в карстовых
12
районах, чрезвычайно важно знать скорость развития тех или
иных карстовых проявлений (например, полостей) за заданный
расчетный срок службы сооружений tn (/« = 50—200 лет). Ско-
рость же развития карстопроявлений определяется, как было по-
казано в и. 1.1, разнообразными природными процессами (раство-
рением, эрозией, суффозией, гравитационным сдвижением пород)
с различной их долей значимости. Однако среди этих процессов
необходимым процессом, определяющим в конечном итоге разви-
тие карстовых проявлений, является растворение горных пород.
Скорость же растворения, в свою очередь, зависит от растворимо-
сти пород, растворяющей способности (агрессивности) подземных
вод, скорости движения и турбулентности потока трещинно-кар-
стовых вод, расположения поверхностей растворения относитель-
ного потока, напряженного состояния пород, степени трещиновато-
сти и ряда других факторов. Среди этих факторов наиболее ста-
бильным является растворимость пород в воде (при заданной
температуре и минерализации воды), оказывающая значительное
влияние на скорость растворения пород. Растворимость пород в
воде и берется в качестве признака-основания.
В зависимости от степени растворимости скальные породы
(грунты), согласно ГОСТ 25100—82, подразделяются на нераст-
воримые (с растворимостью менее 0,01 г/л), труднорастворимые
(0,01—1 г/л), среднерастворимые (1 —10 г/л), лсгкорастворпмые
(более 10 г/л).
Растворимость пород в воде прежде всего зависит от их лито-
логии.	*'
К труднорастворимым породам относится подгруппа карбонат-
ных пород (известняк, доломит, мел, мергель), к среднераствори-
мым— подгруппа сульфатных (гипс, ангидрит), к легкораствори-
мым— подгруппа хлоридпых пород, или галоидов (каменная, ка-
лийная и другие соли). Ф. Ройтер и X. Молек акцентируют
внимание на том, что в природных условиях растворимость изве-
стняка, гипса и каменной соли находится в соотношении примерно
1 : 102: 104, т. е. разнятся между собой соответственно на два по-
рядка [96].
Таким образом, по степени растворимости (литологии) карсту-
ющихся пород карст подразделяется на следующие типы.
1.	Карст в труднорастворимых породах (карбонатный карст):
в известняках, доломитах, меле, обломочных породах с карбонат- (
ным цементом (например, в Мергелях).
2.	Карст в среднерастворимых породах (сульфатный карсг): в
гипсах и в ангидритах.
3.	Карст в легкорастворимых породах (галоидный, или соля-
ной карст): в хлоридпых породах (каменная, калийная соль); в
соде (встречается крайне редко).
В природных условиях могут быть различные комбинации вы-
шеназванных типов и подтипов карста, например сульфатно-карбо-
натный, сульфатно-соляной, мергельно-меловой и т. д.
13
Следует иметь в виду, что скорость растворения пород, при-
надлежащих к различным типам и, более того, к различным струк-
турным разностям одного типа пород может отличаться в не-
сколько раз. Это всегда следует иметь в виду при оценке скоро-
стей растворения карстующихся пород на конкретных площад-
ках. Примером могуг служить соотношения в скоростях раство-
рения сульфатных пород с различной структурой [52].
Относительная
Порода	скорость
растворения
Гипс:
волокнистый........................................... 2.G
плотный	местами иы не i релин	2,4
плотный	мраморонпднып .	2,0
плотный	мслкокр11С1алЛ11ческнГ| .	.	1,9
мраморонндн! in, крупнокристаллический .	1,8
Ангидрит................................ 1
Характерной особенностью карбонатного карста является то,
что вследствие малой скорости растворения пород карстовые фор-
мы (полости, понижения кровли пород и др.), непосредственно
связанные с растворением пород в естественных условиях, разви-
ваются чрезвычайно медленно. Это позволило на научно-техниче-
ском совещании в г. Горьком (1965 г.) трактовать карбонатный
карст как псразвивающийся в инженерном масштабе времени в
отличие от «деятельного» карста в сульфатных и соляных породах
[47J. По нашему мнению, такое классифицирование карста не
совсем оправдано без следующих оговорок.
Во-первых, в практике известны случаи, когда скорость раство-
рения карбонатных пород возрастала в десятки раз в результате
утечек хозяйственных вод, насыщенных кислотами и органически-
ми веществами. По выражению Е. Ф. Станкевича, в этом случае
происходит «вспышка» карста [17].
Во-вторых, следует учитывать, что растворению пород сопутст-
вуют различные процессы и явления (см. рис. 1.1).
А. Г. Лыкошин [31] приводит подборку сведений о скорости
растворения известняков и доломитов. Во всех случаях эта ско-
рость колеблется от долей миллиметра до 2—3 мм в год. С уче-
том этого можно ориентировочно считать, что за срок службы ин-
женерных сооружений (50—200 лет) расширение карстовых форм
может составить от нескольких до первых десятков сантиметров.
При расширении карстовой полости за счет растворения (см.
рис. 1.1, в) такое увеличение размеров в большинстве случаев не
приводит к обрушению кровли полости, т. е. в этом случае карст
можно считать практически «неразвивающимся». Поэтому за вре-
мя, соизмеримое с расчетным сроком службы сооружений, образо-
вание новых карстовых полостей, которые могут представлять
опасность для сооружений, можно считать практически невозмож-
ным, а имеющиеся карстовые полости тех или иных размеров,
сформировавшиеся за измеряемое в геологическом масштабе вре-
мени, практически неизменны за срок службы сооружений.
14
Неразвивающпмся» можно считать карбонатный карст и при
развитии его согласно рис. 1.1, а. По приведенным польским ис-
 1сдователем Е. Лишковским [102] измерениям скорость раство-
рения поверхности известняков, вызывающая «оседание растворе-
ния», составляет 0,01—0,1 мм/год.
Если же карстовые деформации развиваются вследствие суф-
фозиониого выноса водонасыщенных грунтов через трещины в
кровле полости, сложенной карбонатными породами (см.
рис. 1.1, е), то очевидно, что раскрытие трещины за счет раство-
рения до нескольких сантиметров во многих случаях вполне до-
статочно для возникновения суффозии. Это подтверждается экспе-
риментальными исследованиями карстово-суффозиониых процес-
сов [72]. В данном случае карбонатный карст нельзя считать «не-
развивающимся».
И, наконец, существует целая группа карстовых деформаций,
вызванных не растворением, а гравитационным и гидродинамиче-
ским перемещением вышележащих пород в уже существующую
полость растворения, которая может и не расширяться, что весьма
характерно для районов древнего карбонатного карста.
В том случае, когда опасность карста для инженерных соору-
жений связана со снижением несущей способности грунтов за счет
растворения карбонатного цемента в обломочных породах (мерге-
лях), то также вряд ли правомерно считать карст в мергелях «не-
развивающимся», так как даже ничтожная скорость растворения
карбонатного цемента, обеспечивающая уменьшение толщины про-
слоев цементного камня за срок службы сооружения на доли мил-
лиметра, может привести к существенному снижению несущей спо-
собности мергелей. Это обстоятельство следует учитывать не толь-
ко в том случае, когда карстующиеся породы (мергели) распола-
гаются в активной зоне основания, но и за ее пределами, слагая
кровлю карстовых полостей. В. Райфф [102] приводит следую-
щий пример из практики освоения закарстованных территорий на
юго-западе ФРГ. В одном из районов карстующиеся мергел^ не-
посредственно располагаются над гипсами, в толще которых име-
ются карстовые полости. Все полости, даже малых размеров,
развитие которых за счет растворения их стенок не представляют
опасности для сооружений, тампонировались цементационным ра-
створом. Причиной тому было выявленное значительное снижение
прочности мергелей вследствие выщелачивания карбонатного це-
мента, в результате чего кровля полостей была признана неустой-
чивой, а полости опасными. Нередко такая ситуация складывается
н в условиях мелового карста.
В «Рекомендациях по инженерно-геологическим изысканиям
и оценке территорий для промышленного и гражданского строи-
тельства в карстовых районах СССР» [50] меловой карст рассмат-
ривается как самостоятельный тип. Особенности карста в молах
заключаются в следующем:
а)	наличие слабой цементации и высокой дисперсности состав-
ляющих частиц [52];
15
б)	значительное снижение несушей способности мела при
увлажнении [50, 52];
в)	возможность перехода обводненного мела в разжиженное
состояние при динамическом воздействии [52];
г)	наличие в ряде случаев па поверхности мела коррозионных
углублений, заполненных осадочными отложениями [73, 102].
В СССР инженерно-строительные свойства мелов и условия
строительства на территориях развития мелового карста изучены
пока недостаточно. В связи с этим заслуживает внимания опыт
строительства в условиях мелового карста в таких странах, как
Великобритания, Бельгия, Франция. Центральной лабораторией
мостов и дорог Франции были проведены комплексные исследова-
ния меловых пород как оснований сооружений [80]. Установлено,
что коэффициент размягчаемое™ мела (отношение расчетных со-
противлений породы в подои асыщенном и в сухом состоянии) рез-
ко уменьшается с уменьшением плотности мела. Так, если при
плотности prf=l,8 г/см3 коэффициент размягчаемое™ ksaf был
близок к единице, го при р<г=1,4 г/см3 /esa/=0,2. Выявлено также,
что мелы весьма чувствительны к истиранию при вибрационном
воздействии п гем в большей степени, чем меньше их плотность.
Были исследованы другие параметры (скорость капиллярного
поднятия воды в молах, твердость, скорость прохождения звуко-
вых воли и т. д.). На основании этих исследований мел в зависи-
мости от способности к изменению структуры было принято делить
на прочный, полупрочпыи п слабый.
В районах мелового карста нередко наблюдаются случаи по-
тери устойчивости кровли карстовых полостей именно вследствие
снижения несущей способности кровли, сложенной мелом, при тех-
ногенном или естественном обводнении. Так, Н. В. Родионов [52]
указывает на активизацию карстовых провалов при сооружении в
районах мелового карста прудов. Л. Калембер и А. Монжуа [102]
приводят пример, когда в районе г. Адлера (Бельгия) на сравни-
тельно небольшой территории в условиях мелового карста в тече-
ние года произошел 41 провал. Они связывают это явление с не-
обычным подъемом уровня подземных вод и происшедшим не-
большим землетрясением.
Приведенные примеры подтверждают своеобразие мелового
карста. Тем не менее в рассматриваемой здесь классификации по
основанию «степень растворимости карстующихся пород» выделе-
ние мелового карста в самостоятельный тип было бы неоправ-
данным, так как по степени растворимости известняки, доломиты
п мел существенно нс разнятся между собой.
Особенности развития различных литологических типов карста
рассмотрен в целом ряде работ. Поэтому авторы сочли возмож-
ным не рассматривать их в книге, рекомендовав читателям
обратиться к работам [22, 34, 50, 53, 59], где достаточно подробно
изложены эти вопросы. Здесь обратим внимание лишь на один
аспект изменение размеров карстовых полостей А/тг путем раст-
ворения за срок службы сооружений tn.
16
Pin. 1.2. Пример карстовых явлений в условиях открытого карста
I коррозионная воронка; 2- карры; 3 — полость, не достигшая критической ширины; 4—
провал земной поверхности; 5 полость достигшая критической ширины
Pm. 1.3. Пример карстовых явлений в условиях покрытого карста с перекрытием кар-
।।укицнхея пород грунтами
I водонепроницаемыми; б — водопроницаемыми; в — водопроницаемыми и водонепронп-
.1 к *11.11411. 1—коррозионная воронка; 2- карры: 3 — карстовые формы, вызванные суффози-
ип 1мц процессами; 4 разуплотненная зона; 5 — свод; 6- провал земной поверхности;
оседание земной поверхности; 8, 9 - карстовая полость соответственно не достигшая н
। пешая критической ширины
Применительно к карбонатным породам этот вопрос уже об-
т ждался выше. Для сульфатных и соляных пород ориентировочно
определить значения ,\ЬС возможно, используя формулы диффузи-
онного растворения [12, 50], а также результаты эксперимен-
ЫЛ1.НЫХ исследований. Для сульфатных пород эти значения оце-
ниваются как А/?с= («!• 10-1 ... ц2-10°) м, а для соляных пород
\b,.— (th-10° .. z/2-101), м, где ni~l ...10; /?2=первые едини-
цы
В оценочных расчетах всегда следует иметь в виду, что при неизмсняющих-
|-я гидрогеологических условиях (главным из которых является стабильность
расходов воды) скорость расширения рассматриваемого сечения карстовой по-
лости во времени будет уменьшаться.
17
Таблица 1.3. Типы карста по условиям дренирований
трещинно-карстовых вод
Тип карста
Гидродинамическая схема
Основные особенности
1.	Карст, обусловленный
дренирующим влиянием
близких эрозионных врезов,
подразделяемый на:
а)	карст береговых
склонов;
б)	карст придолиниых
зон;
в)	карст водораздель-
ных плато
Уменьшение мощности
зоны в направлении к
водоразделу
2. Карст, обусловленным
дренирующим влиянием
удаленных эрозионных вре-
зов
Закарстованность пород
равномерная, преиму-
щественно в виде ка-
вернозности и расшире-
ния горизонтальных тре-
щин
3. Карст, обусловленный
дренирующим влиянием зон
тектонических нарушений,
подразделяемый на:
а) карст при преимуще-
ственно нисходящем
движении подземных
вод;
Затухание и сужение за-
карстованности с глуби-
ной
б) карст при преимуще-
ственно восходящем
движении подземных
вод
Нарастание и расшире-
ние закарстованности с
глубиной. Характерны
погребные, нспроявлен-
ные на поверхности фор-
мы карста
Примечание. В таблице приняты следующие условные обозначения: 1 — зона интен-
сивного карста; 2 — уровень подземных вод; 3 — направление движения подземных вод; 4 -
тектоническая зона.
На основании этого можно сделать вывод, что при развитии
карста, соответствующего рис. 1.1, в, карстовые полости в суль-
фатных породах потенциально могут развиваться за счет раство-
18
рения их стенок за срок службы сооружений tn до критических
размеров, если к началу эксплуатации сооружений они уже сфор-
мировались до определенных размеров. Образование же поло-
eieii с достижением ими критических размеров в сульфатных по-
родах в отличие от соляных пород за срок tn возможно лишь в
исключительных случаях.
Наличие и водопроницаемость грунтов над карстующимися по-
родами. В зависимости от расположения карстующихся пород
относительно земной поверхности карст подразделяется на два
типа:
1.	Открытый (голый) карст (карстующпеся породы выходят
и । дневную поверхность пли покрыты лишь почвенным слоем).
2.	Покрытый карст (над карстующимися породами залегают
некарстующисся породы).
В зависимости от степени водопроницаемости грунтов покров-
ной толщи различают следующие подтипы карстов:
а)	карстующпеся породы покрыты водонепроницаемыми грун-
ыми;
б)	карстующпеся породы покрыты водопроницаемыми грун-
гами;
в)	карстующпеся породы покрыты слоями водонепроницаемых
и водопроницаемых грунтов.
Следует заметить, что карстовые процессы, происходящие на
поверхности и в толще растворимых пород в покрытом и откры-
|ом карсте, принципиально не отличаются один от другого. В ус-
ловиях покрытого карста к процессам в растворимых породах до-
н.шляются процессы, происходящие в покровной толще (обруше-
ние, суффозия, оседание), в той или иной мере влияющие и на
условия протекания процессов в карстующихся породах (рис. 1.2,
1.3).
Условия дренирования трещино-карстовых вод. Выделение ти-
пов карста по этому основанию предложено А. Г. Лыкошиным
|33]. Им было выделено три типа карста (табл. 1.3).
Выделение показанных в табл. 1.3 типов карста имеет прин-
ципиальное значение при его прогнозах в региональном плане.
II ГРУППА ПРИЗНАКОВ-ОСНОВАНИИ
Техногенные воздействия в большинстве случаев не меняют
|.1мой сущности карстовых процессов (с точки зрения физико-хи-
мических процессов). Однако деление карста по степени влияния
• сгественных и техногенных факторов целесообразно для выбора
। рпнципов противокарстовой защиты. По этой же причине клас-
 пфикационный признак «расположение карстующихся пород от-
носительно уровня подземных вод», введенный в упомянутую вы-
ше классификацию карста 1962 г., целесообразно отнести также ко
II группе признаков.
Степень влияния природных и техногенных факторов в форми-
ровании карстовых проявлений. Типизация карста по этому при-
19
знаку возможна лишь при прогнозе (хотя бы качественном) ха
рактера и объемов техногенного воздействия проектируемого ил1
эксплуатируемого объекта на природные условия. В настояще<
время отсутствует методика количественного учета степени влия
ния естественных п техногенных факторов в формировании ты
или иных карстопроявлений, которые могут представлять опас
ность для сооружений. Создание такой методики — дело чрезвы
чайно сложное ввиду различных и меняющихся за срок службе
сооружений характера и объема воздействий объекта или комп
лскса па процессы-компоненты карста. Очевидно, что создание
такой методики возможно лишь в будущем. Однако качественны]
прогноз доли участия природных и техногенных факторов возмо
жен в настоящее время. Он должен непременно выполняться npi
составлении проектов сооружений и при определении условий и:
эксплуатации.
Целесообразно выделять следующие типы карста.
1.	Карст, развивающийся при преобладающем воздействии есте
ственпых факторов (естественный карст).
2.	Карст, развивающийся при преобладающем воздействии техно
генных факторов (техногенный карст) *.
Карст, развивающийся под существенным воздействием ка1
природных, гак и техногенных факторов (естественно-техногснньп
карст).
В качестве примера развития техногенного карста можно си
слаться на условия развития карста в одном из районов, описан
пых Н. Л. Блоцким [6]. Здесь вследствие искусственного измене
ния гидрогеологической обстановки количество карстовых прова
лов за 14 лет эксплуатации горно-добывающего предприятия уве
дичилось с 303 до 526, что соответствует приращению плотност]
провалов (число провалов на 1 км2) с 2 до 2,6, а на отдельны;
участках от 20 до 193.
Расположение карстующихся пород относительно уровня под
земных вод в период строительства и эксплуатации сооружения
Выделение карста по этому признаку имеет большое значение дл!
прогноза изменения карстовых форм в толще карстующихся пород
Сложность выделения того пли иного типа карста определяете!
необходимостью прогноза гидрогеологической обстановки в опре
деленный период времени с учетом возможности изменения ее noj
действием техногенных факторов. Эта задача, естественно, може-
быть решена лишь совместными усилиями изыскателей, проектп
ровщиков и эксплуатационников.
Выделяются следующие типы.
(. Карстующиеся породы залегают в зоне аэрации.
2.	Карстующиеся породы залегают в зоне постоянного водопасы
щения.
3.	Карстующиеся породы залегают в зоне аэрации и постоянной
нодонасыщения.
* Ирмин «техногенный (антропогенный) карст» в настоящее время широко м
полшуегся в практике инженерно-геологических изысканий.
20
Ill ГРУППА ПРИЗНАКОВ-ОСНОВЛНИИ
Эта группа признаков в наибольшей мере подчинена инженер-
ным задачам строительства. Выделяемые по ним типы карста ме-
нее стабильны как в пространстве, так и во времени и в опреде-
ленном смысле условны, но выделение их целесообразно с прак-
тической точки зрения, так как они существенно влияют па
методику изысканий и проектирования протнвокарстовой защиты.
Возможность обнаружения подземных локальных карстовых
форм геофизическими методами. Возможность обнаружения под-
земных локальных карстовых форм (в первую очередь, полостей),
как правило, обратно пропорциональна глубине их залегания.
Если при неглубоком залегании карстовых полостей (пример-
но до 20 м) их можно более или менее точно зафиксировать со-
временными геофизическими методами и принять соответствую-
щие инженерные решения (откорректировать местоположение
проектируемого сооружения, затампоиировать полости и т. п.) и
тем самым предотвратить их вредное воздействие на застройку,
то при большей глубине залегания карстовых полостей это в боль-
шинстве случаев не удается. В этом случае карстоопасность при-
ходится оценивать по косвенным признакам, относя ее к значи-
тельным по площади территориям (а не к местам потенциально
возможного нахождения полостей), применяя вероятностные ме-
тоды и соответствующие им способы протнвокарстовой защиты.
В соответствии с этим предлагается выделять следующие типы
карста.
1. Глубокий карст (закарстованные зоны залегают глубоко).
2. Неглубокий карст (закарстованные зоны залегают неглубоко).
Расположение карстующихся пород относительно активной зо-
ны основания сооружения. Оценка опасности карстовых форм, рас-
положенных в активной зоне и за ее пределами, принципиально
отличается. В соответствии с этим различны и принципы противо-
карстовой защиты. Поэтому целесообразно выделение следующих
типов карста.
1. Опасный карст (карстующиеся породы залегают в пределах
активной зоны).
2. Потенциально опасный карст (карстующиеся породы зале-
гают за пределами активной зоны).
Противокарстовые мероприятия в условиях опасного карста
должны осуществляться преимущественно в предпостросчный и
строительный периоды. В условиях же потенциально опасного кар-
ста степень действенности защитных мер должна определяться
вероятностной оценкой карстоопасности с обязательно предусмот-
ренными мероприятиями во время эксплуатации (кроме меропри-
ятий доэксплуатационного периода).
1.3. Распространение карста в СССР и за рубежом
Карстовые явления распространены на значительной части
территории СССР. Площадь распространения карстующихся по-
21
род составляет около 3 млн. км2, или 13% всей территории пашей
страны [12]. При этом карбонатные породы занимают 90%, суль-
фатные 9,3% и соляные 0,7% площади распространения карстую-
щих<’я пород. В Европейской части Союз i районы с различной
степенью развития карста занимают окочо 20% площади.
В I960 г. II В Родионовым и II Л II.iikcci кипой были состав-
лена кари pat iipocipaiK'iiiiH iK.ipiioii.iiiiibix пород и карстовых
яп leu пи I прош n< кi>ii ч.i< 111 ( ( ( I * Урал i и l\ iiik.i la 1531. В 1907 г.
группой roi p\ iiiiiKon IIIIIIIIIH hoi руководи гном II X. Саварен-
I kOHi on | ИВ к ни i iMI p l<‘11 poi । p .11 |t’11 II Я 'III IO ин пческпх типов
г ipi la III H | ip i > 11 ip 1111 ( < < P i loop.ill помете.. РекомендаЦП-
и no nil i . in piio 11 о imi H4> i mim и iijei aiiiiMM и оценке территорий
и i- 11 >. i < hi 11 x p.iiuiii । ( < < P (Pili/ i ) IImcioich ыкже карты pac-
npoi ip nit nun ik ipi loiiaiini i пород и карповых явлений ряда
pi I ПОПОИ I I p llll.l
! npi iniiiii процесс ы n ion пли иной мерс развиты практически
пн in* и ономичеекп ранни их и мп интенсивно развивающихся
pi I попа I । раны
I Io щпным В Л. Беляева, около 60% городов с населением
свыше КЮ 1ыс. чел. па территории Нечерноземной зоны РСФСР
расположены п карстовых районах (Москва, Горький, Куйбышев,
Гула, Дзержинск, Арзамас, Подольск, Кунгур и др.). Здесь рас-
пространены все литологические типы карста, однако в районах
развития сульфатного, а также сульфатно-карбонатного карста
условия строительства наименее благоприятны. Именно в этих
районах вследствие образования карстовых провалов произошло
наибольшее число аварий и повреждений зданий и сооружений
(рис. 1.4—1.7).
Сульфатный карст характерен и для таких регионов, как Баш-
кирия (Уфа, Благовещенск, Бирск, Октябрьский, Туймазы и др.)
п Татария (Казань, Альметьевск, Зеленодольск), где нередки
случаи повреждения сооружений карстовыми деформациями.
Для ряда регионов основная опасность карста при их освоении
заключается не в образовании карстовых деформаций в основании
сооружений, а в пониженной несущей способности карстующихся
и перекрывающих пород, залегающих в активной зоне основания
(Курская и Белгородская обл., Ульяновск, Куйбышев, Рига и др.).
Следует заметить, что в последние годы в ряде мест под дсп-
сгвпсм техногенных факторов карст стал активно, иногда катаст-
рофически активно проявляться п там, где раньше он в ипжспср-
но-геологпчееком отношении для промышленного, гражданского и
транспортного строительства не учитывался. Резкая активизация
карста паблю щегся в районах горно-добывающей промышленно-
сти вследствие искусственного понижения уровня подземных вод
вблизи карьеров п шахт (Ссвероуральск Свердловской обл., Кен-
тау ЧпмкепicKoi’i обл., пос. Повояворовск Львовской обл. и др.).
В ряде случаен при ни leiiciiBiiwx откачках подземных вод тля во-
доснабжения или утечки хозяйственных и бытовых вод из водо-
22
Рис. 1.4. Карстовый провал диаметром 18 м под жилым домом во Владимирской обл.
(фото А. Н. Ильина)
Рис. 1.5. Карстовый провал диаметром 12 м под гражданским зданием в г. Дзержин-
ске Горьковской обл. (фото В. В. Толмачева)
23
Рис. I.(>. Карстовый провал вблизи бытового корпуса на одном из промышленных
объектов в 1. Дзержинске Горьковской обл. (фото Н. А. Прохоровой)
Рис. 1.7. Kapi l obi lit провал под под ьс |дш im железнодорожным путем в г. Дзержин-
ске Горьковской обл.
24
несущих коммуникаций интенсивность карстопроявленип возросла
в несколько раз.
Проблема освоения закарстованных территорий актуальна так-
же и для многих стран мира. Так, в США вследствие образования
карстовых провалов обрушилось здание магазина (г. Акрон, Штаг
Огайо) и автодорожный мост (штат Флорида). В обоих случаях
имелись человеческие жертвы. Крупная катастрофа произошла в
пригороде Иоганнесбурга (ЮАР), где карстовый провал диамет-
ром 50 м вызвал мгновенное разрушение промышленного здания,
в результате которого погибло около 30 чел. В Бельгии четверть
убытков от строительных аварий связана с карстовыми деформа-
циями. В г. Люнебурге (ФРГ) вследствие плавных карстовых де-
формаций земной поверхности начиная с 1949 г. существенно
повреждены более 170 жилых и промышленных зданий.
Наибольших успехов в деле освоения закарстованных террито-
рий достигли такие страны, как ГДР, Франция, ФРГ. Для ГДР,
как указывает Ф. Ройтср [93], инженерно-геологическое изучение
карста является одной из важнейших задач инженерной геологии.
С необходимостью учета карста, в частности, с возможностью
встречи карстовых полостей постоянно сталкиваются инженеры
при проходке тоннелей в горной местности и строительстве мостов
в Швейцарии, Италии, Югославии.
Весьма специфичны строительство и эксплуатация сооружений
в условиях так называемого «тропического карста» при располо-
жении закарстованных пород в активной зоне основания (Куба,
Вьетнам и др.).
Характерной особенностью карста во многих промышленно
развитых странах является то, что его проявления в значительной
степени определяются техногенным воздействием. Ф. Ройтер [93]
отмечает, чго искусственное выщелачивание соли привело к усиле-
нию оседания земной поверхности в одном из районов ГДР от не-
скольких мм/год до десятков мм/год. Ф. Грубе [102] приводит
пример возникновения мульды оседания в районе Гамбурга (ФРГ)
в условиях сульфатного покрытого карста в результате взрывания
зарядов в шпурах при проведении изысканий. М. Тульмон [102]
сообщает, что в одном из районов Парижа интенсивность образо-
вания карстовых провалов возросла в несколько раз вследствие
усиленной откачки подземных вод. Последним обстоятельством
объясняется также образование гигантских провалов в ЮАР.
В штате Алабама (США) на территориях, примыкающих к авто-
магистралям, зафиксировано около 4000 «антропогенных» прова-
лов [89]. В Оттаве (Канада) после застройки закарстованного
участка оседание за 20 лет составило 45 см, что привело к дефор-
мациям зданий и коммуникаций [79]. Появились публикации по
активизации карстовых деформаций в Китае, в частности, па тер-
риториях, примыкающих к железным дорогам [82].
Принципы инженерно-строительного освоения закарстованных
территорий в различных странах определяются природными усло-
виями, степенью технической вооруженности, особенно в части гео-
25
Таблица 1.5. Основные инженерные и научные задачи строительного освоения закарстованных территорий
Стадии освоения территорий	Проектные задачи	Решенные задачи, но требующие дальнейшего совершенствования	Перспективные задачи
1. Пр щпроектные проработки	Составление схем разви- тия и размещения произ- водительных сил, а так- же составление проек- тов районной планиров- ки	Мелкомасштабное районирование территории по степени закарсто- ванности и характеру карстопро- явлен ий	1.	Разработка дистанционных аэрокосмиче- ских исследований закарстованных терри- торий 2.	Мелкомасштабное районирование терри- тории по степени чувствительности карста к техногенным воздействиям 3.	Оценка потенциального воздействия предполагаемой хозяйственной деятельности на развитие карста в региональном масшта- бе 4.	Приблизительная оценка экономических потерь в связи с освоением закарстованных территорий
2. Проектирова- ние	Разработка генпланов городов, поселков, пром- предприятий, проектов детальной планировки жилой застройки и т. п.	1.	Количественная оценка карсто- опасности 2.	Средне- и крупномасштабное районирование закарстованных территорий по механизму карсто- вых деформаций и степени чувст- вительности к различным техно- генным воздействиям 3.	Оптимизация методики и объ- емов инженерных изысканий с учетом параметров застройки 4.	Назначение целесообразных ти- пов противокарстовых мероприя- тий н оптимизация их объемов 5.	Прогноз карстово-суффозион- ных деформаций с учетом техно- генного воздействия	1.	Оценка характера и интенсивности тех- ногенного воздействия на развитие карста в масштабе проектирования 2.	Разработка принципов ограничения объ- емов техногенного воздействия 3.	Типизация территорий по необходимости и возможности локализации карстовых по- лостей 4.	Локализация полостей геофизическими методами и с учетом этого разработка принципов планировочных решений 5.	Оценка карстоопасности территорий с учетом сведений о подземных карстовых формах, в том числе случайно обнаружен- ных; о механизме карстовых деформаций, эволюции карстового процесса во времени и пространстве, о физических полях по дан-
Продолжение табл. 1.5
Стадии освоения территорий	Проектные задачи	Решенные задачи, но требующие дальнейшего совершенствования	Перспективные задачи
		6. Разработка планировочных ре- шений на закарстованных участ- ках при различном объеме исход- ных инженерно-геологических данных 7. Сравнение вариантов застройки и на его основе оптимизация па- раметров застройки на экономи- ко-вероятностной основе	ным среднемасштабпых геофизических ме- тодов 6. Разработка количественных методов оценки эффективности способов инженер- ной подготовки территорий, направленных на снижение вредного влияния карста и оценка ущерба от карстовых разрушений
	Оставление проектов (рабочей документации) от„ -льных зданий и се- ор\ женин	1.	Прогноз карстовой опасности на участке размещения сооруже- ния при различной инженерно-гео- логической информации 2.	Оценка основных параметров карстовых деформаций расчетными и экспериментальными методами с учетом воздействия от сооруже- ния 3.	Расчет противокарстовых кон- струкций на воздействие карсто- вых деформаций 4.	Оценка эффективности противо- карстовых мероприятий и сравне- ние их вариантов	1.	Выявление карстовых полостей и опреде- ление их геометрических параметров на участке расположения сооружения 2.	Моделирование работы сооружения при различных карстовых воздействиях и видах протнвокарстовой защиты 3.	Прогнозирование техногенного воздейст- вия объектов на карстовый процесс за рас- четный срок службы сооружения
3. Строительство и эксплуатация	Обеспечение эксплуата- ционной	надежности объектов, безопасных и экономичных способов производства строитель- ных работ	1. Контроль за развитием карста в основании сооружений 2. Обеспечение эксплуатационной надежности объекта при карсто- вой деформацн в основании соору- жения	1. Разработка способов ограничения воз- действия сооружений на активизацию кар- ста 2. Выявление ранних признаков опасности в период эксплуатации объектов
физических методой разведки подземных карстовых форм, науч-
ными представлениями о природе карстового процесса, а также в
определенной мере социальной системой страны.
Подробнее об особенностях строительного освоения в карсто-
вых-района.х за рубежом можно познакомиться в работе [70].
1.4, Инженерные и научные задачи при освоении
закарстованных территорий
С проблемой строительства в карстовых районах русские инже-
неры столкнулись еще в XIX в., в частности, при прокладке желез-
ных дорог. Так, Д. Л. Иванов, статьи которого можно считать пер-
выми отечественными публикациями в области инженерного кар-
стоведепия, сообщает, что еще в конце XIX в. при Министерстве
путей сообщения была создана специальная комиссия для обсуж-
дения вопроса о карстовых провалах на Самаро-Златоустовской
железной дороге *. Мнение инженеров и геологов тех лет в отно-
шении мер борьбы с разрушающим действием карста в большин-
стве случаев не было оптимистичным. Так, общий вывод указанной
комиссии сводился к тому, «...что означенное строение местности
неотразимо влечет за собой целый ряд таких разрушений, противо-
стоять которым невозможно, как и предусмотреть их появление...».
Тем не меиее, уже в 1913 г. известные русские геологи А. А. Чер-
нов и М. С. Швецов указали, что для успешного проектирования
«...в районах, подверженных провалам, важно знать три главных
вопроса: «Какие провалы могут возникнуть в данной местности,
каким образом и, наконец, как часто...?»
В настоящее время во многих случаях эти вопросы не явля-
ются принципиально неразрешимыми. Однако громадные масшта-
бы строительства в карстовых районах выдвигают целый ряд но-
вых сложных задач, которые можно успешно решить, лишь рас-
сматривая их в рамках системы «изыскание — проектирование —
строительство — эксплуатация». Перечень главных из этих задач
приведен в табл. 1.5.
Таким образом, задачи ближайшей перспективы сводятся к
решению трех главных вопросов: где, когда п при каких обстоя-
тельствах (например, при каких техногенных воздействиях) могут
произойти карстовые деформации в основании сооружений? При
ответе на эти вопросы защиту сооружений от разрушающего вли-
яния каре га можно обеспечить с любой необходимой надежностью.
2. ПРОЯВЛЕНИЯ КАРС ГА, ОПАСНЫЕ
ДЛЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
2.1. Механизм карстовых деформаций
Для надежного и в то же время экономичного проектирования
сооружений важно знать по только сам факт или вероятность воз-
можного образования опасных карстопроявленип и их размеры,
* Пианов Д. J1. Воронки на Уфимском участке Самаро-Златоустовской железной
Доры».,—Известия общества горных инженеров, 1897, № 1.
28
ко п механизм их формирования, т. е. совокупность рассматрива-
емых последовательно во времени и в пространстве процессов
движения горных пород над подземными карстовыми формами.
11од развитием подземных карстовых форм здесь понимается из-
менение их размеров и состояния вследствие растворения, коль-
матации и дскольматацни полостей и трещиноватых зон, измене-
ния напряженного состояния и свойств горных пород, изменения
гн 1рогеологической обстановки и т. п. Можно наметить целый ряд
инженерно-геологических и инженерных задач, возникающих в
процессе строительного освоения закарстованных территорий,
обоснованое решение которых невозможно без знания (иногда де-
тального) механизма карстовых деформаций. К числу таких задач
относятся, например: 1) определение степени опасности обнару-
женных карстовых полостей для зданий и сооружений; 2) опреде-
ление размеров поверхностных карстопроявлепий, являющихся
основными исходными параметрами проектирования противокар-
етовых конструкций; 3) определение размеров подземных карсто-
проявлепий па различных глубинах для целей проектирования
свайных фундаментов; 4) выбор необходимых противокарстовых
защитных мероприятий, воздействующих на карстовый процесс;
5) районирование закарстованных территорий по механизму кар-
стовых деформаций с целью назначения оптимального комплекса
изысканий и защитных мероприятий на значительных площадях.
Механизм карстовых деформаций определяется множеством
разнообразных природных и техногенных факторов. На него ока-
зывают большое влияние региональные особенности, изменяющие-
ся как в пространстве (состояние и свойства горных пород), так и
во времени (например, гидрогеологические условия) даже на срав-
нительно небольших по площади территориях. Геологическое
строение и гидрогеологические условия определяют не только ко-
личественные параметры карстовых деформаций, но и их характер.
С этой точки зрения целесообразно выделение в массиве горных
пород, затронутом карстовым процессом, двух специфичных для
него сред: карстующихся и некарстующихся пород. В большинст-
ве случаев карстующпеся породы бывают перекрыты некарстукт-
щимися (покрывающими) породами, а иногда могут ими пересла-
иваться. Заполнитель карстовых полостей может быть представлен
как карстующимися, так и пекарстующимнся породами или темп
и другими одновременно. В некоторых случаях заполнитель це-
лесообразно рассматривать как особую третью среду протекания
карстового процесса. Ранее при изучении карстовою процесса
внимание исследователей в основном было сосредоточено на кар-
стующихся породах, однако в последние годы все больший инте-
рес проявляется к карстовым деформациям, протекающим в не-
карстующихся (в частности, покрывающих) породах Г18, 26, 40,
72,87].
Начиная с 1972 г. в ПНИИИСе Госстроя СССР ведется целе-
направленное изучение механизма карстовых деформаций на ос-
нове полевых и экспериментальных исследований. Их результаты,
29
Классификация карстовых деформаций горных пород
Классисри нация карстопрояВпений
<i также анализ он 4cci пещи i \ и ырубе кны m.i i < рнл чон, носвя-
щепых данному вопросу, hohioiiiih со ын. пн< и шмяспялаиные
классификации: каретных теформацни и loipcionpoaii.iciiiii'i.
Взаимосвязанность л их класспфик щнн определю ня н м фак-
том, что при изучении механизм! каретных в формаций (процес-
сов) они должны рассматриваться и тесном единстве с карстопро-
явлеппямп (явлениями), поскольку первые фиксируются только
посредством вторых, а вторые не могут возникать Гн i первых.
Ниже приводится краткая характеристика каждого из процес-
сов, входящих в качестве самостоятельных единиц в классифика-
цию карстовых деформации
Следует оговориться, что изучению механизма развития кар-
стовых форм в карстующихся породах в инженерно-геологических
целях незаслуженно уделяется мало внимания. Несмотря па име-
ющиеся серьезные научные проработки по построению теоретиче-
ских моделей развития карстового процесса в массиве горных по-
род [291, растворению стенок трещин, поверхностей горных пород
вопросы расширения поперечных сечений карстовых полостей за
счет растворения п механического воздействия на стенки полости
исследованы краппе недостаточно. Для ряда частных случаев име-
ются попытки создания детерминированных моделей расширения
карстовой полости, приемлемых для ориентировочной оценки ско-
ростей расширения полости расчетными или экспериментальными
методами.
Анализ существующих представлений о процессах, протека-
ющих в карстующихся породах, позволяет авторам их типизиро-
вать с выделением четырех основных групп: 1) поверхностное, или
прпконтактпое растворение; 2) расширение трещин и полостей;
3) разрушение растворимого заполнителя трещин и полостей;
4) дизпптеграцпя карстующихся пород в массиве.
Каждая из выделенных групп процессов требует специфическо-
го набора методов изучения их механизма. По мнению авторов,
дальнейшие исследования по изучению механизма процессов раст-
ворения карстующихся пород должны осуществляться примени-
тельно именно к этим группам процессов.
Уплотнение разуплотненных покрывающих или дезинтегриро-
ванных карстующихся пород происходит в результате динамиче-
ских или ударных воздействий, а также при нарастании статиче-
ских нагрузок (например, в ходе строительства зданий и соору-
жений). В более затяжной форме этот процесс может проте-
кать и под действием собственного веса горных пород. Следует
особо отметить такую разновидность уплотнения покрывающих
пород, как их неравномерное сжатие под действием веса зданий и
сооружений при наличии локальных понижений в кровле карсту-
ющпхея пород. Если процесс уплотнения происходит в результате
строительства зданий и сооружений, он выражается в виде их не-
равномерных осадок
Необходимо «метить, что уплотнение разуплотненных покры-
вающих пород можно относить к карстовым деформациям только
32
Рис. 2.1. Характер плавного гравитацион-
ного сдвижения (прогиб) рыхлых горных
пород над карстовой полостью
/ — поверхность земли; 2 — рыхлые покры-
вающие породы; 3 — карстующиеся поро-
ды; 4— карстовая полость; 5 — верти-
к >льное перемещение покрывающих по-
род; 6 — граница зон плавного сдвижения
(прогиба) покрывающих пород
Рис. 2.2. Примеры механизмов карстовых оседаний
1 — карстующнеся породы; 2—пластичные (глинистые) грунты; 3— песчаные грунты; 4—
карстовая полость; 5 — разуплотненная зона; 6 — направление суффознонного выноса ча-
стиц за счет нисходящей фильтрации; 7 — направление движения подземных вод по по-
верхности карстующихся пород
в том случае, когда первоначальное разуплотнение было вызвано
развитием других карстовых деформаций, например гидродинами-
ческих. В противном случае, например, при виброуплотнении рых-
лых неводонасыщенных песков процесс нельзя считать карстовой
деформацией, даже если на глубине присутствуют карстующнеся
породы.
Плавное сдвижение (прогиб) покрывающих (а иногда и кар-
етующихся) пород связано прежде всего с наличием достаточно
крупных подземных полостей в карстующихся или покрывающих
породах (рис. 2.1). Процесс плавного сдвижения горных пород
без разрыва их сплошности над выработанным пространством хо-
рошо известен специалистам в области горного дела. Он также
отчетливо фиксируется на лабораторных физических моделях,
имитирующих развитие подземных пустот. При этом плавное сдви-
жение горных пород может происходить как над внезапно возник-
шей, например, обвальной полостью в карстующихся или покры-
2 Зак 105'1
33
вающих породах, так и над постепенно растущей в результате
разрушения стенок или растворимого заполнителя полости в кар-
стующихся .породах.
Другой причиной плавного сдвижения может явиться прикон-
тактное растворение карстующихся пород на локальных участках
пли на значительных площадях (рис. 2.2, а). В последнем случае
сдвижение захватывает большие массы покрывающих пород и на
поверхности образуются крупные оседания. Аналогичный резуль-
тат возможен при наличии большого числа крупных полостей, рас-
положенных примерно на одной глубине, когда возникает возмож-
ность проявления суммирующего эффекта (рис. 2.2,6).
Аналогичен процесс оседания и при объемном растворении тол-
щи карстующихся пород (рис. 2.2, в).
На краях мульд оседаний, вызванных прогибом толщи грунтов,
возникают растягивающие напряжения (рис. 2.2, г), ведущие к об-
разованию разуплотненных зон. В этих зонах облегчаются условия
инфильтрации воды в грунт и увеличиваются скорости исходящей
фильтрации [95]. При благоприятных условиях здесь возможно
образование деформаций, вызванных суффозионпыми процесса-
ми. О. Б. Нещеткппым высказано интересное предположение, что
в некоторых случаях «плавные» оседания могут складываться из
движений дискретного характера.
Следует заметить, что механизм карстовых оседаний изучен
недостаточно. В связи с этим можно считать, что описанные выше
модели оседаний являются по сути дела гипотезами. В настоящее
время наиболее последовательно изучение карстовых оседаний
проводится в ГДР, в частности, д-ром Г. Судерлау [100, 101].
Для процесса гравитационного обрушения горных пород неза-
висимо от того, в каких породах он протекает, характерны некото-
Та б л и ц а 2.1. Виды подземного гравитационного обрушения
Вив
Рбрушения
Внутренний
вывал
Цилиндрический
провал
Сводообразный
провал
34
Рис. 2.3. Последовательное развитие про-
цессов гравитационного обрушения гор-
ных пород над постепенно растущим
ослабленным пространством
1, 2» 3— внутренние вывалы; 4— провал
рые общие закономерности. Они, в частности, выражаются в том,
что обрушение над некоторым ослабленным пространством (под-
земной полостью или ослабленной зоной) может либо принимать
вид внутреннего вывала с образованием полости обрушения, либо
выходить на поверхность земли в виде провала (табл. 2.1).
В свою очередь, провал может образоваться либо путем выхо-
да свода обрушения на поверхность, либо в результате вертикаль-
ного сдвижения монолитного грунтового блока. При вывале внут-
ри свода обрушения и выходе этого свода на поверхность в горных
породах протекают деформации разрыва и (в меньшей степени)
сдвига; при блоковом обрушении — только деформации сдвига.
Как показывает опыт, накопленный в горном деле [42], процесс
гравитационного обрушения горных пород столь тесно связан с
процессом их плавного сдвижения (прогиба), что обрушения, по-
видимому, не может быть без плавного сдвижения. Тем не менее,
оба процесса не совпадают по времени и локализуются в разных
зонах массива горных пород. Прогиб проявляется в зоне, окружа-
ющей зону обрушения, и либо предшествует обрушению, что вы-
ражается в появлении проседаний на месте будущих провалов,
либо медленно развивается вслед за обрушением (образование
проседаний вокруг провалов).
В подавляющем большинстве случаев обрушение горных пород
как разновидность карстовых деформаций происходит над расту-
щей карстовой полостью или над расширяющейся зоной фильтра-
ционного разрушения, т. е. в условиях постепенного увеличения
ослабленного пространства в основании пород, подвергающихся
обрушению. Результаты лабораторного физического моделирова-
ния этого процесса свидетельствуют о том [40], что по мере роста
ослабленного пространства в основании пород, обладающих доста-
точной мощностью, вначале не происходит обрушения, кровля по-
лости держится плоско или незначительно прогибается. Это про-
должается до тех пор, пока ослабленное пространство не достиг-
нет ширины, обеспечивающей образование первого внутреннего
вывала. В процессе дальнейшего увеличения ослабленного про-
странства происходи! последовательное дискретное формирование
более крупных вывалов, все ближе подступающих к поверхности
земли, до тех пор, пока нс произойдет выход свода на поверхность
в виде провала (рис. 2.3).
Согласно теории М. М. Протодьяконов а *, выводы которой не-
однократно подтверждались путем лабораторного эксперимента и
натурных наблюдений, критическая ширина ослабленного прост-
* Протодьяконов М. М. Давление горных пород и рудничное крепление. —
М. — Л.: Углетехиздат, 1931.
2*
35
ранства (при достаточно большой глубине ио расположения), над
которым происходит внутренний вывал, определяется в основном
прочностными характеристиками обрушающихся пород. Что же ка-
сается критической ширины ослабленного пространства, вызыва-
ющего образование провала, то она зависит еще и от мощности
слоя пород, подвергающихся обрушению. На это обстоятельство
первым обратил внимание немецкий исследователь Бирбаумер
[42]. Из сказанного выше вытекает, что в определенных услови-
ях первого внутреннего вывала может и нс произойти и первона-
чальное обрушение кровли ослабленного пространства может сра-
зу же принять вид провала.
Помимо возникновения или увеличения ослабленного простран-
ства процесс обрушения может быть вызван и другими фактора-
ми, если породы над ослабленным пространством выводятся тем
или иным образом из состояния равновесия. К таким факторам
можно отнести динамические воздействия, возрастание статических
нагрузок на кровлю полости (например, при воздействии зданий и
сооружении или в результате поступления воды в покрывающие
породы, подстилаемые водоупором, что связано с увеличением их
удельного веса), изменение прочностных характеристик пород, за-
легающих над ослабленным пространством, чаще всего связанное
с поступлением в них воды.
Несмотря на приведенные общие закономерности процесса гра-
витационного обрушения, механизм его протекания в конкретных
условиях в значительной мере зависит от характера горных пород,
подвергающихся этому виду карстовых деформаций.
Обрушение скальных пород в большинстве случаев происходит
над увеличивающимися полостями в карстующихся породах. Спе-
цифика рассматриваемого процесса определяется резким преобла-
данием хрупких разрушений и решающим влиянием трещинова-
тости.
Так, например, результаты лабораторного физического модели-
рования свидетельствуют [40], что критический пролет полости, над
которой происходит обрушение скальных или твердых глинистых
пород, зависит от характера их горизонтальной трещиноватости.
В еще большей степени на механизм обрушения скальных и твер-t
дых глинистых пород влияет вертикальная трещиноватость. При
достаточно малом расстоянии между трещинами обрушение проис-
ходит в виде вывала отдельных вертикальных блоков.
В результате наблюдении за состоянием пород кровли отдель-
ных доступных полостей (пещер) специалистами ПНИИИСа и
ЗапУралТИСИЗа был сделан вывод [40], что при определении кри-
тических размеров карстовой полости всегда необходимо учиты-
вать наличие вертикальной трещины, проходящей, как правило,
ио середине поперечного сечения полости. Наличие такой цент-
ральной трещины является одним из отличительных свойств поло-
сти, сформировавшейся в карстующихся породах от подземной
горной выработки.
36
Рис. 2.4. Натурные и аппроксимированные очертания сводов в различных сечениях плоско-
сти обрушения (коэффициент корреляции К определен в системе координат |g х— 1g у)
Очертания и размеры внутренних вывалов, формирующихся в
скальных породах, отличаются большим разнообразием, посколь-
ку в значительной мере определяются пространственным располо-
жением трещин и их параметрами. Вместе с тем следует отметить,
что в ряде случаев своды обрушения, внутри которых происходят
вывалы, вполне удовлетворительно аппроксимируются параболо-
идными поверхностями в соответствии с теорией М. М. Протодья-
копова. Об этом свидетельствуют данные полевого обследования
пещер (рис. 2.4).
Если скальные породы, перекрывающие карстовые полости,
достаточно монолитны и практически водонепроницаемы, их обру-
шение может произойти в результате снижения пьезометрического
напора воды, заполняющей полость, при неизменных ее размерах.
Подобная ситуация возникает, в частности, в результате искусст-
венного водопонижения или дренирования подземных вод (чаще
всего, трещинно-карстовых).
Обрушение пластичных глинистых пород вызывается увеличе-
нием размеров полостей в пижерасположенных карстующихся по-
родах, а также возникновением или увеличением размеров поло-
стей или зон фильтрационного разрушения в пижерасположенных
покрывающих породах. Для этой разновидности процесса гравита-
ционного обрушения характерны преобладание пластических де-
формаций и очень слабое влияние трещиноватости, если таковая
вообще имеется. Внутренние вывалы в пластичных глинистых по-
родах, как правило, ограничены параболоидными сводами обруше-
ния, но в некоторых случаях на форму и размеры сводов могут
оказывать влияние горизонтальная слоистость и трещиноватость.
Также, как в предыдущем случае (вследствие того, что пластич-
ные глинистые породы чаще всего выступают в роли водоупоров),
процесс может быть вызван не увеличением размера полости или
ослабленной зоны, а снижением направленного вверх гидростати-
ческого противодавления на водоупор. Обрушение пластичных гли-
нистых пород как разновидность карстовых деформаций может
возникнуть также в результате разрушения заполнителя полости
в карстующихся породах, если он служит опорой глинистому слою.
Обрушение неводонасыщенных песчаных и крупнообломочных
пород, также как и глинистых, связано с возникновением и ростом
в их основании полостей или зон фильтрационного разрушения.
Гравитационное обрушение данного типа характеризуется почти
37
полным отсутствием пластических деформаций и весьма слабым
влиянием на характер процесса структурных особенностей грунто-
вого массива, в котором он протекает.
В случае постепенного увеличения размеров ослабленного про-
странства в основании неводонасыщенных песчаных или крупно-
обломочных пород в природных условиях не может образоваться
провал на земной поверхности в результате первого обрушения,
что связано с весьма слабым сопротивлением этих пород разрыву.
До выхода на поверхность сводов обрушение в песчаных или круп-
нообломочных породах должно пройти через серию вывалов внут-
ри все более вытянутых параболоидных сводов. До образования
провала внутри грунтового массива будет наблюдаться формиро-
вание тем большего числа вывалов, чем большую мощность имеет
слой песчаных или крупнообломочных пород.
В природных условиях широко распространено одновременное
обрушение песчаных или крупнообломочных и нижележащих пла-
стичных глинистых пород в сочетании с прогибом последних
(рис. 2.5, а). По мере увеличения полости, перекрытой глинами, в
них вначале развивается прогиб (плавное сдвижение), который
при переходе в другую среду (вышележащие пески) превращается
в обрушение (рис. 2.5,6). Далее обрушение глинистых и несвяз-
ных пород уже идет неразрывно и одновременно (рнс. 2.5,в).
В этой ситуации при обрушении песчаных пли крупнообломочных
пород возникает эффект внезапно образующегося, а не постепен-
но растущего ослабленного пространства, вследствие чего обруше-
ние несвязных пород может сразу выйти на поверхность земли,
минуя стадии внутренних вывалов, чего нельзя было бы избежать
при прямом контакте песков с растущей карстовой полостью.
Гравитационное сдвижение грунтов является основным процес-
сом и при формировании провальной карстовой воронки (т. е. при
формировании карстовой воронки устойчивой формы на поверхно-
сти земли или в основании сооружения). При образовании прова-
ла вокруг пего происходит сдвижение (оползание) некоторого объ-
ема грунта. На рис. 2.6 показаны возможные схемы сдвижения
грунта вокруг круглоцилиндрического провала. Характер сдвиже-
ния грунта, согласно той пли иной схеме, зависит от первоначаль-
ных параметров провала (диаметр круглоцнлиндрнческого провала
do, «видимой» глубины провала свойств грунтов, залегающих
в пределах глубины хоЬь).
В ряде случаев после образования круглоцплппдрпческого про-
вала диаметром du п глубиной смещения (рис. 2.6, а) происходит
сдвижение сразу всего объема грунта V, обеспечивающего уста-
новление стабильного откоса воронки с предельным диаметром
diim и глубиной siim. На этой схеме основывается инженерный рас-
чет диаметра провала, излагаемый в гл. 4.
Несколько иной механизм оползания наблюдается в том слу-
чае, когда сдвижение массива грунта после образования провала
с параметрами do в s0 происходит в течение некоторого времени
непрерывно, а точнее дискретно-непрерывно, т. е. в виде сдвиже-
38
Рис. 2.5. Последовательность совместного
обрушения пластичных глинистых и пес-
чаных пород над растущей карстовой по-
лостью
Рис. 2.6. Схемы формирования откосов
карстовых провалов
ния отдельных блоков объемами 1Л, V2, ... (рис. 2.6,6). При этом
образуется последовательный ряд воронок с увеличивающимися
во времени диаметрами dvari, dvarz,  , dum и уменьшающимися
глубинами svarl, svar2, ..sum- Это обстоятельство, а также контр-
банкетный эффект каждого сползшего блока (рис. 2.6, в) увеличи-
вают устойчивость откосов.
Значительно сложнее механизм сдвижения грунтового массива,
окружающего провал с параметрами do, s0, в том случае, когда
оползание грунта происходит по мере движения цилиндра грунта
вниз до глубин Sobsi, Sobs?., .  s„bs, т. е. в процессе собственно про-
вального процесса (рис. 2.6, г). Здесь также происходит формиро-
вание воронки путем сдвижения отдельных блоков, форма и раз-
меры которых определяются контрбанкетным эффектом ранее
сползших блоков н значением постепенно увеличивающихся диа-
метров dvari, dvarZ, •  -, diim И ГЛубин Svar 1, Svar2, • - •, Sum-
В карстовой лаборатории ПНИИИСа были проведены экспери-
ментальные исследования механизма развития в песчаных грунтах
круглоцилиндрических провалов до их устойчивой формы [43].
Эксперименты на плоской роликовой модели позволили выявить
ряд закономерностей, в определенной мерс объясняющих механизм
формирования воронок в песчаных грунтах. Па рис. 2.7 показаны
последовательные стадии оползания массива вокруг «круглоцн-
лнндрнческого» провала по мере вертикального сдвижения вниз
39
столба грунта (объемы перемещающихся ipyinon иредеыплены
простыми геометрическими формами, рсалп lycMUMii па жспс-
риментальной установке).
Сущность формирования воронки заключается в юм, чю в
процессе развития провала элементы массива ipyina последова-
тельно меняют свою траекторию движения (наклонная, lopii.ion-
тальяая, вертикальная). На фоне последовательною оползания
слоев грунта (1—7) в каждой фазе сдвижения происходит законо-
мерное перераспределение элементов массива с постепенным фор-
мированием па дне провала специфической области квази треуголь-
ной формы, в пределах которой элементы имеют сначала горизон-
тальные и вертикальные траектории, а затем только вертикальные.
Такой цикл закапчивается для рассматриваемого диаметра прова-
ла в фазе V. Последующее вертикальное сдвижение приводит к
образованию области разуплотнения А (фаза VI). Затем грунт в
области Б обрушивается (фаза VI) и дальнейший процесс разви-
тия провала будет происходить согласно изложенному выше циклу.
Предлагаемый механизм развития круглоцилиндрических про-
валов в песчаных грунтах позволяет получить законы распределе-
ния и взаимосвязи их. параметров, а также создать соответствую-
щие расчетные схемы.
В условиях дальнейшего растворения карстующихся пород или
выноса заполнителя карстовых полостей возможно повторное
Рис. 2.8. Фазы (а, б, в) изменения на-
грузки от сооружения при формировании
откосов провала
Рис. 2.7. Механизм развития провала в
песках (по результатам моделирования
иа плоской модели)
I—VII — фазы сдвижения грунта; 1—7—
порядковый номер слоя грунта
40
сдвижение грунта и развитие старых провалов с образованием
новых устойчивых форм. Знание механизма развития провалов и
взаимосвязей их параметров позволяет определять зону потенци-
альной опасности вокруг старых провалов.
Познание закономерностей формирования карстовых воронок —
достаточно сложная инженерно-геологическая задача. Она требует
постановки специальных экспериментальных и расчетно-теоретиче-
ских исследований с проверкой их в полевых условиях. Первые ре-
зультаты таких исследований показали их перспективность.
Механизм оползания массива грунта вокруг круглоцилиндриче-
ского провала, происшедшего в основании сооружения, очевидно,
не будут принципиально отличаться от вышеописанных. На пара-
метры воронки как в процессе ее формирования (dvar, svar), так и
окончательные (dnm, 8цт) в значительной мере будет оказывать
влияние изменяющаяся во времени нагрузка от сооружения
(рис. 2.8). Разумеется, что нагрузка от сооружения повлияет и на
начальные параметры провала (d0, s0).
Следует заметить, что специфической особенностью формирова-
ния карстовой провальной воронки является то, что устойчивость
ее склонов зависит также от диаметров провалов (d0, ..dvar,  • ,
du-т)  чем меньше диаметр, тем больше устойчивость склонов за
счет проявления «арочного» эффекта. В первом приближении
учесть это обстоятельство при оценке стабильности склонов ворон-
ки можно, используя решение В. И. Пушкарева и В. Т. Сапожни-
кова [48], полученное для откосов круглых искусственных выемок
(карьеров).
Механизм формирования воронки из провала сводового очерта-
ния имеет свою специфику, также требующую проведения соответ-
ствующих исследований.
При образовании провала на земной поверхности, а нс в осно-
вании сооружения на формирование воронки помимо сдвижения
грунтов под действием гравитационных сил оказывают влияние
такие процессы, как раскрытие воронки благодаря эрозионной
деятельности поверхностных вод, заполнение воронки грунтом в
результате эоловых процессов, торфо- и почвообразования и т. п.
Однако эти процессы в большинстве случаев незначительно влия-
ют на скорость увеличения диаметров воронок. На рис. 2.9 показан
график изменения относительной скорости увеличения диаметров
провалов
e = [(dvar-d0)/(diim-d0)]/t	(2.1)
во времени t применительно к формированию воронки в песчаных
грунтах в карстовом районе г. Дзержинска. Как видим, относитель-
ная скорость увеличения диаметра воронки имеет тенденцию рез-
кого снижения по мере увеличения возраста воронки. Это легко
объясняется тем, что именно в первое время после образования
провала оползание грунта происходит, главным образом, под дей-
ствием гравитационных сил.
41
цссса гравитационного обрушения водо-
иасыщенных песчаных и крупнообломоч-
ных пород при изменении мощности зоны
насыщения
Рис. 2.9. Относительная скорость уве-
личения диаметров провалов во времени
Обрушение водонасыщенпых песчаных и крупнообломочных по-
род в нисходящем подземном потоке по своем)’ характеру в целом
протекает также, как и в аналогичных неводонасыщенных поро-
дах, однако имеет целый ряд особенностей. В то время как меха-
низм обрушения певодонасыщенных несвязных пород (в большей
степени, чем каких-либо других) соответствует теории М. М. Про-
тодьяконова, при водонасыщении наблюдаются отклонения от этой
теории, обусловленные наложением па поле гравитационных сил
поля гидродинамических сил.
Этот факт отчетливо прослеживается на специально поставлен-
ных опытах [40]. При постоянной ширине обезвоженной полости,
над которой происходит внутренний вывал водонасыщепного песка,
п при различной мощности зоны насыщения своды обрушения как
бы «вытягиваются» вслед за поверхностью водоносного горизонта
п даже начинают терять параболические очертания, приближаясь
к эллипсовидной форме (рис. 2.10). Если же сохраняя постоянное
положение уровня водоносного горизонта, уменьшать ширину по-
лости, то можно увидеть ту же тенденцию к изменению формы сво-
дов обрушения при весьма незначительном изменении их высоты.
Решающим фактором, влияющим на конфигурацию сводов обру-
шения, является отношение мощности зоны насыщения к ширине
полости, т. е. критерий, отражающий интенсивность гидродинами-
ческого воздействия. При некоторой весьма малой величине этого
критерия свод обрушения имеет очертание и параметры, не отли-
чающиеся от контура свода обрушения и неводонасыщенных не-
связных грунтах.
Рассматриваемый процесс протекает только над полостями и
не связан с образованием ослабленных зон, так как для его реали-
зации необходим эффект свободного выхода подземного потока.
Необходимым условием для развития процесса является зависание
водоносного горизонта, в породах которого происходит обрушение,
вследствие чего отметка напора нижележащего водоносного гори-
зонта должна быть расположена ниже отметки кровли водоупора.
42
В частном случае это выражается в частичной или полной обезво-
женности полости-приемника. Поскольку в рассматриваемых усло-
виях несвязные водонасыщеппые породы всегда подстилаются
породами с более высокими прочностными характеристиками
(скальные или глинистые), обрушение данного типа всегда сопро-
вождается эффектом внезапно возникающего ослабленного про-
странства.
Обрушение водонасыщенных песчаных и крупнообломочных по-
род в восходящем подземном потоке возникает в случае располо-
жения отметки пьезометрического напора нижележащего водонос-
ного горизонта выше отметки кровли водоупора, подстилающего
несвязные породы, подвергающиеся данному виду деформаций.
Процесс возникает в результате внезапного образования сквозного
нарушения в водоупорной кровле полости в карстующихся или
покрывающих породах с выходом верхней части этого нарушения
на контакт с вышележащими несвязными породами, например, при
обрушении кровли крупной карстовой полости. Если такие нару-
шения уже имеются, то рассматриваемый процесс может возник-
нуть в результате появления в песках восходящего подземного по-
тока при поступлении воды из нижележащих полостей или трещин,
например, в условиях восстановления сработанных уровней или
вследствие оттока воды из пород, подвергающихся данному виду
разрушений, равно как и вследствие поступления воды в нижеле-
жащий водоносный горизонт.
В случае, когда постоянный восходящий подземный поток в не-
связных породах отсутствует, данная разновидность карстовых
деформаций развивается в результате воздействия вторичного вос-
ходящего потока, вызываемого динамическими или ударными воз-
действиями. Это обстоятельство тесно сближает рассматриваемый
вид разрушений с процессом разжижения водонасыщенных песков.
В ходе экспериментов [72] вторичный восходящий поток фиксиро-
вался и при отсутствии прямых динамических и ударных воздейст-
вий, что, по-видимому, связано с резким изменением напряжений
в скелете грунта, расположенного непосредственно над внезапно
возникающим сквозным нарушением в водоупорной кровле поло-
сти-приемника. Наиболее благоприятные условия для возникнове-
ния и развития рассматриваемого процесса имеют место при зна-
чительных напорах воды в нижележащем водоносном горизонте.
Экспериментальные данные позволяют считать процесс гравита-
ционного обрушения несвязных пород в восходящем подземном по-
токе разновидностью процесса ползучего разжижения водонасы-
щенных песков, протекающего в условиях истечения разжиженной
массы через сквозное нарушение в водоупоре.
Процесс протекает следующим образом (рис. 2.11). Вначале
над сквозным нарушением в водоупоре возникает заполненная во-
дой полость, имеющая в разрезе вид равнобедренного треугольни-
ка, обращенного вершиной вниз (если ей не предшествует обруше-
ние), пли вид перевернутой равнобедренной трапеции, формирую-
щейся на месте первоначальной параболической полости обруше-
43
Рис. 2.11. Схема обрушения водопасыщсн-
ных несвязных покрывающих пород в
восходящем подземном потоке (ползучее
разжижение)
1 — подстилающий водоупор со сквозным
нарушением сплошности; 2 несвязные
покрывающие породи; Л обвальная по-
лость в зоне наш гщепия; 4 неустойчи-
вая заполненная водой полость в зоне
насыщения (полость разжижения); 5—
уровень падкарстовых вод; 6 пьезомет-
рический напор трещишю-кдрсговнх вод
ния. Эта полость, которую можно именовать полостью разжиже-
ния, увеличивается в размерах до тех пор, пока над пей не про-
изойдет внутренний вывал вышележащего грунта. В результате
этого в несвязных породах образуется полость обрушения, которая
быстро заполняется поступающей вверх водой. Полость постепен-
но разрушается, а на ее месте формируется новая, более широкая
полость разжижения, которая разрушается, также как и первая,
вследствие вывала грунта внутри свода обрушения уже значитель-
но больших размеров. Таким образом, происходит последователь-
ное скачкообразное продвижение вверх сменяющих одна другую
полостей разжижения и обрушения все более крупных размеров в
плане, пока очередная полость разжижения не достигнет в своей
верхней части размера пролета, достаточного для выхода обруше-
ния на земную поверхность в виде провала. При этом уровень под-
земных вод над полостью повышается за счет восходящей фильт-
рации, возникающей при отжатии воды из полости, вследствие ее
заполнения материалом обрушения. Очевидно, этим можно объяс-
нить наблюдаемый иногда факт появления на дне свежих подъе-
мов воды, уровень которой расположен выше уровня грунтовых вод.
Вязкопластическое течение в роли карстовой деформации про-
является в виде истечения некоторых покрывающих пород в распо-
ложенные ниже карстовые полости или в виде истечения разжи-
женных карстующихся пород в трещины и полости некарстового
происхождения. Если при этом полость-приемник перекрыта водо-
упором, в нем должно возникнуть или присутствовать сквозное на-
рушение сплошности. Р1стечению подвергаются пекаре гующпеся
горные породы, обладающие свойствами вязких жидкостей (истин-
ные плывуны, глинистые породы текучей консистенции), и кзрету-
ющиеся породы, обладающие аналогичными свойствами или приоб-
ретающие их в результате повышения порового давления (мелы,
дезинтегрированные карбонаты и сульфаты).
Истечение истинных плывунов в карстовые трещины и полости
может быть вызвано их ростом при непосредственном кои такте с
44
плывуном, а также увеличением карстовой полости, расположен-
ной непосредственно под водоупором, над которым залегает плы-
вун. В этом случае рассматриваемый вид карстовых деформации
имеет аналогию с процессом прорыва плывунов в подземные гор-
ные выработки.
Истинный плывун может находиться над полостью или трещи-
ной в устойчивом состоянии и начнет истекать лишь в случае воз-
никновения ударных или динамических воздействий. С другой
стороны, породы, обладающие тиксотропными свойствами, могут
быть неводонасыщенными и, таким образом, пребывать в устойчи-
вом состоянии до тех пор, пока в них не поступит вода извне. Кро-
ме того, при проходке буровых скважин, забивке свай и других
подземных работах в покрывающих и карстующихся породах мо-
гут быть искусственно созданы каналы, по которым плывуны уст-
ремятся в карстовые полости.
Вязкопластичное течение характерно также и для глинистых
пород текучей консистенции. При выходе карстовых полостей на
контакт с такими породами они, подобно истинным плывунам, на-
чинают истекать в полости-приемники, но гораздо медленнее и со
значительно меньшими возможностями растекания. Такого рода
процессы также неоднократно наблюдались при подземных горных
работах.
Большое значение в понимании механизма карстовых деформа-
ций имеют деформации, возникающие при гидродинамическом воз-
действии. Эта группа карстовых деформаций чрезвычайно чувст-
вительна к техногенным воздействиям на подземную гидросферу и
в литературе часто именуется карстово-суффозионными процес-
сами.
Все гидродинамические карстовые деформации вызываются
тремя причинами: 1) увеличением размеров приемника грунтового
материала (трещин и полостей) в результате разрушения (пере-
мещения) его стенок или выноса заполнителя, а также расшире-
нием сквозных нарушений в водоупорах в условиях перетока воды
из данного водоносного горизонта в ниже лежащий; 2) поступлени-
ем воды в данный водоносный горизонт или оттоком ее из ниже ле-
жащего (а иногда и тем и другим вместе); 3) поступлением воды
сверху в неводонасыщенные проницаемые или слабопроницаемые
породы.
Перемещение тонких фракций в поровом пространстве (суффо-
зия I вида) песчаных или крупнообломочных пород наблюдается
только в их, так называемых суффозионных разновидностях. При-
емником перемещаемых грунтовых частиц могут являться даже
очень тонкие трещины, не говоря уже о крупных полостях. Процесс
развивается регрессивно: вначале выносятся тонкие фракции на
выходе потока (у входа в приемник), затем процесс захватывает
отдаленные участки грунтового массива. Вблизи карстовых поло-
стей п трещиноватых зон несвязные породы могут быть полностью
«промыты» и становятся несуффозионными.
45
Развитие рассматриваемого вида карстовых деформаций, как
правило, проводит к разуплотнению песчаных и крупнообломочиых
пород. Под действием внешних воздействий или собственного веса
в разуплотненных породах происходит процесс уплотнения, после
чего в большинстве случаев структура несвязных пород изменяет-
ся таким образом, что свободное гидродинамическое перемещение
топких фракций в поровом пространстве становится более невоз-
можным.
Полное разрушение структуры песчаных или крупнообломочных
пород в результате гидродинамического воздействия нисходящего
подземного фильтрационного потока может наступить в любых по-
родах этого типа при достаточно высоких градиентах фильтрации
(суффозия II вида). Процесс фактически состоит из двух состав-
ляющих: собственно фильтрационного разрушения и последующего
истечения разрушенной породы в приемники (трещины пли поло-
сти) .
Рассматриваемый вид карстовых деформаций приводит к фор-
мированию внутри грунтовой толщи зон фильтрационного разру-
шения и суффознонпых полостей (рис. 2.12). Зоны фильтрационно-
го разрушения имеют четкие контуры, которые в одних случаях
могут замыкаться в пределах зоны насыщения и напоминать в раз-
резе вытянутые эллипсы (рис. 2.12,о), а в других — полностью
пронизывать зону насыщения в виде расширяющихся кверху «хо-
ботов» (рис. 2.12,6). По мере нарастания возмущающего воздей-
ствия (увеличение ширины верхней части приемника или сквозно-
го нарушения в водоупоре, возрастания гидравлического градиен-
та) зоны увеличиваются в размерах, но только до определенной
максимально возможной ширины [72].
Внутри зон фильтрационного разрушения порода теряет струк-
турную прочность и начинает истекать в трещины и полости через
сквозные нарушения в водоупорах. Истечение происходит как бы
из «бункера», стенки которого сложены породами, сохранившими
достаточную структурную прочность. При этом по мере истечения
растет свободное пространство в верхней части «бункера», пред-
ставляющее собой суффозионную полость (рис. 2.12,в). Этот про-
цесс хорошо изучен на объемных и «плоских» лабораторных филь-
трационных моделях. При частично или полностью обезвоженном
приемнике может произойти полное истечение грунтовой массы.
Процесс полного гидродинамического разрушения структуры
водонасыщенных несвязных пород теснейшим образом связан с
процессом гравитационного обрушения пород зоны аэрации
(рпс. 2.13). Эти разновидности карстовых деформаций протекают
одновременно и неразрывно, начиная с момента выхода зоны
фильтрационного разрушения на контакт с зоной аэрации. По мере
роста зоны фильтрационного разрушения происходит постепенное
дискретное обрушение неводонасыщенных несвязных пород, спо-
собное выйти па земную поверхность в виде провала.
При наличии внутри грунтового массива, подвергшегося воз-
действию карстового процесса, «суффозионных» песчаных или
46
Рис. 2.12. Карстопроявления, формирую-
щиеся в результате полного фильтраци-
онного разрушения скелета песчаных по-
род
и, б — зоны фильтрационного разруше-
ния; в — суффозионная полость
Рис. 2.13. Схема совместного протекания полного фильтрационного разрушения структуры
водонасыщенных песков и обрушения песков зоны аэрации
/ - карстовые трещины и полости; 2 — нарушения сплошности водоупорного слоя; 3 — об-
в |льиая зона в песках зоны аэрации; 4 — зона фильтрационного разрушения
крупнообломочных пород в них по мере увеличения гидравличе-
ского градиента нисходящего подземного потока вначале развива-
ется свободное перемещение тонких фракций сквозь поровое про-
странство, а затем полное фильтрационное разрушение структуры.
Такая комбинация карстовых деформаций встречается довольно
часто и имеет очень важное значение с точки зрения выявления
ранних фаз в развитии карстово-суффозионных процессов.
Подземная эрозия в отличие от фильтрационного разрушения
(механической суффозии) является результатом разрушающего
воздействия не фильтрующихся подземных вод, а свободно текущих
внутри некоторых каналов. Такими каналами могут служить тре-
щины различного происхождения, а также контакты горных пород
со стенками свай и других подземных сооружений, нарушения
сплошности пород, возникшие в результате буровых работ и т. д.
При этом стенки первоначального канала фильтрации постепенно
расширяются за счет срыва и уноса частиц породы свободно теку-
щей водой.
В глинистых породах гидродинамические деформации могут
проявляться только в виде подземной эрозии. Необходимым усло-
вием для этого процесса является наличие первоначальных кана-
лов фильтрации, выходящих в карстовые трещины и полости. Для
развития подземной эрозии в песчаных и крупнообломочных поро-
дах такое условие не обязательно. В целом процесс подземной эро-
зии как разновидность карстовых деформаций изучен пока недо-
статочно несмотря на то, что экспериментальные исследования по-
47
добного рода проводились, получены результаты, позволяющие су-
дить о механизме этого процесса. Так, например, можно утверж-
дать, что подземная эрозия как компонент карста очень часто ком-
бинируется с гравитационным обрушением, способным привести к
образованию провалов па земной поверхности. Обычно подземная
эрозия предшествует обрушению, но иногда оба эти процесса могут
протекать практически одновременно, точнее, скачкообразно сме-
няя один другого. При этом подземная эрозия может локализо-
ваться в нижних частях грунтового массива, а обрушение — в
верхних, но этого может и не происходить в условиях разрушения
вертикальных фильтрационных каналов.
Отдельно следует остановиться на таком специфическом виде
гидродинамических карстовых деформаций, как разрушение нера-
створимого заполнителя полостей и трещин. Иногда этот процесс
протекает в виде механической суффозии, сопровождающейся пол-
ным разрушением структуры водопроницаемого заполнителя, в
других случаях — в виде подземной эрозии [41]. Как правило, при
размыве рыхлого заполнителя карстовых полостей отделить эти
две разновидности гидродинамических деформаций одну от другой
не представляется возможным.
В заключение следует отметить, что элементарные карстовые
деформации, представленные в классификации (см. стр. 30), могут
совместно проявляться в природных условиях в виде множества
комбинаций. Некоторые из них были рассмотрены в данной главе.
В свою очередь, некоторые из элементарных деформаций (напри-
мер, обрушение водонасыщенных несвязных пород в восходящем
подземном потоке) имеют сложную природу и могут сами по себе
рассматриваться как комбинированные. Во многих случаях кар-
стовые деформации накладываются одна на другую чисто механи-
чески и представляют собой как бы фазы в развитии единого про-
цесса, но иногда их сочетание может представлять собой нераз-
рывное целое. Очень часто отдельные элементарные карстовые
разрушения локализуются в определенных зонах, но так бывает
далеко не всегда.
Специалисту, работающему в области инженерного карстоведе-
ния, следует помнить, что в каждом конкретном случае при реше-
нии инженерных задач, связанных со строительным освоением кар-
стоопасных территорий, необходимо учитывать возможность раз-
вития не только элементарных, но и комбинированных карстовых
деформаций. Предположения и выводы относительно того, какого
рота комбинации могут встретиться в данных условиях, требуют
от исследователя творческого подхода в применении предложен-
ных авторами классификаций.
Необходимо отметить еще одно обстоятельство, учет которого
позволит в ряде случаев изменить паше представление о механиз-
ме карстовых деформаций. Речь идет о форме полостей в карсту-
ющпхся породах в условиях покрытого карсга. Очертание и разме-
ры лих полостей до настоящего времени специально не изуча-
лись. Имеющиеся попытки окоптуривать карстовые полости по ре-
48
(ультатам бурения скважин не имеют обоснованной методики. Соз-
дание такой методики — дело крайне необходимое как для лучше-
го познания механизма карстовых деформаций, так и для ясно
ередственного решения одной из важнейших задач инженерно гео-
логических изысканий в карстовых районах — оценки степени
карстовой опасности и на основе этого ор1анизации противокар-
стовой защиты. Для разработки такой методики весьма полезным
будет использование теории геометрии недр, широко применяю-
щейся в горном деле.
2.2.	Прикладные классификации карстовых деформаций
Кроме общих инженерно-геологических классификаций карсто-
вых деформаций и карстопроявлений (см. стр. 30 и 31), целесооб-
разно создание на их основе специальных классификаций, которые
можно было бы использовать при назначении тех или иных видов
протнвокарстовой защиты и их проектировании. Ниже рассмотре-
ны примеры таких классификаций.
Классификация карстопроявлений для целей проектирования
оснований и фундаментов. В соответствии с главой СНиП
2.02.01—83 «Нормы проектирования. Основания зданий и соору-
жений» результаты инженерно-геологических исследований долж-
ны содержать данные, необходимые для решения следующих воп-
росов:
выбор типа оснований и фундаментов;
определение глубины и размеров фундаментов с учетом прогно-
за возможных изменений (в процессе строительства и эксплуата-
ции) инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в
том числе свойства грунтов;
выбор, в случае необходимости, методов улучшения свойств
грунтов основания;
установления вида и объема инженерных мероприятий по осво-
ению площадки строительства.
При недостаточности инженерно-геологического обоснования
для решения этих вопросов проектирование оснований зданий и со-
оружений СНиП 2.02.01—83 не допускается.
Эти требования в полной мере относятся и к проектированию
оснований и фундаментов зданий и сооружений, расположенных на
закарстованных территориях.
Инженерно-геологическое обоснование в этом случае должно
включать выявление и прогнозирование возможности образования
тех или иных типов карстопроявлений по их местоположению отно-
сительно земной поверхности, их подтипов по характеру проявле-
ния карста в пространстве и соответствующих видов и подвидов,
учитывающих в определенной мере механизм их возникновения.
Они должны характеризоваться качественными и количественны
мп признаками, которые должны быть непосредственно использо-
ваны при проектировании оснований и фундаментов. Такими при-
знаками являются: очертание и размеры карстопроявлений в раз-
49
резе н плане, их устойчивость к разрушению (стабильность) в
естественном состоянии (для прогнозирования их размеров по ре-
зультатам инженерно-геологических изысканий) и под нагрузкой,
определяя характер воздействия на фундамент во времени *.
При рассмотрении механизма карстовых деформаций видно,
что определенным карстопроявлениям сопутствуют другие, те или
иные виды карсгопроявлений. В течение срока службы сооружений
одни карстопроявления могут сменяться другими, каждое из кото-
рых по-разному будет воздействовать на фундамент. Эти обстоя-
тельства необходимо учитывать при проектировании оснований и
фундаментов.
Карстопроявления в соответствии с общей инженерно-геологи-
ческой классификацией подразделяются па типы: поверхностные и
подземные с выделением в них групп (подтипов) в зависимости от
характера границ этих проявлений: для поверхностных — с нару-
шением сплошности грунта на земной поверхности и без такого
нарушения; для подземных — не имеющие достаточно четких гра-
ниц и ограниченные в пространстве. Эти данные прежде всего не-
обходимо иметь для организации инженерных изысканий с целью
прогноза возможных размеров карстопроявлений и выбора типа
и генеральных размеров фундаментов.
Поверхностные карстопроявления делятся на четыре вида: про-
валы, карстовые просадки, проседания (локальные оседания)",'осе-
дания.
Следует заметить, что деление поверхностных деформаций с
нарушением сплошности грунта на провалы и карстовые просадки
является условным и целесообразным лишь для решения рассмат-
риваемой сугубо практической задачи при возможности их реаль-
ного разделения при прогнозе. Целесообразно эти виды деформа-
ций разделять по их видимой глубине soi>s (при провалах sobs^
^0,25 м, карстовых просадках sobs-<0,25 м). Именно при
sObs<0,25 м расчет и проектирование конструктивных мер защиты
могут проводиться по аналогии с расчетом и проектированием
зданий и сооружений на воздействие деформаций типа «уступ»,
встречающихся на подрабатываемых территориях.
Поверхностные карстопроявления, относящиеся к группе кар-
стопроявлений без нарушения сплошности грунта, делятся на про-
седания (локальные оседания) и оседания. Они существенно отли-
чаются по механизму образования. Продолжительность первых
составляет от нескольких часов до нескольких месяцев, вторые мо-
гут продолжаться годами. Характер же воздействия на фундамент
* Удачной формой представления изменения этого воздействия является постро-
ение графиков нагрузки на фундамент в функции времени, предложенных
II. С. Метелюком [38] как F(/) —Fo+f(/), где F(t)—нагрузка в момент t;
Fo — нагрузка в начальный момент воздействия карстового проявления на
фундамент; f(t)—функция, учитывающая специфику конкретного воздейст-
вия па фундамент.
50
mix карстопрояплений зависит прежде всего ог рндиусз кривизны
основания, значение которого может быть найдено но формуне
Rs~ bs/Hg,	(^- ’)
i.jb bs н is — значения ширины и наклона бортов мульды за npoi llo uipyi мои
1>.1счстпый срок службы сооружения.
Поэтому целесообразно, с практической точки зрения, разделе-
ние оседаний по значению параметра Rs' при оседаниях км,
при проседаниях /<<1 км. В этом случае при проектировании зда-
ний и сооружений на территориях, где возможны оседания, целе-
сообразно воспользоваться хорошо разработанной методикой рас-
чета зданий п сооружений на подрабатываемых территориях [55]
। jчетом определенной специфики карстовых оседаний, связанной
п \ механизмом и продолжительностью.
Провалы целесообразно делить по их форме в разрезе, хотя и
< известной долей условности, на три разновидности: сводообраз-
пыс, цилиндрические и конические. Такое деление необходимо
прежде всего для правильной интерпретации результатов инженер-
но-геологических прогнозов относительно размеров провалов. Кро-
ме того, эти сведения необходимы для расчета противокарстовых
конструкций с учетом кратковременного и долговременного воздей-
ствия карстовых провалов на сооружение.
В грунтовой толще на закарстованных территориях возникают
различные ослабленные зоны, как не имеющие четких границ в
пространстве, вызванные процессами объемного растворения кар-
дующихся пород, суффозией (большей частью в песчаных грунтах),
разуплотнением нескальпых грунтов вследствие изменения напря-
женного состояния массива над карстовыми полостями, так и
более или менее четко ограниченные в пространстве. Из них сле-
дует выделять полости, т. е. свободные от горной породы простран-
ства (в том числе заполненные водой) различного генезиса и рас-
положенные в различных грунтах, зоны гравитационного сдвиже-
ния (за счет обрушения над полостями), зоны фильтрационного
сдвижения над полостями и трещинами грунт, заполняющий кар-
стовые полости,” физико-механические свойства которого резко
отличаются от окружающих пород.
Все выделяемые рассматриваемой классификацией карстопро-
явления должны быть охарактеризованы при проведении инженер-
но-геологической разведки, как качественно, так и количественно,
с оценкой важных для расчета геометрических параметров. Имен-
но при подобном инженерно-геологическом обоснойзанйгГвоз можно
выполнить названные выше требования СНиП 2.02.01-83 _в части
проектирования оснований и фундаментов на закарстованных” тёр7
рнториях.
Классификация поверхностных карстовых форм по их разме-
рам для инженерно-планировочных целей. В рассмотренной выше
классификации вряд ли целесообразно дальнейшее деление по-
верхностных карстопроявлснпй по их размерам, как например,
предлагается в работе [39], поскольку расчетный размер карсто-
51
вых деформаций при проектировании противокарстовых фунда-
ментов определяется конкретными значениями размеров карсто-
вых деформаций (а не какой-либо областью их значения), часто-
той и?: возникновения, размерами, очертанием сооружения в пла-
не, его сроком службы и степенью ответственности (см. гл. 5).
Однако такое деление целесообразно при зонировании закарсто-
ваиных территорий по степени карстоопасности для целон состав-
ления генпланов и проектов детальной планировки с тем, чтобы
уже на этой стадии оценить в первом приближении необходимость
применения и стоимость конструктивных мер защиты зданий и со-
оружении от вредного влияния карста (табл. 2.2).
Таблица 2.2. Классификация поверхностных карстовых форм
по их размерам для районирования закарстованных территорий
по степени карстоопасности
Прогнозируемый пли средневероятный
размер
г/^3 м — конструктивная защит не прпменяекя пли при-
меняется в ограниченном объеме.
Карстовые просадки с практической точки зрения пеЛе<(я>Г>
p.i ню разделить на две разновидности (по аналогии деления про
е.| точных грунтов по двум типам просадочностп): 1) s„i,K<'5 см,
'*) .м,,>5см.
Характер воздействия проседаний на здания и сооружения во
многом аналогичен характеру воздействия провалов при сравни
и'лык) большой глубине проседаний soj)S (при sObs^25 см) или с
но (действием карстовых просадок (при глубине проседаний
25 см). С этой точки зрения целесообразно выделение этих
двух разновидностей проседаний по их глубине.
Также целесообразно разделение оседаний на четыре разновид-
ности по величине наклона бортов мульды is, который может воз-
никать за срок службы (по аналогии зонирования подрабатывае-
мых территорий [55] по значению is).
Вид поверхностной
карстовой формы
глубина s0^c, см
Наклон бортов
мульды 18, мм/м
диаметр d, м
Провал
Карстовая просад-
ка
Проседание
Оседание
10 < /s < 20
7 < z8 < 10
5 < zs 7
0 <Г z's -С 5
Имеющийся опыт расчета противокарстовых фундаментов, а
также вычисления расчетного пролета провалов /д при проектиро-
вании противокарстовых фундаментов (по методике, излагаемой в
гл. 5) применительно к различным значениям показателей интен-
сивности карстовых провалов Z и к наиболее распространенным
размерам зданий, к различным срокам их службы /„ и степени от-
ветственности позволяют сделать следующий вывод.
Если интенсивность провалов Z>0,05 провалов/(км2-год), то
прщ
г/>20 м конструктивная защита крайне затруднена или прак-
тически невозможна;
10 м<с/^20 м — конструктивная защита затруднена;
3 м<Сс/^10 м — конструктивная защита достаточно сложна;
52
2-3. Характер опасности карста для различных
сооружений
Знание механизма карстовых деформаций позволяет оцепить
характер и степень опасности различных карстопроявлений для
проектируемых, строящихся и эксплуатируемых сооружений.
(Ящика опасности карстопроявлений имеет смысл лишь тогда,
когда она выполнена с учетом степени ответственности объектов,
конструктивных особенностей зданий и сооружений и других пара7
мт ров (размеры активной зоны основания, расчетный срок служ-
ив! сооружения и т. д.).
Характер опасности карста прежде всего определяется типом
сооружений в зависимости от их расположения относительно зем-
ной поверхности. Если для надземных сооружений опасность кар-
та сводится, главным образом, к потере или снижению несущей
способности основания, то для подземных сооружений (особенно
тля сооружений глубокого заложения — тоннелей, шахт и т. п.)
она, кроме этого, определяется еще целым рядом негативных мо-
меп гов (табл. 2.3).
Следует заметить, что вопросы проектирования, строительства
и жсплуатации подземных сооружений в карстовых районах раз-
работаны крайне недостаточно и требуют постановки специальных
исследований. Ниже излагаются вопросы, связанные со строитель-
ством в карстовых районах надземных сооружений.
Карстовые формы с той или иной вероятностью могут проявить-
ся в основании сооружений в виде провалов, карстовых просадок,
проседаний и оседаний. Исключением являются такие карстопро-
якления, как понижения в кровле карстующихся пород в услови-
ях покрытого карста и коррозионные воронки при открытом кар-
те Первые из них могут проявиться в основании сооружений в
впте неравномерных осадок, прогнозируемых обычными расчетны-
ми методами, принятыми в фундаментостроении. Коррозионные
53
	Таблица 2.3. Характер опасности карста для подземных сооружений		
	Характер опасности	Вид карстопроявлений	Инженерные мероприятия по снижению степени опасности
	Снижение несущей спо- собности пород	Все виды	Увеличение резерва' несу- щей способности конст- рукций
	Локальное увеличение горного давления в ме- сте нахождения карсто- проявлений, в том числе в процессе эксплуатации сооружения	Наличие ослабленных зон в толще пород, а также зон гравитационного сдвижения и фильтрационного разру- шен и я в покрывающих по- родах; наличие заполнителя в полостях карстующихся пород	То же
	Повышение водоприто-	Наличие трещиноватых зон	Усиление гпдроизоля-
	ков агрессивных вод	и зон дезинтеграции в кар- стующихся породах	ции и применение конст- рукций с повышенной коррозионной стойко- стью
	Катастрофический про-	Наличие обводненных кар-	Изменение	место поло-
	рыв вод в процессе строительства и эксплу- атации сооружения	стовых полостей	жеиия сооружения (трассы тоннеля), там- понаж полостей. Повы- шение степени безопас- ности проведения работ
	Усиленное растворение	Наличие трещиноватых зон	Тщательное укрепление
	карстующихся пород по контуру сооружения	в карстующихся породах	пород по контуру соору- жения
воронки не представляют непосредственной опасности для соору-
жений в виду того, что они находятся на поверхности и развива-
ются крайне медленно как в карбонатных, так и в сульфатных по-
родах. Основная их опасность заключается в том, что, располага-
ясь вблизи сооружений, они являются местом концентрированной
инфильтрации атмосферных вод в карстующиеся породы, в толще
которых могут активизироваться карстовые процессы. Борьба с
коррозионными воронками должна заключаться в тампонаже их
водонепроницаемым материалом, например глинистым грунтом.
Следует иметь в виду, что при изысканиях коррозионные воронки
иногда ошибочно принимают за провальные и на основании этого
проектируют дорогостоящее конструктивное усиление сооружений.
Объективная оценка степени карстоопасности может быть раз-
личной в зависимости от полноты исходной инженерно-геологиче-
ской информации и сведений о параметрах сооружений.
При использовании в качестве исходной информации лишь са-
мого факта обнаружения карстопроявлений (или их прогнозирова-
ния), без определения геометрических и других параметров, харак-
теризующих механизм дальнейшего их развития, может быть при-
менена качественная оценка степени карстоопасности (табл. 2.4),
заключающаяся в делении их па «опасные» (вероятность образо-
вания тех или иных деформаций P(ir/=1) и «потенциально опас-
ные» (0^Pde/<i).
54
Рис. 2.14. Степень воздействия карстовых деформаций на сооружения в зависимости от
их параметров
Более высокие уровни оценки карстоопасности должны пред-
усматривать уточнение значения Pdef для потенциально опасных
карстопроявлений, а также установление размеров поверхностных
карстопроявлений и времени их образования. Для выполнения та-
кой оценки необходимо знать количественные параметры, опреде-
ляющие механизм карстовых деформаций (см. п. 2.1), с реализа-
цией их расчетно-экспериментальными методами при прогнозе.
Степень разрушающего воздействия карстовых деформаций, об-
разовавшихся в основании сооружений, в значительной степени
определяется следующими параметрами:
а)	размер деформаций d в плане (наиболее характерен для
локальных деформаций: провалов, проседаний, карстовых проса-
док— рис. 2.14, а);
б)	глубина деформаций S (наиболее характерна для карсто-
вых просадок и оседаний, в меньшей степени — для провалов и
проседаний, рис. 2.14, б);
в)	местоположение деформаций относительно сооружений в
плане (рис. 2.14, в) и по вертикали (рис. 2.14, г);
i) скорость деформации (наиболее характерна для оседаний п
проседаний, рис. 2.14, 0).
Следует заметить, что для некоторых сооружений (мосты, ды-
мовые трубы, железнодорожные пути, каркасные здания с опира-
нием колонн на отдельно стоящие фундаменты и т. д.) степень
разрушающего воздействия определяется самим фактом образо-
вания карстовых деформаций (прежде всего, провалов) в основа-
нии сооружений и в меньшей степени размером деформаций в
плане.
На основе анализа аварий и повреждений сооружений на за-
карстовапных территориях можно составить следующий услов-
ный ряд степени тяжести их последствий (табл. 2.5):
1	— катастрофические разрушения (потеря общей устойчивости
сооружения или повреждение технологического оборудования, при-
водящее' к гибели люден или недопустимому заражению местности
вредными химическими, радиоактивными и другими веществами);
56
I а б л и ц a 2.5. Определение степени опасности карста
для различных типов сооружений
Сооружения	Возможные последствия образования в основании зданий н сооружений			
	провалы	карстовых деформаций		
		просе- дания	карстовые просадки	оседания
I ражданские и промышленные здания, п гом числе:	1—4	1—4	2—4	2—4
высотные здания башенного типа	1—3	1—3	1—4	1—4
машинные залы теплоэлектростан- ций	1—3	1—4	1—4	2—4
машинные залы атомных электро- станций и тепловых станций	1—2	1—2	1—4	2—3
Дымовые трубы	1—2	1—2	1—3	1—4
Моею и путепроводы Главные пути магистральных железных	1-2	1—2	1—3	2-4
	1—3	1—4	1—5	3—5
Нодьездныс железнодорожные пути	2—3	2—4	3—5	4—5
Дорожная конструкция автомобильных сорог	1—4	2—4	3—4	3—4
Магистральные трубопроводы	2—5	2—5	4—5	4—5
Конструкции взлетных полос аэродро- мом	1—3	1—4	I—5	3—5
2	частичные разрушения и повреждения, приводящие к вре-
менному прекращеню нормальной эксплуатации сооружений;
3	— повреждения, приводящие к существенному затруднению
нормальной эксплуатации сооружений;
4	— повреждения, которые могут при определенных условиях
привести к временному затруднению нормальной эксплуатации со-
оружения;
5	— повреждения, практически не приводящие к затруднению
нормальной эксплуатации сооружения.
2.4. Воздействие хозяйственной деятельности
на активизацию карстовых процессов
Ф. В. Котловым [24] разработана общая классификация антро-
погенных процессов и явлений, а также в схематическом виде дан
перечень различных антропогенных факторов, влияющих на раз-
витие карста. В. М. Кутепов [26] выявил механизм изменения на-
пряженного состояния в горных породах на закарстованных терри-
ториях при искусственном изменении гидрогеологических условий.
Им же разработана классификация факторов, в том числе техно-
генных, влияющих на напряженное состояние горных пород, распо-
ложенных над карстующимися. Результаты этих и других исследо-
ваний [2, 19, 72], познание механизма карстовых деформаций поз-
воляют понять механизм различных техногенных воздействий на
активизацию карстового процесса, которые в конечном итоге вецут
к повышению интенсивности различных карстопроявлений.
В каждой конкретной инженерно-геологической и хозяйствен-
ной обстановке крайне важно хотя бы качественно оценить конеч-
ные последствия техногенного воздействия на карст за расчетный
срок службы сооружений или при необходимости за больший срок
на участке непосредственного техногенного воздействия или за его
пределами. Однако с точки зрения прогноза, а также проектирова-
ния противокарстовых мероприятий, направленных па уменьшение
влияния хозяйственной деятельности на активизацию карстовых
процессов, прежде всего важно знать характер непосредственного
последствия от того пли иного техногенного воздействия. Эти по-
следствия могут быть сгруппированы следующим образом.
Л. Повышение скорости растворения карстующихся пород.
Б. Повышение скорости подземной эрозии, в первую очередь,
выноса заполнителя из карстовых полостей.
В. Разрушение карстовых полостей.
Г. Развитие суффозионного процесса.
Д. Возникновение разжижения водонасыщенных грунтов.
Техногенные воздействия могут различаться по характеру, пло-
щади и времени воздействия. По этим признакам целесообразно
следующее их деление.
I.	По характеру воздействия. Передача нагрузок от сооруже-
ний: увеличение статических напряжений в грунте; уменьшение
статических напряжений в грунте; передача динамических воздей-
ствий.
Изменение гидрогеологических условий: повышение уровня над-
карстовых вод; понижение уровня иадкарстовых вод; повышение
пьезометрического уровня трещинно-карстовых вод; понижение
пьезометрического уровня трещинно-карстовых вод; повышение
скоростей движения подземных вод; увеличение агрессивности тре-
щинно-карстовых вод за счет изменения их химического состава и
температуры.
II.	По площади воздействия: в пределах района, города (не-
сколько (квадратных километров); в пределах микрорайона, пром-
предприятия (несколько гектаров); в пределах отдельного соору-
жения.
III.	По времени воздействия: практически постоянные (соизме-
римые со сроком службы сооружения); долговременные (продол-
жительностью от нескольких месяцев до нескольких лет); кратко-
срочные (продолжительностью до нескольких месяцев).
Один и тот же вид хозяйственной деятельности может по-разно-
му влиять на активизацию карста, т. е. иметь различные непосред-
ственные последствия.
Следует заметить, что к настоящему времени общей теории
прогноза влияния техногенных факторов на активизацию карсто-
вых процессов на количественной основе не создано. Создание
ее — задача чрезвычайно трудная, необходимым условием решения
которой является хорошее знание как природы карстового процес-
са, так и технологии и экономики современного производства. По-
следнее нужно подчеркнуть особо, ибо нередко в проектно-изыска-
58
Ц’Льской практике принимаются рекомендации по ограничению
озяйственной деятельности, в той пли иной мере влияющей на
карст, необоснованные ни в инженерно-геологическом, ни в эконо-
мическом отношениях. Таким образом, в инженерном карстоведе-
ппп возникают весьма специфичные задачи по оптимальному уп-
равлению карстовым процессом в связи с хозяйственным освоени-
ем закарстованных территорий. Эти задачи могут успешно решать-
ся только на основе системного подхода.
11есмотря на сложность задач, первые исследования проблемы
иесьми обнадеживающи. Среди исследований, имеющих теоретиче-
скую направленность, в этом отношении следует назвать работу
Рис. 2.15. Схема природно-техногенных
у I .1О1И1Й
/ карстующнеся породы с полостями;
.? песчаные грунты; 3 — дневная поверх-
ii»>cib; 4— уровни и напоры подземных
ш> i и воды в трубопроводе
Рис. 2.16. Моделирование карстово-суффозионных процессов при утечках воды:
* покровная толща сложена неводоиасыщенпыми песками; б — то же, водопасыщенны-
мп; / — неводонасыщенный песчаный грунт; 2- водоупорный слой со сквозным наруше-
нием; 3— водонесущая инженерная коммуникация; 4— карстующнеся породы; 5 — зона
фи и.*1 рационного разрушения грунта; 6 — подземная полость, не заполненная водой; 7 —
»" ле, заполненная водой; 8— уровень подземных вод
59
В. М. Кутепова [26]. Весьма интересны результаты экспериментов,
поставленных В. Л. Беляевым под руководством В. П. Хоменко.
Эксперименты проводились на фильтрационном лотке конструк-
ции В. П. Хоменко*, усовершенствованной с учетом моделируе-
мых природных и техногенных условий (рпс. 2.15, 2.16). Фильтра-
ционный лоток был дооборудован устройством, моделирующим уча-
сток водонесущей сети (труба), позволяющим имитировать утечку
из пес воды, а также дополнительной водоприемной камерой, с по-
мощью которой в «трубе» создается необходимый напор.
Проведены две серин опытов: при отсутствии постоянного во-
доносного горизонта в песках и при наличии единого безнапорного
водоносного горизонта в карстующихся и покрывающих породах
(песках). Конструкция ущановки позволяла воспроизводить в хо-
де каждого из проведенных опытов образование сквозного нару-
шения в кровле карстующихся пород, а затем утечки из «трубы».
Возникающие явления хронометрировались и фотодокументирова-
лись. Были использованы пески средней крупности и мелкие с ко-
эффициентом внутреннего трения соответственно: в рыхлом состо-
янии — 0,7 и 0,50; в плотном — 0,76 и 0,84. До выполнения каждо-
го опыта определялся коэффициент фильтрации, значения которо-
го в среднем составляют для песков средней крупности 0.042 см/с,
для мелких песков 0,025 см/с. Все проведенные опыты были спла-
нированы по факторной схеме. Изменялись следующие параметры:
вид и свойства песка, мощность водонасыщенного слоя, напор в ।
водонесущей сети и высота заложения «трубы» над кровлей кар-
стующихся пород. Всего проведено 23 опыта.
Эксперименты показали, что карстово-суффозионные процессы
в рассматриваемых условиях можно представить как совокупность
отдельных процессов-компонентов, описанных выше (см. п. 2.1).
Для случая, когда покровная толща грунтов сложена неводонасы-
щенными песками (см. рпс. 2.16), такими процессами-компонента-
ми будут: формирование зон фильтрационного разрушения и по-
следующее образование суффозионных и суффозионно-обвальных
полостей. Механизм карстово-суффозионных процессов здесь мож-1
но представить следующим образом. Под действием утечки воды i
из трубы и вызываемой ею нисходящей фильтрации формируется
зона фильтрационного разрушения, которая четко различима по
более светлой окраске песка. В пределах этой зоны происходит
истечение водонасыщенного песка в карстовые трещины и полости
через сквозное нарушение в кровле карстующихся пород. При зна-{
чнтельной мощности песчаной толщи в результате истечения песка I
возникают несколько последовательно сменяющих друг друга суф-J
фозионно-обвальных полостей, которые при небольших напорах]
воды в трубе могут при продолжающейся фильтрации стабилизи-
роваться и нс достигнуть выхода на дневную поверхность. При уве-
личении напора, а также при меньшей толщине слоя песка разви-
* А. с. 851201 (СССР) Установка для суффозионной устойчивости грунтов /
В. П. Хоменко. — Заявл. 03.10.1979, К» 2825013; опубл, в Б. И., 1983, № 8.
60
ши суффозлоппо-обвальпых полостей заканчивается истечением
песка из зоны фильтрационного разрушения с образованием суф
фозионной полости в пределах этого объема. Если же roniniin.i слоя
песка мала, а напор значителен, утечка за очень короткое время
приводит к промоине в песчаной толще под трубой, которая прпип
мает вид щелевидной полости. Большое разнообразие форм прояв-
ления процессов-компонентов и их комбинаций даже при упрощен-
ной интерпретации данных, полученных в первой серии экспери-
ментов, говорит о сложности механизма карстово-суффозионных
процессов при техногенном воздействии на их развитие.
В серии опытов с частично обводненной толщей песков наблю-
далась следующая последовательность процессов-компонентов.
С возникновением сквозного нарушения начинается вынос водона-
сыщенного песка в полость. Это приводит к образованию на по-
верхности контакта карстующихся пород с кровлей полости, напо-
минающей воронку ползучего разжижения. Далее происходит вяз-
копластичное истечение водонасыщенного песка в пределах сфор-
мировавшихся зон фильтрационного разрушения. Полости разжи-
жения заполняются песком посредством сдвига грунта по всей
мощности зоны фильтрационного разрушения. Образовавшаяся
вследствие сдвига суффозионно-обвальная полость увеличивается
в размерах за счет продолжения суффозии. Основание полости
принимает форму заполненной водой воронки. При этом фиксируй
ется характерный подъем уровня воды в месте утечки — своеобраз;
пый купол. Увеличение объема суффозиониой воронки и соответ-
ствующий ’ему рост полости над ней приводят (при достижении
критических размеров полости в плане) к выходу полости на по-
верхность грунтового массива. При этом рост суффозиониой ворон-
ки практически стабилизируется на отметках ее основания, близ-
ких к уровню водоносного горизонта. При большой мощности водо-
иасыщенного песка могут образоваться суффозионно-обвальные
полости, которые долгое время сохраняют свою устойчивость даже
при значительных утечках.
Следует заметить, что описанные выше и подобные им явления
наблюдались В. П. Хоменко в экспериментах по выявлению влия-
ния различных положений уровней подземных вод на характер
суффозионных явлений вне непосредственной связи с утечками из
водоводов.
Описанные эксперименты преследовали цель выявить качест-
венную картину механизма карстово-суффозионных процессов,
усложненных воздействием утечек. Продолжение этой работы поз-
волит получить математические модели процесса, которые могут
быть положены в основу прогноза развития поверхностных карсто-
во-суффозионных проявлений на участках, где возможны утечки.
Большой практический интерес представляет внесение на основе
этих прогнозов в СНиП, регламентирующие объемы утечек и вре-
мя на их ликвидацию при авариях для карстовых районов. Исполь-
зование физического моделирования карстово-суффозионных. про-
61
цсссов как метода исследования позволит эффективно выявлять
механизм этих процессов в условиях сложных природно-техноген-
ных обстановок (например, при наличии утечек из двух или более
водоводов, совместного воздействия различных техногенных фак-
торов и т. д.).
3.	НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНЫХ
ИЗЫСКАНИЙ В КАРСТОВЫХ РАЙОНАХ
3.1.	Основные задачи инженерных изысканий
в карстовых районах
Основные положения методики проведения инженерных изы-
сканий сформулированы в СНиП 11-9-78 [62] и в определенной
мере конкретизированы в «Рекомендациях по инженерно-геологи-
ческим изысканиям и оценке территорий для промышленного и
гражданского строительства в карстовых районах СССР» [50].
Методика проведения изысканий в каждом конкретном случае
должна обосновываться отдельно, ибо опа определяется как при-
родной обстановкой (тип карста и условия его развития, характер
и интенсивность карстовых деформаций), так и особенностями
проектируемых или эксплуатируемых сооружении (степень ответ-
ственности, расчетный срок службы, конструктивные и технологи-
ческие особенности, условия строительства и эксплуатации и т. д.).
Кроме того, в практике существенное влияние на методику прове-
дения изысканий оказывают такие организационно-технические
вопросы, как срок проведения изысканий и проектирования, поря-
док планирования и финансирования работ, техническая воору-
женность изыскательских работ подразделений и т. д., а также
ряд субъективных моментов (взаимоотношение изыскателей и про-
ектировщиков, правильность понимания инженерами специфики
проектирования на закарстованных территориях и т. п.).
При планировании изысканий следует иметь в виду следую-
щие обстоятельства.
1.	Характер и степень опасности карста для разного типа со-
оружений в различных природных условиях различны.
2.	Во многих случаях в развитии карста большую роль играет
различного рода хозяйственная деятельность.
3.	Проявление карста во времени и в пространстве имеет сто
хаетическпй характер.
4.	Для большинства сооружений наиболее опасны локальные
(дискретные) проявления карста (прежде всего провалы, просе-
дания) в их основании, необходимым условием которых является
наличие в толще пород полостей.
5.	В настоящее время отсутствуют надежные способы локали-
зации карстовых полостей, при этом сложность локализации воз-
растает с глубиной залегания полостей и уменьшением их разме-
ров в плане.
62
6.	В ряде случаев бурение скважин может активизировать раз-
витие карста, особенно в части развития карстово-суффозпонных
процессов.
Специальными задачами инженерных изысканий на закарсто-
влнных территориях являются следующие:
1.	Выявление условий развития карста и возможного характе-
ра его проявления за время, соизмеримое со сроком службы со-
оружений.
2.	Выявление доли возможного влияния техногенных факторов
па активизацию карстовых процессов.
3.	Оценка карстовой опасности.
4.	Получение исходной инженерно-геологической информации
1ля обоснования и проектирования противокарстовой защиты.
Эти задачи с разной степенью детальности и конкретности дол-
жны решаться на всех стадиях освоения закарстованных террито-
рий.
На стадии предпроектных проработок, направленных на со-
ставление схем развития и размещения производительных сил и
проектов районной планировки, основными задачами являются
первые три. На этой стадии изыскания, как правило, сводятся к
обобщению литературных и фондовых материалов или при необ-
ходимости к проведению рекогносцировки.
Решение первой задачи заключается в установлении типов кар-
ста и сугубо предварительном прогнозе характера карстопроявле-
ний. Решение второй задачи на этой стадии сводится к выработке
рабочей гипотезы о механизме карстовых деформаций и гипотезы
о характере и степени влияния потенциально возможных техноген-
ных воздействий на активизацию карста. В практике имеются слу-
чаи неучета этого обстоятельства при составлении схем размеще-
ния сложных объектов, оказывающих значительное влияние на
природную среду, что приводило к необоснованным затратам в
процессе строительства и эксплуатации этих объектов. Оценку
карстовой опасности (третья задача) на этой стадии возможно
осуществлять качественными методами (т. е. без использования
количественных критериев карстовой опасности), в том числе по
аналогии с другими закарстованными территориями и народнохо-
.яйствснными объектами. Например, вполне достаточно выделять
три категории карстовой опасности:
1.	Территории, требующие при их освоении значительных эко-
номических затрат на противокарстовую защиту, включая затраты
иа специальные изыскания, строительные и эксплуатационные ме-
роприятия.	*’
2.	Территории, требующие при их освоении сравнительно не-
больших дополнительных затрат.
3.	Территории, практически не требующие дополнительных за-
трат.
Вряд ли на этой стадии можно считать оправданными (за не-
которым исключением) рекомендации по отказу от освоения закар-
стоваппой территории лишь по причине, связанной с карстом, как
63
это нередко встречается в практике. Выбор той или иной террито-
рии для размещения народнохозяйственных объектов осуществля-
ется и а основе учета комплекса экономических и социальных мо-
ментов, на которые лишь в тон или иной мере может влиять кар-
стовая опасность.
Естественно, на стадии предпроектных проработок могут быть
лишь назначены варианты размещения проектируемых комплек-
сов на территориях с различной степенью карстовой опасности,
оцениваемой с учетом техногенных воздействий, и возможные прин-
ципы проектирования протнвокарстовой защиты.
При составлении проектов детальной планировки, застройки и
генпланов промпредпрпятий на закарстованных территориях роль
специальных инженерных изысканий (изысканий на карст) чрез-
вычайно велика. Одним из основных требований при выполнении
этих проектов является обеспечение достаточно обоснованных ар-
хитектурно-планировочных решений с целью исключения при про-
ектировании на последующих стадиях существенного изменения
планировки. Очевидно, это возможно при максимальном учете све-
дений о закарстоваиности территории, получаемых в результате
проведения комплекса специальных инженерно-геологических изы-
сканий, выполняемых в рамках инженерно-геологической съемки.
Решение первой из специальных задач (см. с гр. 63) инженер-
ных изысканий сводится к решению ряда частных задач, в гом
числе:
выявлению механизма карстовых деформаций на участках с
различными природными условиями с последующим районирова-
нием территории по механизму карстовых деформаций;
построению карт основных природных факторов, влияющих на
образование однородных по механизму карстовых деформаций;
построению карт поверхностных карстовых форм, определению
их возраста, распределению их геометрических параметров;
выявлению пространственных и временных закономерностей
образования карстовых проявлений, определению их интенсивно-
сти на различных участках;
поиску карстовых полостей на площадках расположения от-
дельных (фиксируемых планировочным решением) ответственных
сооружений, а в благоприятных условиях (например, при неглубо-
ком карсте) — в местах предполагаемого размещения всех ответст-
венных сооружений.
Решение второй специальной задачи инженерных изыскании в
карстовых районах на стадии составления проектов планировоч-
ных решений заключается в прогнозировании влияния проектных
техногенных воздействий (с учетом имеющихся в практике преце-
дентов) на параметры карстовых деформаций. Такое прогнозиро-
вание должно основываться на расчетных или экспериментальных
методах [26, 40, 72].
Оценка карстовой опасности для целей составления проектов
различных архитектурно-планировочных решений сводится к мик-
рорайоппрованию территории, заключающейся в дифференциации
64
се па зоны и участки по ряду признаков, характеризующих степень
и характер опасности карста для здании и сооружений за задан-
ный срок их службы и непосредственно определяющих инженерно-
иланировочпые решения. Такое микрорайонирование позволяет в
максимальной степени учитывать различные аспекты карстовой
опасности и более обоснованно назначать противокарстовые меро-
приятия до начала разработки рабочей документации.
Выделение зон и участков при микрорайонировании целесооб-
разно проводить с учетом трех групп признаков.
1.	Характеристик потенциальных карстовых деформаций зем-
ной поверхности.
2.	Характера и степени чувствительности карстового процесса к
техногенным воздействиям, главным образом, изменению гидро-
геологических условий.
3.	Наличия (отсутствия) и характера опасности выявленных в
результате изысканий карстовых форм (полостей, воронок, мульд
оседаний и т. п.).
Характеристики карстопроявлений (показатель интенсивности
карстовых провалов, их диаметры, скорость оседаний, их простран-
ственная ориентация и т. д.), присущие тем или иным зонам, по
сути дела являются и параметрами противокарстовых мероприя-
тий, поэтому уже на стадии планировочных решений можно наме-
тить тип противокарстовой защиты. С учетом этого и составляются
варианты планировочных решений.
При составлении проектов отдельных зданий и сооружений пер-
вая и вторая специальные задачи (см. стр. 63) заключаются в вы-
явлении несущей способности основания, осложненного различны-
ми карстовыми проявлениями (полости, разрушенные и ослаблен-
ные зоны, погребенные провалы и т. п.), прогнозе изменения ее
во времени с учетом реального техногенного воздействия.
Оценка карстовой опасности в этом случае сводится к поиску
карстовых полостей и оценке их опасности, которые потребуют
целого ряда весьма специфичных работ (оконтуривание полости,
определение физико-механических свойств грунтов по всему разре-
зу, моделирование процессов образования карстовых деформаций,
определение размеров карстовых деформаций и т. д.). На основа-
нии этого и получают инженерно-геологические параметры проти-
вокарстовой защиты.
В связи с тем, что карст является развивающимся процессом,
в том числе под техногенным воздействием, а также в связи с
трудностью локализации подземных карстопроявлений специаль-
ные инженерные изыскания «на карст» должны проводиться в ряде
случаев и па стадии эксплуатации. Такая необходимость возникает
в следующих случаях:
при образовании карстовых деформаций на участке расположе-
ния сооружения;
при эксплуатации особо ответственных объектов с целью перио-
дического контроля за степенью надежности основания;
3 3.IK. 1059
(.5
при необходимости оценки эффективности осуществленных про-
тивокарстовых мероприятий, особенно мероприятий геотехническо-
го характера (например, периодический контроль за степенью за-
полненности карстовой полости тампонажным раствором и состоя-
нием пород вблизи полости);
при значительных техногенных воздействиях, активизирующих
карстовый процесс;
при реализации противокарстовой защиты в период эксплуата-
ции сооружений.
Основная цель проведения изысканий па стадии эксплуата-
ции— объективная оценка опасности карста для эксплуатируемо-
го сооружения для того, чтобы своевременно принять меры по не-
допущению деформаций сооружения, прежде всего катастрофиче-
ских.
Спецификой изысканий на закарстованных территориях явля-
ется то, что они по своему характеру должны приближаться к на-
учным исследованиям. Характерным примером реализации такого
подхода к проблеме освоения закарстованных территорий на прак-
тике является организация инженерно-геологических изысканий в
карстовых районах Башкирии, проводимых трестом ЗапУрал-
ТИСИЗ.
3.2.	Проблема обнаружения карстовых полостей
Под карстовой полостью при инженерно-геологических изыска-
ниях следует понимать свободное пространство в толще горных
пород, образовавшееся вследствие растворения последних и(или)
сопутствующих процессов: эрозии, обрушения, суффозии. Следует
заметить, что некоторые исследователи и практические работники
термином «карстовая полость» неправомерно обозначают и зоны
разрушенных пород, и понижения в кровле карстующихся пород,
н заполненные горными породами бывшие полости, не применяя
при этом специальных оговорок. Четкое отличие этих карстовых
проявлений от карстовых полостей имеет принципиальное значе-
ние при инженерно-геологических изысканиях как с точки зрения
выбора методов локализации карстовых полостей и организации
изысканий, так и с точки зрения назначения принципов и типов
противокарстовой защиты.
Из вышеизложенного нетрудно видеть, что сведения о место-
положении карстовых полостей были бы полезны при решении
практически всех специфичных задач изысканий в карстовых рай-
онах. Для оценки же карстовой опасности отдельных сооружений
(а в ряде случаев и территории в целом) и для получении исход-
ных данных для обоснования и проектирования противокарстовой
защиты эти сведения крайне необходимы. Это вызвано тем, что
карстовые полости являются основным источником локальных де-
формаций земной поверхности, представляющих наиболее серьез-
ную опасность для инженерных сооружений. В условиях современ-
ных нагрузок от сооружений, когда глубина заложения фундамен-
66
гов может достигать значительных глубин, полости представляют
также непосредственную опасность как во время строительства со-
оружений, так и в период их эксплуатации. Техногенное воздейст-
вие па геологическую среду существенно увеличивает потенциаль-
ную опасность карстовых полостей даже при небольших их раз-
мерах.
Особенностью карсга, которую необходимо учитывать при ре-
шении задач проектирования промышленных и гражданских зда-
ний и сооружений, является то, что на фоне условно непрерывного
по площади карстового процесса проявления его, представляющие
основную опасность для зданий и сооружений, дискретны.
Таким образом, «карст» и «сооружение» являются дискретны-
ми подсистемами единой геотехнической системы «карст — соору-
жение». Это обстоятельство и должно определять методику инже-
нерных изысканий, важнейшим этапом которых является локали-
шция карстовых полостей.
Задача обнаружения карстовых полостей при инженерных изы-
сканиях общеизвестна и всегда была и остается актуальной [45,
62]. Разумеется, что эффективное решение этой задачи возможно
лишь при помощи геофизических методов. Вместе с тем удовлет-
ворительное ее решение в практике освоения закарстованных тер-
риторий отсутствует. Это можно объяснить двумя обстоятельства-
ми: традиционно сложившейся практикой освоения закарстован-
пых территорий (заключающейся в выработке рекомендаций по
освоению конкретных площадок на основе изучения общих законо-
мерностей развития карста) и слабостью экономического обосно-
вания проектов и как следствие низкими требованиями к исходной
инженерно-геологической информации.
Все это обусловило слабое развитие геофизических методов,
круг задач которых определялся в основном задачами выявления
общих закономерностей развития карста и отсутствием целена-
правленных и планомерных исследований по обнаружению карсто-
вых полостей. Подтверждением этого может служить предлагае-
мый главой СНиП 11-9-78 [62] комплекс методов для обнаружения
карстовых полостей, который не может эффективно решать эту за-
дачу во всем многообразии инженерно-геологических условий. Вме-
сте с тем в СССР и за рубежом накоплен определенный опыт при-
менения геофизических методов для обнаружения подземных
полостей и определения их параметров. Использование его при
инженерных изысканиях позволяет в ряде случаев, в том числе в
сложных инженерно-геологических условиях, эффективно решать
'.адачу обнаружения полостей, а всестороннее развитие этого опы-
та, несомненно, будет способствовать кардинальному решению за-
дачи локализации полостей в целом.
Анализ научно-технической литературы по обнаружению неза-
полненных полостей показал, что в СССР традиционно ведущими
методами при инженерных изысканиях являются электроразведка
на постоянном токе (ЭПТ) и сейсморазведка методом преломлен-
ных волн (МПВ). Несмотря на отдельные успехи обнаружения
3*
67
подземных полостей (а они единичны в общем объеме изысканий)
указанные методы характеризуются низкой разрешающей способ-
ностью* (1—3) и не в состоянии удовлетворительно решать зада-
чу обнаружения полостей во всем многообразии инженерно-геоло-
гических условий.
В США, Польше, Франции и других странах методы ЭПТ и
сейсморазведка МПВ используются в основном для изучения гео-
логического строения района. Поиск же полостей в этих странах
ведется в основном при помощи электромагнитных методов (как в
наземном, так и в скважинном вариантах) и микрогравиметрии.
Разработанные системы машинной обработки микрогравиметриче-
ских данных с введением высокоточных поправок на рельеф и вли-
яние сооружений позволяют проводить изыскания в районах с
любой плотностью застройки. Разрешающая способность метода
достигает 6. Электромагнитные методы в наземном варианте ха-
рактеризуются такой же разрешающей способностью.
Значительные успехи достигнуты в области исследования око-
лоскважиниого и межскважинного пространства при помощи элек-
тромагнитных методов. Современные разработки позволяют
обнаруживать (в односкважинном варианте) полости на расстоя-
нии, вдвое превышающем их размеры, а при межскважинном про-
свечивании полости размером 3—6 м обнаруживаются при рассто-
янии между скважинами 20—40 м.
Следует заметить, что в СССР разработаны не менее эффек-
тивные методы обнаружения полостей. Например, радиоволновой
метод характеризуется разрешающей способностью- 3—6, метод
межскважинпого прозвучивания позволяет обнаруживать полости
размером 4—8 м при расстоянии между скважинами до 50 м. Тем
не менее эти методы в настоящее время в силу ряда причин, глав-
ным образом, организационного характера не нашли широко при-
менения в практике инженерных изысканий.
Наряду с локализацией карстовых полостей чрезвычайно важ-
но иметь сведения об их конфигурации и размерах. Данный вид ис-
следования в инженерных изысканиях практически отсутствует, в
то время как в практике горного дела такая задача решается до-
статочно успешно [3].
Завершающим этапом изучения карстовых полостей является
определение степени их опасности. В последнее время этой проб-
леме уделяется определенное внимание, получены обнадеживающие
результаты в области теоретических и экспериментальных реше-
ний [40]. Однако использование их затруднено в виду нерешенно-
сти в практике главной задачи — локализации карстовых полостей
при инженерных изысканиях.
Путь совершенствования инженерных изысканий в карстовых
районах через разработку надежных способов локализации кар-
* Под разрешающей способностью метода понимается отношение глубины зале-
гания кровли полости к среднему значению ее поперечного размера при на-
дежном обнаружении полости.
68
'товых полостей и определения их размеров представляется нам
наиболее перспективным. Методика изысканий при реализации
лого пути заключается в следующем. Все вопросы изысканий и
проектирования рассматриваются неразрывно в рамках единой си-
стемы. С учетом этого обстоятельства в зависимости от глубины
нпегапия карстовых полостей и вероятности поражения сооруже-
ний карстовыми провалами (см. гл. 4) исследуемая территория де-
лится на ряд типов по необходимости и практической возможности
обнаружения карстовых полостей (табл. 3.1).
Г <i б л и ц а 3.1. Пример типизации закарстованных территорий
по условиям локализации карстовых полостей
Глубина залегания кровли карстовых полостей, м	Типы территории по условиям локализации карстовых полостей при вероятности поражения сооружений карстовыми провалами		
	большой (Ps^0,6)	средней (Ps=0,2—0,6)	малой (Pg^0,2)
^10	I	II	III
10—20	II	III	IV
>20	III	IV	V
Примечания. I) I — локализация полостей по всей площади до составления генплана
а ремпредприятия, проекта детальной планировки жилой застройки (ПДП); П—локализация
1КНЮС1СЙ в местах предполагаемого расположения сооружения любою класса при составле-
нии генплана (ПДП); III — локализация полостей в местах расположения ответственных
«ооружений (II класса); IV — то же, для особо ответственных сооружений (I класса); V —
। якализация полостей всеми возможными средствами в местах расположения сооружений
I класса, противокарстовая защита которых путем конструктивного их усилия невозможна
(например, высокие дымовые трубы при возможности образования карстовых провалов
полыпих диаметров). 2) В таблице для каждого типа территорий указана нижняя граница
’•шстственности (классности) сооружений Например, тип III включает сооружения как II,
। ж н 1 классов.
Подобная методика проведения изысканий в карстовых райо-
нах предусматривает в качестве непременного условия более тес-
ное, чем в настоящее время, взаимодействие изыскателей и проек-
। ировщиков. Основная цель такого взаимодействия — достижение
наиболее экономичного конечного результата, т. е. обеспечение вы-
сокой надежности сооружений при минимальных затратах. С уче-
юм того, что в СССР закарстованныс территории занимают
пычителышс площади, ра (работка и внедрение такого подхода
приобретают особое значение.
3.3.	Оптимизация инженерно-геологических изысканий
па закарстованных территориях
Оптимизация ппжеперно-геологнчсскнх изысканий в карстовых
районах является важным вопросом освоения закарстованных тер-
риторий, но в то же время слабо разработанным. Особую остроту
нот вопрос приобретает для промышленного и гражданского стро-
ительства в условиях покрытого карста при отсутствии в настоя-
щее время в практике изысканий, как это было показано, эффек-
। явных способов поиска подземных карстовых форм, в первую
очередь, полостей.
69
Проблеме оптимизации инженерно-геологических изысканий в
настоящее время в научной литературе справедливо уделяется
много внимания [4, 49]. Основная мысль этих работ заключается в
том, что изыскатели всегда должны представлять экономические
последствия своих решений и что оптимизация изысканий теряет
смысл вне рамок системы «изыскания — проектирование».
Здесь прежде всего следует отмстить статью М. В. Раца [49],
который считает, что основой оптимизации инженерных изысканий
являются следующие принципы:
а)	обратной связи (ставящей решение изыскательской задачи
в зависимости от результатов решения соответствующей инженер-
ной задачи);
б)	оптимальности (в соответствии с которым выбираются те
или иные параметры оптимизации и строится целевая функция);
в)	адаптации (требующий последовательной корректировки
плана изысканий в зависимости от поступающей информации о
структуре исследуемого объекта и о возможных изменениях в про-
ектных решениях).
Эти принципы с полным основанием можно применить и при
планировании изысканий в карстовых районах. Кроме того, по
нашему мнению, они в наибольшей степени учитывают специфику
инженерных изысканий «на карст» как при составлении планиро-
вочных решений па относительно больших по площади территори-
ях, так и при проектировании отдельных сооружений.
Основной целью оптимизации инженерно-геологических изыска-
ний на закарстованных территориях является обеспечение соот-
ветствующей информации для безопасного (необходимое условие)
и в то же время рентабельного (достаточное условие) строитель-
ства. Достижение этой цели возможно лишь при рассмотрении
вопросов изыскания, проектирования, строительства и эксплуата-
ции сооружений в рамках одной системы.
Рассмотрим принципы оптимизации изысканий на закарстован-
пых территориях на примере, когда приведена количественная
оценка степени устойчивости территории (через показатели интен-
сивности карстовых провалов), а карстовые полости фиксируются
лишь путем бурения скважин. Для простоты рассуждений будем
предполагать, что все обнаруженные карстовые полости опасны
для проектируемых сооружений.
Следует еще ра : оговориться, что при проведении работ по ло
калпзацпп карстовых полостей (с использованием любых методов)
часть из них остается неопределенной (необнаруженной). Эта не-
определенность при прочих равных условиях определяется числом
точек опробования и радиусом переноса информации *.
* Под радиусом переноса информации здесь принимается расстояние вокруг
скважины, на котором можно достаточно уверенно судить о наличии или от
сутствип карстовой полости. Его значение зависит от разрешающей способно
сти методов исследования околоскважинного (межскважннного) пространст
ва с точки зрения фиксации полостей.
70
В практике изыскании в настоящее время наиболее массовым
способом поиска полостей является бурение скважин. Число та-
ких скважин в виду их сравнительно большой стоимости и трудо-
емкости (в некоторых случаях их глубина достигает порядка
100 м) ограничено. В таких условиях проектировщики вынуждены
«ащищать объекты с помощью специальных противокарстовых ме-
роприятий, чаще всего конструктивного характера, что увеличива-
ет сметную стоимость.
Здесь следует также иметь в виду следующее обстоятельство.
Вели при бурении околоскважиппое пространство не исследуется,
то оценка результатов бурения с позиции оценки карстовой опас-
ности не может быть альтернативной. С учетом этого при обнару-
кспни скважиной карстовой полости площадка признается опасной
(/’«=!). Факт того, что при бурении полость не обнаружена, прак-
тически не изменяет степени карстоопасности площадки. Действия
проектировщиков по защите сооружений применительно к этим
случаям будут различны. Если полость обнаружена, то можно рас-
смотреть ряд конкретных вариантов протнвокарстовой защиты
(например, перенос сооружений на другую площадку, тампонаж
полости, конструктивное усиление сооружения при условии, что
провал определенного диаметра произойдет в основании сооруже-
ния п т. п.). В противном случае проектирование противокарсто-
вой защиты приходится вести в условиях почти той же неопреде-
ленности, что и до бурения.
Число скважин на площадке зависит от степени закарстовап-
носгн территории, размеров сооружения, его конструктивных осо-
ненпостей и степени ответственности, степени влияния бурения на
яктнвивацпю карста и т. п. Вопрос о числе скважин с учетом пе-
речисленых обстоятельств пока не имеет обоснованного решения.
Между тем нередко в практике изысканий число скважин на пло-
щадке ограничивают 1—3 и на основании их негативного исхода
(полости не зафиксированы) делают неправомерный вывод о пе-
опасиости площадки.
С учетом вышесказанного за критерий оптимальности объемов
п «исканий «на карст» целесообразно принять:
а)	для выполнения необходимого условия строительства (обес-
печение безопасности людей)—минимум суммарных затрат на
п «мекания, проектирование (в части, связанных с карстом) и осу-
ществление противокарстовых мероприятий, гарантирующих со-
оружение от катастрофического (очень быстрого после возникнове-
ния карстовой деформации) разрушения;
б)	для выполнения достаточного условия строительства (обес-
печение рентабельности)—минимум вероятных приведенных за-
1рат (см. гл. 5), включающих стоимость изысканий и проектирова-
ния. связанных с карстом, стоимость протнвокарстовой защиты в
вероятный ущерб от повреждений сооружения вследствие карсто-
вых деформаций. В большинстве случаев минимум вероятных при-
веденных затрат гарантирует сооружение и от катастрофического
разрушения. В обоих случаях при определении затрат следует учи-
71
тывать сроки изысканий и проектирования в карстовых районах,
увеличивающие оборот капиталовложений.
В практике проектно-изыскательских работ оптимизация изы-
сканий на закарстованных территориях в настоящее время не на-
ходит своего применения. Это можно объяснить, во-первых, недо-
статочной разработкой отдельных вопросов методики оптимизации
(определение радиуса переноса информации при бурении скважин
«на карст», оценка ущерба от повреждения зданий и сооружений
карстовыми провалами, оценка эффективности некоторых противо-
карстовых мероприятий и т. д.) и, во-вторых, известным отрывом
изысканий от проектирования.
Объем изысканий «на карст», проводимых различными органи-
зациями в сходных условиях развития карста, нередко существен-
но отличается.
Известны случаи, когда число специальных скважин «на карст»
далее при изысканиях под отдельный объект (например, комплекс
университетских зданий в Безансопе, Франция) достигало не-
скольких сот. Вряд ли такое решение можно считать оправданным
лишь по тому, что, как пишет М. Дрейфус [102], уменьшение чис-
ла скважин на этом объекте привело бы к необходимости проек-
тирования зданий в условиях неопределенности («сюрпризов», ио
выражению М. Дрейфуса).
Оптимизация объемов изысканий важна на всех стадиях про-
ектирования, ибо результаты таких изысканий должны быть не
только при проектировании оснований и фундаментов (как, напри-
мер, при изысканиях для общестроительных целей), но также на
более ранних стадиях, например, таких, как проект детальной пла-
нировки, проект застройки. При этом результаты изысканий влия-
ют на инженерно-планировочные решения (например, при состав-
лении вариантов генплана застройки) двояко: во-первых, необхо-
димо решить вопрос о возможности застройки и ее характера в
зонах, расположенных в непосредственной близости от скважин
(на расстоянии радиуса переноса информации), и, во-вторых, от-
корректировать планировочный вариант застройки в связи с пере-
оценкой устойчивости территории. Такая переоценка должна
проводиться, по нашему мнению, с учетом следующего обстоятель-
ства.
Рассматривая карст в рамках системы «карст —сооружение»,
следует отметить, что элемент этой системы «карстовая полость»
находится в достаточно сложной причинно-следственной связи с
элементами «условие развития карста» и «карстовый провал».
Наличие карстовой полости является необходимым, но еще недо-
статочным условием образования провалов *. С одной стороны,
при благоприятных условиях развития карста образуются карсто-
* Существует мнение (например, [18]), что карстово-суффозионпые провалы в
определенных условиях могут произойти при наличии в карстующихся поро-
дах не только полостей, но и такого приемника материала, как сильно трещи-
новатые локальные зоны. Однако это обстоятельство нс имеет принципиаль-
ного значения для дальнейшего изложения материала.
72
р.ые полости (следствие карста), а следовательно, и провалы зем-
ной поверхности; с другой стороны, карстовые полости можно рас-
( матрпвать не как следствие, а (с учетом сроков службы сооруже-
ний) лишь как возможную причину окончательного результата
карста (образование провалов).
Задачу оценки степени карстоопасности с учетом сведений о
подземных карстовых формах можно в принципе решать двумя
способами. О первом из них говорилось в п. 3.2.
Второй способ решения задачи заключается лишь в уточнении
оценки степени карстоопасности всей территории в целом при слу-
чайном обнаружении подземных карстовых форм (например, при
помощи бурения скважин). При этом следует иметь в виду, что
полученную информацию о подземной закарстованности следует
использовать для оценки устойчивости территории как основную
(случай 1 — сведений о проявлениях карста на поверхности земли
явно недостаточно для количественной оценки устойчивости тер-
риторий) или как дополнительную (случай 2—инженерно-геоло-
гические данные позволили ранее количественно оценить устойчи-
вое гь территории в целом по интенсивности образования и диамет-
рам карстовых провалов).
Часто в практике оценки устойчивости закарстованных терри-
 орий при обнаружении карстовых полостей степень устойчивости
шкарстованных территорий несколько понижается и, наоборот,
если при изысканиях карстовые полости не встречены, степень
устойчивости повышается (например, на одну категорию устойчи-
вости). Такой подход применительно к случаю 1 можно считать, по
нашему мнению, оправданным (если при этом используется прин-
цип аналогии с другими участками, для которых имеется объектив-
ная количественная оценка степени закарстованности). Примени-
тельно же к случаю 2 он не может быть признан верным, ибо здесь
происходит подмена причины следствием. Во избежание этого
предлагается другой путь переоценки устойчивости закарстованных
1срриторий. Не останавливаясь на деталях такой переоценки, огра-
ничимся лишь приведением на рис. 3.1 схемы, иллюстрирующей ее
идею. Сущность переоценки степени устойчивости заключается в
том, что в зонах обнаружения карстопроявлений (в пределах ра-
диуса переноса информации) концентрируют большую интенсив-
ность поверхностных карстопроявлений за счет соответствующего
уменьшения интенсивности поверхностных карстопроявлений в пре-
делах территории рассматриваемого района. И наоборот, умень-
шение значений интенсивности провалов, вплоть до нуля, в зонах
скважин, не встретивших подземных проявлений карста, вызывает
снижение устойчивости территории района.
На проектных стадиях, связанных с составлением планировоч-
ных решений, оптимальные объемы изысканий «на карст» могут
быть оценены с использованием метода многоварпантного проек-
тирования. Па рис. 3.2 приведен пример такого проектирования
для обоснования проекта застройки одного из микрорайонов.
73
Рис. 3.1. Принципиальная схема пере-
оценки степени устойчивости закарсто-
ванных территорий
/- j ранни, а рассматриваемого участка;
2 линии равном интенсивности карсто-
вых провалов без учета сведении о под-
земной закарстованности; 3 — линии рав-
ной интенсивности с учетом сведений о
подземной закарстованности; 4 — направ-
ление концентрации (децентрации) значе-
ний интенсивности карстовых провалов;
5 — зона переноса информации об отсутст-
вии карстовой полости; 6 — зона перено-
са информации о наличии карстовой по-
лости
CZP CZI/LJ^EElГо~ЫГё~]£
Рис. 3.2. Варианты (1, И, III) планировочного решения застройки микрорайона (о) и зна-
чения вероятных приведенных затрат (б)
/ - красные липли застройки микрорайона; 2 — линии равной интенсивности карстовых про-
валов без учета сведений и под1смпоп закарсювавностп; 3 — то же, с учетом сведений о
подземной закарстованности; 4 зона переноса информации об отсутствии карстовых по-
лостей; 5 зона переноса информации о наличии карстовых полостей

В данном примере показаны три варианта застройки микро-
района * при последовательном увеличении объема информации о
наличии или отсутствии карстовых полостей, полученной в резуль-
тате бурения скважин «на карст». Все варианты эквивалентны по
площади жилого фонда и процентному соотношению этажности.
Вариант I запроектирован на основе ранее проведенной оценки
устойчивости закарстованпой территории по методике одного из
авторов [67] (см. также гл. 4) в условиях отсутствия специальных
скважин «на карст». Во II и III вариантах застройки проводилось
микрорайонирование территории: учитывалась информация о
подземной закарстованности, полученная в результате бурения
скважин, и производилась соответствующая переоценка устойчиво-
* Во всех трех вариантах основными протнвокарстовыми мероприятиями были
мероприятия архитектурно-планировочного характера (размещение объектов,
выбор конфигурации и этажности зданий).
74
сти территории. Для каждого варианта определялись надежность
застройки Рк (см. гл. 4) и вероятные приведенные затраты (см.
гл. 6). На рис. 3.2 показан график зависимости /p=f(PK). Харак-
тер правой части кривой (показанной пунктиром) определяется
гем, что вероятные приведенные затраты теоретически должны не-
ограниченно возрастать для обеспечения Рк=1. Из графика вид-
но, что из рассмотренных вариантов наиболее оптимальным следу-
ет считать вариант III. Использвание в таком подходе ЭВМ поз-
волит получить более обоснованные рекомендации как в отношении
объемов изысканий, так и для нахождения наиболее рациональ-
ных проектно-планировочных решений, в том числе таких основ-
ных параметров градостроительного освоения закарстованных тер-
риторий, как плотность и этажность застройки [68].
Задача определения оптимального числа разведочных скважин
'<па карст» нередко возникает и при проектировании карстозащит-
н ы\ мероприятий для отдельных зданий и сооружений. Рассмот-
рим ос решение на примере проектирования противокарстовой за-
щиты здания тепловозного депо размером в плане 50X56,4 м при
p.i злнчных относительно небольших глубинах залегания подошвы
карстующихся пород zIt—6—30 м. В этом случае с учетом дейст-
вия нагрузок от сооружения можно предполагать, что первона-
чальный диаметр провала примерно равен поперечному размеру
карстовой полости. На основании этого можно констатировать, что
бурением скважин на строительной площадке по сетке с ячейкой
определенного размера до глубины подошвы уровня карстования
будут вскрыты все карстовые полости, поперечный размер которых
превышает размер ячейки сетки бурения. При фиксации полости
принимаются меры по недопущению ее проявления в основании со-
оружения (например, тампонаж полости). Неопределенность, свя-
занная с необнаруженном полостей размером поперечного сечения
меньшим шага бурения I компенсируется устройством противокар-
стового фундамента, рассчитанного на пролет I. Зависимость
стоимости буровых работ и стоимости противокарстового фунда-
мента от размера ячейки сетки бурения (расчетного пролета фун-
дамента) / представлена на рис. 3.3, а. Суммарная стоимость имеет
ярко выраженный минимум, различный для разных глубин залега-
ния карстующихся пород, который соответствует оптимальному
шагу бурения. С увеличением глубины залегания карстующихся
пород (при сделанном упрощающем допущении о равенстве попе-
речного размера полости и размера провала) увеличивается и шаг
бурения (рис. 3.3, в). Здесь следует оговориться, что при большей
глубине залегания карстующихся пород и провалах обвального
типа между поперечным размером полости и диаметром провала,
как это следует из гл. 2, существует более сложная связь. Поэто-
му зависимость /=f(zK) будет иметь другой вид по сравнению с
представленной на рис. 3.4, в, хотя принцип определения оптималь-
ного шага бурения останется тем же.
Если же для закарстованной территории характерны карстово-
суффозионные провалы, то определение оптимального шага буре-
75
Рнс. 3.3. Кривые для определения оптимального объема бурения при проектировании
протнвокарстовой защиты промышленного здания
/ - стоимости буровых работ; 2 — стоимости противокарстового фундамента; 3 — суммар-
ной стоимости буровых работ и фундамента; 4 —зависимости оптимального шага бурения
от глубины залегания карстующихся пород
ния на основе изложенного выше принципа вряд ли будет иметь
смысл.
Принципы обратной связи и адаптации (см. стр. 70), очевидные
на первый взгляд при планировании изысканий в карстовых рай-
онах, на практике часто не соблюдаются.
Так, при составлении генпланов промпредприятий или проекта
жилой застройки к техническому заданию на изыскания целесооб-
разно прикладывать предварительный план размещения сооруже-
ний с указанием строго фиксированных мест расположения отдель-
ных сооружений. В этом случае скважины этой стадии целесооб-
разно размещать по мере возможности сразу (до изысканий на
последующей стадии) в местах предполагаемого расположения
сооружений и, первую очередь, на площадках строго фиксирован-
ных мест размещения сооружений. На практике же нередко раз-
ведочное бурение «на карст» на участке застройки ведется безот-
носительно к планируемому размещению конкретных сооружений.
Это приводит, например, к тому, что зафиксированные, в ряде
случаев дефицитные, надежные площадки остаются незастроенны-
ми, а обнаружение карстовых полостей на поздних стадиях проек-
тирования на ключевых площадках после составления планировоч-
ного решения и его утверждения потребует в ряде случаев суще-
ственной корректировки или даже переделки всего планировочного
решения.
Анализ практики изысканий [69] показал, что сама организа-
ция комплекса изысканий часто, особенно в самостоятельных хоз-
76
Блзеииа скважины	( Кривая распределениям.	Бурение скважины
в'центое распопа-	( диаметров карста- )	12 в центре расположе-
1 гния onooj.___	\. Бых провалов J	ния опоры
Рис 3 4. Блок-схема организации изысканий при проектировании путепровода через железную дорогу
1 — ближняя к железной дороге опора путепровода; 2 — зона порожаемости опоры карстовым провалом; 3 — дальняя опора
путепровода; 4 — железная дорога; 5 — буровые скважины
77
расчетных организациях, не следует принципу адаптации. Так, в
ряде изыскательских организаций исследования физико-механиче-
ских характеристик грунтов основания сооружения проводятся до
окончания изысканий «на карст». Имеются случаи, когда в резуль-
тате таких изысканий площадка признавалась непригодной для
размещения сооружений, в результате чего проведенные изыска-
ния по определению физико-механических характеристик грунтов
оказывались бросовыми. Для реализации принципов обратной свя-
зи и адаптации целесообразно планировать проведение изыска-
тельских работ с составлением блок-схемы изысканий, учитываю-
щей конкретные особенности сооружений и промежуточные ре-
зультаты изыскательских работ. Ниже приведен пример [15] блок-
схемы проведения изысканий при проектировании городского путе-
провода через магистральную железную дорогу (рис. 3.4). Мето-
дика изысканий обуславливается следующими особенностями кар-
ста и сооружения. Карст здесь проявляется в виде провалов
обвального типа. Карстующпеся породы залегают на значительной
глубине (более 40 м), при которой имеющаяся в распоряжении
проектно-изыскательской организации геофизическая аппаратура
неэффективна для обнаружения карстовых полостей (глубокий
карст). Вследствие этого карстовые полости могут фиксироваться
лишь с помощью бурения. Путепровод представляет многопролет-
ный разрезной мост; положение оси путепровода и положение опор
фиксируются окружающей застройкой, шириной подмостового га-
барита и типовыми размерами пролетных строений. По перекрыва-
емой путепроводом железной дороге осуществляется интенсивное
движение поездов, в том числе пассажирских. Вследствие этого
надежность ближних к железнодорожным путям опор должна быть
абсолютной. В качестве основного защитного мероприятия при
обнаружении полостей признано их заполнение цементным раство-
ром. Поэтому разведочные скважины предполагается использовать
в качестве тампонажных.
Таким образом, инженерные изыскания для проектирования
отдельных зданий и сооружений во многих случаях отличаются
специфичностью, в значительной степени определяемой особенно-
стями сооружений и природными условиями, поэтому, вряд ли,
будет оправданной попытка создания жестких норм, детально рег-
ламентирующих объем и характер изысканий на карстоопасных
участках.
4.	ОЦЕНКА КАРСТОВОЙ ОПАСНОСТИ
4.1.	Общие замечания
В предыдущих главах уже были рассмотрены различные ас-
пекты карстовой опасности для зданий и сооружений. В последу-
ющих главах этим вопросам также будет уделено немало внима-
ния, поскольку проблема объективной оценки карстовой опасности
является основной в инженерном карстоведении. Принципиально
78
неверно было бы рассматривать вопросы организации, методики и
техники проведения изысканий, а также вопросы проектирования,
строительства и эксплуатации зданий и сооружений вне связи с
оценкой карстоопасности. Это также относится и к проведению на-
учных исследований карста, результаты которых в конечном итоге
должны всегда использоваться при оценке карстовой опасности.
Оценка характера и степени опасности карста служит основой
для решения таких вопросов, как выбор участков для застройки,
необходимость проведения специальных изысканий, определение
объема противокарстовой защиты, последовательность реализации
противокарстовой защиты, ее эффективность, условия эксплуата-
ции сооружений и т. п.
Неправильная оценка степени карстовой опасности почти всег-
да ведет к экономическим потерям вследствие необоснованного
отказа от той или иной территории для строительства; необосно-
ванно повышенных требований по строительным и эксплуатацион-
ным мерам безопасности; недостаточных мер по недопущению де-
формаций сооружений.
Оценка карстовой опасности вне рамок системы «карст — со-
оружения» не имеет смысла. В этой связи нам представляется, что
термин «карстоопасность» («карстовая опасность») в большей
мере соответствует этой системе, чем широко применяющийся в
настоящее время термин «устойчивость территории» (участка).
Например, одна и та же закарстованпая территория может быть
опасной для одних сооружений и практически безопасной для дру-
гих. Можно привести немало примеров, когда непонимание этого
обстоятельства приводило к серьезным просчетам в проектиро-
вании.
Специфическими особенностями оценки карстовой опасности
для инженерных сооружений являются следующие:
а)	разнородность деформаций (провалы, проседания, оседания
земной поверхности, неравномерная сжимаемость слоев грунта в
основании сооружений и т. д.);
б)	преимущественно дискретный и стохастический характер
карстопроявлений во времени и в пространстве;
в)	известная ограниченность возможностей геофизической ап-
паратуры по выявлению карстовых полостей;
г)	зависимость параметров карстовых деформаций от техноген-
ных воздействий, отдельные из которых имеют ярко выраженный
детерминированный характер, другие — стохастический.
В настоящее время нет общего единого критерия оценки кар-
стовой опасности для всех видов карстовых деформаций. В прин-
ципе таким критерием, позволяющим учитывать все названные
особенности, по мнению авторов, может быть надежность объекта,
т. е. вероятность того, что сооружение (комплекс зданий и соору-
жений) за расчетный срок службы не будет иметь недопустимых
деформаций (безотносительно к виду карстовых деформаций). За-
дача определения такой вероятности достаточно трудная, но прин-
ципиально разрешимая.
79
Наибольшую опасность для зданий и сооружений представляют
провалы, поэтому в настоящее время их прогнозу справедливо уде-
ляется основное внимание. Ниже речь пойдет в основном именно
об этом виде деформаций.
Методы и точность прогнозов карстовой опасности должны на-
ходиться в прямой зависимости от решения той или иной инженер-
ной задачи. Например, методы оценки карстовой опасности для
относительно больших по площади территорий (применяемые при
решении различных инженерно-планировочных задач: генплан,
проект детальной планировки, трассирование линейных сооруже-
ний и т. п.) должны отличаться от методов оценки карстоопасно-
сти для отдельных сооружений и тем в большей мере, чем меньше
размеры сооружения в плане. На сравнительно устойчивых терри-
ториях всегда имеются отдельные участки, опасные для тех или
иных сооружений, а на неустойчивых территориях практиче-
ски всегда можно изыскать достаточно надежный участок
для размещения сооружения. Все дело в правильном учете приро-
ды карстового процесса, особенностей сооружений, характера тех-
ногенного воздействия на активизацию карстовых процессов, в
наличии в изыскательских организациях соответствующих техниче-
ских средств, главным образом геофизической аппаратуры для
локализации карстовых полостей. Следует иметь в виду, что кар-
стоопаспость, оцененная применительно к относительно большим
по площади территориям, в определенной мерс относится и к ее
отдельным участкам, являясь для них объективным осредненным
.значением степени опасности в условиях большей или меньшей не-
определенности сведений о подземной закарстованности участка,
особенно в отношении наличия карстовых полостей с критически-
ми размерами. Именно потому, что такая ситуация имеет наиболь-
шее распространение в практике освоения закарстованных терри-
торий, методам оценки карстоопасности для относительно больших
территорий ниже уделено наибольшее внимание.
4.2.	Существующая практика оценки карстоопасности
В практике освоения закарстованных территорий в настоящее
время в большинстве случаев применяются методы, косвенно оце-
нивающие степень карстовой опасности путем качественной харак-
теристики условий развития карста (качественные методы) и коли-
чественного учета определенных параметров карстового процесса
(количественные методы).
Методы, позволяющие непосредственно оценивать карстовую
опасность для зданий и сооружений (например, путем определения
вероятности того, что проектируемый объект за данный период
времени не будет поражен карстовым провалом определенного
размера), лишь начинают внедряться в практику проектирования
в карстовых районах.
Качественные методы карстоопасности стали применяться еще
в начале века, главным образом при проектировании железных до-
80
рог. Кстати говоря, пристальное внимание инженеров путей сооб-
щения к проблеме объективной оценки карстоопасности в прошлом
11 в настоящее время вызывается, главным образом, двумя обстоя
гельствами.
1.	Образование карстовых деформаций (в первую очередь, про-
валов) в основании железнодорожного полотна пли опор мостов
может почти мгновенно привести к крушению поезда или к дли-
тельному перерыву движения поездов на целом направлении;
2.	Кардинальная противокарстовая защита железнодорожного
пути и искусственных сооружений как в техническом, так и в эко-
номическом отношениях значительно сложнее, чем для большинст-
ва зданий и сооружений.
Первые попытки оценки карстоопасности основывались на ка-
чественном учете поверхностных карстовых форм (карстовых во-
ронок). Так, известный русский геолог А. А. Чернов в зависимости
от типа, размеров и генезиса карстовых воронок территорию про-
хождения железнодорожной линии разделил на участки трех ти-
пов: опасные, менее опасные и неопасные.
В дальнейшем в качественных методах оценки устойчивости
шкарстованных территорий стали учитываться геологическое стро-
ение, гидрогеологические условия и характер подземной закарсто-
ванности. В методах качественной оценки карстовой опасности,
разрабатываемых в последнее время, находят отражение факторы
техногенного воздействия на активизацию карста. В табл. 4.1
приведены примеры качественных методов оценки карстовой опас-
ное гн.
Несмотря на то, что ециные критерии отнесения закарстован-
пых территорий к той или иной категории при использовании каче-
ственных методов оценки карстовой опасности отсутствуют, эти
методы имеют много общего.
I.	При оценке карстоопасности, как правило, учитывается ком-
плекс различных «поисковых» признаков, характеризующих в той
пmi иной мере активность карста, однако этот учет проводится ин-
13 итивно или без должного обоснования.
2.	Оценка дается на основании выявления сугубо региональ-
ных особенностей карста в исследуемом районе.
3.	Исследуемая территория, как правило, делится на три кате-
1<>рнп: сильно закарстованиый участок (нерекомендуемый для
строительства); незакарстованный или слабозакарстованный уча-
сюк (рекомендуемый для строительства); промежуточный по сте-
пени закарстованности участок (нежелательный для строитель-
<• I В.1).
4.	Качественные методы оценки в должной мере не учитывают
сроков службы, конструктивных и других особенностей соору-
жений.
5.	Для качественных методов оценки характерна чрезмерная
категоричность рекомендаций по характеру освоения закарстовап-
иых территорий.
81
Оо
Таблица 4.1. Оценка устойчивости закарстованных территорий
качественными методами, предолженная различными исследователями
Инженерная задача
Тип карста
Характерные признаки участков
Классификация терпи?орий
по категории устойчивости
Определение общих ус- ловий освоения террито- рий (Макеев 3. А., 1948) Проектирование желез- ной дороги (Дубров- кин В. Л., 1948) Определение условий строительства промыш- ленных и гражданских объектов (Лукин В. С., 1963) Проект реконструкции железной дороги (Яко- венко П. И., 1965) -			—- 		 Алл ут- гудаосту- <т\ ГО	Й н - -S	ГГИТ'-'рГ .1 (Мухин Ю. В., 1965> Градостроительное осво- ение территории (Туль- мон М., 1973) Определение общих ус- ловий освоения террито- рий (Лишковский Е., 1973)	Сульфатный по- крытый Сульфатный, от- крытый и покры- тый Сульфатный по- крытый Зульфатный по- крытый  Сульфатный по- крытый Карбонатный по- крытый	Сильное закарстование Карст выражен более слабо Карстовые явления интенсивны и зависят от мощности покрывающих пород Карстовые явления смягчены и не имеют катастрофического характера Карст отсутствует Наличие воронок выщелачивания или ста- рых воронок; отсутстие в настоящее время факторов, благоприятствующих появлению новых провалов вблизи трассы Наличие свежих воронок обрушения диа- метром до 2 м и глубиной до 1 м; отсутст- вие условий возникновения провалов более крупного размера. Наличие старых и све- жих воронок обрушения диаметром более 2 м и глубиной более 1 м Затухающий карст Слабо закарстованные гипсы Интенсивное развитие карста Отсутствие процессов выщелачивания, а гакже проявлений карстово-суффозионных процессов Одиночные карстовые воронки, неглубокие тарстовые лога, наличие процесса выщела- швания Наличие полостей, вскрытых рядом сква- кин, слабая минерализация подземных вод |окутс7Ме условен лм риагпш иуста*»- • т знойных пр иессов Наличие благоприятных устовн т.-я । вития карстово-суффозионных процес. в Возможны ёчагн развития карстово-суффо- зионных процессов Наличие монолитного гипса мощностью около 10 м в непрерывных; пластах; малое число замещенных или, брекчироваппых го- ризонтов; <^пабо выражения и ослабленная закарстованность; отсутствие крупных по- лостей	• т Наличие седельных линз гипса (от 0 до 10 м), а также замещенных брекчирован- ных горизонтов; ярко выраженная закарсто- ванность (крупные полости, ослабленные или осевшие зоны), наличие провалов по- верхности грунта Полное отсутствие гипса, наличие замещен- ных горизонтов, процесс карстования за- кончен Наличие консолидированных древних структур, образовавшихся вследствие обру- шения кровли полостей Наличие остаточных полостей и ослаблен- ных зон Наличие участков с разной степенью по- верхностной и подземной закарстованности, но без интенсивных карстопроявлений на поверхности. Карст недеятельный или древ- ний. Карстовые полости заполнены горной породой. Сведений о повреждении сооружений в ре- зультате карстовых процессов не имеется, в будущем они также маловероятны. Воз- можны осадки оснований под нагрузкой	1.	Площади явно непригодны для строительства 2.	Площади малопригодны 3.	Площади более благонадежны, чем площади группы 2 4.	Площади недостаточно благо- надежны 5.	Площади надежны 1.	Надежные участки 2.	Недостаточно надежные участ- ки 3.	Опасные участки 1.	Пригодные для строительства участки 2.	Менее надежные участки 3.	Непригодные для строительства участки 1.	I тип — непредставляющие в настоящее время опасности с точ- ат зрения возможности карстовых провалов 2.	II тип — с потенциально воз- можными карстовыми процессами 3.	III тип — с активными карсто- зыми процессами 1 тва -. II тип 3. III тип Зона I (зарождающийся карст) Зона II (современный карст) Зона III Подзона III — В (затухающий карст) Подзона III — А (древний карст) I категория
<х
Продолжение табл. 4.1
Инженерная задача	Тнп карста	Характерные признаки участков	Классификация территорий по категории устойчивости
Выявление условий строительства и эксплу- атации зданий и соору- жений в городе (Медве- дев О. П. и др., 1978)	Карбонатный по- крытый	Наличие повышенной закарстованности, скорость растворения пород небольшая. Встречаются незаполненные карстовые по- лости. Карстовые деформации в будущем, особенно под нагрузкой от соооружений, не исключены. Наличие поверхностной закарстованности Наличие близкой к поверхности закарсто- ванности Повышенная активность карстовых процес- сов (во времени). Вероятно появление осе- даний и провалов Свежие оседания поверхности Свежие провалы Наличие на поверхности земли проявлений карстово-суффозионных процессов в виде воронок н оседаний независимо от их гео- метрической формы и размеров. Наличие закарстованности карбонатных пород, про- являющихся в виде карстовых полостей размером более 1 м (открытых или запол- ненных слабым переотложенным материа- лом, особенно четвертичного возраста), зон дробления и выщелачивания Отсутствие водоупоров или слабое преры- вистое их развитие мощностью, как прави- ло, до 2—3 м Наличие вертикальной фильтрации подзем- ных вод, создающей условия для суффози- оиного выноса рыхлых отложений в закар- стованные породы с градиентом вертикаль- ной фильтрации более 3.	II категория Подкатегория А Подкатегория В III категория Подкатегория А Подкатегория В 1. Опасные районы
Приуроченность к долинам д	i
доледникового размыва, особенно с лот-
крытыми» бортами из карбонатных пород,
где возможна интенсивная горизонтальная
фильтрация
Образование в процессе бурения проваль-
ных воронок вокруг стволов скважин в ре-
зультате прорезания водоупоров и суффо-
зионного выноса песков в карстующиеся
известняки
Наличие температурных и гидрохимических
аномалий в подземных водах, свидетельст-
вующих об интенсивном вертикальном пе-
ретоке и нарушении режима подземных
вод
Слабая общая закарстованность, выража-
ющаяся в наличии единичных карстовых
полостей, не превышающих 1 м (открытых
или заполненных переотложенным матери-
алом), незначительной вторичной пористо-
сти, зон дробления и выщелачивания
Наличие невыдержанных по мощности (как
правило, менее 10 м) водоупоров из гор-
ных и каменноугольных глин
Наличие вертикальной фильтрации с гради-
ентом, не превышающим 3
Отсутствие одного из признаков, перечис-
ленных в п. I и 2
2. Потенциально опасные районы
3. Неопасные районы
6.	Качественные методы оценки являются лишь первым этапом
в оценке реальной опасности карста и принципиально не могут
быть использованы для обоснования конкретных инженерных ре-
шений в области протнвокарстовой защиты.
Следует обратить внимание на ряд типичных недостатков каче-
ственных методов оценки карстоопасности. В ряде случаев нару-
шаются правила формальной логики по классифицированию объ-
ектов исследования. Например, в некоторых случаях деление тер-
риторий на категории проводится не по одному основанию. Фигу-
рирующие в некоторых отличительных признаках качественные
параметры нс имеют должного обоснования и приняты интуитивно.
Следует заметить, что качественные методы оценки не являют-
ся достаточно объективными. Однако отказываться от их примене-
ния в настоящее время было бы принципиально неверно, так как
многие аспекты оценки карстовой опасности пока не имеют реше-
ний на количественном уровне. Тем не менее инженерная практика
освоения закарстованных территорий требует непременного учета
этих аспектов. Качественные методы предполагают (естественно,
в пределах своих возможностей) учет различных дополнительных
обстоятельств и региональных особенностей. Именно через качест-
венные методы оценки карстоопасности практика выдвигает перед
исследователями и инженерами необходимость решения задач ко-
личественного прогноза карстоопасности.
Прежде чем перейти к анализу методов, косвенно оценивающих
степень карстовой опасности путем учета количественных показа-
телей карстового процесса, назовем некоторые из них: 1) показа-
тели, характеризующие поверхностные проявления карста (пре-
имущественно, провалы); 2) характеризующие подземные прояв-
ления карста (главным образом, сформировавшиеся в карстую-
щихся породах вследствие их растворения).
Рассмотрим показатели первой группы. Важнейшим из них яв-
ляется показатель интенсивности карстовых провалов — среднего-
довое число карстовых провалов на 1 км2 закарстованных терри-
торий
Х=п/А/,	(4.1)
где п—число карстовых провалов, происшедших на площади А, км2, за t, лет.
Этот показатель был предложен в 1947 г. 3. А. Макеевым [32]
для характеристики закарстованной территории с целью ее строи-
тельного освоения. В настоящее время при оценке карстовой опас-
ности он используется наиболее широко и является одним из основ-
ных исходных параметров при вероятностной оценке карстовой
опасности.
Ф. Каммерер [87] также считает, что в основе инженерной
оценки закарстованных территорий должен быть учет интенсивно-
сти возникновения карстовых провалов. Однако он предлагает для
каждой группы находящихся на закарстованной территории соору-
жений предварительно находить критический диаметр провала dcr,
при котором возникает непосредственная опасность разрушения
86
i ооружений. При этом частота появления «критических провалов»
определяется по формуле, аналогичной (4 1)
Лс,. ncr/Af,	(4.2)
। к- и,-, — число зарегистрированных за время t провалов с диаметрами d^dcr
Обратной величиной показателя интенсивности карстовых про-
валов является средняя периодичность их образования
7=1 Л-	(4.3)
Число карстовых провалов (воронок) на единице площади
(I км2) принято называть плотностью карстовых провалов
qs=n/A.	(4.4)
Для характеристики пораженности территории (поверхности)
карстовыми провалами (воронками) Л. В. Голубевой предложен
площадной коэффициент закарстованности
K„ = 24SM,	(4.5)
1 в- 2Л«— суммарная площадь воронок на поверхности земли.
(ля характеристики поражаемости территории во времени
i I Л. Саваренским [56] введен показатель среднегодовой поража-
емое i n территории карстовыми провалами
Kai = SAs/At.	(4.6)
К. Л. Горбунова [47] предложила объемный коэффициент за-
клретованности
K„ = 2VSM,	(4.7)
। ле 2	— суммарный объем воронок на площади А.
II. А. Саваренскин предлагает определять показатель среднего-
loiioro прироста объема воронок [56] следующим образом:
Kvi- ZVs/Al,	(4.8)
। tv 21', — объем воронок, образовавшихся на площади А за время t.
Для характеристики размеров карстовых провалов используют
среднее значение диаметра провалов (воронок) d, его среднее квад-
р.пнческое отклонение Gd, максимальный диаметр dmax либо при-
водят кривые распределения или гистограммы диаметров провалов
(воронок).
Среди показателей второй группы отметим следующие показа-
|елп [23]:
линейный коэффициент внутренней закарстованности
KJc = 2hc/2Zb;	(4-9)
линейный коэффициент открытой закарстованности
KIo = 2ftCo/2Zb;	(4.10)
линейный коэффициент общей закарстованности
2йс-{-2 (Ziho—hka)
(4.П)
87
коэффициент аномальности
Кс --Nc/N-.	(4.12)
линейный коэффициент поверхностной закарстованности
Kh = (hh-hh)/hk.	(4.13)
В формулах (4.9—4.13) приняты следующие условные обозна-
чения:
lh — длина проходки скважин в толще карстующихся пород; hc — вертикальный
размер карстовой полости в месте бурения; ЛС() — вертикальный размер незапол-
ненной карстовой полости в месте бурения (провал инструмента); hK—полная
мощность карстующихся пород; А/г— средняя зафиксированная мощность кар-
стующихся пород; Nc — число скважин, вскрывших карстовые полости; N—об-
щее число скважин, вскрывших всю толщу закарстованных пород.
Н.	В. Родионовым [52] введен показатель современной актив-
ности карстовых процессов
KA = UdisIVm,	(4.14)
где Ут — объем массива карстующихся пород; Kiis — объем растворенной по-
роды, выносимой подземными водами из карстового массива за 1000 лет.
Существует и ряд других количественных параметров карсто-
вого процесса, сводка которых приводится в работе В. П. Коста-
рева [23].
Однако далеко не вес эти показатели применяются при оценке
карстовой опасности. В настоящее время в практике инженерно-
геологических изысканий часто вводят различные коэффициенты
вне связи их с оценкой карстовой опасности для проектируемых
сооружений.
В условиях покрытого глубокого карста при залегании кар-
стующпхся пород за пределами активной зоны основания соору-
жений наиболее целесообразными для оценки карстовой опасно-
сти являются показатель интенсивности карстовых провалов X и
значения геометрических параметров карстовых провалов (d, dmax,
g(i) . Другие же показатели в значительно меньшей степени могут
быть использованы для оценки карстоопасности. В лучшем случае
некоторые из них можно применить при решении частных инже-
нерных задач освоения закарстованных территорий.
Так, при выборе территорий для строительства (на стадии про-
екта районной планировки) целесообразно применять площадной
коэффициент закарстованности и показатель среднегодовой
поражаемости территории карстовыми провалами Kat для вычис-
ления доли площади, подверженной карстовым деформациям через
заданное время освоения территории td:
Kat = (Ka + Kat tdri'	(4.15)
где т] — осрсднсннын коэффициент, учитывающий наличие ослабленных зон во-
круг провалов, равный
Т] = 1+4„,МЯ,	(4.1G)
Aw — площадь ослабленной зоны вокруг провала (воронки).
88
Если значение 1—Kta окажется близким к значению плотно-
гц| застройки или меньше его (достаточно редкие случаи), то,
естественно, рассматриваемую территорию следует считать как
крайне неблагоприятную для освоения.
Такие показатели поверхностной закарстованности, как объем-
ный коэффициент закарстованности и показатель среднегодового
прироста объема воронок вообще не применимы для оценки кар-
етной опасности. Разумеется, они могут быть в какой-то мере ис-
пользованы при разработке определенных концепций механизма
ра ИП1ТПЯ карста в различных природных условиях, которые позво-
ни-, в конечном итоге, по новому подойти к оценке карстовой опас-
ное гп. Но рекомендовать определять их значение, не указывая, в
какой мере они повлияют на оценку карстоопасности, как это, на-
пример, делается в работе [50], неправомерно.
Аналогично можно рассуждать о показателе современной ак-
iявности карстовых процессов, предложенном Н. В. Родионовым.
)гот показатель отражает суммарный результат действия факто-
ров п наличия условий, влияющих на скорость процесса растворе-
ния карстующихся пород (литологический состав карстующихся
пород, их мощность и степень трещиноватости, агрессивность и
скорость движения подземных вод в течение определенного време-
ни п г. д.) и может служить лишь для сравнительной оценки ин-
leiicnnHOCTH процессов растворения в определенный период време-
ни для районов с различными природными условиями. Использо-
ван не показателя современной активности карстовых процессов
дня оценки карстоопасности не является оправданным, ибо, как
справедливо указывает Н. В. Родионов [52], вынос растворенной
породы отдельными родниками или другими карстовыми потока-
ми очень мало говорит нам о скорости расширения подземных
карстовых форм и тем более, заметим от себя, об интенсивности
п характере карстопроявлений на поверхности земли. Следует за-
метить, что в «Справочнике по инженерной геологии» [61], в
котором практически отсутствуют сведения о современных мето-
дах оценки карстовой опасности, малоэффективный показатель
современной активности карстовых процессов дается как один из
основных.
Скорость растворения (активность карстования) среднераство-
римых и тем более труднорастворимых карстующихся пород не
может в период срока службы сооружений считаться абсолютным
показателем карстовой опасности для инженерных сооружений
без учета количества, размеров и характера подземных карстовых
форм, образовавшихся за всю историю развития карста и без оцен-
ки их потенциальной способности реализации в основании соору-
жений. В связи с этим далеко не для всех случаев правомерным
является категоричное мнение некоторых исследователей (см. на-
пример, [13]) о том, что количественная оценка карстовой опасно-
сти должна основываться на определении данных об интенсивно-
сти водообмена различных частей карстового массива.
ПН
Таблица 4.2. Различные методы определения устойчивости
закарстованных территорий в зависимиости от показателя
интенсивности карстовых провалов
Территории	Классифи- кация категорий устойчи востн	Показатель интен- сивности карстовых провалов К, и ровалы /км2- год	Автор классифика- ции (год опублико- вания)
Весьма неустойчивые Неустойчивые Средней устойчивости Устойчивые Весьма устойчивые	I II III IV V	5—10 1—5 0,05—1 0,02—0,05 <0,02	3. А. Макеев (1947)
Катастрофические Весьма неустойчивые Неустойчивые Слабо устойчивые Устойчивые	V IV III 11 I	>10 1 — 10 0,1—1 0,01 0,1 4 0,01	Г. А. Максимович (1961)
Очень неустойчивые Неустойчивые Недостаточно устойчивые С несколько пониженной устой- чивостью Относительно устойчивые Устойч ивые	1 II III IV V VI	>1 0,1 — 1 0,05—0,1 0,01—0,05 <0,01 0	И. А. Саварепский (1967)
В. П. Костарев совершенно правильно поднимает вопрос о не-
обходимости поиска корреляционных связей между различными
параметрами закарстованности п показателем интенсивности кар-
стовых провалов и их размерами. В инженерно-геологической
практике имеются примеры определения таких связей между плот-
ностью воронок, площадным коэффициентом закарстованности,
коэффициентом аномальности, с одной стороны, и показателем ин-
тенсивности карстовых провалов, с другой [37].
Несколько подробнее остановимся на способах учета показа-
теля интенсивности карстовых провалов и их диаметров при оцен-
ке карстовой опасности.
Впервые показатель интенсивности карстовых провалов был
применен для оценки устойчивости закарстованных территорий
3. А. Макеевым [32]. В зависимости от значения X закарстован-
пые территории были разделены па 5 категорий (табл. 4.2). Оче-
видно, на принцип такого деления повлияло стремление автора
придать объективность тем пяти категориям устойчивости, кото-
рые были впервые им намечены на основе качественных призна-
ков. Вполне возможно, что на выбор такого числа категорий пов-
лияла и привычка оценивать явления в 5-баллыюй системе
90
(I — весьма плохо, 2 — плохо, 3 — посредственно, 4 — хорошо. 5 —
весьма хорошо). 3. А. Макеевым не дается какого-либо обоснова-
ния значений интервалов X, характеризующих различные катего-
рии устойчивости. Они назначены субъективно, как это часто де-
лается при «географических» классификациях природных явлений.
Гем не менее категориям устойчивости приданы такие названия, из
которых можно сделать более или менее определенные практиче-
ские выводы. Неудачными являются и номера классов категорий,
являющихся своеобразными баллами. Более привычным было бы
присвоение наиболее устойчивым территориям наименьшего балла
(I) и соответственно весьма неустойчивым — высшего балла (V),
как это, например, принято при оценке опасности в сейсмических
районах.
Несмотря на недостатки рассмотренной количественной клас-
сификации закарстованных территорий по степени их устойчиво-
егп, опа существенным образом повлияла на структуру последую-
щих классификаций (очевидно, в силу того, что была одной из
первых). Так, в классификации Г. А. Максимовича [33] также
сохранена 5-балльная система (однако, названия категорий были
несколько изменены). Кроме того, автор по-иному подошел к назна-
чению интервалов значений, характеризующих категории устойчи
воегн, взяв за основу десятичную систему исчисления, которые
отличаются один от другого на порядок. Однако эти интервалы
опять же не имеют обоснования с позиции карстоопасности для
инженерных сооружений. Категориям присвоены более логичные
номера (I — категории «устойчивые»; V — «катастрофические» тер-
ритории) .
В классификации устойчивости закарстованных территорий
11. Л. Саваренского, вошедшей в «Рекомендации по инженерно-гео-
югнвеским изысканиям и оценке территорий для промышленного
и гражданского строительства в карстовых районах СССР»
(1967 г.) и «Рекомендации по проектированию зданий и сооруже-
ний в карстовых районах СССР» (1967 г), по сути дела сохрани
лось деление на пять категорий (категория VI соответствует тер-
риториям, где карстовые провалы невозможны). Она в определен-
ной мере соответствует классификациям как 3. А. Макеева (на-
пример, номера категорий), гак и Г. А. Максимовича (соответст-
вие интервалов значений к в основном десятичной системе счисле-
ния). Названия категорий устойчивости, претендующие, как и в
предыдущих классификациях, па характеристику абсолютной кар
стовой опасности (очень неустойчивые, неустойчивые и т. д.), npiin
цпппальпо ог них не отличаются.
Основными недостатками названных способов оценки карего
опасности территорий являются следующие.
1.	Не учитываются возможные диаметры карстовых провалов,
которые двояко влияют на степень карстовой опасности. Во-пер-
вых, от их значения зависит размер ущерба при образовании про
вала в основании сооружений: чем больше диаметр провала, гем
больше (при прочих равных условиях) ущерб и, следовательно,
•И
опасность. Во-вторых, вероятность попадания провала под фунда-
мент сооружения в значительной степени определяется его диамет-
ром: чем больше диаметр, тем эта вероятность при прочих равных
условиях больше. Как известно, диаметры провалов даже в одном
карстовом районе варьируются в достаточно широких пределах
(например, в карстовом районе г. Дзержинска они изменяются от
2 до 30 м). Нетрудно видеть, что площади поражения территории
карстовыми провалами могут отличаться одна от другой при раз-
личных диаметрах и постоянном значении X па 1—2 п даже на
3 порядка.
2.	Градации значений X, положенные в основу выделения ка-
тегорий устойчивости, не имеют должного технико-экономического
обоснования. Правда, в [51] сделана попытка такого обоснования
для некоторых частных случаев (здание конкретных размеров,
диаметры провалов 5 и 10 м) на основе сугубо приближенных рас-
четов периодичности поражения здания. В результате признано
целесообразным территории со значениями Х=0,05—0,1 и 0,01 —
0,05 рассматривать как отдельные категории.
3.	Категории устойчивости имеют названия, претендующие на
абсолютную оценку степени устойчивости (карстоопасности) тер-
риторий. Этот недостаток, несмотря на кажущуюся его незначи-
тельность, оказал серьезное негативное влияние на организацию
инженерных изысканий и протнвокарстовой защиты. В связи с
этим остановимся на этом обстоятельстве подробнее.
В «Рекомендациях по проектированию зданий и сооружений в
карстовых районах СССР» (1967 г.) категории устойчивости ха-
рактеризуются различной степенью пригодности для строительст-
ва, что является основой для практических рекомендаций по ха-
рактеру застройки (табл. 4.3).
Подобного рода рекомендации несмотря на их недостаточную
обоснованность для многих практических работников проектных и
изыскательских организаций оказались «удобными» в силу того,
что они пе предусматривали каких-либо расчетных операций с
параметром карстоопасности %. Таким образом, численные значе-
ния 7. для характеристики категорий устойчивости по существу
оказались ненужными. Такое положение привело к тому, что мно-
гие практические работники и исследователи на основе сугубо ка-
чественного анализа природных условий или субъективного учета
количественных характеристик карстового процесса стали присва-
ивать различным участкам исследуемой территории те пли иные
стандартные названия (неустойчивые, недостаточно устойчивые
и т. д.) и вслед за этим соответствующие нм значения X и .назна-
чать согласно [51] характер застройки. Такой подход к оценке
карстовой опасности по существу является качественным (а не ко-
личественным), па основе которого нельзя добиться экономически
обоснованных и тем более оптимальных инженерных решений. Тем
пе менее следует признать, что работы [50, 51] в значительной сте-
пени упорядочили инженерные изыскания и проектирование при
освоении закарстованных территорий.
92
93
Как уже указывалось, на территориях, где возможны карсто-1
ныс провалы, карстоопасность определяется не только интенсив-
ностью образования провалов, но и их размерами, в первую оче-
редь диаметрами. Кроме того, диаметр карстового провала счита-1
ется основным параметром при проектировании конструктивного]
протпвокарстового усиления зданий и сооружений, являющегося '
в настоящее время преобладающим способом противокарстовой
защиты. В силу того, что этот параметр не определяется рассмот-
ренными выше категориями устойчивости, в последнее время по-
явились предложения по оценке степени карстовой опасности в
зависимости ог значения диаметра провалов.
Так, В. С. Лукин и Ю. А. Ежов считают [30], что основным
критерием при оценке карстовой опасности должен быть макси-
мально возможный (предельный) диаметр dmax карстового прова-
ла. В зависимости ог его значения они разделили район сульфат-
ного карста геррнгорни г. Кунгура па три подрайона: с тЛпах^бм,
м и г/,Н((У^13 м. Эти подрайоны дополнительно разделе-
ны па ряд участков, характеризующихся плотностью карстовых
провалов, показателем интенсивноеги карстовых провалов, а так-
же геологическими и гидрогеологическими условиями. При этом
территории с т/,Н(1Т^5 м считаются практически неопасными для
строительства, а территории с	м непригодными для строи-
тельства пли пригодными после проведения соответствующей раз-
ведки и при реализации специальной противокарстовой защиты.
Изложенный подход к оценке карстовой опасности представ-
ляет несомненный интерес, особенно с точки зрения учета регио-
нальных особенностей исследуемого района. Он в определенной
мере отражает оценку реальной карстовой опасности применитель-
но к природным условиям г. Кунгура, где на территориях с малы-
ми диаметрами провалов в большинстве случаев мала и их интен-
сивность, а коэффициенты вариации диаметров провалов в раз-
личных подрайонах, очевидно, близки между собой (статистиче-
ские характеристики распределений диаметров провалов в работе
[30] не приведены). В общем случае (при различных сочетаниях
значений диаметров и показателей интенсивности провалов) изло-
женный подход не будет в полной мере отражать реальной карсто-
вой опасности, так как он лишь косвенно учитывает потенциаль-
ную возможность образования провалов.
II. С. Метелюк и В. В. Пушкарев [39] в зависимости от прогно-
зируемых размеров провалов (диаметр и глубина) подразделяют
закарсюванные территории на четыре группы (табл. 4.4).
Как видим, здесь показатель интенсивности карстовых провалов
вообще не принят во внимание, тем самым опасность самого фак-
та образования провала не оценивается. Поэтому эта классифи-
кация по существу является классификацией по степени сложности
конструктивной противокарстовой защиты при условии, что про-
вал произошел.
Достоинством классификации является то, что интервалы диа-
метров провалов, которыми характеризуются группы территорий,
94
I ii 6 л и ц a 4.4. Группы закарстованных территорий в зависимости
и р.нмеров прогнозируемых провалов
Группа территорий	Диаметр провала, м	Глубина провала, м
I	20—30	20—10
п	20—10	10—5
III	10—3	5—2
IV	3—0,5	2—0,5
и । пычепы на основе опыта расчета конструктивного усиления
। taniiii от воздействия карстовых провалов.
Недостатки рассматриваемой классификации. Деление терри-
lopiui одновременно по двум невзаимосвязанным признакам (диа-
мг|рам и глубинам провалов) является неправомерным с точки
«рения формальной логики. Анализ же размеров карстовых прова-
кш в различных природных условиях показывает, что приведен-
ные п табл. 4.4 соответствующие один другому интервалы диа-
ме|рои и глубин провалов отражают лишь сугубо частные случаи.
Неправомерно также ограничение диаметров провалов верх-
ним (30 м) и нижним пределами (0,5 м).
На основе классификаций карстоопасности И. А. Саваренского
| >0|, II. С. Метелюка и В. В. Пушкарева [39] применительно к
ыклретвованным территориям, для которых наиболее характер-
ными поверхностными деформациями являются провалы, в новой
ре 1.ТКЦ11Ц «Рекомендаций по инженерно-геологическим изысканиям
п оценке территорий в карстовых районах СССР» предложена
। пии тическая» классификация одновременно по двум практиче-
IKU независимым признакам — показателю интенсивности прова-
11,11	и их прогнозируемому (средневероятному) диа-
Meipy d (табл. 4.5). При этом категории карстовой опасности име-
ни двойной индекс (1А, 2А, ..., 5Г). Такие категории позволяют
(iiniee обоснованно назначать рекомендации по освоению закар-
< юнаииых территорий при составлении проектов районной плани-
ровки и генеральных планов городов и поселков. На этих стадиях
п большинстве случаев достаточными могут быть рекомендации
общего характера (см. табл. 4.5).
Такого рода рекомендации целесообразно выдавать для раз-
шчиых видов городских территорий [63], условно объединив их
и следующие группы:
I—селитебные территории (кроме территорий зеленых насаж-
leniiH общего пользования), территории промышленных зон, тер-
ритории размещения магистральных железных дорог, аэродромов,
автовокзалов;
II—территории зон коммунально-складских и внешнего транс-
порта (кроме территорий размещения магистральных железных
дорог, аэродромов, автовокзалов);
III — территории санитарпо-тсхппческих устройств, питомников,
кладбищ и т. д.
95
Таблица 4.5. Общие рекомендации по строительству в карстовых районах
применительно к отдельным группам территорий в зависимости
от их функционального назначения и категорий устойчивости
Лринечанив.
- строительство не рекомендуете#;
“| - строительство допускается при
J осуществлении пратиВскарстоВой
защиты.
~I -строительство допускается без
-1 ограничений
Основой для принятия рекомендаций послужило определение
условно расчетного размера карстового провала в плане в основа-
нии сооружений (рис. 4.1) в зависимости от значений X, d, срока
службы tn п степени ответственности сооружений по методике, из-
лагаемой ниже.
Таким образом, совместный учет диаметров провалов и интен-
сивности их образования, даже при недостаточно обоснованных
градациях этих параметров, позволяет с большей объективностью,
чем в рассмотренных выше работах, подойти к планированию осво-
ения закарстованных территорий.
96
I’m. 4.1. Пример определения значений расчетного пролета карстового провала на ранних
। hi (них проектирования
/ область вероятных расчетных пролетов карстового провала; 2 — категория карстоопас-
пи ш; 3— группы территорий (см. табл. 4.5)
Оценка карстоопасности топ или иной территории с использо-
П.Ш11СМ статистических параметров карстового процесса (например,
Л, г/), определенных для этой категории, имеет ту особенность, что
 арактернстика степени карстоопасности отдельных участков внут-
ри iioii территории с теми же значениями параметров является
приблизительной. При этом степень приближения оценки карсто-
iiii.iciiociii отдельного участка к истинной (т. е. определенной для
всей к-ррптории в целом) будет тем больше, чем больше площадь
уч.н гка и однородность территории. На последнее обстоятельство
i ир.шедливо обращали внимание многие исследователи [13, 77].
Следует обратить внимание, что в практике инженерно-геологи-
ческих изысканий существуют два подхода по этому вопросу.
II ряде случаев при исследовании статистических параметров кар-
• юпрояпленип степень однородности территории не оценивается
вообще пли оценивается сугубо субъективно. В других случаях вы-
иицаются очень жесткие требования к степени однородности тер-
piiiopini, в том числе по факторам (условиям), незначительно вли-
яющим на рассматриваемый параметр.
Одной из важных задач, решение которой должно предшество-
п.1 н> определению статистических параметров карстоопасности, яв-
ок-гея выделение площадей условно однородных по значениям
•|> 1кюров (условиям), существенно влияющим на принятые для
чц икп карстоопасности параметры в рассматриваемом регионе.
1.3.	Выявление влияния природных факторов
па параметры образования карстовых провалов
При исследовании карста возникает задача районирования за-
карстованных территорий по условиям развития карста и, в част-
ности, по условиям провалообразования. При этом необходимо вы-
1 J.IK. 1059
97
явить степень и характер влияния отдельных природных факто-
ров на интенсивность и размеры карстовых провалов.
Еще в 1948 г. проф. И. В. Попов указывал, что «определение
размеров, времени возникновения и скорости развития карста дол-
жно основываться на тщательном изучении и оценке относительной
роли каждого из факторов карстообразованпя па каждом участке
изучаемой местности».
Перечень природных факторов должен определяться из схем
механизма карстовых провалов, построенных па детерминирован-
ной (количественной или качественной) основе, применительно к
конкретной инженерно-геологической и гидрогеологи ческой обста-
новке (см. разд. 2)*. Вследствие различного реального сочетания
значений этих факторов действие их в целом на рассматриваемой
территории может быть выявлено лишь путем статистического
анализа. При этом анализ будет тем точнее, чем в большей степе-
ни соблюдаются следующие допущения.
1.	Анализируемые провалы однотипны по механизму их обра-
зования.
2.	Условия сохранности карстовых провалов на рассматривае-
мой территории примерно одинаковы В противном случае целесо-
образно предваригелыю районировать эту территорию по услови-
ям пп. 1 и 2.
3.	Внешние природные условия практически пе изменяются за
время, соизмеримое со средним сроком сохранности на земной по-
верхности карстовых провалов.
4.	Число карстовых провалов, на образование которых оказали
влияние техногенные факторы, по отношению к общему числу про-
валов на данной территории несравнимо мало.
5.	Исследуемые природные факторы мало связаны с эволюци-
онным характером карстового процесса.
Количественно оценивать влияние природных факторов на ин-
тенсивность карстовых провалов па рассматриваемой территории
удобно при использовании вероятностно-статистических методов.
При этом следует установить:
1)	наличие связи между данным фактором и происхождением
провала;
2)	характер и силу этой связи;
3)	степень значимости каждого из рассматриваемых факторов.
Первые две задачи могут быть решены методами теории каче-
ственных признаков, целесообразность использования которой свя-
зана с тем, что сам факт происхождения провала количественно
не выражается. Кроме того, теорию качественных признаков, как
известно, удобно применять в том случае, когда исследуемые фак-
торы могут быть охарактеризованы не только количественно, но и
* На необходимость выбора для статистического анализа факторов с содержа-
тельной точки зрения следует обратить особое внимание, ибо имеются слу-
чаи, когда анализируются факторы, число которых доходит до нескольких
десятков и даже сотен. Вряд ли такой формальный подход можно считать
оправданным как с принципиальной, так и с практической точек зрения.
98
качественно (например, Особенности геологического строения ис-
е.юдуемоп площади, се тектонические характеристики и т. и.).
Исходными данными являются: карта карстовых провалов, вы-
полненная на кальке, и карты рассматриваемых природных фак-
горов с выделением участков, соответствующих отдельным призна-
кам данного фактора (рекомендуется выделять 2—4 признака).
Все карты выполняются в одном масштабе (рекомендуется
масштаб не менее 1 : 25000).
Ввиду того, что образование карстового провала происходит
под действием многочисленных природных факторов, влияние каж-
Рис. 4.3. Геологический разрез карстового района
1 - песок; 2 — глина; 3 — известняк; 4 — гипс; 5 — уровень воды
4:
99
дого из mix проявляется в виде тенденции, которая количественно
может быть выражена системой коэффициентов связи, имеющих
применительно к поставленной задаче вид [66]:
я,(Л—_	(4 17)
nt (А — -4j) + (n—П}) Ai
где А — общая площадь территории распространения данного фактора; Ai —
площадь i-ro признака фактора; щ — количество карстовых провалов на пло-
щади At; п- общее число воронок на площади А.
VZTZfr imnn*
Рис. 4.4. Карга зале1аппи сульфа (пых карстующихся пород па глубине /7</, м
1	10 . . . 30; Л - 30 . . . 50; 3 Оолсе 50
1Ш»
Рис. 1.5. Карта МО1Ц111Ц.1Н г.ши hi, м, над карстующимися породами
/ I шип <»гсуicjiiyiui; 2 менее 5; 3 — 5 ...10; 4—10 ...15; 5 — более 15.
100
Величина Qj изменяется от —1 (провалы невозможны при
i м признаке исследуемого фактора) до -|-1 (провалы возможны
KwibKO при i-м признаке).
Выявленная с помощью коэффициентов связи Qi тенденция об-
p.i ювання карстовых провалов при изменении значений признаков
рассматриваемого фактора должна находить свое подтверждение
пл детерминированной модели механизма карстового провала.
В противном случае необходимо искать ошибку, допущенную при
г ки нетическом анализе пли попытаться изменить свое представле-
ние о механизме провала.
Рассмотрим пример. В карстовом районе (рис. 4.2), геологиче-
ское строение которого характеризуется разрезом, представленном
пл рис. 4.3, требуется сравнить влияние двух факторов на частоту
образования провалов глубины залегания карстующихся гипсов
И,, (рис. 4.4) п мощности глии над карстующимися породами hi
(рис 4.5).
Накладываем карту поверхностной закарстованности соответ-
ственно на карты названных выше факторов и заполняем табли-
цы сопряженности (табл. 4.6).
I .1 б л и ц а 4.6. Определение коэффициентов связи
1 кследуемый фактор	Площадь терри- тории Al, усл. ед.	Число воронок т, шт.	Qi
1 lyOuua залегания карстую- щихся пород, м: 10—30 30—50 >50	1090 3256 6794 2 = 11 140	511 1220 1275 2=3006	+0,31 +0,25 —0,36
Мощность глин над карстую- щнмися породами, м: 0—5 5—10 10—15 >15	1370 1660 2360 1110 2=6400	432 490 654 181 2 = 1757	+0,10 +0,06 +0,02 —0,24
Анализируя характер изменения коэффициентов Q, (рис. 4.6),
можно сделать следующие выводы.
С увеличением глубины залегания карстующихся пород тенден-
ция образования провалов соответственно уменьшается. Это можно
обьяснпгь тем, что при увеличении глубины валегаиия карстую-
щихся пород возникают более благоприятные условия для запол-
нения полости продуктами обрушения и, следовательно, се даль-
нейшее развитие приостанавливается. В наиболее резкой форме
это проявляется при больших глубинах (>50 м).
При увеличении мощности глин, перекрывающих карстующие-
ся породы, в интервале до 15 м существует незначительная тен-
101
Рис. 4.6. Изменение коэффициента связи Q в зависимости от глубины залегания карстую-
щихся пород (а) и мощности глин над карстующимнся породами (б)
денцпя в уменьшении интенсивности провалов. При большей же
мощности (>15 м) опа проявляется более резко. Это может быть
объяснено тем, что уже сам факт наличия в кровле карстующих-
ся пород слабоводопроппцаемых глин (почти независимо от их
мощности) создает условия, при которых процесс растворения кар-
стующихся пород и соответственно образования провалов затруд-
нен. При большой же мощности глин, кроме того, существенно
повышается устойчивость кровли карстовой полости.
Таким образом, с помощью коэффициентов связи можно полу-
чить определенные количественные соотношения, выражающие
тенденции образования карстовых провалов в зависимости от из-
менения значений данного фактора.
Для определения степени влияния отдельных природных фак-
торов в целом па интенсивность образования провалов воспользу-
емся попятном энтропии из теории информации, где доказывает-
ся, что энтропия может служить мерой неопределенности системы:
т
Е= — (Pi log2 /’«)>	(4- 18>
< = 1
где Pi — вероятность i-ro события; in - число несовместимых, составляющих
полную группу событий.
т
2 Pi 1-	(4.19)
> ।
Значения функции pjog2/?i могут находиться по специальным
таблицам.
В том случае, koi да система состоит из равиовозможных собы-
тий (вероятности pt, р2, ..., рт равны между собой), энтропия мак-
симальна. Чем определеннее система, тем меньше энтропия. И, на-
конец, когда одно из значений pi равно единице, а, следовательно,
остальные слагаемые в формуле (4.19) равны нулю (вполне опре-
деленная система), энтропия равна пулю.
102
Обозначим через />с8г- условную вероятность образования кар-
< юного провала на единице площади территории, обладающей оп-
рс ц-ленным (t-м) значением какого-либо природного фактора при
условии, что провал произошел. Очевидно, эти условные вероятно-
го! определенного природного фактора являются несовместными и
(оставляют полную группу событий.
Применив понятие энтропии, можно утверждать, что:
а)	если исследуемый фактор не влияет на образование карсто-
вою провала (т. с. Рс«г - Pcs2 = ... — ₽<•»„,), то энтропия макси-
мальна
б)	если образование провала целиком определяется только од-
ним шачением природного фактора (т ,е. провал возможен лишь
ври одном фиксированном значении признака), то энтропия равна
нулю:
в)	промежуточными значениями энтропии (от нуля до Етах)
можно оценить влияние различных природных факторов в целом
па образование карстовых провалов.
Сравнивая между собой энтропии нескольких природных фак-
торов (при постоянном числе признаков т у каждого фактора),
можно найти таким образом степень их значимости в отношении
влияния факторов на образование карстовых провалов.
В случае, когда отдельные факторы имеют равное число при-
(иаков т, сопоставление их возможно при сравнении отношений
ни ронин максимальной Етах (при определенном числе призна-
ков) к полученной Е. При этом степень значимости сравниваемых
фак торов тем больше, чем больше Етах/Е.
Значения условных вероятностен Pcst (при условии, что про-
вал произошел) можно определить, предположив, что отношение
числа карстовых воронок, приходящихся на единицу площади од-
ного признака, к числу воронок на единицу площади другого прп-
шака данного фактора, будут приблизительно равны соответству-
ющим отношениям условных вероятностей возникновения прова-
юи на равных по площадям территориям с этими признаками.
Теперь может быть поставлена следующая задача. Происходит
карстовый провал. Каковы вероятности pcsll pcs2, ..., pcsm
юго, что провал произойдет на равных территориях с признаками
I, 2, ..., tn. Очевидно, события, обозначающие происхождение про-
вала на территориях с признаками 1,2, .., т являются несовме-
стными.
11оэтому
Pcs, + Pcs2 + •   + Pcsln — 1 	(4.20)
11усть
<?st/9sm ~ PcSj/Pcs2 —“ ei > Cls‘,/(lsm ~ Pcs J Pcsx = B2>    •
^si /Clsm~ Pc!,i /l>csm~ei.	(4.21)
тогда
E1 Pcsm e2 Pcsm +  -  “I Bi Pcsm + - • - + Pcsm — 1 	(4.22)
103
Отсюда определяется значение Рсат, а затем Pcs,, pcs2, ... Pcs;
По значению критерия Етах/Е, характеризующего степень вли-
яния отдельных факторов па интенсивность образования провалов
на рассматриваемой территории можно ранжировать основные
природные факторы, влияющие на образование карстовых прова-
лов. Так, сравнивая по критерию Етах/Е факторы, рассмотренные
в приведенном примере (табл. 4.7), можно сделать вывод, что для
рассматриваемого карстового района фактор глубины залегания
карстующихся пород более существен, чем фактор мощности глин,
перекрывающих эти породы.
Таблица 4.7. Определение Етах/Е для двух природных факторов
Факторы	^СЗ. 1	Энтропия	Е max	Етах/Е
Глубина залегания карсту- ющп.хся пород, м: 10—30 30—50 50—70	0,456 0,362 0,182	0,5166 0,5307 0,4474 £=1,4947	1,5850	1,06
Мощность глин, м: 0—5 5—10 10—15 15—20	0,294 0,267 0,260 0,170	0,5192 0,5192 0,5053 0,4346 £=1,9717	2,0000	1,01
Таким образом, выбрав за уровень значимости определенное
значение (например, 1,01), можно выделить некоторое число при-
родных факторов, мало изменяющихся во времени, которые в
дальнейшем можно учитывать при районировании по интенсивно-
сти карстовых провалов.
Используя методы математической статистики, можно (при до-
статочности исходных данных) выявить характер и степень влия-
ния природных факторов на диаметр карстовых провалов. Для
ною, исходя из механизма карстовых провалов для исследуемого
района, необходимо предварительно наметить перечень природных
факторов, влияющих на диаметр провалов и по возможности с со-
держательной точки зрения (т. е. геомеханической, гидрогеологи-
ческой и г. п.) разбить их на ряд признаков. Далее необходимо
построить i пеюграммы распределения диаметров провалов, распо-
ложенных па ннощадях, соответствующих определенным призна-
кам того пли иного природного фактора (рис. 4.7) *. При разде-
* Гистограмм,। Анаме,ров провалов, показанные на рис. 4.7, построены с пс-
||<1Люо1!.||П1(‘м сведе11)||'| о размерах провалов, измеренных И. А. Саваренским.
104
О 3	6	9	12 15 18 21 2k 27 30 33 36 37 k2d,M
О о 6	9	12 15 18 21 2k 27 30 33 36 37 42 cf,M
Рис. 4.7. Гистограммы распределения диаметров карстовых провалов в рай-
ие г. Дзержинска
/ — при фиксированном значении глубины залегания гипсов: а — менее 30 м;
0 — 30—50 м; в — более 50 м; // — при фиксированном строении толщи по-
род над гипсами: а — пески-ь-глию i I-известняки; б — пески^-известняки; в —
пески; г — пески+глипы; /// — при фиксированном значении мощности глин:
а — 0 ... 5 м, б — 5 ... 10 м, в — более 10 м
105
.'кипи Диаметров по различным признакам удобно пользоваться
перфокартами. Далее отдельные выборки для одного фактора
сравниваются между собой на предмет принадлежности их к од-
ной генеральной совокупности (по критерию согласия Пирсона).
Если окажется, что все выборки какого-либо природного фактора
принадлежат к одной генеральной совокупности, то можно считать,
что этот фактор практически не влияет на размер карстового про-
вала. В результате такого сравнения выборок появляется возмож-
ность обьединеиня некоторых соседних выборок. Варьируя интер-
валы значений признака, можно наметить такие из них, при кото-
рых влияние этою фактора проявится в большей степени.
Для определения степени значимости рассматриваемых факто-
ров во силе их влияния иа величину карстового провала рекомен-
дуется вычислять коэффициент взаимной сопряженности А. А. Чуп-
рова (76], который применительно к нашей задаче имеет вид:
/\ /  /	,	If. 40 1
I/ ("'/ ’)('"<! В '4'li
где jna — число р.ктм.1 >|>ппаем1lx >111 rcpn.iaon диаметров; т/ — число признаков,
па которое разбит расем.прпвасм!ii> фактор; Ь,3 = пп1} — /цпд п— общее число
провалов, участвующих в с1аи1сн>чсскоп обработке; щ -число провалов, при-
надлежащих ему ших’рвалу дтт.тмстрон; и;—число провалов, принадлежащих
I му .щачеттшо при Шака.
По значениям котффицнепгои взаимной сопряженности можно
ранжировать рассмотренные природные факторы. Так, для карсто-
вого района г. Дзержинска коэффициенты взаимной сопряженно-
сти для рассмотренных природных факторов будут иметь следую-
щие значения:
Коэффициент
Факторы	взаимной
сопряженности
Глубина залегания гипсов.......................... 0,18
Особенность строения покрывающей гипсы толщи	0,13
Мощность глин..................................... 0,12
Глубина зеркала грунтовых вод в песках	0,08
Гидравлические уклоны грунтовых вод	0,08
Мощность известняков	....	0,05
Изложенные выше методы оценки влияния различных факто-
ров па параметры карстового процесса следует, естественно, рас-
сматривать как один из возможных. Например, в настоящее время
имеются интересные попытки оценить степень влияния природных
п техногенных факторов на активность карстовых процессов с ис-
пользованием теории распознавания образов [6].
4.4. Определение интенсивности карстовых провалов
расчетно-вероятносгным методом
Постановка задачи. Показатель интенсивности карстовых про-
валов Х=н/Л1 тем точнее будет отражать реальную интенсивность
провалов, чем больше зафиксировано провалов с известным го-
106
дом их образования. В большинстве же случаев время / сравни-
н-льно невелико, поэтому значение п приходится увеличивать за
счет увеличения площади территории А. Определенный таким об-
разом показатель интенсивности карстовых провалов характеризу-
ет более или менее объективно сравнительно большую по площади
территорию. На отдельных же участках объективная оценка пара-
метра К на основе полевых наблюдений возможна лишь в услови-
ях весьма интенсивного провалообразования. Однако в практике
освоения закарстованных территорий наиболее часто возникает
шдача определения параметра Z па небольших по площади уча-
стках в условиях, когда интенсивность провалов оценена более пли
менее объективно лишь в целом на сравнительно большой площа-
ди. В этом случае для определения 2. представляется целесообраз-
ным использовать расчетные, в частности, вероятностные методы.
Теоретические предпосылки предлагаемого метода. Выше было
показано, что необходимым условием образования провала на по-
верхности земли является наличие на глубине карстовой полости
и что не всякую карстовую полость за срок службы сооружения
следует считать опасной. Поэтому можно говорить о вероятности
проявления карстовой полости на поверхности земли в виде про-
пала.
Разделим исследуемую территорию площадью А, на которой за
шипый промежуток времени (например, за год) в среднем возни-
кает определенное число карстовых провалов, на N элементарных
итощадок площадью A/N.
Вероятность возникновения провала па какой-либо случайно
выбранной площадке можно представить как
Ps=PiP2,	(4.24)
где Pi — вероятность того, что на площади A/N существует карстовая полость;
/ч — вероятность того, что карстовая полость впоследствии, за определенный
срок проявится на поверхности земли в виде провала.
Если теперь увеличивать число элементарных площадок и, сле-
довательно, уменьшать их площадь, то вероятность Р1 будет так-
же уменьшаться. И, наконец, при А'—>оо Pj—>-() и Pf—>-()
Будем принимать во внимание лишь независимые между собой
провалы, т. е. когда образование провала в одном месте не изменя-
ет вероятности этого происхождения в другом и карстовые прова-
лы появляются поодиночке.
В теории вероятностей доказывается, что если соблюдены усло-
вия: 1) точки распределены в поле* статистически равномерно со
средней плотностью 2.л; 2) точки попадают в неперекрывающиеся
области независимым образом; 3) точки появляются поодиночке,
а не парами, тройками и т. д., то при N^oo и Ps—>0
limPPs = 2.z,	(4.25)
* Здесь под полем можно понимать и время.
107
а вероятность происхождения X событий за данный промежуток
времени равна
PsN(X)=e~KA^/Xl.	(4.26)
Закон распределения, описываемый формулой (4.26), носит
название закона редких событий, или закона Пуассона.
Ценным свойством этого закона является то, что математиче-
ское ожидание MX и дисперсия о2 равны параметру распределения
Хл, т. е.
Л4Х = о2 = Х4,	(4.27)
или, приближенно, для отдельной выборки
(4.28)
где X и о2 — соответственно среднее арифметическое и среднее квадратическое
отклонение.
На основании изложенного можно предполагать, что распреде-
ление независимых между собой карстовых провалов на той или
иной территории за определенный промежуток времени подчиняет-
ся закону Пуассона. При пом параметром распределения 7-д яв-
ляется математическое ожидание (среднее арифметическое) числа
провалов па исследуемой территории, возникающих в течение вы-
бранного промежутка времени (например, года).
Проверим это положение на примере карстового района Дзер-
жинска. Для рассмотрения возьмем территорию в пределах карты
распространения карстовых форм, составленной И. А. Саварен-
ским [56]. По данным Дзержинской карстовой станции (лабора-
тории) свежие кареновые провалы с 1953 по 1964 г. на площади
около 278 км2 распределялись следующим образом (табл. 4.8) *.
Как видим, Хяа!, что является одним из признаков того, что
распределение близко к закону Пуассона **.
Если отложи и. но осп абсцисс значение X,, а по оси ординат
соогве тс гнующее число лег, то получим эмпирическую кривую рас-
пределения провалов на данной площади во времени (рис. 4.8).
Выравнивание ее но кривой распределения Пуассона и сравнение
этих кривых по критериям согласия Пирсона и Колмогорова пока-
зали их хорошую сходимость.
В математической статистике доказывается, что если пара-
метр закона Пуассона менять в зависимости от единиц измерения
(времени, площади и т. д.), то вид распределения от этого не из-
менится. Гак, в рассмотренном выше примере было найдено, что
в среднем на площади 278 км2 возникает 4,5 провала в год
(Хд = 4,5) Среднее же число провалов, например, за 100 лет, отне-
* Именно в ни ниш в карстовом районе Дзержинска проводился тщатель-
III Hi сбор сведений о происшедших провалах, поэтому данные, приведенные
и । j6ji. 1.8, янляинея достаточно объективными.
** Qicjiyei лмепиь, ч1о многие природные явления, имеющие дискретный ха-
pmiep (<смле1 рясеиия пушимы и т. д.), также подчинены закону Пуассона
108
I л fl л и u a 4.8. Распределение образования карстовых провалов
....дам в карстовом районе Дзержинска_______________________
Годы	Число провалов	Хг-Х)2	Х(-Х)г
1953	3	— 1,5	2,25
1954	5	0.5	0,25
1955	2	—2,5	6,25
I95G	4	—0,5	0,25
1957	8	3,5	12,25
1958	6	1,5	2,25
1959	5	0,5	0,25
i960	4	—0,5	0,25
1961	6	1,5	2,25
1962	3	1,5	2,25
1963	1	-3,5	12,25
1964	7	2,5	6,25
	2А', = 54		2(Аг—Х)2=47
	Х = 54/12=4,5		о2 = 47/(12—1) =4,3
< t iiiioe на 1 км2 территории, аналогичной по инженерно-геологпче-
। ким условиям со всей исследуемой территории в целом, составит
(1,5X100)/278= 1,6, и закон распределения провалов за 100 лет
пл площади 1 км2 будет подчиняться закону Пуассона с парамет-
ром Х=1,6.
Па практике большей частью бывает необходимо знать среднее
число провалов за определенный промежуток времени на единице
площади, соответствующей определенному участку на территории
2, Очевидно, что чем больше число лет наблюдений, тем с боль-
шей достоверностью можно судить о среднем числе провалов в
единицу времени на единице площади какого-либо участка иссле-
1уемой территории и определение Xi в этом случае не вызывает
особых затруднений. Когда же число лет мало или площади задан-
ных участков относительно невелики, среднее число провалов на
единице площади в единицу времени можно найти теоретически,
пая значение X для всей исследуемой площади и общее число кар-
стовых провалов, соответственно для рассматриваемого участка и
всей исследуемой территории (в предположении выполнения усло-
вий, перечисленных в п. 4.3). Методика такого расчета заключает-
ся в следующем.
1.	По известному значению X для исследуемой территории на-
ходится вероятность того, что в данный отрезок времени на едини-
це площади не произойдет ни одного провала
р0 = ехр( —X).	(4.29)
Рис. 4.8. Распределение образования кар-
стовых провалов во времени на за карсто-
ванной территории
1 — полигон распределения; 2 — теоретиче*
ская кривая распределения
109
2.	Находится вероятность Р| „ того, чго произойдет хотя бы
одни провал
Р1-п = 1—Ро	(4.30)
и вероятность образования провала (при условии несовместимости
образования последующих провалов)
Р8 = Р1-п/(1 + Р1-п).	(4.31)
Следует иметь в виду, что при Х<0,2 (это характерно для
большинства карстовых районов) можно принять	По-
этому в дальнейшем для упрощения расчетных формул мы вос-
пользуемся этим приближенным равенством.
3.	Находится геометрическая вероятность встречаемости пло-
щади с определенным j-м значением (признаком) рассматривае-
мого природного фактора, распространенным на площади А:
1>}=Л}/А.	(4.32)
4.	Определяется вероятность возникновения провала на пло-
щади при условии, что провал произошел
Pscj~njln*	(4.33)
где tij — число карстовых воронок па площади Дд п — то же, на всей иссле-
дуемой территории.
5.	Из формулы вероятности гипотез (Байеса) находится веро-
ятность того, что на единице площади с признаком j рассматри-
ваемого фактора за заданный срок произойдет провал
Psj ~ Pg Pscj /Рj •	(4 • 34)
6.	Определяется вероятность того, что за этот срок на единице
площади с признаком j не произойдет ни одного провала
Paj=l-Psi.	(4.35)
7.	По значению Puj по таблице распределения Пуассона нахо-
дится X,, — среднее чнено карстовых провалов, возникающих за
определенный срок на единице площади территории с признаком j
фактора i (7,ц среднее число карстовых провалов, возникающих
за определенный срок па единице площади территории с призна-
Т а б л п ц а 1.!). Показатели интенсивности карстовых провалов ?.;3-
PdCCM 1 11>11 Н.Н’М 1 111 (|>1К1Ор	Признаки фактора	„	Провалое О» км2  год
1. Особенное п> строения по-	Пески	0,044
KpHiKitoiiu'ii lunch! |олщц	Пески — глины	0,009
	Пески — известняки	0,027
	Пески — глины — известняки	0,013
2. Глубина .<<1.'1еглнн>1 гипсов, м	10—30	0,030
	30—50	0,022
	>50	0,010
НО
ком 7 первого фактора; /.12^ то же, с признаком 2 первого факто-
ра п т. п.)
В габл. 4.9 в качестве примера приведены значения вычпе-
н-иные для территорий с фиксированными значениями двух рас-
смотренных факторов в карстовом районе Дзержинска (раздель-
но тля каждого фактора).
Для этих же территорий удалось построить кривые распределе-
ния провалов по натурным наблюдениям. Сравнение этих кривых
распределений е кривыми распределений, соответствующих расчет-
ным параметрам Xjj, с помощью критериев согласия Колмогорова
показало хорошую их сходимость.
Определение показателя интенсивности карстовых провалов в
(ависимости от сочетаний значений природных факторов. Как уже
\называлось, на образование карстовых провалов оказывает вли-
яние большое число природных факторов. При этом значения этих
факторов в пределах исследуемой территории варьируются в до-
вольно широких пределах. Поэтому теоретически каждой площад-
ке на данной территории соответствуют свои значения природных
факторов, которые и характеризуют интенсивность возникновения
провалов на этой площадке.
1 фактически же имеются довольно незначительные по площади
ырритории с приблизительно одинаковыми значениями основных
природных факторов и, следовательно, с одинаковыми значения-
ми i В силу этого не представляется возможным определять значе-
ние X при определенных сочетаниях признаков основных природ-
ных факторов не только путем непосредственного фиксирования
снежнх карстовых провалов за определенный промежуток време-
ни. по и с помощью выше описанной методики. Тем не менее, ре-
шение задачи определения параметра X на относительно неболь-
ших площадях с вполне определенными значениями основных при-
родных факторов становится особенно важной при зонировании за-
карстованных территорий для целей составления проектов деталь-
ной планировки и застройки в гражданском строительстве, генпла-
нов промпредприятий, трассировании линейных сооружений.
Воспользуемся особенностью распределения Пуассона, согласно
которой Х=о2. Для определения параметра X в отдельных зонах
территории с определенным сочетанием признаков основных при-
родных факторов будем учитывать только практически независи-
мые пли мало зависимые один от другого природные факторы.
В этом случае, как известно, ценным свойством дисперсии являет-
ся то, что, если в процессе имеется несколько факторов, каждый
из которых вносит какую-то долю в величину дисперсии конечного
продукта, то общая дисперсия равна сумме составляющих диспер-
сий, т. е.
Х=о2=о2+о2 + . .. + о2+о;,	(4 36)
где применительно к нашему случаю X — математическое ожидание показателя
интенсивности карстовых провалов; о2 — его дисперсия; о|, о2, . ., о2.— дис-
персии, вызываемые п учтенными факторами; о^ — остаточная дисперсия.
Ш
Аналогичные выражения можно написать для любой площади
исследуемой территории, в том числе и для площадей с одним
одинаковым признаком какого-либо фактора, т. е.
^11=011 = о2-и + °з-и + • • • + °1?_ 11+ • • -ОП -11 +°r— 11;
^12 = О? 2 =°2-12 + 03-12+ • • • + °f — 12 + • • - On—12 + Ог — 12:	(4.37)
^• = о?;.- =о,2_,7+о^_,7+ ... +о?_ ! _,7+ • •  +оз_у + о;_£/;
О^/;- of nk-l-O^-nk И |-О?-п/г+  ’ • +°п п/г + °А-п/г •
где Хн, o'fj - мл гема гичсское ожидание показателя интенсивности карстовых
провалов п его дисперсия для территории с признаком 1 первого фактора; Z12,
Hj2> hfii °ц', knit, — то же, соответственно для территорий с призна-
ком 2 первого фактора, признаком / i-ro фактора, признака k п-го фактора;
О|_1£-	—дисперсия, вызываемая изменчивостью признаков первого фактора
на площади территории с признаком j i-ю фактора; of—/7 —дисперсия, вы-
зываемая изменчивостью признаков второго фактора на той же площади
и т. д.;	- 0СТ.1 точная дисперсия на той же площади, состоящая из двух
частей.
Значения аг-ц определяется:
I) изменчивостью значений признаков различных факторов
(п _	\
У =Од_(7 ];
н=1	/
2) неучтенными факторами.
Таким образом,
п
°Н1= 2 °h— ll+°efc, п;
Ь—1
п
°г12 = 2 ОД—12 + °е/с, 12>
Д=1
(4.38)
°г/7= 2 °h-i/ + °<k<7’
Д=1
где	— осредненное значение дисперсии, возникшей из-за изменчивости
значении признаков h-ro фактора внутри этих признаков на площади /-го при-
знака i-ro фактора.
Ввиду7 того, что всегда можно выделить п факторов, оказыва-
ющих наибольшее влияние на образование провала (см. п. 4.3), то
целесообразно предположить, что действие прочих факторов не-
велико, и поэтому его можно равномерно распределить среди сла-
гаемых первого члена в уравнениях (4.38). Обозначим правые ча-
п _	п
сгп уравнения (4.38) соответственно через 2°д-и» 2 °л-12>  •
н _	/1=1	h=l
У, dj’ z, и уравнения (4.38) запишем в виде:
h I 1
п
•V..-2 с/Г-,.
/1 =
112
п
°r!2 = 2 °h — 12
ft—1
(4.39)
n
ariJ~ ah—if
h=l
При этом, очевидно, значения слагаемых в первой части (4.39)
будут несколько завышенными. Такое завышение компенсирует
неточности и ошибки, неизбежные при измерении площадей и под-
счете числа воронок, или же пойдет в запас.
Введем следующие обозначения:
c?j — дисперсия, вызываемая изменчивостью значения /-го признака i-ro фак-
тора; Ац — площадь распространения /-го признака i-ro фактора; Ahg-n —
площадь территории совместного распространения g-ro признака h-ro фактора
и /'-го признака i-ro фактора.
kli
Очевидно, У Ahe-u =Ац, где kh— число признаков, на кото-
S=l
рое разбивается фактор h.
Известно, что осредненная дисперсия
k.
^-0=7^-^ (°ол^-о)-	<4'4°)
а /=1
Если обозначить
^hg—ijl^ij = ahg—ijt	(4.41)
го выражение (4.40) можно переписать как
ki
&-.Г-	,'/)•	(4.42)
/~=1
Если обозначить ощ через oh через х2, oh через х3, . ..,,
о,^ через то система (4.38) с учетом (4.42) будет иметь вид:
o’ii=a:i+0'v2H о'л'зТ •+а?1_п4п^;
°и2 = 0'Л'1Н--»'2-Н0-л-3+... -|-а 12— nkn xh<	(4.43)
°?nkn~ankn-ii *i + a^n-12+*2+ '''
Всего число уравнений равно сумме признаков рассматривай-
п
мых факторов, т. е. /г=2 где ki — число признаков i-ro фак-
«=1
тора. Таким образом, получена система k линейных уравнений с
k неизвестными. Свободные члены этой системы оДь °И2, - . •.
Онплп могут быть найдены из выражений (4.37):
2 °п и-	<4-44)
п -1
Значения Од—у определяются методами дисперсного анализа.
113
После определения Ой-// (т. е. ol—и, <*з-и, •  •) по форму-
ле (4,44) ВЫЧИСЛЯЮТСЯ Оуц, О?12, • • •» °гпк , являющиеся свобод-
ными членами в системе линейных уравнений (4.43). Решив ее,
нетрудно найти значения параметра % при том пли ином сочетании
основных природных факторов, использовав свойство дисперсии
(4.36):
Х= 2 Xi.	(4.45)
i = i
Использование изложенной методики, естественно, возможно в
тех карстовых районах, где проводится систематизация инженер-
но-геологических, в том числе карстологических данных. В насто-
ящее время такая работа ведется во многих регионах страны, глав-
ным образом, силами территориальных изыскательских организа-
ций. Важно, чтобы на закарстованных территориях она проводи-
лась с учетом той специфики, которая, в частности, определяется
рассмотренной методикой. Следует отметить, что основной работой
при применении этой методики является не столько вычислитель-
ная, сколько работа по составлению карт природных факторов.
Оба вида работ могут с успехом выполняться с применением ЭВМ.
4.5. Микрорайонирование закарстованных территорий
по интенсивности образования карстовых провалов
на основе учета неравномерности их распространения
Одним из принципов микрорайонирования закарстованных тер-
риторий по интенсивности карстовых провалов должен быть учет
неравномерности распределения на площади карстовых провалов.
Исследование неравномерности дает возможность находить наи-
более объективные критерии для оценки границ распространения
провального процесса и более дифференцированно определять его
интенсивность. Одной из первых работ.по этой проблеме являют-
ся исследования В. П. Скуодиса (1968 г.) ио учету расстояний
между ближайшими провалами путем расчета средних расстоя-
ний между ближайшими провалами lsn в каждом выделенном уча-
стке. При этом плотность провалов определялась как l/lln. За-
служивает внимания предложение С. И. Парфенова (1968 г.) по
определению границ полей карстовых провалов. Эти границы
состоят из круговых элементов, имеющих диаметр не менее макси-
мального расстояния между любыми из ближайших провалов,
вследствие чего все провалы объединяются в общее поле.
И. Л. Саваренскнм предложен метод «удаленности от ближай-
шего проявления карста» [57, 58]. Сущность метода заключается
в построении карты «изолиний удаленности», каждая точка кото-
рых удалена от ближайшего провала на заданное расстояние (ра-
диус удаленности /?,.). Радиусы предлагается брать кратными
какому-нибудь модульному расстоянию, например 25 метров. Изо-
114
Рис. 4.9. Дифференцирование закарсто-
и.| иной территории по ее устойчивости
методом удаленности (по И. А. Савареи-
ткому)
4
липин, имеющие вид изолированных окружностей, на карту не
наносятся. Интенсивность образования провалов предлагается оп-
ределять после того, как рассчитаны поннтервальные и суммарные
шачеиия плотности провалов.
Метод в целом позволяет выявлять конфигурации полей про-
пилов и выделять наиболее опасные области. Недостатком метода
является то. что провалы 1 (рис. 4.9) фактически имеют разный
радиус влияния по различным направлениям и определяют одина-
ковую интенсивность для площадок 2 и 3, в то же время прова-
1ы 1, находящиеся между провалами 1 и площадкой 2, не влияют
пи величину интенсивности для этой площадки.
Метод определения параметров карстоопасности на основе ана-
ипа расстояний между провалами ls реализован в работе Ф. Рой-
юра, Д. Стойяна и П. Оляйкевича [97]. Сущность предлагаемой
ан горами оценки карстоопасности заключается в том, что анали-
nipycMoe поле п провалов представляется в виде определенной
ми тематической модели, по которой определяется граница опасной
|><>.11/1сти и условная вероятность Ри+1 появления в любой точке
иой области нового (»+1) провала. В общем виде формула этой
вероятности имеет вид
Р п+1 =
о при /S«/Smln;
Сп при ^s->^in/*>
Сп exp (P/V) в остальных случаях,
(4.46)
1Д<- L —наименьшее расстояние между провалами; Сп — нормированная no-
mln
। |оя)шая; Rinf — радиус влияния; р — некоторый параметр модели; N — коли-
,iiT)Ho провалов, расстояния до которых от (п+1)-го провала находятся в пре-
делах от / до Rinf.
mln
Параметры р, lsmln, Rinf определяются по функции кото-
рая выражается количеством пар провалов с расстоянием, мень-
шим заданного /5 и имеет следующий вид:
О при при ls < ZSmln;

« ( Ч - ^шш) еХ₽ ₽ ПР“ /smln<^< Rinf-
«(^2„f-/finln)exP₽+«(zs2-^„f) при is>Rinf-
(4.47)
I и сь a — некоторая безразмерная постоянная.
Согласно предлагаемой модели, граница опасной области опре-
н-ляется радиусом влияния, причем любой новый провал в этой об-
•.и ги будет иметь как минимум двух соседей, удаленных от него
ни расстояние не большее, чем Rinf-
115
Таким образом, изложенный метод позволяет формализован-
ным образом учесть расстояние между провалами, выделить опас-
ную область и учесть неравномерность распределения провалов в
иен путем расчета условной вероятности появления провалов в лю-
бой точке.
Вместе с гем методу присущи некоторые недостатки. Во-пер-
вых, не обоснована, по мнению авторов, оценка карстоопасности
для площадок, ограниченных окружностями радиусом 4п11п- Со-
гласно предлагаемой модели, вероятность образования провала в
их пределах равна нулю. Такое условие правомерно лишь в том
случае, когда образование провала в пределах этих площадок яв-
ляется зависимым событием и /SmlQ принимает значение «радиуса
зависимости». Наименьшее расстояние между провалами (для рас-
сматриваемого авторами примера равное 300 м) вряд ли можно счи-
тать близким к «радиусу зависимости». Во-вторых, отсутствует
обоснование условия, по которому является опасной лишь та об-
ласть, где любой новый провал будет иметь как минимум двух
соседей. Вероятно, это условие связано лишь с выбранной мате-
матической моделью.
Главным достоинством рассмотренной модели оценки карсто-
опасности является возможность анализа расстояний между про-
валами и формализованного учета их при оценке карстоопасности.
Рассмотренные выше методы, главным образом, решают зада-
чу определения границ опасных областей (полей провалов), для
которых проводятся расчеты плотности провалов.
В настоящее время разработан метод микрорайонирования за-
карстовапных территорий, основанный на непосредственном изме-
рении плотности провалов с последующим выделением разноплот-
ностных областей. Измерение плотности провалов проводится с
использованием метода скользящего кружка, который наиболее
полно был разработан В. Л. Червяковым [74] для построения по-
лей плотности количественных явлений непрерывного характера.
Применение метода для дискретных явлений, по мнению автора
указанной работы, лишено смысла. В работе отсутствуют обосно-
ванные критерии выбора количества точек наблюдений, размера
кружка, а также учет взаимосвязи этих параметров. Вместе с тем,
принципы скользящего кружка вполне применимы для построения
полей плотности карстовых провалов.
Предлагаемый авторами метод включает в себя следующие по-
следовательные операции: размещение на карте точек наблюде-
ния по квадратной сетке; расположение центра кружка в точке
наблюдения; подсчет числа провалов, находящихся в площади
кружка; присвоение полученного значения соответствующей точке
наблюдения. В результате таких операций получаем для исследу-
емой территории поле измеренной плотности провалов, нормиро-
ванной на площадь кружка. Это пол'е является дискретным, так
как измеренная плотность имеет лишь целочисленные значения.
При подсчете провалов нс учитываются те из них, центры которых
лежат на границе кружка. Полученные значения плотности поз-
116
пн 1ЯЮТ провести (по аналогии с проведением изолинии) линии с
условными значениями плотности 0,5; 1,5; 2,5 и т. д., которые яв-
вногся границами разпоплотпостпых областей. При этом измерен-
иям плотность в пределах каждой области постоянна, принимая
цы чения 1, 2, 3, 4 и т. д., а па границе меняется скачкообразно.
l.iKiic области назовем квазиоднородпыми по плотности провалов.
Размеры скользящего кружка выбираются следующим обра-
ти: любой провал должен участвовать в обработке хотя бы один
р.| а радиус кружка пе должен превышать расстояния между
।очками наблюдений. Несоблюдение второго условия приводит к
пычптсльпому осреднению получаемого поля плотности и недоуче-
i\ неравномерности распределения провалов. Таким образом, име-
ем следующие граничные условия для радиуса скользящего
кр) жка:
(У2/2)/Р<1? < 1Р
(4.48)
) iv расстояние между точками наблюдения; R—радиус кружка.
При любом радиусе в указанном интервале конфигурация дуг,
вс рссекающихся в пределах квадратов, с вершинами в соседних
11141014 наблюдений, одинакова. Провалы, находящиеся в различ-
ны'. зонах квадрата, участвуют в обработке различное число раз
(in одного до четырех). Это означает, что неравномерность рас-
пределения провалов учитывается как по квадратам в целом, так
и и их пределах. Такой учет обеспечивает значительное дифферен-
цирование закарстованных территорий по
Критерием для выбора оптимального
р । inyca должно являться равенство пло-
III.। icii зон квадрата, что позволило бы
нишгься равнозначного учета неравно-
мерности распределения провалов в пре-
icji.ix квадратов. Анализ графиков изме-
нения площадей этих зон в зависимости
in радиуса показывает, что полностью
। jкое условие невыполнимо. В связи
( ним за оптимальный примем такой ра-
нце, при котором площади зон с мини-
м.||||.иым Amin и максимальным Атах чи-
i 1ом участия провалов в обработке рав-
ны между собой. Это условие удовлетво-
рпегея при оптимальном радиусе
А* 0,861р. Экспериментально установ-
ueiii), что при таком оптимальном радиу-
1 с получается наибольшая дифференци-
рованность поля плотности провалов.
Очевидно, что при различном числе
1НЧСК наблюдений получим несколько ва-
ри. hi iob полей плотности провалов для
и шок) и того же поля. Чтобы избавиться
плотности провалов.
Рис. 4.10. Построение истин-
ного полп плотности прова-
лов при помощи скользяще-
го кружка
117
от этой неоднозначности предлагается использовать принцип оди-
наковой информативности всех видов инженерно-геологических
данных, одним из которых является и поле плотности карстовых
провалов. Поэтому число точек наблюдений при измерении плот-
ности провалов выбирается согласно требованиям к общему числу
точек наблюдений при инженерно-геологических изысканиях
в сложных условиях. Например, для изысканий под промышленное
строительство [14] эти данные представлены в табл. 4.10.
Таблица 4.10. Параметры квадратной сетки точек наблюдений
при измерении плотности карстовых провалов
Масштаб ииженерпо- гсологичсской съемки	Число точек наблюдений на 1 км2	Расстояние между точками наблюдений в масштабе съемки, см
1 :25 000	12	1,2
1 ; 10 000	40	1,6
1 : 5000	100	2
Таким образом, радиус скользящего кружка определяется од-
нозначно для каждого масштаба исследований, а информатив-
ность поля плотности карстовых провалов соответствует информа-
тивности других видов геологических данных, что дает возмож-
ность корректного сопоставления и совместной их обработки.
Располагая квадратную сетку наблюдений произвольным обра-
зом, можно получить бесконечное множество полей плотности
провалов, которые в целом адекватны один другому и в той или
иной степени будут соответствовать некоторому «истинному» полю
плотности. При выбранном радиусе кружка это поле можно полу-
чить, помещая в центр каждого провала центр скользящего круж-
ка, границы которого при пересечении окоптуривают квазиодно-
родные области (например, области 1—5 на рис. 4.10), отличаю-
щиеся по плотности провалов. Постоянство измеренной плотности
в выделенных областях легко доказывается перемещением центра
кружка в пределах любой из областей.
Интенсивности провалов для выделенных областей рассчиты-
вают с учетом того, что распределение провалов во времени подчи-
няется закону Пуассона. Тогда формула для расчета интенсивно-
сти имеет следующий вид:
X, —in ] 1 —
|1—ехр( —Xo)]»,M;
Hq/A0
(4.49)
где — интенсивность карстовых провалов для i-й области, квазиодпородной
по плотности провалов; Хо — интенсивность карстовых провалов для общего
поля провалов; п,— число провалов в i-й области площадью Л,; п0 — общее
число провалов в выделенном поле площадью До.
Поскольку границы квазподнородных областей определялись
через плотность провалов, измеренную при помощи скользящего
кружка qSc, то параметр ti-JAi (плотность провалов) необходимо
118
ымсипть на измеренную плотность qSCi- Такую замену осущесгв-
• ик>|- л предположении, чго
(")' М  (Аз/Аз) (ni/Af)(пт/Ат) = qScl: <7sc2: • - •  Qsc. 4scm> (4.50)
। и- /// число квазиоднородных областей.
< ||< юда следует, что
ni/Ai^-qsc п0 / У qsc.A,.	(4-51)
1 lit ‘
I hi да формула (4.49) будет иметь вид:
*1	1 _	Qsc: Л	(4.52)
Aj — — 1П	1—[1 —exp ( —Ao)]	т У Qsc. Ai t=l	1	
В некоторых случаях интенсивность провалов может быть прямо
пропорциональна их плотности:
^i=9sc	|4о / qsc.Ai-	(4.53)
1 I i=l 1
Приведенный пример (см. рис. 4.10) показывает, что радиус
 ко н.зящего кружка является нс только радиусом переноса ин-
формации, как это следует из условия его выбора, но п радиусом
и Н1ЯППЯ. Последнее означает, что количественная оценка нссле-
1\гмого поля провалов возможна лишь в том случае, если оно рас-
iiuii.ii .к-тся на территории, квазиоднородной по основным геологи-
чыким факторам, влияющим на образование провалов (см. п. 4.4).
11рп построении поля плотности провалов в пределах этих терри-
inpiin некоторым областям будут соответствовать нулевые значе-
ния измеренной плотности qsc<>. Вместе с тем, согласно основным
11 и 1ОГИЧССКИМ факторам, характерным для выделенной террито-
рии, позпикповение провалов в этих областях возможно. Поэтому
при расчете интенсивности провалов предлагается оценивать зна-
|ц пне плотности для этих областей как (0+1)/2 = 0,5. Соотноше-
ние плотностей для исследуемой территории будет иметь следую-
IIHIII ннд:
<7sc0  4sc,  4sc2	qSCn — 1 : 2 : 4 : ... : 2i: ... : 2n.	(4.54)
HniMiizKiio использование и треугольной сетки наблюдений, когда
iii'ik.i наблюдений располагается в углах равносторонних тре-
угольников. Подобная сетка обеспечивает более точный учет не-
р|||||1омерности распределения провалов. Это преимущество, оце-
.... величиной дисперсии площадей зон с различным числом
,-i.il ши провалов в обработке по отношению к средней величине
и||<нц.|дей. имеет место как при соблюдении условия о равенстве
и Н1|||,|дей с минимальным и максимальным числом участия прова-
Ц|Ц и обработке, так и при условии минимума дисперсии
(। |Ь । 4 11). Последнее условие может служить вторым критерием
niiiHip.i оптимального радиуса.
119
Построение поля плотности карстовых провалов с использова
пнем принципов скользящего кружка основано на условном допу
щепнн, что местоположение провала в пределах кружка не влия
ет на значение их плотности в его центре, т. е.
?sc=/(zps)= const.	(4.55
Однако ясно, чго с увеличением расстояния lps от центра
кружка до провала доля влияния последнего на значение плотно'
сти qsc непрерывно уменьшается от 1 (при /ps=0) до 0 (прг
/ps=R). Вид функции этой доли в настоящее время точно не опре-
делен. Гем не менее вполне можно предположить, что для одного
провала в пределах кружка эта функция (по аналогии с физиче-
скими нолями) будет иметь вид:
<7ас.=)Л-(%.//?),	(4.501
а при п провалах
<7sc=	1 <7sc •	(4.57)
i=l 1	1
Сравненне полей плотности, полученных различными способа-
ми (рпс. 4.11), показывает некоторые преимущества треугольной
сетки наблюдений (рис. 1.11,«) и учета расстояний между провал
ламп и точками наблюдений (рис. 4.11,6, в). Вместе с тем в ряде
случаев можно достигнуть вполне удовлетворительного дифферен-
цирования поля провалов по плотности при использовании более
простого способа (рпс. 4.11,с).
К недостаткам рассмотренных способов построения полей плот-
ности карстовых провалов относится невозможность однозначной
количестве иной «щепки карстоопасностп без предварительного вы*
деления геррнlopnii, кпа «полнородных по основным геологическим
факторам, влияющим на образование провалов. Эти недостатки
заключаются как в невозможности однозначного определения ра-
Рис. 4.11. С-посийп шк (роении полей плотности провалов с использованием скользящего
кружка
и । |н \ I <1Л1.п и и cvihi ihiблюдеций; б, в — то же, с учетом расстояний между провалами
и гочкцмп наблюдений; кв играшая сетка наблюдений
120
ануса скользящего кружка, так и в неправомерности присвоения
нобому провалу одинакового радиуса влияния.
Задача определения границ полей карстовых провалов и диф-
ференцирования их по плотности при отсутствии другой достаточ-
но подробной инженерно-геологической информации, позволяющей
выделять соответствующие квазиоднородные участки, может быть
решена на основе анализа расстояний между провалами. В зако-
номерностях распределения этих расстояний в определенной мере
уже заложена информация как о границах поля провалов, так и о
радиусе влияния каждого провала пли групп провалов. Анализ
расстоянии между провалами, как уже выше было показано, при-
менен в работе Ф. Ройтера и других [97], но физический смысл
параметров, снимаемых с интегральной кривой распределения ls
н используемых для оценки поля провалов, в работе не раскрыт.
I иблица 4.11. Основные параметры сеток наблюдения и метода
пмерения плотности карстовых провалов
Сотка и |Ги1К)деиня	Граничные условия	Относительные размеры площадей зон				Диспер- сия	Опти- мальный радиус Rd
		/1,	Дг	д.			
К пл (ратная	д . —А Ппип—лтах	0,1	0,6	0,2	0,1	0,060	0,86 1р
	aZmin	0,02	0,39	0,39	0,20	0,031	0,94 lp
1 рсугольная	д . — д —птах	0,3	0,4	0,3	—	0,010	0,74 lp
	О2тгп	0,25	0,41	0,34	—	0,007	0,76 Z
В большей степени представляют интерес не интегральные, а
шфференциальные кривые распределения расстояний А Рассмот-
рим, например, кривые распределения расстояний для поля точек
(провалов), местоположение которых задано по какой-либо равно-
мерной сетке (квадратной и треугольной). Исследование поля,
состоящего из 25 провалов (массив 5X5), расстояние между кото-
рыми равно одной условной единице, показывает (рис. 4.12), что
дифференциальные 1 и интегральные 2 кривые для того и другого
ища сеток имеют значительное сходство и ряд характерных осо-
бенностей. Нетрудно заметить, что дифференциальные кривые со-
Г1ОЯТ из нескольких элементарных кривых, а интервалы между
максимальными значениями этих кривых соответствуют интерва-
1.тм на интегральных кривых, описываемых параболами. Число та-
ких интервалов зависит от числа провалов, составляющих поле.
Это означает, что в любом поле провалов можно выделить не-
которые совокупности, характеризующиеся своими элементарными
дифференциальными кривыми распределения. При этом провалы
121
могут принадлежать как одной совокупности, так и нескольким
одновременно. Совокупности имеют достаточно четкое ранжирова-
ние. Будем считать совокупность, объединяемую первой (слева)
«элементарной» кривой, совокупностью первого ранга, второй кри-
вой — совокупностью второго ранга и т. д. Естественно, что сово-
купности высших рангов (первых) могут включать в себя совокуп-
ности низших рангов, но не наоборот. Если совокупность представ-
лена только такими провалами, которые принадлежат совокупно-
сти более высокого ранга, то такую совокупность назовем незави-
симой.
Можно предложить следующие способы определения границ по-
ля провалов па основе параметров распределения между провала-
Рис. 4.12. Кривые р.к нре (с iv и и и p.icc hbihiiii /« между точками, расположенными по квад-
рапюп (а) и ipryi<*ji»ti<>il (<t) cciK.iM
/ Д1|ффгрО11ЦП4'1Ы14 1. ’ НН I С“1 рЛ.ЧЫЫЯ
Рис. 1.13. Пример и1фф<*рг11циро11.11111и поля провалов линейного типа
a HiiJiejH'iiiip pant i провалов. и чпфферепццировапная кривая распределения величины
In; и нопп!<• рапиды piciipociранения провалив различных совокупностей
122
мп. Для каждой совокупности определяется наибольшее расстоя-
ние между провалами, половина которого соответствует радиусу
1н111япия для данной совокупности. Такой выбор радиуса влияния
определяется условием, по которому провалы должны объеди-
няться в единое поле. Наибольшие расстояния снимаются с диф-
ференциальной кривой и соответствуют минимальным значениям
функции Af(ls). Затем из центров провалов соответствующими
радиусами влияния определяются границы совокупности провалов
первого ранга, второго ранга и т. д. (рис. 4.13, а). Вокруг отдель-
но располагающихся провалов границы не проводятся, так как они
не являются какой-либо совокупностью.
Заметим, что в пределах каждой выделенной совокупности про-
валы располагаются в целом равномерно. Таким образом, полу-
чаем общую границу исследуемого поля провалов и определенную
дифференциацию его по плотности (рис. 4.13,6).
Расчет интенсивности провалов для выделенных областей про-
ни’|.11тся или прямым путем, или (при недостаточных сведениях о
ншрасте провалов) с использованием значений плотности прова-
|<>в с неизвестными возрастами (см. п. 4.4). При этом надо учиты-
и.| гь, что появление новых провалов (с соответствующими часто-
г.чмп) вероятно как в пределах выделенных областей, так и на
некотором расстоянии от их границ. Это расстояние для каждой
совокупности провалов должно быть таким, чтобы обеспечивать
принадлежность этих провалов к соответствующим совокупностям.
Следовательно, прогнозируемой границей распространения про-
вялив является линия, удаленная на расстояние 2Rinf от прова-
к>в соответствующих совокупностей (см. рис. 4.13,в).
Рассмотренные методы дифференцирования закарстованных
нрриторий при помощи измерения плотности карстовых провалов
в ( учетом параметров распределения расстояний между провала-
ми открывают перспективное направление в вероятностном прог-
ни шровании карстоопасности. Принципы точного построения
рапид разноплотностных областей могут быть применены для со-
вершенствования модели Ф. Ройтера, Д. Стойяна, П. Оляйкевича
посредством выделения в опасной области зон, где функция N по-
 гоянна. Это дает возможность достаточно легко получить данные
и распределении условной вероятности по площади.
Большие возможности заложены в анализе расстояний между
провалами и ранжировании поля провалов с определением для
каждого ранга радиуса влияния. Совершененновапне этого метода
в анализа связей полей провалов различных рангов с геологиче-
i Кими факторами, несомненно, расширит наши представления о
природе провального процесса.
!.(> Определение диаметров карстовых провалов
вероятностно-статистическим методом
Диаметр карстовых провалов является одним из параметров,
определяющих карстовую опасность, поэтому его прогнозирова-
ние является одной из важных задач инженерных изысканий на за-
123
клрстокапны.х территориях. Возможно несколько путей прогнози
роваипя диаметров провалов, различающихся по моделям и мето
дам прогноза.
Теоретико-расчетные методы прогнозирования диаметров про
валов с использованием детерминистических моделей в практик!
изысканий и проектирования до настоящего времени применялись
лини, эпизодически в относительно простых пнженерно-геологиче
скпх условиях. В последнее время интерес к такого рода исследо-
ваниям существенно возрос со стороны как практических работни-
ков (проектировщиков), так и научных. Этому способствовали, п«
нашему мнению, успешные экспериментальные работы в область
механизма карстовых деформаций. Некоторые результаты иссле-
дований в области георетико-расчетных методов с использованием
всроягпостпо-дегермпинстпчсскпх моделей, выполненных автора-
ми, излагаются в и. 4.8.
Экспериментальные методы прогнозирования диаметров про-
валов пачапп развиваться лишь в самое последнее время, в част-
ности, в карстовой лаборатории ППП1П1С. Они включают как мо-
делирование формирования провальной воронки, в том числе под
шнрузкой, в лабораторных условиях, так и проведение натурныя
экспериментов. Результаты этих экспериментов позволят разрабо-
тать п экспериментально-расчетные методы прогноза, основанный
па том, что механизмы отдельных процессов-компонентов изуча-
ются экспериментально (на моделях).
Вероятностно-статистический метод прогнозирования, основан-
ный на статистическом анализе размеров провалов, распространен
наиболее широко. Однако в практике изысканий он нередко при-
меняется в упрощенном виде, что, естественно, снижает его объек-
тивность.
Известно, что диаметры провалов подчинены статистическим
закономерностям [56]. Вероятностно-статистический метод прогно-
зирования диаметров карстовых провалов d заключается в постро-
ении кривой их распределения и оценке статистических параметр
ров, необходимых в дальнейшем для определения расчетного раз-
мера карстовых провалов: математического ожидания Md (сред-
неарифметического d^Md), дисперсии о2, максимального диамет-
ра г/щах-
Минимальное число карстовых провалов //</, по которым могут
быть построены графики распределения их диаметров, определя-
ется но формуле
"<!	(4.5«)
• де А,.. коэффициент вариации; в,, - допустимая ошибка пли допустимое от-
поен, ельное ончлоиеипс среднего арифметического ограниченной выборки от ма-
тематической, ожидания с заданной вероятностью Р(; td — нормирующий член,
харамери lyuuiUHl вероятность Pt-
Для инженерных расчетов можно принять гд—0,1 и Р/ = 0,95
('.<--=2), а
KvaT=sid	(4.59)
121

Значение Каи предварительно определяют по данным полевых
шмеров диаметров провалов. Если число провалов, определенное
по формуле (4.59), превзойдет число провалов, имеющихся в нату-
ре на рассматриваемом участке, то можно сделать вывод, что мы
не обладаем достаточно представительной выборкой, обеспечива-
ющей ошибку не более заданной.
Например, пусть в результате инженерно-геологических изыска-
ний па участке зафиксировано 27 провалов. Среднее арифметиче-
ское значение их диаметра равно с?= 12 м, среднеквадратпческое
отклонение о=4,1 м. Тогда Kvar=4,1 /12а0,33. При е<т=0,1 и
/,(=»2 /jti==22X0,332/0,l2^44. Таким образом, выборка из 27 про-
валов не обеспечивает допустимую ошибку 8d=0,1 с вероятностью
0.95. Если же задастся допустимое отклонение 8й=0,15, то «а—
22Х0,332/0,152«?20, т. е. зафиксированное число провалов будет
достаточным для получения статистических параметров с задан-
ной точностью.
Для увеличения достоверности результатов на основе увеличе-
ния числа вовлекаемых в расчет провалов можно объединять не-
сколько выборок при условии, если выполнено условие принадлеж-
ности этих выборок к одной генеральной совокупности.
Однако следует иметь в виду, что при увеличении числа прова-
лов, вовлекаемых в статистическую обработку, как правило, рез-
ко увеличивается площадь территории, что может привести к
осреднению результатов неоднородных (с точки зрения влияния
и.। размер карстовых провалов) участков. Это, естественно, сни-
кает достоверность результатов.
Для повышения достоверности прогнозирования диаметров про-
пилов необходимо подбирать теоретические кривые распределе-
ния по эмпирическим графикам распределения (гистограммам)
диаметров провалов. Знание закона распределения диаметров кар-
стовых провалов позволяет более обоснованно определять исход-
ные данные для расчета противокарстовых конструкций и оценки
н \ эффективности.
На рис. 4.14 приведен пример оценки эффективности протнво-
карстовой конструкции, рассчитанной на пролет, длина которого
равна диаметру провала da= 12 м. Надежность этих конструкций
при использовании эмпирической и теоретической кривых распре-
деления оценена соответственно 7Д=0,73 и 7*^=0,5. Таким обра-
юм, эффективность запроектированных конструкций переоценена.
В большинстве случаев (особенно для относительно больших
но площади территорий, где значения основных природных факто-
ров, влияющих на диаметр провалов, существенно меняются рас-
пределения диаметров провалов подчинены логарифмически нор-
мальному закону (рис. 4.15), т. е.
1g е
Р (<0 = ——— ехр
Д/2л od
(1g 4—lg d)2
2o2
(4.60)
iде p(d) —плотность распределения диаметра провала.
125
Рис. 4.14. Кривые распределения диамет-
ров провалов
1 — эмпирическая; 2 — теоретическая
Рис. 4.15. Логарифмически нормальная
кривая распределения диаметров карсто-
вых провалов
I — гистограмма Ig d\ 2— кривая, выров-
ненная по нормальному закону распреде-
ления
Чем однороднее территории с точки зрения постоянства факто-
ров, влияющих на диаметр карстовых провалов, тем в большей
степени закон распределения диаметров приближается к нормаль-
ному .закону
,	1	/ (d-7.)’ \
/’(Л	ех1> — —гт;— .	(4.61)
|/2тг о \	2о-	)
а ко л|и|>111111<'1|।ы вариации уменьшаются.
Таким обрати, можно считать, что па сравнительно неболь-
ших площадях распределение диаметров карстовых провалов под-
чиняется нормальному закону распределения.
При отсутствии достаточно падежных статистических данных
о диаметрах провалов на площадке построение кривой распреде-
ления будем возможным, если параметры распределения d и
о~ (</|||.|\ -г/)/3 определить расчетно-теоретическим путем (см.
12G
I'lii. 4.16. Увеличение диаметра провала
и первоначальный dc; б — увеличенный dvar за счет постепенного оползания склонов; в —
к 1ОИЧИВЫЙ; г — практически стабильный dst.
Гт. 4.17. Зависимость коэффици-
<н|«1 ф от dst
п 1.8). При этом d определяется при средних значениях исходных
чинных, a dmax при таких их значениях, которые обеспечивают
максимальное значение диаметра.
11ри определении статистических закономерностей диаметров
провалов следует иметь в виду, что после образования карстового
провала на поверхности земли диаметр его увеличивается с зату-
хающей во времени скоростью (см. рис. 2.9), в первое время глав-
ным образом за счет оползания склонов до диаметра diim, соответ-
। шутошего устойчивым склоном провала, а затем за счет эрозии
< клонов до некоторого практически стабильного диаметра dst
(рис. 4.16).
Для оценки карстовой опасности и расчета противокарстовых
конструкций прежде всего необходимо знать распределение диа-
метров провалов, достигших значения dIim. В настоящее время име-
нием предложения оценивать значение т/цт в зависимости от dvar
ii'in dst на основе изучения механизма формирования карстовой
воронки. В ряде карстовых районов имеется достаточно сведений
иля построения кривой распределения диаметров относительно
। вежпх провалов, близких к d|im *, и кривой распределения диамет-
ров, близких по значению к dsl. Это позволяет находить осреднен-
пый переходный коэффициент ф от dst к т/цП1 (рис. 4.17). Зависи-
мость ^>=dSf/dnm и dst Для примера, показанного на рис. 4.17, име-
। г вид:
ф=2,8470-2.	(4.62)
I'.iKiiM образом,
dilm=<Wip=0,36d°-8.	(4.63)
* Различие фактически замеренных диаметров dvar и dnm в определенной мере
компенсируется выбором размера интервала в гистограммах (размер этого ин-
тервала должен быть во всех случаях нс менее 3—5 м).
127
Если распределение dst на том пли ином участке нормальное, то
нетрудно, принимая во внимание (4.63), перейти к распределению
diim на этом же участке. Такое распределение по теории вероятно-
стей будет нормальным с параметрами:
dllm=	(4.64)
о2 (rfllm) = ((/ (4z))' )2 о2 (dst),	(4.65)
где f — зависимость т/ц1П от dsr, о2 и o2(dst)—дисперсии распределения
соответственно провалов н воронок; (/(dsi))' — значение производной функции f
прн dst = d.gi.
4.7. Вероятностная оценка карстовой опасности
относительно локальных карстовых деформаций (провалов)
Под вероятностной оценкой карстовой опасности следует по-
нимать выражение ее через вероятность Ps образования карсто-
вых провалов за заданный срок (например, за срок службы соору-
жений) на гоп пап пион территории, которые могут вызвать недо-
пустимые деформации сооружений, пап через соответствующую ве-
роятность Р того, что таких карповых провалов не произойдет
(надежность):
/' 1 1’в.	(4.66)
Вероятностная оценка и наибольшей степени отражает приро-
ду карстового процесса и особенность его познания. Понятие ве-
роятности при использовании его для оценки карстовой опасности
следует рассмл грпвлть одновременно в двух аспектах.
С одной стороны, вероятность является объективным отраже-
нием стохастического характера карстового процесса, и в этом слу-
Ч1с ее значения не записях от объема и характера изысканий.
С другой стропы, верояиюегь является мерой неопределенности
наших знаний о но >можпостн образования карстовых провалов на
гой пли пион площади (в том числе на отдельных строительных
площадках) в течение определенного срока. Эта неопределенность
может быть уменьшена путем осуществления того или иного объ-
ема специа льных п 1ыскаппй (бурение, геофизические методы лока-
лизации карповых полостей и т. д.). В результате таких изыска-
ний первоначальное значение вероятности повреждения может
быть изменено п большую или меньшую сторону. Во многих слу-
чаях про,пиокарсговые мероприятия, особенно конструктивного
xapaKicpa, служаI своеобразной компенсацией за недостаточную
инженерно i coaoi пвескую информацию. Используя вероятностную
оценку при проемнровапии противокарстовой защиты, следует
иметь п виду, чк> в ряде случаев преобладает первый из аспектов
вероятное]и (например, определение плотности застройки, сравне-
ние вариантов зап ройки), в других случаях — второй аспект (оп-
ределение расчетного размера карстового провала при проектиро-
вании конкретно!о сооружения).
Используя второй аспект вероятности и рассматривая вопро-
сы изысканий п проектирования противокарстовой защиты нераз-
128
рывпо, в рамках единой системы, можно найти оптимальные объ-
емы изысканий и противокарстовой защиты (см. гл. 3).
Введение величины надежности в соответствующие инженер-
ные и экономические расчеты делает возможным определение па-
раметров противокарстовой защиты, последовательное ее осуще-
с тление, сравнение вариантов застройки и противокарстовой за-
чины, оценки се эффективности. Кроме того, вероятностная оценка
карстовой опасности позволяет оценивать суммарную опасность
ня сооружений от воздействия на них других явлений, имеющих
похастический характер (например оползни), выражаемую через
сумму соответствующих вероятностей
Pioi—?s~\-Pot—PsPot,	(4.67)
) >(• Pot— соответствующая вероятность воздействия на сооружения других
(кроме карста) явлений.
Таким образом, вероятностная оценка карстоопасности являет-
ся нс только объективной, но и целесообразной. Более того, даже
и- способы оценки, в основе которых лежат детерминистические
 хемы или зависимости, при дальнейшем развитии должны иметь
и конечном итоге вероятностный характер. Тем не менее, в насто-
ящее время некоторые практические работники и исследователи
t необоснованным, на наш взгляд, недоверием относятся к вероят-
нпегпым оценкам. Это, очевидно, можно объяснить тем, что боль-
шинство из них не имело дело с проектированием сооружений,
которые рассчитываются на силы и воздействия, имеющие ярко
выраженный случайный характер (сейсмические силы, паводки
н г. п.). Кроме того, многие из них привыкли к расчетным схемам
п формулам, которые в нормативных документах имеют внешне
'н-терминированную форму, хотя большинство этих формул и схем
н своей основе имеет вероятностный характер, выражаемый коэф-
фициентами перегрузки, условий работы и т. п. Публикуемые иног-
да «доказательства» о неправомерности применения вероятност-
ных прогнозов в инженерной геологии вообще и в инженерном
карстоведении, в частности, свидетельствуют, главным образом, о
недостаточной осведомленности авторов таких доказательств в от-
ношении гносеологических трактовок вероятности [25].
Вероятностная оценка карстоопасности будет тем объективнее,
чем однороднее территория по механизму образования, интенсив-
ности и размерам карстовых провалов, поэтому исследуемая тер-
ритория должна предварительно зонироваться (см. п. 4.3).
Под надежностью территории площадью А относительно кар-
стовых провалов, образующихся с интенсивностью, которую можно
характеризовать средним значением показателя интенсивности Z,
понимается вероятность того, что она в течение расчетного срока
службы сооружения tn не будет поражена карстовыми провалами
'шаметрамн, превышающими некоторый размер d:
7’с=ехр [—X4/n (1—Pd)],	(4.68)
। le Pd — вероятность того, что при образовании провала его диаметр не будет
превышать значения d (определяется по интегральной кривой распределения
диаметров провалов рис. 4.18).
5 Зак. 1059
129
Соответственно под надежностью Р сооружения (здания) пло-
щадью в плане Ап и сроком службы tn, расположенного на пло-
щадке, характеризующейся средним показателем интенсивности
провалов 7. и кривой распределения с параметрами d, оц, пони-
мается вероятность того, что за срок tn сооружение не будет
поражено карстовым провалом размером в плане более некоторо-
го значения г, при котором возможно его повреждение
Р = 1 — Рг,	(4.69)
где Рг— вероятность риска, которая может быть подсчитана по формуле
(1- Г’а),
(4-70)

где (I п dninx=^+3cr,i соответственно средний и максимальный диаметры
карстовых пропилов; /„ — площадь, занимаемая зданием; /0 — площадь уча-
стка вокруг здания, очерченнзя па расстоянии dmax/2 от контура здания
(рис. 4.24); г — критический ра (мер диаметра провала, при котором возможно
повреждение здания; Pdr вероятность образования провала диаметром не
более г; Pjr —Deposit пос ii> появления под фундаментом деформации, разме-
ром не более г при обр i.soii.iiiini провали на площадке.
/ .4„-| /о,
- ехр ( - М/„).	(4.71)
Значение Р,г определяется по кривой Р (/) при /=г (рис. 4.19).
Кривую Pt рекомендуется строить па основе метода статистических
испытании, который заключается в следующем.
Назначается система координат (рис. 4.20). Случайным обра-
зом задаются значения координат х, у центра возможных провалов
и их диаметры d из предположения, что образование провала рав-
новероятно по всей рассматриваемой площади А, а диаметры про-
валов распределяются согласно кривой (гистограмме) распределе-
ния. При задании координат удобно пользоваться таблицами рав-
номерно распределенных случайных чисел, а при задании диамет-
ров— таблицами нормально распределенных случайных чисел,
если распределение диаметров провалов является нормальным.
Если же распределение диаметров провалов не соответствует нор-
мальной кривой значение d определяется эмпирически («урновый»
метод с возвращением). При этом в расчет берутся лишь те про-
валы с координатами в зоне Ло, которые пересекают контур соору-
жения. По результатам статистических испытаний строится гисто-
грамма и интегральная кривая распределения I (см. рис. 4.19).
Определение случайных чисел (х, у, d) и построение функции
распределения / целесообразно осуществлять с помощью ЭВМ
в том случае, когда необходимо получить значительно большее
число случайных чисел, например, при определении вероятности
поражения хотя бы одного сооружения (в системе комплекса соо-
ружений) провалом размером не более некоторого заданного г
(рис 4.21).
Под надежностью комплекса зданий и сооружений с расчетным
сроком службы t„, расположенного на закарстованной территории
130
I’m 4.18. Интегральная кривая распреде-
к tuui диаметров провалов
Рис. 4.19. Кривая распределения парамет-
ра /
I'iii 1.20. Расчетная схема определения
пнрижения здания карстовым провалом
Рис. 4.21. Расчетная схема определения
поражения одного из зданий комплекса
застройки карстовым провалом
ншицадью А, характеризующейся показателем интенсивности про-
II.UIOB К и кривой распределения диаметров провалов с параметра-
ми распределения d и вл понимается вероятность, равная
Ph = l-PTk,	(4.72)
I ic Ргк — вероятность того, что за время tn одно из зданий (сооружений) рас-
гм.прпваемого комплекса будет находиться в зоне влияния карстового про-
)|.| >1.1.
Рук—
^max -4
(4-73)
(I-T’o),
131
Рис. -1 .22. Варианты (I, II, 111) застройки с различной степенью надежности
1 и 2 соответственно липни рнвион интенсивности А и диаметров провалов d
где d и dm lx — coiHiieiciiX'iiiio средний и максимальный диаметры карстовых
ировалои на данной irppmopitlt; Лк- площадь застройки; Л о— площадь уча-
стков между сооружениями н лишни, очерченной ни расстоянии dmax/2 от коп
гура сооружении (см. рис. '121),
/'и = ехр( М/„).	(4.74)
Если зоны характеризуются лишь одним диаметром провала d,
то
Ль+Al
А
Prk
(1-Ро).
(4.75
где Ан ИЛОШ..1 п> уч.1С1ков вокруг зданий и сооружении, очерченная на рас
стоянии <//2 <>1 н\ копIура.
Значение надежности для конкретных вариантов застройки за
карстоваппоп территории, различающихся по интенсивности прова
лов (/г, зон с интенсивностью Zj), диаметрам провалов («2 зон
с дна Mei рамп провалов dj и г/maxj), находится следующим обра
зом.
132
1.	Определяется средневзвешенное значение параметра
= tn । A; Ai-|-^j	। Л Лап j Xj A/n/Zyt,	(1.76)
I	ii'
iU' tn—преобладающий срок службы сооружений; = —tna, tna— срок
• । жбы сооружений, отличающихся от tn: Aita — площадь застройки сооруже-
iiiii'i со сроком службы tna, А оПу —площадь участков между сооружениями со
। роком службы tna н линией, очерченной па расстоянии rfmaVj-/2 от контура
..ружсиий; пз — число сооружений со сроками службы отличающимися от t„.
2.	По формуле (4.74) определяется Ро-
3.	Находится средневзвешенное значение параметра (d/rfmax) Ло
и формуле (4.73)
d	djA0 Aj
	А>= У —	•	(4.77)
“max-----------------------------------“max.л
/ = * 1
4.	По формулам (4.73) и (4.72) определяются соответственно
I'll: и Pk.
Па основании изложенных выше решений можно выбирать на-
ружные варианты застройки. Например, из трех вариантов, пред-
II шлейных на рис. 4.22 (при 2и=О,О2, Х2=0,015, Z3 = 0,01 прова-
ни|/(км2-год), dt = 12, ^2=15, ^з = 18 м), значения надежности
1 in I, II и III вариантов застройки оказались равными соответст-
iii'iiiio 0,41; 0,38; 0,48. Таким образом, вариант III является наибо-
п'с падежным.
Определение надежности варианта застройки, в котором соору-
жения запроектированы с противокарстовой защитой на расчетный
пролет Id, производится по формуле (4.72). Если используется фор-
м\ и (4.73), то
Г	Ал d	Tin I
prk = [(1 ~ Ptd) —+	(1 ~Pld) -y] (1 -Po),	(4• 78)
<i дня случая применимости формулы (4.75)
prft=[J7-+('-p'd)]<I-po)>	<4’79)
'ii' Paid— вероятность образования провала диаметром не более Id', Ри—вс-
1"’ч nincTb поражения сооружения размером не более 1а при образовании про-
и||.) па площади 4п+Ло, определяемая по интегральной кривой распределе-
iiiHi )1.)р<1метра I.
Изложенный метод вероятностной оценки карстовой опасности
тяжей совершенствоваться. В частности, при определении пара-
McipoB карстового процесса % и d следует учитывать не только не-
। ишсимые, но и зависимые между собой факторы. Необходимо
Формализованно учитывать (но непременно в инженерном масшта-
бе времени) эволюционный характер карстового процесса как за
। ч< 1 саморазвития карста, так и под воздействием внешних, в том
|цгле техногенных факторов. Это потребует, естественно, примене-
ния более сложных разделов теории вероятностей (например, тео-
133
Рис. 4.23. Расчетная схе-
ма образования кругло-
цилиндрическо! о прова-
ла (по Г. М. Шяхунян-
цу)
1>пн случайных процессов). Однако здес
следует помни гь, что сложность применяв
мых методов должна быть оправдана дс
стигаемой с их помощью точностью прог
нозов.
4.8. Расчетно-теоретические методы
прогнозирования диаметров
карстовых провалов
В практике освоения закарстованных тер.
риторий нередко приходится принимать ре
шепия в условиях, когда сведений о диамет.
рах карстовых провалов (d0, г/цщ), пеобходи
мых для оценки карстовой опасности или
для проектирования протнвокарстовой за
щиты сооружений, недостаточно для их ста
гпстнческой обработки. В условиях Ж1
больших нагрузок от сооружений, сущест
пенно влияющих па размеры провалов
оценка диаметров провалов с использованием статистических ме-
тодов, естественно, должна рассматриваться как приблизительная
Таким образом, возникает задача определения диаметров провалот
расчстпо-теоретпческимп методами.
Необходимым условием образования провала является наличие
па некоторой глубине полости. При этом диаметр провалов в зна-
чительной степени определяется размерами и формой карстовых
полостей, т. е. темп параметрами, которые в настоящее время в ус-
ловиях глубокого карста в подавляющем большинстве случаев не
определяются при инженерных изысканиях. Нередко приходится
оценивать диаметр возможного провала в условиях, когда отсутст-
вуют данные о наличии карстовой полости в основании сооруже-
ния.
Механизм образования провала на поверхности земли или
в основании сооружений является основой для создания расчетных
схем определения диаметров провалов. Он зависит от геологиче-
ского строения, физико-механических характеристик пород по всей
их толще (от поверхности земли до кровли полости) и гидрогеоло-
гических условий, изменяющихся во времени.
Одной из первых работ по прогнозу диаметров круглоцилиидрн-
ческпх карстовых провалов d0 явилась работа Г. М. Шахунянца *1
Автор указал, что образование круглоцилиндрических провалов
возможно при условии, когда мощность ненарушенного столба
грунтового массива от полости до поверхности меньше мощности,1
при которой он выдерживает собственный вес и внешнюю нагруз-
* ПЬхупянц Г. М. Земляное полотно железных дорог. Вопросы проектирования
и pjcuei.i,— М.: Грлиакелдорнздат, 1953.
134
ку. Условие предельного равновесия (достаточное условие образо-
вания провала) будет иметь вид (рис. 4.23):
(On+G)-(fc+Fy) = 0,	(4.80)
। ic Gn — нагрузка, давящая с поверхности на цилиндр грунта ABCD весом G;
IF/ — силы сцепления и трения, возникающие по боковой поверхности цн-
.... грунта.
Величину Gn можно представить как Go=gendo/4, где ge — ус-
ловная равномерно распределенная нагрузка па площади ndo/4,
жвпвалептная действующей нагрузке Go на этой площади.
Условие предельного равновесия относительно диаметра прова-
ла имеет следующее решение:
4=2 (2сй0 + тй§ ML tg ср—2сй0 М2 tg tp)/(ge+yh0),	(4.81)
<i при отсутствии внешней нагрузки (gc=0):
4=2 (2с+yh0 Мг tg ср —2сМ2 tg ср) /у,	(4.82)
> ho — высота пришедшего в движение блока грунта (высота цилиндра); с,
ip, у — средневзвешенные по глубине hn соответственно удельное сцепление,
\гол внутреннего трения и удельный вес грунта; Л4(, Л'12— расчетные коэффи-
циенты, определяемые по формулам:
Mi = (1 — etg Р tg ср)/( 1 — tg2 ср —2 tg Р tg ср),	(4.83)
М2 = (2 tg ср + etg Р + tg <;)/( 1 _fg3 ср—2 tg р tg ср),	(4.84)
еде tgP=tgcp + |//'-у (l + tg2cp)-	(4.85)
Используя условие предельного равновесия образования круг-
юцилиндрических провалов, можно построить так называемые эк-
випотенциальные поверхности образования круглоцилиндрических
провалов для конкретных инженерно-геологических условий [40].
Каждому горизонтальном)’ сечению таких поверхностей соответст-
нуют вполне определенные значения параметров возможных прова-
лов (рис. 4.24). Необходимым и достаточным условием образова-
ния провала является пересечение подземной полостью эквипотен-
циальной поверхности.
Эквипотенциальные поверхности круглоцилиндрических прова-
лов дают возможность прогнозировать диаметр круглоцилиндриче-
скпх карстовых провалов.
Анализируя их, можно сделать вывод, что с увеличением на-
।рузок от сооружений вероятность возникновения провалов увели-
чивается за счет образования провалов большей глубиной й0, но
меньших диаметров d0. Для конкретных условий фундирования
। рафики зависимости основных параметров провалов от внешней
нагрузки позволяют решать вопрос о допустимой величине этой
нагрузки, оценивать минимально необходимую глубину поиска по-
лостей в грунтах (например, путем зондирования [98]) в зависимо-
сти от значения диаметра карстового провала, являющегося опас-
ным для того или иного сооружения.
Расчетные схемы образования круглоцплиндрического провала,
близкие к расчетной схеме Г. М. Шахунянца, приводятся в рабо-
тах В. П. Огоноченко [44], Ф. Каммерера [87], М.-Пенцеля [90].
135
Рис. 4.24. Эквипотенциальные поверхности
образования круглоцилиндрических про-
валов
а - при различных значениях внешней
нагрузки ge, ки/м~, для квазполнородного
слоя грунта (/ -ge 0; 2- g 50, 3 -
ge=200); б—для многослойной толщи
при отсутствии внешней нагрузки (/, 2,
3 номера квази одно родных слоев)
Рис. 4.25. Расчетная схема образования
крупноцнлнндрического провала в основа-
нии сооружения
/ — сооружение; 2 — слои грунта; 3 —
карстующиеся породы; 4 — карстовая по-
лость; 5 — эпюра бокового давления грун-
та; 6 — эпюра напряжений от веса соору-
жения; 7 - круглоцнлнндрическнй про-
вал
Авторами разработан способ определения диаметра круглоци-
линдрического карстового провала <(о и диаметра провала (ворон-
ки) с?ит с устойчивыми склонами, учитывающий нагрузку от соору-
жения, форму, размеры и глубину заложения фундамента Hz, вза-
имное расположение сооружений и место предполагаемого провала
(рис. 4.25):
<ln (s г,- Az,- 4 V Afi) / ^ 	(4 • 86)
где \zt - толщин,-i 1-го слоя грунта с заданными значениями удельного сцепле-
лення с,, угла внутреннего трепня <],, н удельного веса у,. п — число расчетных
элементов толщиной Az.;.
д5 = (а,- /’o + 2j У1	ki Ф« Дг«>	(4.87)
kf — l—sin ср;;	(4.88)
<7г=Ро+2т« дгг,	(4.89)
где а, — коэффициент распределения напряжений по глубине основания; р0 —
среднее давление под подошвой фундамента сооружения, с учетом действующе-
го бытового давления в грунте.
В изложенном способе прогнозирования диаметров карстовых
провалов предполагается, что высота сдвигающегося блока грунта
zn = SAzj принимается равной расстоянию по глубине основания
от подошвы фундамента до кровли карстующихся пород или обна-
руженных подземных карстовых форм в покровной надкарстовой
толще.
После образования на поверхности земли или под фундаментом
сооружения цилиндрического провала под действием веса грунта
и нагрузки ог сооружения происходит уположение вертикальных
13G
бортов провала до их устойчивого состояния. Этот процесс при оп-
ределенных значениях у, с и ф в пределах видимой глубины прова-
ла SObS и Ро может происходить почти одновременно с процессом
выхода провала на земную поверхность. В результате провал при-
нимает форму воронки с диаметром по верху dc.
Последовательность определения диаметра de провальной во-
ронки следующая (рис. 4.26).
1. Определяется очертание устойчивого склона борта проваль-
ной воронки в пределах зоны его обрушения (в прямоугольной си-
стеме координат z—у с началом в произвольной точке на земной
поверхности или под фундаментом сооружения, при этом ось z на-
правлена по глубине основания, а ось у — в сторону центра про-
пала) :
(4.90)
|дс yi — ордината поверхности устойчивого склона на глубине zr, — толщи-
на слосв грунта (рекомендуется принимать 0,1—0,25 м).
2. Рассчитывается размер провальной воронки:
de=2
п I
'ZiVl « +

V' ={rfgsobs-[dg-dg/) tg<pinln]/6}/4,
(4-91)
(4.92)
• ’ic rf,1Z - rf0 - (Sobs — V A?z)/tfi финн
Предполагается, что отложение обрушившегося с бортов про-
пала материала происходит в пределах площади, ограниченной
размером провала d0) под углом естественного откоса, близкого
шачению угла внутреннего трения грунта фгт1п-
Вычисления производятся до выполнения равенства de—d0-\-
|-2^г.
Проверка выведенных формул для определения увеличения
диаметров при превращении провалов с неустойчивыми бортами в
провальные воронки были осуществлены по очертаниям замерен-
ных воронок (рис. 4.27) *. Диаметры воронок были замерены по
глубине с интервалом в 1 м. Для воронки № 6 (рис. 4.27, а) полу-
диаметры составили: 12 м на поверхности земли и далее по глу-
бине 10,6; 9,1; 7,7; 6; 4,5; 3,3 м; глубина воронки 6.6 м. Выполнен-
ные работы по восстановлению размеров первичной карстовой
формы на земной поверхности (провал) показали, что его глубина
была 8,1 м, а полудиамстр 6,9 м. Выполненные расчеты по форму-
лам равноустойчивого откоса показали, что максимальный полу-
Патуриые замеры провальной воронки и восстановление размеров карстового
провала выполнены Е. В. Колосовым.
137
Рис. 4.26. Расчетная схема формирования
првальной воронки
Рис. 4.27. Сопоставление расчетных и на-
турных очертаний бортов воронок Ка 6 (а)
и № 8 (б)
1 — контур первичного провала; 2 — заме-
ренный контур воронки; 3 — расчетный
контур воронки
диаметр на .земной поверхности должен был составлять 9,7 м,
а максимальная глубина и цеп i ре воронки могла достигать 7,5 м.
Полудни метры норовки № 8 (рис. 4.27,6) составили: 8,5; 8,2;
7,4; 6,4; 5,2; 3,3 м. Глубина воронки 5,3 м. Восстановленный полу-
дпаметр 5,6 м, а глубина 7,6 м. Расчеты показали, что такой пер-
вичный ирон лл должен был развиться в воронку с полудиаметром
па уровне земной поверхности, равным около 8 м при глубине
в центре 6,6 м.
Благодаря связности грунтов в верхней части бортовых откосов
воронки должна была образоваться вертикальная стенка, несколь-
ко превышающая 1,5 м по высоте. Можно предположить, что со
временем под воздействием выветривания борта должны были об-
рушится. Как известно, эти воронки образовались в 1904 и 1936 гг.
соответственно.
Па рис. 4.28. приведен план застройки города, на кото-
ром показаны тва круглых в плане провала с диаметрами 2,6 и 1 м
и одни овальной формы с размерами по взаимно перпендикуляр-
ным осям 6 и 8 м. На рисунке также даны скважины, по которым
был произведен прогноз возможных максимальных размеров про-
валов по формуле (4.86) определения 60. Следует отмстить, что
провалы небольших ра шеров были спровоцированы бурением при
138
Рис. 4.28. Пример районирования город-
ской территории по прогнозируемым раз-
мерам карстовых провалов
1 — скважины, по которым рассчитаны
прогнозируемые размеры провалов; 2 —
провалы, м
Рис. 4.29. Схемы инженерно-геологическо-
го разреза
1 карстующиеся породы; 2 — подстила-
ющий водоупор; 3 — промежуточный во-
доупор; 4 — песчаные породы; 5 — уровни
и напоры подземных вод
проведении изысканий в районе, поэтому можно предположить,
что их проявление было вызвано динамическими воздействиями и
разрушением сводов вскрытых карстовых полостей, что в свою оче-
редь привело к потере устойчивости покровной толщи. Размеры
овального провала близки размерам прогнозируемых диаметров
скважин, окружающих данный участок, что было дополнительно
подтверждено при районировании данного участка города по прог-
139
полируемым размерам карстовых провалов. Два других провала
(I п 2,0 м) лежат между изогипсами 7 и 8 м.
Одним из авторов были предложены решения, определяющие
максимально возможные первоначальные диаметры карстово-суф-
фозионных провалов и условия их формирования при наличии по-
стоянных водоносных горизонтов в покрывающих породах. Рас-
сматривалась инженерно-геологическая обстановка, характерная
для многих районов покрытого равнинного карста, где карстую-
щиеся породы непосредственно покрыты выдержанным слоем сла-
бопроницаемых пород, над которыми залегает толща водонасыщен-
ных песков (рис. 4.29). Таким образом, в карстующихся и покры-
вающих песчаных породах содержатся постоянные водоносные го-
ризонты, отделенные один от другого подстилающим водоупором.
В одном случае надкарстовыс воды могут быть представлены пер-
вым от поверхности безнапорным водоносным горизонтом
(рис. 4.29, о), в другом — покрывающая толща может содержать
промежуточный водоупор, перекрывающий слабопапорный гори-
зонт надкарстовых вод (рпс. 4.29, б).
В рассматриваемых условиях карстово-суффозионные провалы
могут возникать только при наличии сквозных нарушений сплош-
ности подстилающего водоупора, непосредственно контактирующих
с незакольматированнымп полостями или трещинами в карстую-
щпхся породах. Формирование провалов протекает по схемам,
представленным на рис. 2.5, 2.11, 2.13 (совместное обрушение гли-
нистых и вышележащих песчаных пород, обрушение водонасыщен-
ных песков в восходящем подземном потоке, механическая суффо-
зия, сопровождающаяся полным разрушением структуры водона-
сыщенных песков, в сочетании с обрушением песков зоны аэра-
ции).
Предполагаемся, что провал происходи г вследствие гравитаци-
онного сдвижения вертикального круглоцилипдрического столба
грунта, преодолевающего сопротивление сдвигу по боковой поверх-
ности в условиях возрастающего с глубиной бокового давления,
распределенного по закону треугольника (схема Бирмаурера) [42].
В случае, когда //о>О, возможно образование провалов, проте-
кающих по схеме обрушения в восходящем подземном потоке (см.
рпс. 2.11). При >гом По может превышать Z/j. В подобной ситуа-
ции максимально возможный диаметр провала определяется фор-
мулой:
4тах — 2tf0'tgaw,	(4.93)
где Пи — iibohOMvipii'icchiiii напор трещинно-карстовых вод за вычетом мощно-
сти по ^Tiui.iioinpio водоупора; —угол естественного откоса водонасыщен-
ных песков.
Обрушение водопасыщенпых песков в восходящем подземном
потоке может выГнп па поверхность земли только в том случае,
еелп
4m.lx -ОЛд^+^-Яо),
(4.94)
140
। де ha — мощность зоны аэрации; /А — мощность надкарстового водоносного
горизонта; постоянная 0,19 представляет собой произведение коэффициентов
бокового давления и внутреннего трения песчаных грунтов [71].
При Но^О образование провала по данной схеме исключается.
Если Но<Н} карстово-суффозионные провалы могут формировать-
ся в соответствии со схемой, представленной па рис. 2.13. Макси-
мально возможный диаметр провала
i/max-2/А [(^-Но) yw+2ha уа tg2/(45°-V[u/2)], [2HL (yd-Tw)/(e + 1)+
+ ЗЛа Yal tg(pw,	(4.95)
i те ya, ya — удельный вес соответственно воды, песков зоны аэрации, песков
в сухом состоянии; <pw — угол внутреннего трепня водонасыщенных песков;
। коэффициент пористости водонасыщенных песков.
Такой провал может образоваться только при условии, что
^шах 0,38Л„.	(4.96)
В противном случае обрушение песков зоны аэрации не может
выйти на земную поверхность. При Но'^Н\ карстово-суффозион-
ный провал не может формироваться по схеме на рис. 2.11.
Если надкарстовый водоносный горизонт перекрыт промежу-
точным водоупором и имеет слабонапорный характер, а Но<Н\ (см.
рис. 4.29,6) в формировании карстово-суффозионного провала,
кроме механической суффозии, принимает участие процесс совмест-
ного обрушения глинистых и вышележащих песчаных пород (см.
рис. 2.5), которые могут быть и водонасыщенными. При этом диа-
метр провала не превышает значения
2й, {(/Ух —Но) yw \ 2 [hj xi+h,, ye—(Hy—hl) Yu,] tg2 (45° — <pw/2)}
{2/l1 (Vo — 'Vui)/(CT_ 1)+ 3 [1Ц Yd + ^eYe— (^1— ^i) Yiol) tg SPw
i дс /ii — мощность надкарстового водоносного горизонта; Hi — суммарная ве-
чпчпна мощности падкарстового водоносного горизонта и его пьезометрического
и.шора; hi — мощность промежуточного водоупора; у* — удельный вес пород
промежуточного водоупора; he — мощность пород, перекрывающих промежуточ-
ный водоупор; у« — удельный вес пород, перекрывающих промежуточный водо-
упор.
Карстово-суффозионный провал в данных условиях может об-
разоваться при условии,если
<1тах>2,8б1/йгс,-/[йгу1 + ^Те—(^г—М Ywb	(4.98)
г те С: — удельное сцепление пород промежуточного водоупора.
Представленные формулы включают в себя параметры //<>,
/Л, способные резко изменяться в результате различного рода
хозяйственной деятельности (откачек подземных вод и восстановле-
ния их сработанного уровня, искусственного подпора, техногенно-
го поступления воды в покрывающие породы и т. и.). Таким обра-
зом, предлагаемые решения применимы для оценки по только су-
ществующей, но и ожидаемой карстово-суффозиопной опасности.
141
1.9. Перспективы развития методов оценки карстовой опасности
Инженерная практика освоения закарстованных территорий
выдвигает перед специалистами в области оценки карстовой опас-
ности ряд новых задач.
Различные проявления карста (провалы, оседания, разуплот-
ненные и ослабленные зоны и т. д.) по-разному влияют на те или
иные сооружения. Нередко они характерны для одной и той же
территории пли для относительно небольшого по площади участка.
В связи с этим чрезвычайно важно комплексно, на количественной
основе оценивать степень опасности этих проявлений для сооруже-
ний за срок их службы. Очевидно, единым критерием опасности
карста может быть величина надежности сооружений при воздей-
ствии па них различных карстопроявлений. Основным математиче-
ским аппаратом методики такой оценки, по мнению авторов, долж-
на быть теория надежности.
Карстовый процесс в определенных условиях подвержен воздей-
ствию различных техногенных воздействий. В связи с этим возни-
кает практическая необходимость учитывать их при оценке кар-
стовой опасности. В настоящее время имеются попытки сделать это
на качественном уровне [20], а ьчкже с использованием некоторых
косвенных количественных показа гелей карстовой опасности. За-
служивает внимание предложение по учету изменения напряжен-
ного состояния массива горных пород вследствие искусственного
изменения гидрогеологических' условий [26]. На основе познания
механизма карстовых деформаций применительно к той или иной
инженерно-геологической ситуации целесообразно проводить райо-
нирование закарстованных территорий по степени «чувствительно-
сти» к различным техногенным воздействиям. Предложения по
такому районированию в краткой форме изложены авторами на-
стоящей работы в «Рекомендациях по использованию инженерно-
геологической ннформацпп при выборе способов протнвокарстовой
защиты»*. Однако, на наш взгляд, наиболее важной и в то же
время сложной задачей является оценка влияния техногенных фак-
торов па такие параметры карстовой опасности, как интенсивность
и размеры карстовых деформаций, несущая способность пород ос-
нования сооружений п т. д. Очевидно, здесь должна быть исполь-
зована теория случайных процессов.
В настоящее время далеко не вся инженерно-геологическая ин-
формация, полученная в результате изысканий, нередко весьма до-
рогостоящая, обьсктпвио используется при оценке карстовой опас-
ности. 1(азрела необходимость разработки системы учета этой
ннформацпп при решении различных инженерно-строительных за-
дач. Эта проблема может быть успешно решена лишь на основе
целенаправленного изучения карстового процесса с привлечением
методов, базирующихся па историко-геологическом подходе, а так-
* Рекомеи ищи! но пспо.н. loii.iinuo инженерно-геологической информации при
выборе способов про гивокарсюной зашиты. — М.: Стройиздат, 1986.
142
же таких нетрадиционных для инженерной геологии методов, как
методы термодинамики, статистической физики и т. д.
Развитие геофизических методов обнаружения карстовых по-
лостей и определения их размеров в сочетании с вероятностными
методами оценки карстовой опасности, а также теоретико-экспери-
ментальных методов оценки опасности полостей должно привести
к принципиально новому подходу в оценке карстоопасности, в наи-
большей степени отражающему дискретный характер карстопрояв-
леипй.
Весьма специфичны задачи оценки карстовой опасности для экс-
плуатации сооружений. Для их успешного решения необходима
разработка специальной системы и техники наблюдений за разви-
тей карстового процесса в основании или вблизи сооружений
г фиксацией определенных признаков опасности в различные пн-
п-рвалы времени в период срока службы сооружений. Такая диф-
ференциация карста во времени во многих случаях ведет к выбору
наиболее экономичных вариантов защиты с одновременным обес-
печением высокого уровня безопасности.
Решение этих и других задач инженерного прогноза карстовой
опасности можно осуществить различными методами. Авторы кни-
ги основное внимание уделили вероятностному и в определенной
мере расчетно-теоретическому методам оценки карстоопасности.
Методы оценки карстоопасности, основанные на прогнозе карстово-
к> процесса способами физического моделирования, были лишь
упомянуты несмотря на то, что этим методам авторы в своих иссле-
дованиях уделяют достаточно много внимания [40, 72]. Это объяс-
няется, главным образом, тем, что экспериментальные методы прог-
ноза требуют специального изложения методики и техники экспе-
риментальных работ, что оказалось невозможным из-за ограничен-
ного объема книги. Следует заметить, что физическое моделирова-
ние карстовых процессов в качестве метода оценки карстоопасно-
Г1Н, до сих пор неоправданно мало используется в изыскательской
практике, несмотря на то, что, например, опыт треста ЗапУрал-
ГИСИЗ свидетельствует об эффективности его применения.
В последние годы в пашей стране и за рубежом появляется
псе большее число работ, связанных с экспериментальным изучени-
ем карстовых процессов. В ПНИИИСе подготовлены «Рекоменда-
ции по лабораторному физическому моделированию карстовых
процессов», которые должны содействовать внедрению методов мо-
делирования в практику работы изыскательских организаций. Пер-
спективой развития физического моделирования, применяемого в
качестве метода оценки карстоопасности, является разработка ме-
тодики и техники натурного эксперимента. Что же касается более
доступного лабораторного эксперимента, то дальнейшее усовер-
шенствование его методики связано с применением объемных мо-
делей, а также с разработкой приемов совместного воспроизведе-
ния на одной модели различных составляющих карстового процес-
са (процессов растворения карстующихся пород, карстово-обваль-
ных и карстово-суффозионных процессов), которые в настоящее
143
к-рно-геологической обстановкой и особенностями проектируемых,
троящихся или эксплуатируемых объектов. При этом необходим
системный подход к оценке карстовой опасности.
. ПРОТИВОКАРСТОВАЯ ЗАЩИТА
|.1. Классификация противокарстовых мероприятий
Под противокарстовыми мероприятиями понимаются специаль-
ыс инженерные мероприятия планировочного, конструктивного,
(((технического, гидрогеологического, строительно-техпологическо-
(I и эксплуатационного характера, направленные на предотвраще-
iiic или уменьшение вредных последствий карстового процесса,
— —— --------------------------------------------------. ...
(рсгопроявленин. Противокарстовые мероприятия должны обес-
гчпвать выполнение двух условии:
1) предотвращение или сведение до минимума возможности
время, как правило, воспроизводяи:я па разных моделях с помо|
щыо различных методов (хпмико-кинетического т---------------1
моделирования на эквивалентных материалах, лоткового модели
рования). В этом отношении чрезвычайно перспективным представ-
ляется центробежное моделирование, которое в настоящее врем>
для целей инженерного карстоведсния не используется.
Методы физического моделирования позволяют количествен!»
оцепить карстоопаспость с учетом техногенных воздействий, кото-
рые могут быть основой временных прогнозов. С их помощью мо
гут имитироваться не только существующие, но и ожидаемые си
туации. Однако главное преимущество физического моделирова 1	-	„
ния заключается в том, что оно представляет собой незаменимы! иязаниые с образованием в основании
инструмент познания специфики механизма карстовых процессе!
в конкретных природных и техногенных обстановках.
Большинство инженерных задач, возникающих в процессе стро , .	.	о	„	„„„„„
ителыюго освоения закарстованных территорий, не может бытт пч астрофических разрушении и обеспечение достаточной ст
грамотно решено без знания механизма карстовых деформаций
в первую очередь, механизма каре юного провалообразования
В этом плане очень важное значение приобретает использованш
плоских лабораторных физических моделей, позволяющих прямо i
непосредствен ио наблюдать и фиксировать имитируемые карстовьп
деформации. В то же время объемные модели тем более натурпьп
эксперимент позволяют достигнуть максимального соответствш
физических моделей карстовых процессов их реальным прототш
пам. К недостаткам физического моделирования, используемого
в качестве метода оценки карстоопасности, относятся связанны
с его применением организационные и технические трудности, а
также невозможность адекватного воспроизведения сложной при
родной обстановки. Вместе с тем физическое моделирование мо-
жет служить незаменимым средством при оценке эффективност!
противокарстовых мероприятий, направленных на изменение ка
кнх-либо параметров геологической среды (химического, и филь-
трационно-гидродинамического режима подземных вод, физико»
механических характеристик грунтов, тампонаж карстовых поло-
стей и т. д.).
При прогнозе гсодипампческих процессов в отечественной прак-
тике иногда успешно применяется так называемый! метод анало-
гии (аналогового моделирования) [54]. Однако достаточно обосно
ванных попыток его применения для оценки карстоопасности до на*
стоящего времени практически не было. Достигнутые определен- I
пые успехи в изучении закономерностей карстопроявлений создал» >ашиты. В на стоящее^ в рем я на ее основе созданы
предпосылки к созданию научных основ этого метода примени-
тельно к прикладным задачам освоения закарстованных террито-
рий.
Пути развития методов оценки карстовой опасности, естествен-
но, не ограничиваются названными, сформулированными в общем
виде. Практика освоения закарстованных территорий убедительно
показывает, что почти всегда возникают свои, нередко весьма ори-i
гпиальпые задачи по оценке карстоопасности, определяемые инже-
144
и- (опасности людей (необходимое условие);
2) обеспечение рентабельности строительства с учетом возмож-
ною ущерба от карстовых явлений и расходов на специальные
((мекания и противокарстовые мероприятия (достаточное усло-
h'e).
Объем противокарстовой защиты для выполнения необходимо-
н условия определяется в каждом конкретном случае в зависимо-
1п1 от прогнозируемых видов и размеров карстовых деформаций,
нпепи экономической и социальной ответственности защищаемо-
> объекта, конструктивных и эксплуатационных особенностей
1о<1|>ужений, специфики технологических процессов и т. п.
Во многих случаях осуществление противокарстовых мероприя-
(Н! для выполнения достаточного условия ведет к выполнению и
||еоб\одимого условия.
Способы противокарстовой защиты многоаспектны и чрезвы-
IHIIIIO разнообразны. Об этом можно судить по инженерно-геологи-
И'скоп классификации противокарстовых мероприятий, представ-
ккпых в табл. 5.1 *. Эта классификация ни в коей мере не проти-
оречпт инженерно-строительным классификациям противокарсто-
мероприятий [51]. Тем не менее авторы полагают, что инженер-
|к геологическая классификация, в основу которой заложена при-
ю щ карстового процесса, более удобна для использования как на
i.i иш изысканий, так и на стадиях проектирования, строительства
) «ксплуатации, особенно при организации комплексной инженер-
некоторые
I н гпые классификации [5].
>. В зависимости от принципов проектирования защиты противо-
I !]>сговые мероприятия подразделяются на три класса.
I. Мероприятия, направленные на изменение в нужном направ-
• ппп естественного развития карстовых процессов.
В разработке отдельных положений классификации принимали участие
I Г. Карпов к Е. А. Сорочан.
I 0 5 и
145
Таблица 5.1. Способы поотивокацстовой защиты	!		———								Продолжение табл. 5.1	
								1 !< |>1Н1Д 111»Н мгш* IIЛ 1 (( м. rip. II'))
Тип мероприятии	Подтип мероприятий		Вид мероприятия	Период примене- ния (см. стр. 149	Тип мероприятий	Вид мероприятий	Подтип мероприяшй	
								
Изменение естественной			хода карстовых процессов		Защита сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса			
Уменьшение интенсивно- сти растворе- ния Изменение ме- ханизма кар- стовых дефор- маций	Воздействие карстующнеся роды Воздействие покрывающую толщу Воздействие карстующнеся роды Воздействие покрывающую толщу Воздействие покрывающую толщу	на ио- на па по- ка на	Создание фильтрационной за- весы Осушсине карстующегося мас- сива путем устройства дрена- жей (линейных пли кольце- вых) Регулирова ипс поверхностно- го стока Создание водонепроницаемых покрытий Обрушение карстовых поло- стей путем трамбовки последу- ющей засыпкой и уплотнением образовавшейся воронки Заполнение полостей несвязны- ми инертными материалами Заполнение полостей тампо- нажными смесями с использо- ванием цементирующих и по- лимерных материалов, некото- рых отходов промышленного производства и т. и. Закрепление трещиноватых и разрушенных зон тампонаж- ными растворами Цементация основания, сло- женного карстующпмпся поро- дами, с устройством водоне- проницаемой зоны со стороны движения подземных вод Инжектирование воды с целью искусственного образования карстово-суффозионных про- валов Закрепление основания корне- видными буронабивными сва- ями Применение	армированного грунта в основании сооруже- ния Закрепление грунта, заполнив- шего погребенные карстовые формы Проведение тщательной верти- кальной планировки, обеспечи- вающей отвод поверхностных вод от сооружений Устройство деформационных канав вдоль стен зданий в зо- нах сжимающих напряжений	А, В А, Б, В А, В Б, В А, Б, В А, Б, В А, Б, В А, Б, В А, Б, В А Б, В А, Б А, Б, В А, Б, В Б, В	1 Панировоч- ные мсроприя- 1 пя Конструктив- ши* мероприя- 1 ни	Рациональное раз- мещение объектов строительства Создание рацио- нальной формы сооружения Рациональное трассирование ли- нейных сооруже- ний Создание рацио- нальных статиче- ских схем несу- щих конструкций Применение по- датливой конст- руктивной схемы зданий и сооруже- ний Применение жест- кой конструктив-	Расположение сооружений на менее опасных участках Расположение зданий и соору- жений за пределами участков обнаружения полости и по- верхностных карстовых форм Ориентация сооружений в за- висимости от формы и разме- ров поверхностных карстопро- явлеппй Регулирование плотности за- стройки Назначение рациональной фор- мы сооружения в плане Изменение высоты сооруже- ния (этажности здания) Прокладка трасс по наиболее безопасным участкам или пере- сечение опасных участков по кратчайшему направлению Дублирование и кольцевание трубопроводов на карстоопас- пых участках Устройство раздельного земля- ного полотна железных и ав- томобильных дорог для раз- ных направлений движения Устройство пролетных строе- ний мостов на раздельно стоя- щих опорах (по направлениям движения) Выбор рациональной конструк- тивной схемы Изменение статической схемы конструкции сооружений Назначение минимального ко- личества температурных и де- формационных швов (при про- вале) Разрезка зданий на укорочен- ные отсеки (при оседании) Устройство дополнительных шарнирных синий к каркасных конструкциях Устройство специальных по- движных (пружинных) соеди- нений блоков и панелей зда- ний Устройство податливой конст- рукции трубопроводов Ввод дополнительных связей в каркасных конструкциях	А, Б А, Б Б А, Б Б Б Б Б, В Б, В Б Б Б Б, В Б, В Б, В Б Б, В Б, В
146
*»•
147
Продолжение табл. 5.1
Тип мероприятий	Вид мероприятий	Подтип мероприятий	Период примене- ния (см. стр. 149)
Контроль за карстовым про- цессом	ной схемы зданий и сооружений Применение спе- циальных конст- рукций фундамен- тов Фиксирование па- раметров карсто- вого процесса в массиве горных пород Фиксирование де- формаций земной поверхности иа дневной поверх- ности и в конст-	Усиление несущих элементов конструкций армированными обоймами, рубашками Использование горизонталь- ных армированных поясов, тя- жей Устройство жесткой конструк- ции трубопроводов Монолитные или сборно-моно- лнтпис решение железобетон- ных фундаментов (ленты, пе- рекрестные ленты, плиты, ко- робчатые фундаменты) Увеличение площади опирания фундаментов для уменьшения контактного давления на осно- вание, в том числе, развитие фундаментов за пределы пери- метра сооружения (консоль- ные и П-образиые выступы) Применение фундаментов с опиранием па породы ниже зо- ны карстования Назначение свайных фундамен- тов с резервным числом свай и ростверком, обеспечивающим выпадение свай при провале Применение фундаментов	с горизонтальными связями Устройство	фундаментов	с подпругами Применение снпн-сток и опор глубокого заложения при опи- рании па пекарстпующисся по- роды Применение конструкций фун- даментов и полов подвалов с устройствами, уменьшающими величину карстовых деформа- ций в основании сооружений Поддомкрачивание с целью выправления сооружения Устройство глубинных грунто- вых марок в покровной толще пород Установка площадной п линей- ной сигнализации Назначение сети наблюдатель- ных гидрогеологических сква- жин Проведение инструментального контроля за оседаниями земной поверхности Автоматический контроль за деформациями конструктивных	Б, В Б, В Б, В Б Б, В Б, В Б Б Б. В Б Б, В В А, Б, В А, Б, В А, Б, В А, Б, В
148
HptHh) i пенис inn i > I
Тип мероприятий	Подтип мероприятий	Вид меринрия1 им	II pitu lipllMi ih ПИЯ (i м
	рукциях сооруже- ний	элементов Сооружении с при- менением сигнальных yci ройств Визуальное наблюдение за со- стоянием несущих и нснссущпх конструкций Устройство маяков на трещи- нах в конструкциях	Б, В В
Уменьшение вредного влияния хозяйственной деятельности на карстовые процессы			
Мероприятия по уменьшению интенсивности растворения карстующихся пород	Уменьшение водо- обмена	Ограничение объемов откачек трсшинно-карстовых вод Устройство закрытой ливневой и промышленной! канализации	в Б, В
	Уменьшение аг- рессивности вод	Предотвращение сброса хими- чески агрессивных по отноше- нию к карстуюгцимся породам промышленных и бытовых вод Ограничение и регулирование добычи полезных ископаемых подземным растворением по- род	В Л, в
Мероприятия,	Ограничение из-	Регулирование откачек под-	А, В
направленные	мепений напоров	земных вод	
на изменение механизма карстовых де- формаций	и уровнен подзем- ных вод	Oipaiiiniciinc объема утечки промышленных и хозяйствен- ных вод в грунт	А, Б, В
	Ограничение ди- намического воз- действия	Ограничение числа источников вибрации Ограничение объема взрывных работ	А, Б, В Л, Б, В
Примечание. В таблице приняты следующие условные обозначения: А — в период до
начала строительства защищаемых объектов; Б - - в период строительства объектов; В — в
период эксплуатации объектов.
2. Мероприятия, направленные на защиту зданий и сооружений
и обеспечение безопасности людей без воздействия на естественное
развитие карстового процесса.
3. Мероприятия, направленные па уменьшение вредного влия-
ния хозяйственной деятельности человека па карстовые процессы.
Как правило, выбор принципов проектирования протпвокарсто-
вой защиты (классов иротивокарсгоных мероприятий) должен осу-
ществляться по результатам инженерных изысканий уже па ран-
них стадиях (обобщение данных о природных условиях района, ин-
женерно-геологическая рекогносцировка).
В зависимости от путей реализации выбранных принципов про-
ектирования защиты противокарстовые мероприятия делятся па
типы и подтипы. Как правило, их выбор следует проводить по ре-
зультатам инженерно-геологической рекогносцировки и съемки, что
149
позволяет решить вопрос о целесообразности привлечения к проек-
тированию противокарстовой защиты и проведению соответствую-
щих изысканий той или иной специализированной организации.
В зависимости от технических способов реализации различных
принципов противокарстовых мероприятий последние делятся на
виды, которые, как правило, определяются в результате инженер-
но-геологической съемки и разведки.
Назначение классов, типов, подтипов и видов противокарстовых
мероприятий или их комплекса должно осуществляться лишь пос-
ле тщательного анализа:
а)	основных особенностей защищаемых объектов (степень от-
ветственности, расчетный срок службы, конструктивные решения,
размеры активной зоны основания, нагрузки, технологический ре-
жим, условия строительства и эксплуатации и т. д.);
б)	инженерно-геологической обстановки, выявленной в резуль-
тате инженерных изысканий (наличие или отсутствие подземных
карстовых форм в активной зоне основания или за ее пределами,
тип и размеры возможных карстовых деформаций в основании
сооружений, механизм карстовых деформаций с учетом влияния
на него возможных техногенных воздействий и г. д.).
В проектах противокарстовой защиты обязательно должен быть
указан период применения того пли иного мероприятия, а связан-
ная с этим разновременность затрат должна быть учтена при срав-
нении вариантов противокарстовой защиты.
5.2. Краткая характеристика наиболее распространенных
видов противокарстовой защиты
Подробно охарактеризовать состояние проблемы проектирова-
ния и реализации всех видов противокарстовой защиты в настоя-
щей работе не представляется возможным. Попытаемся сделать
это кратко, но с достаточно подробной ссылкой па соответствую-
щие литературные источники.
Из мероприятий 1-го класса (изменение развития карстового
процесса) остановимся на заполнении (тампонаже) карстовых по-
лостей и разрушенных зон. Это мероприятие применяется доста-
точно широко, главным образом при строительстве сооружений в
условиях, при которых перенос сооружений невозможен пли неце-
лесообразен, если в их основании обнаружены карстовые полости.
Во многих случаях тампонаж Карповых полостей и разрушенных
зон является единственным способом существенного повышения
надежности эксплуатируемых сооружений.
К сожалению, специальных всесторонних исследований пробле-
мы заполнения карстовых полостей до сих пор не проводилось.
Лишь в последнее время в НИИОСП развернуты исследования, на-
правленные на подбор рациональных смесей и разработку соответ-
ствующих технологий тампонажа [64].
Наибольший опыт в проектировании тампонажа карстовых по-
лостей в СССР имеют институты Гидроспецпроект Минэнерго
СССР и Фундамента роект Мипмонтажспецстроя СССР.
150
За рубежом тампонаж карстовых полосreii и i.iK.iprioB.-niiiux
зон получил наибольшее распространение во Франции |85, К)"],
ФРГ [102], ГДР [88, 95, 96].
При разработке проектов тампонажа карстовых полосн и с ic
дует иметь в виду следующие обстоятельства.
Как указывалось, в настоящее время отсутствует однотачное
понятие термина «карстовая полость». В некоторых изыска сельских
и проектных организациях под этим термином понимается любое
подземное проявление карста, в том числе понижение в кровле
карстующих пород, трещиноватые зоны в толще пород п т. д. Эю
нередко ведет к серьезным ошибкам при составлении ироекюв
тампонажа.
Значительная часть реализованных проектов тампонажа кар-
стовых полостей в основании зданий и сооружений основана па
принципах, заимствованных из практики проектирования тампона-
жа закарстованных и трещиноватых зон в основании плотин, глав-
ной задачей которого является создание водонепроницаемых экра-
нов, препятствующих утечкам воды из водохранилищ. Вряд ли
такой подход во всех случаях правомерен, главным образом с эко-
номической точки зрения, при тампонаже карстовых полостей и
закарстованных зон в основании зданий и сооружений в промыт
лепном, гражданском и транспортном строительстве, где основной
задачей является предотвращение образования карстовых дефор-
маций (в первую очередь, провалов) в основании сооружений. При
этом тампонаж карстовых полостей или трещиноватых зон не дол-
жен существенно изменять гидрогеологические условия па участ-
ках размещения других сооружений. Необходимо всегда оценивать
возможность образования карстовых деформаций на этих участках.
В связи с этим возникает задача создания специальной технологии
работ и составов тампонажного материала применительно к раз-
личным природным и технологическим условиям.
В большинстве случаев в настоящее время применяют глппо-
песчано-цементные растворы. В ППИОСПе разработаны и апро-
бированы на ряде объектов вспенивающиеся растворы, которые
позволяют значительно снизить расход цемента, обеспечить более
плотную закладку материала в полостях и необходимую прочность.
Однако эти материалы имеют тот же недостаток, что и обычные
глинопссчано-цементные растворы— водонепроницаемость.
В условиях неопределенности факта наличия полости, ее разме-
ров и конкретного местонахождения представляется целесообраз-
ным закрепление грунтового массива основания сооружения над
карстующимися породами. Для достижения экономии в этом слу-
чае в Греции, Югославии и ЮАР нашел применение способ повы-
шения устойчивости кровли полости путем закрепления грунта по
криволинейным в поперечном разрезе поверхностям (с использова-
нием так называемого арочного эффекта) [81, 102].
Необходимо продолжать поиск снижения стоимости тампонаж-
ных работ. В частности, следут г тучпп. возможность гидравличе-
ской закладки в карстовые полости водопроницаемого материала
151
по аналогии с известными способами, используемыми в горпой про-
мышленности.
Эффективность работ может быть значительно повышена при
применении для поиска карстовых полостей и их оконтуривания спе-
циальной аппаратуры. В горном деле при добыче соли путем под-
земного выщелачивания широко применяются ультразвуковые
скважинные приборы, позволяющие с достаточно большой точно-
стью определять размеры и конфигурацию подземных полостей
[3]. К сожалению, такая аппаратура в практике заполнения карсто-
вых полостей не применяется. Оконтуривание полостей ведется
крайне неэффективным способом — путем бурения скважин.
В связи с этим по некоторым объектам стоимость буровых работ
составляет более половины сметной стоимости работ.
Проблему заполнения карстовых полостей необходимо решать
комплексно, рассматривая вопросы инженерно-геологического, тех-
нического, экономического и организационного характера нераз-
рывно.
Из мероприятий 2-го класса (обеспечение защиты зданий и соо-
ружений без воздействия на естественный ход карстового процес-
са) наиболее часто применяются архитектурно-планировочные и
конструктивные. Мероприятия же по контролю за карстовыми про-
цессами применяются значительно реже.
Архитектурно-планировочные мероприятия включают: рацио-
нальную разработку проектов районной планировки и генеральных
планов промпредприятий, городов и поселков, проектов застройки
н детальной планировки; размещение сооружений в зависимости от
параметров карстовых форм; назначение рациональной формы и
этажности здания: рациональное трассирование линейных соору-
жений. Совершенно очевидно, что все вопросы архитектурно-пла-
нировочного характера должны рассматриваться неразрывно
с вопросами оценки карстоопасности. Решение этих вопросов цели-
ком определяет технологию и экономику дальнейшего строительно-
го освоения закарстованных территорий и эксплуатации сооруже-
ний. Можно привести много примеров, когда неправильная оценка
карстоопасности, например, без учета техногенного воздействия,
приводила к многомиллионным дополнительным затратам по обес-
печению необходимой надежности запроектированных объектов.
Есть и другие примеры, когда без должного обоснования призна-
ются непригодными для освоения большие по площади террито-
рии, за счет чего государство имеет немалые экономические потери.
Следует заметить, что указания по архитектурно-планировоч-
ным вопросам относительно пригодности территорий для застрой-
ки, характера, плотности и этажности застройки, изложенные в ра-
боте [51], недостаточно обоснованы и противоречат существующей
главе СНиП 11-60-75* [63].
Особенностью осуществления архитектурно-планировочных про-
тпвокарстовых мероприятий является то, что их нельзя в принци-
пе рассматривать в отрыве от всего комплекса возможной противо-
карстовой защиты, особенно конструктивного характера. В настоя-
152
щсе время предложен [68] критерий сравнения вариантов застрой-
ки на закарстованной территории —вероятные приведенные .пира-
пи. Необходимо отметить интересную инициативу Горисполкома
г. Дзержинска, где при отделе по делам строительства и архптек-
1уры создана противокарстовая комиссия, состоящая из специали-
стов отдела, исследовательских, изыскательских, проектных, строн-
юльпых и эксплуатационных организаций. Эта комиссия принима-
ет решения по наиболее сложным вопросам, в первую очередь пн
вопросам планировки и размещения отдельных объектов. Анало-
гпчная практика существует и в ГДР, где, кстати, требование при-
влечения специалистов разного профиля для комплексного реше-
ния вопросов освоения закарстованных территорий было зафикси-
ровано в одном из нормативных документов [84].
В практике проектирования из всех видов противокарстовой за-
щиты конструктивные мероприятия являются самыми распростра-
ненными. Такое положение является оправданным в силу ряда
причин.
1.	Как указывалось выше, в настоящее время оценка карсто-
опасности территорий основывается на вероятностном подходе,
объективно отражающем как стохастический характер природы
карстового процесса, так и реально достигнутый уровень инженер-
ных изысканий (особенно в части обнаружения подземных карсто-
вых форм на глубине более 20 30 м). В связи с этим всегда возни-
кает большая или меньшая неопределенность образования карсто-
вых деформаций как во времени, так и в пространстве. Конструк-
тивная противокарстовая защита с точки зрения обеспечения на-
дежности сооружений в определенной мере компенсирует наше не-
достаточное знание о времени и месте образования карстовых де-
формаций.
2.	Конструктивные противокарстовые мероприятия в наиболь-
шей степени приспособлены для одновременного выполнения необ-
ходимого и достаточного условия проектирования противокарсто-
вой защиты.
3.	В ряде случаев конструктивные противокарстовые мероприя
1пя являются единственно возможными для обеспечения абсолют-
ной надежности объекта (например, устройство фундаментов глу-
бокого заложения с опиранием их на породы, залегающие ниже
карстующихся)
4.	В большинстве случаев локальные карстовые деформации
(провалы, карстовые просадки, проседания), представляющие ос-
новную опасность для зданий и сооружений, имеют сравнительно
небольшие размеры в плане, что позволяет использовать достаточ-
но экономичные конструкции для их перекрытия.
На закарстованных территориях, где возможны оседания зем-
ной поверхности на относительно больших площадях, также приме-
няют специальную конструктивную защиту. Определенным анало-
юм этих мероприятий могут быть хорошо апробированные конст-
руктивные решения по защите зданий и сооружений на подраба-
тываемых территориях.
I...1
5.	Как уже указывалось выше, наиболее эффективная защита
здании и сооружении от вредного влияния карста может быть
достигнута при применении комплекса противокарстовых меропри
ятий в предпостроечный, строительный и эксплуатационный перио-
ды. Это относится прежде всего к случаю размещения объектов на
участках с повышенной карстоопасностью. Непременным элемен-
том этого комплекса должны быть конструктивные защитные ме-
роприятия, которые в конечном итоге, воспринимают воздействия
от карстовых деформаций при недостаточной эффективности дру-
гих элементов комплекса мероприятий.
Учитывая высокую степень индустриализации строительства в
СССР и вследствие этого принципиальную сложность изменения
проектов наземной части зданий и сооружений или их усиления
при привязке на участках, подверженных карстовым процессам,
основными направлениями конструктивной протнвокарстовой за-
щиты является применение либо специальных типов фундаментов,
либо создание специальных типовых проектов. По мнению Г. Шмид-
та [99], создание специальных типовых проектов для применения
в карстовых районах ГДР невыгодно экономически Такой вывод в
значительной степени может быть оправдан в силу локального и
случайного характера проявления карста, особенно с точки зрения
интенсивности и размеров карстовых деформаций в различных их
сочетаниях. Тем пе менее проработка этого вопроса применительно
к отдельным интенсивно осваиваемым закарстованным территори-
ям, по мнению авторов, будет полезной.
Таким образом, в настоящее время конструктивная противокар-
стовая защита осуществляется в основном путем разработки спе-
циальных противокарстовых фундаментов и лишь в отдельных слу-
чаях путем усиления надземных частей зданий и сооружений вклю-
чением в работу дополни тельных конструктивных элементов. Пос-
леднее решение чаще всего исполь-.устся при усилении зданий,
возведенных без соответствующем) учета карстовой опасности, на-
пример, на территориях непредвиденной активизации карстовых
процессов вследствие техногенного воздействия. В п. 5.3 приведены
некоторые примеры проектирования противокарстовых фундамен-
тов.
В настоящее время существует ряд методов расчета противо-
карсювых конструкций [39, 51], которые достаточно широко ис-
пользуются в проектной практике. Однако они требуют кардиналь-
ного усовершенствования по целому ряду направлений.
Методика расчета должна учитывать механизм карстовых де-
формаций и стохастический характер основных параметров карсто-
вых деформаций. Расчеты должны выполняться на ЭВМ по специ-
ально разработанным программам, позволяющим учесть совмест-
ную работу фундамента и надфундаментных конструкций [35, 64].
Расчеты протпвокарсювых конструкций и соответствующие ин-
женерные решения должны обеспечить выполнение необходимого
и дос га точного условий, предъявляемых к протнвокарстовой за-
щите, о которой говорилось выше. Принципиальная их реализация
154
на формализованной основе возможна при использовании вероят-
ностной оценки карстовой опасности, как это, например, осущест-
вляется при расчете антисейсмического усиления. Однако в прак-
тике проектирования имеются интересные предложения по приме-
нению различных принципов проектирования противокарстовых
конструкций (ио сути дела исходя из одновременного обеспечения
необходимого и достаточного условий или только необходимого ус-
ловия) даже при качественной оценке карстоопасности. Так, по
предложению Ю. М. Стругацкого [64] для закарстованных террито-
рий Москвы, которые признаны опасными, расчеты защитных кон-
струкций выполняются па воздействия от образования карстовых
провалов как особых воздействий с проверками па потерю несу-
щей способности конструкций или полную непригодность сооруже-
ния к эксплуатации (первое предельное состояние). Для районов
же с так называемой потенциальной опасностью [7] конструкции
зданий предлагается рассчитывать лишь по первому предельному
состоянию с использованием расчетных моделей, исключающих уп-
рощения «в задас прочности». Конечно, такой подход можно счи-
тать вынужденным инженерным решением в условиях отсутствия
количественной оценки карстовой опасности данной территории.
К сожалению, как показал анализ, в ряде проектных организа-
ций расчет противокарстового конструктивного усиления вообще
не производится, а проектные решения принимаются интуитивно.
Взаимодействие сооружений различных по статическим и кон-
структивным схемам с различными видами карстовых деформаций
но многом неясно. Эффективным инструментом понимания этого
взаимодействия является экспериментальное изучение его в нату-
ре и на моделях.
Важнейшим условием успешного освоения закарстованных тер-
риторий является обеспечение возможности их дальнейшей экс-
плуатации при поражении их карстовыми деформациями.
В НИИпромстрос Миппромстроя СССР под руководством
Э. И. Мулюкова разработай способ ликвидации прогрессирующих
разрушений зданий путем задавливания миогосекционных свай
164]. Способ апробирован в реальных условиях.
По предложению Моспроекта-1, с целью возможности ликви-
дации ослабления в подошве фундамента вследствие образования
провалов рекомендуется предусматривать устройство в подвалах
и фундаментах сквозных асбоцементных труб с шагом 6X6 м для
нагнетания цементно-песчаного раствора или бетона в провальные
воронки [7].
Имеются предложения по автоматической выправке сооруже-
ний при образовании в их основании оседаний, карстовых проса-
док или неглубоких провалов и фиксации их местоположения в ос-
новании сооружений.
Сравнительно дешевым и эффективным мероприятием по обес-
печению безопасности на карстоопаспых участках является устрой-
ство различного рода оповестительных сигнализаций о деформа-
155
циях отдельных элементов конструкций, земной поверхности или
грунтовой толщи.
Системы оповестительных сигнализаций о карстовых деформа-
циях должны быть надежны и просты, фиксирующие лишь карсто-
вые деформации, ибо появление ложных сигналов приводит к по-
тере доверия к ним и утрате необходимой бдительности.
На карстоопасиых участках Москвы Моспроектом-1 [64] разра-
ботана и эксплуатируется система автоматического контроля де-
формаций грунта под фундаментами зданий и сооружений. При
этом сигнализация подсоединена к пульту дежурного жилищно-
эксплуатационной конторы. Кроме того, па ряде карстоопасных
участков Москвы реализована система дистанционного контроля
деформаций конструкций жилых зданий, разработанная институ-
том Мосжилнпипроектом [64]. Опытная эксплуатация этой систе-
мы в одном из жэков показала ее эффективность.
На ряде карстоопасных участков железных дорог [47] и автома-
гистралей [88] эксплуатируется линейная элсктрорелейная опове-
стительная сигнализация, автоматически регистрирующая повреж-
дение дорожной конструкции при образовании карстового провала
и передающая запрещающий сигнал на светофоры.
Для своевременных мер по обеспечению сохранности зданий и
сооружений безопасности людей в последнее время стали приме-
няться датчики деформации, установленные в толще пород в осно-
вании сооружений или вблизи них, фиксирующие подземные кар-
стовые деформации, которые могут быть своеобразными симптома-
ми поверхностных деформации. В СССР несколько вариантов та-
ких устройств разработаны в Уральском электромеханическом ин-
ституте инженеров железнодорожного транспорта (под руководст-
вом И. Н. Шаклеина) [75]. За рубежом «глубинные реперы» широ-
ко применяются в ГДР [87, 100], Франции [85], ЮАР [86]. Они наи-
более эффективны при установке их в основании сооружений, име-
ющих относительно небольшую площадь опирания (опоры мостов,
дымовые трубы и т. п.), а также при фиксации деформаций над
обнаруженными карстовыми полостями.
Непременным условием безопасного хозяйственного освоения
закарстованных территорий является осуществление мероприятий
3-го класса (уменьшение вредного влияния хозяйственной деятель-
ности на карстовые процессы). Эти мероприятия следует проводить
регулярно, четко представляя характер и степень их влияния на
механизм карстовых деформаций.
Во многих случаях в проектах записываются указания о необ-
ходимости проведения таких мероприятий в слишком абстрактной
форме. Например, нередко требование о предотвращении возмож-
ности утечек производственных вод в грунт не подкрепляется ка-
кими-либо конструкторскими решениями. Необходимо, чтобы в про-
ектах были специальные разделы по протпвокарстовым мероприя-
тиям, направленным на уменьшение вредного влияния хозяйствен-
ной деятельности па карстовый процесс.
156
Мероприятия 3-го класса (например, ограничение огкачек под
гемных вод) требуют серьезного экономического обосшш.чппя.
В ряде случаев реализация их не так очевидна, как ио можег
показаться без такого обоснования.
.>.3. Некоторые инженерные решения при проектировании
противокарстовых фундаментов в условиях глубокого каре га
Конструктивная противокарстовая защита зданий и сооруже-
ний для территорий, где преобладающими видами карстовых де-
формаций являются оседания и карстовые просадки, принципиаль-
но не отличается от конструктивных решений, разработанных для
подрабатываемых территорий и территорий с просадочными труп-
ами. Конструктивная же защита зданий и сооружений от возден-
t гвпя карстовых провалов в основном в виде противокарстовых
фундаментов во многом специфична *.
Характерной чертой проектирования таких фундаментов явля-
йся то, что они должны обеспечить восприятие дополнительных
усилий (изгибающих моментов, поперечных сил) в условиях почти
полной неопределенности местоположения возможных провалов в
плайе, с той или иной вероятностью поражения фундаментов про-
валами определенных размеров за срок службы сооружения. Та
кпм образом, налицо парадоксальное положение: поражается лишь
ограниченный участок здания, а проектировщики вынуждены пре-
дусматривать защиту всего здания.
В практике освоения закарстованных территорий наибольшее
распространение получили монолитные железобетонные фундамен-
1ы в виде лент, перекрестных лент и плит (рис. 5.1), которые дол-
жны обеспечить необходимую прочность и жесткость конструкции
и несущую способность основания при образовании под ними про-
пала. Для уменьшения силового воздействия на краях сооружений
рекомендуется устройство консольных выпусков за пределы конту-
ра сооружения.
На рис. 5.2, 5.3 приведены примеры устройства фундамента
для вновь строящихся промышленных зданий и сооружении. В or
дельных случаях при больших по размеру прогнозируемых карсто-
вых провалах может быть целесообразным устройство гори гоп-
гального рамного пояса в уровне перекрытия над первым этажом.
Такой рамный пояс для увеличения общей жесткости здания мо
жст быть связан с усиленной фундаментной частью с помощью
вертикальных железобетонных стоек. Схема такого усиления при
всдена па рис. 5.4, на примере двухэтажного жилого дома для сель
ской местности.
С целью исключения консолировапия краевых и особенно yr.no
вых мест фундаментов в плане необходимо устройство консольных
удлинений фундаментных леш за пределы периметра с ген сопру
* Рекомендации по проектированию фундаментов на _*;>K«ipeгоп.нпп ix leppn
|<>риях. — М., НИИОСП, 1985.
I >
Рис. 5.1. Тилы железобетонных противо-
карстовых фундаментов
а — ленты, б — перекрестные ленты, в —
плита; 1 — консольные выпуски, 2 — пло-
щадь в пределах контура сооружений
Рис. 5.2. План фундамента главного кор-
пуса обогатительной фабрики (справа да
иы нагрузки, тс, от колонны на фунда-
мент по буквенным осям)
Рис. 5.3. Конструкция фундамента здания
тепловозовагонного депо
жения. Размеры (длины) консольных участков должны быть соиз-
меримы с размерами ожидаемых карстовых провалов на участке
расположения здания или сооружения. Как показывают расчеты,
учитывающие вероятностный характер карстопроявлений в основа-
нии сооружений, для ленточных фундаментов эти размеры должны
быть не менее 0,7 расчетного размера, а для плитных фундамен-
тов — не менее 0,4 при условии, что поперечный размер плиты бо-
лее размера расчетного пролета, т. е. расчетная схема фундамент-
ной плиты не превращается в балочную систему, зависающую над
карстовым провалом. При организации конструктивной противо-
158
рис. 5.4. Схема конструктивной защиты двухэтажного дома
/ монолитные фундаментные лепты; 2 — консоли фундаментных лент; 3 —рамный пояс
и уровне перекрытия; 4 — соедините льны с стойки; 5 — расчетные положения воронки, дш
мг||1 которой равен размеру расчетного пролета
карстовой защиты для эксплуатируемых зданий и сооружений
в пределах фундаментной их части следует предусматривать уст
ройство таких консолей.
Если по условиям несущей способности грунтов основания тре-
буется устройство висячих свай, то их число и поперечные сечения
должны назначаться с учетом выхода из строя некоторого числа
спай вследствие образования под ними карстового провала или
расположения их в ослабленной зоне или полости.
Расход материалов на устройство противокарстовых фунда-
ментов прямо пропорционален величине 1т, где I — пролет фунда-
мента над провалом; 1^т^2. В связи с этим следует иметь в ви-
ду, что, как следует из механизма формирования карстового про-
пала, диаметр карстового провала в основании сооружения увели-
чивается в размере от диаметра круглоцилиндрического провала
г/() до диаметра провала с устойчивыми склонами £?пт. При этом
разность rfiim—d0 и скорость увеличения диаметра провала зависят
от физико-механических характеристик грунтов, соотношения вп
димой глубины и диаметра провала и нагрузок от сооружения.
Провалы (воронки) в основании сооружений без принятия спецп
альных мер могут существовать как угодно долго. Они могут уве-
личиваться по глубине и, как следствие этого, в диаметре. В бор г is
провалов или в непосредственной близости от них могут образины
ваться повторные провалы. В связи с этим противокарстовые фуп
даменты целесообразно дополнять устройствами, позволяющими
ограничивать размеры провалов в плане, фиксировать месюно по
жения провалов в основании сооружений и ликвидирован. или
уменьшать размеры провалов. На рис. 5.5 показан или i по-сгоечиып
1Г.Ч
Рис. 5.5. Плитно-стоечный фундамент
1 -плита; 2- консоль плиты; 3- стой-
ки; 4— стойки, выпавшие при образова-
нии провала; 5 — круглоцилнндрический
провал диаметром do', 6 — очертание про-
вала диаметром d{ после уположения от-
косов провалов до стоек; 7 — очертание
провала после его уположения до диа-
метра d2 при отсутствии стоек
Рис. 5.6. Конструкции свайных противокарстовых фундаментов
« — монолитное соединение свай и плиты ростверка высотой б — свободное соединение
свай и плиты ростверка высотой /2 (6< Ml в — деталь соединения плиты со сваей; / —
плита; 2 — сваи; 3— зависшие над полостью с налипшим на них грунтом сваи; 4— свобод-
но выпавшие из ростверка сваи, после образования под ними провала; 5 — карстовая по-
лость; 6 — обрушенная карстовая полость; 7— провал под ростверком; 8— обертка ого-
ловка сваи рубероидом
фундамент, в котором стойки (сваи) предотвращают увеличение
диаметра провала, остающегося близким к первоначальному зна-
чению диаметра круглоцилипдрического провала d0. Конструктив-
но такой фундамент представляет собой свайное поле с интервалом
’/з—'А прогнозируемого диаметра круглоцилиндрического провала.
Поверх свайного поля устраивается плита. Длина стоек (свай)
должна перекрывать возможную (прогнозируемую) глубину на
0,5—0,7 м. Заделка голов свай в ростверк должна обеспечивать их
160
Рис. 5.7. Фундамент опоры сооружения
башенного типа с устройством радиаль-
ных консолей
1 консоли; 2 — пропал
Рис. 5.8. Фундамент сооружения с рас-
средоточенной кольцевой пятой опирания
свободное выпадение при образовании провала (рис. 5.6). Такое
решение позволяет значительно уменьшить усилия в плите рост-
верка.
Для зданий п сооружений, имеющих стоечные опоры основной
задачей является обеспечение устойчивости опоры Это обычно до-
стигается устройством резервного числа элементов опирания
(рис. 5.7, 5.8).
Достаточно сложна конструктивная защита от карстовых про
валов железнодорожного пути для повышения безопасности дни
жения поездов. Практикуется укладка на карстовых участках паке
тов из рельсов, сплошных подбаластных настилов или pciiieruaibix
конструкций [47].
Специальная конструктивная защита дорожной одежды авю
мобильных дорог, а также трубопроводов, по мнению антрон,
вряд ли целесообразна. Однако следует сказать, что примени ie.ni.
но к трубопроводам [16] основное внимание должно быть обр.звн-
но на уменьшение конструктивными решениями усилии в ipy(>o
проводе при образовании под ним провала (устройство коп,|р|.кон.
обеспечивающих быстрый сброс грунта, лежащего над тубами,
свободное в вертикальном направлении опирание труб пл опори
и т. д.).
К I
5.4. Определение расчетного размера карстовых провалов
при проектировании противокарстовых фундаментов
Исходные предпосылки. Размер карстовых деформаций в плане
является основным исходным инженерно-геологическим парамет-
ром при проектировании конструктивной противокарстовой защи-
ты. Для большинства зданий и сооружений именно он в наиболь-
шей степени определяет объем и стоимость этих мероприятий.
Особенностью проектирования конструктивной противокарсто-
вой защиты при условии глубокого залегания карстующихся пород
является то, что проектировщики вынуждены назначать расчетные
параметры карстовых деформаций в условиях большей или мень-
шей неопределенности. Степень этой неопределенности объясняет-
ся как объективными причинами (стохастический характер карсто-
вого процесса), так и субъективными (несовершенство способов
обнаружения карстовых полостей и определения их размеров, прог-
ноза размеров карстовых провалов).
До настоящего времени отсутствовала методика определения
расчетного размера карстового провала в плане при проектирова-
нии противокарстовых фундаментов. Обычно его назначали без до-
статочного обоснования, в лучшем случае интуитивно принимая во
внимание срсдневероятпый диаметр провала d н его среднеквадра-
тпческос отклонение о, категорию устойчивости территории (см.
п. 4.2), степень ответственности зданий и сооружений.
Ниже излагается способ определения расчетного пролета — раз-
мера карстового провала под фундаментом в плане, в котором
сделана попытка формализованно учесть названные выше обстоя-
тельства.
Сущность его заключается в том, что карстовые провалы и про-
ектируемое инженерное сооружение рассматриваются неразрывно,
в рамках одной системы. Нельзя говорить о расчетном размере
карстового провала для какой-либо площадки безотносительно
к конкретному сооружению, также как и применительно к какому-
либо сооружению, например, типовому зданию, не учитывая кон-
кретные параметры возможных карстовых деформаций (X, d, ст)
в определенном их сочетании.
Предлагаемый способ определения расчетного размера карсто-
вого провала может быть применен как для случая детерминисти-
ческого прогноза (определение достаточно узкого интервала значе-
ний диаметров провалов d на основе геомеханических моделей),
так и вероятностного прогноза (определение функции распределе-
ния d).
Рассмотрим сущность способа применительно к вероятностному
прогнозу. Основными исходными данными являются: интенсивность
провалов X, гистограмма или кривая распределения диаметров
провалов устойчивой формы d=d[im, расчетный срок службы
сооружения tn, очертание фундамента в плане и его размеры.
Выявление распределения параметра I. Как показано в п. 4.6,
для участков с примерно одинаковыми природными условиями,
162
Рис. 5.9. Расчетная схема определения
размера деформации I по оси фундамен-
та при карстовом провале диаметром d
статистически определяющими диаметры карстовых провалов, рис-
пределение их близко к нормальному закону. На основании этого
всегда можно определить максимальное значение диаметра про
вала
</i„JV d 4-Зо.	(5.1)
С определенной долей достоверности считаем, что показатель
интенсивности провалов "К и их диаметры являются независимыми
величинами. С учетом этого обстоятельства расчетная схема зоны
поражения сооружения карстовыми провалами может иметь вид,
аналогичный показанному в примере на рис. 4.20.
Можно считать (принимая во внимание вероятностный характер
происхождения провалов различных диаметров), что при образова-
нии провала в этой зоне вероятность попадания его под фундамент
будет меньше 1. В случае же образования провала под фундамен-
том ось фундамента и диаметр провала совпадут лишь с некоторой
вероятностью. Именно поэтому термин «расчетный диаметр» каре
тового провала, часто употребляемый при проектировании фунда-
ментов в качестве синонима «расчетный пролет», не является пра-
вомерным.
В связи с вероятностным характером этой величины псобходп
мо знать распределение вероятностей I для конкретного фунда-
мента. Найдем сначала распределение параметра I для осп очной
ленты фундамента бесконечной длины (рис. 5.9) при образовании
провала постоянного диаметра d.
Величина I связана с расстоянием от оси фундаментной леи гы
до центра провала х соотношением
1
2
Z = 2(d2/4—х2) ,	(5.2)
а среднее значение равно
I
d/ 2	о
2 [ (d2/4—х2) " dx
Т=-------------------=~0,7«5d.	(.> I)
В излагаемой методике нс учитывается влияние пагручкп и дру
гих воздействий от сооружения на изменение вероятноеш обр
вания карстовых провалов вообще и вероятность образования про
валов различных диаметров. Проработка этого вопроса пш я
лишь в стадии рабочей гипотезы. Однако с достаточной степенью
приближения можно считать, что в условиях покрытого глубокого
карста, когда возможность образования карстового провала опре-
деляется в основном размерами полостей (в том числе образую-
щихся за счет суффозионных процессов) и их приращением за срок
службы сооружения, можно предполагать, что нагрузка от соору-
жения незначительно влияет на вероятность образования провала.
Нагрузка от сооружения на величину диаметра провалов влияет
двояко. Как уже указывалось в гл. 4, нагрузка от сооружения
уменьшает величину диаметра круглоцилипдрических провалов d0
и увеличивает глубину смещения h0. Видимая же глубина кругло-
цилиндрического провала Soi>s зависит как от h0, так и свободной
высоты карстовой полости по вертикали в месте провала, увеличи-
ваясь с увеличением значений последних. Таким образом, лишь при
прочих равных условиях можно считать, что нагрузка от сооруже-
ния увеличивает видимую глубину провала, что, в свою очередь,
ведет к увеличению предельного диаметра с устойчивыми откоса-
ми. По нашему мнению, с некоторым запасом (перестраховкой)
можно использовать диаметры, прогнозируемые без учета нагруз-
ки от сооружений.
Будем считать, что появление провалов в пределах полосы
х= (0—d/2) равновероятно, a l=U (х) =±\d2—4х (при x^d/2).
Требуется определить функцию распределения вероятностей I.
Известно, что функция распределения функции случайной величи-
ны Р(1) выражается формулой
Р (0
где U(l)—обратная функции С/(х);
личины х.
1-Fp(/)J,	(5.4)
F — функция распределения случайной вс-
Р(х)
О
x/d
1
при .г
»
»
0;
х -0—d/2;
x^d.
(5.5)
Следовательно,
?(/) =
при I < 0;
(5.6)
о
1— Vd2 — Z2/d » Z—0;
1	» I d,
а функция плотности распределения будет иметь вид
р(Г) = [Р (Z)]' = :(1— "|/d2—Z2/d) = Z/l/d2—Z2.
(5.7)
Значение I и эмпирические кривые распределения I получены так-
же методом статических испытаний. При этом хорошее совпаде-
ние, как показала опытная проверка, этих результатов с вычислен-
ными по формулам (5.3), (5.6), (5.7) позволяет с уверенностью
применять метод статистических испытаний для какого угодно
сложного очертания фундамента в плане. Получение же теорети-
ческим путем функций и плотностей распределения I для фунда-
мента любой конфигурации (например, путем композиции законов
164
Рис. 5.10. Функция распределения пара-
метра Pi
Рис. 5.11. Функция распределения диа-
метров провалов
распределения случайных величии) вряд ли будет оправдано с
практической точки зрения. На рис. 5.10 показана кривая функция
распределения I, полученная конкретно для одного из объектов
(см. рис. 4.20) с использованием кривой распределения диаметров
провалов, приведенной на рпс. 5.11.
Нахождение функции Р(1) целесообразно производить по сне
цпально разработанным программам на ЭВМ или же вручную.
Определение вероятности образования карстового провала под
фундаментом. Найдем сначала условную вероятность образования
провала под фундаментом при условии, что провал произошел
Нетрудно показать, что при образовании провала в зоне около
сооружения эта вероятность будет равна:
=d/dmax-	(•'
При образовании провала диаметром d.; в зоне одного и i ок<
ков плана фундамента размерами щ и й| (<Т|<й|) вероятное и, по
падания его под фундамент равна
Pfi = l~[(bl—di)(al—di)\/albl */,(</< ft,
а с учетом кривой распределения диаметров провалов
Pf, <'«,[(". . Ф.ДЧ МI ।	О-
где da —среднее значение двлмг|р<>1> нрон i<>!> » ннк pii.iju- d |<l <Z||,
Pcla —вероятность обр.нои iiihx нроп.ыон iliiMeipoB до d и, (см рнс i H)
Аналогично вычисляется вероятность /\. при обрл iob.hiiiii про
вала в соседнем /-м отсеке с размерами и, и l>j (без учета чагит
фундамента, общей с первым отсеком).
При образовании же провала в зоне, занимаемой сооружением,
и зоне около него (на площади А) вероятность образования црова
ла под фундаментом равна
п— I
Pf=Pf A0/A+Pli.AkjA+ Pf.Ah /А,	(5.11)
U	2	1
1G5
где До— площадь участка вокруг здания на расстоянии dmax/2; ^kj
в пределах контура /го отсека; п— количество отсеков.
Л=А,+2А,{..	(5.12)
1 ]
Определение расчетного пролета фундамента над провалом.
Ранее было показано, что вероятность того, что площадь А, распо-
ложенная на территории с интенсивностью провалов К, за срок ।
службы сооружения tn не будет поражена* карстовыми провалами,
определяется по формуле
- ехр (- М/„).
Тогда вероятность (безусловная) образования провала по (
фундаментом найдется как:
PF (l-Pu)Pf.	(5.13)
Надежность фундамента, рассчитанного на ослабление основания
под его подошвой размером I относительно карстовых провалов мо-
жет быть определена по формуле
Р = 1-Рг(1-Рг),	(5.14)
где Pi — вероятность того, что при образовании провала размер его в плане
под фундаментом будет не более I.
Если задаться некоторым минимально допустимым значением
надежности Pa<im, то нетрудно определить расчетное значение Pid',
Pld = (Padm+PF-l)/PF-	(5.15)
Теперь по интегральной кривой распределения I можно найти
расчетное (искомое) значение Id, (см. рис. 5.10).
Таким образом, рассматривая характеристики сооружения и ко-
личественные параметры карстового процесса в рамках одной си-
стемы, представляется возможным объективно назначить основной
параметр /д, необходимый для расчета противокарстовых фунда-
ментов. Это в конечном счете ведет к наиболее удачным в экономи-
ческом отношении проектным решениям.
5.5. Способы оценки эффективности противокарстовых
мероприятий
Термин «эффективность противокарстовых мероприятий» объе-
диняет два взаимосвязанных понятия: «инженерно-геологическая»
и «экономическая» эффективность.
Инженерно-геологическая эффективность противокарстовых ме-
роприятий характеризует способность противокарстовых меропри-
ятий или их комплекса добиться той или иной степени защиты
объекта, выражаемой величиной повышения надежности, уменьше-
нием возможного размера карстового провала, уменьшением веро-
ятного ущерба и т. д. безотносительно к технико-экономическим
условиям реализации противокарстовых мероприятий.
1G6
Инженерно-геологическую эф
фиктивность п р от иво к а р сто вых
мероприятий пе всегда удается
ыразить количественно. Однако
и качественная оценка инженер-
но-геологической эффективности
позволяет достаточно объективно
назначать принципиально воз-
можные варианты противокар-
стовой защиты и отказываться от
|аведомо непригодных видов за-
щиты. Например, устройство опо-
вестительной глубинной точечной
сигнализации над обнаруженной
карстовой полостью для здания
с небольшой площадью опирания
в плане является достаточно эф-
фективным средством для обес-
печения безопасности людей за-
щищаемого здания. Устройство
Рис. 5.12. Зависимость коэффициента эф-
фективности противокарстовых фундамен-
тов U" от величины расчетного пролета I
площадью опирания или линей-
же такой сигнализации в услови-
ях неопределенности местополо-
жения карстовых полостей в ос-
новании сооружений с большой
пых сооружений будет мало эффективным мероприятием.
В отчетах по инженерно-геологическим изысканиям на основа-
нии изучения закономерностей карстового процесса на участке
строительства всегда целесообразно давать возможные варианты
протнвокарстовой защиты с оценкой инженерно-геологической эф-
фективности каждого из них. Это позволит проектировщикам выб-
рать для дальнейшего проектирования копкурентпоспособпые ва-
рианты, реализация которых будет отвечать конкретным условиям
строительства и эксплуатации защищаемого сооружения.
Под экономической эффективностью противокарстовых меро-
приятий понимается отношение параметра, характеризующего ре-
зультат, достигнутый за счет осуществления противокарстовых ме-
роприятий (надежность, сокращение вероятного ущерба) к стоимо-
сти протнвокарстовой защиты.
Понятие экономической эффективности противокарстовых меро-
приятий адекватно общепринятому понятию экономической эффек-
тивности капитальных вложений в строительство. Однако при этом
следует иметь в виду, что защитные мероприятия направлены не
на получение прироста чистой продукции или прибыли, а на умень-
шение возможного (вероятного) ущерба от карстовых деформаций,
т. е. связаны с вышеназванными экономическими категориями кос-
венно.
Показателем эффективности противокарстовых мероприятий
называется величина
W=bP/Ik,	(5.16)
167
где АР — приращение надежности (в процентах или долях единицы) за счп
осуществления противокарстовых мероприятий стоимостью 1п по сравнению (
существующей или достигнутой надежностью за счет применения других про
тивокарстовых мероприятий.
При этом значение надежности для конструктивных противп
карстовых мероприятий определяется по формуле (5.14), а для
планировочных мероприятий по формуле (4.72). Определяя значе
ние W для различных противокарстовых мероприятий, можно па
метить их рациональный комплекс.
Используя показатель эффективности противокарстовых меро
приятий, определяют основные параметры, необходимые при их
проектировании (расчетный размер карстового провала, оптималь-
ная плотность застройки). Так, в примере, показанном на рис. 5.12,
видно, что эффективность проектирования противокарстовых фун
даментов, рассчитанных на пролет />12 м, весьма незначительна
Абсолютная эффективность противокарстовых мероприятий оп
ределяется по формуле
Ea = (l-P)Irk/Ih,	(5.17)
где (l-P)IrK — вероятный ущерб от карстовых деформаций с учетом отдаления
его во времени, который может быть предотвращен за счет проведения протв-
вокарстовых мероприятий стоимостью /к; 1Г— ущерб от повреждения защищав ,
мого объекта карстовыми деформациями.
(5-18)
Jw—стоимость восстановительных работ; Iv— народнохозяйственные потерн,
связанные с постоянным или временным прекращением или затруднением экс-
плуатации объекта; k коэффициент приведения отдельных во времени затрат,
учитывающих образования ущерба в течение расчетного срока службы соору-
жения tп, определяемый по формуле [67]:
1/(1+£н.п.)-1/(1+Еи.пУП
tn In (1 4 £н.р.)
(5.19)
где Ец.п — норматив для приведения разновременных затрат, принимаемый в
настоящее время равным 0,08.
Например, при Аг = 50 годам 6=0,23; при tn= 100 годам 6=
= 0,12.
Сравнение вариантов противокарстовых мероприятий произво-
дится по приведенным затратам (сравнительная эффективность):
Ip = Ik 1(1— Р) Irk-	(5-2
Первый и второй члены в формуле (5.20) взаимосвязаны. С уве-
личением стоимости противокарстовой защиты Ь увеличивается
надежность Р защищаемого объекта (рис. 5.3, кривая 1) и, сле-
довательно, уменьшается вероятный ущерб (кривая 2). Это позво-
ляет по суммарной кривой 3 находить минимум приведенных зат-
рат, которому соответствует оптимальная надежность PoPt и опти-
мальный объем противокарстовой защиты Ih
Как видим, оценка эффективности противокарстовой защиты
оказалась возможной при вероятностной оценке карстовой опасно
сги. Следует заметить, чго сравнительно просто находится эффек-
тивность архитектурно-планировочных и конструктивных меропри-
41 ни по защите сооружений от воздействия карстовых провалов,
। е. мероприятий, применяемых наиболее часто в практике освое-
ня закарстованных территорий. Общая методика оценки эффек-
111В1ЮСТИ других мероприятий в настоящее время пока не разрабо-
|.ш<1, хотя имеются примеры ее создания для некоторых видов про-
1ивокарстовых мероприятий применительно к конкретным усло-
ииям.
При освоении закарстовапной территории естественно возника-
ri хадача рационального распределения средств на противокарсто-
иую защиту с обеспечением равпонадежности объектов в условиях
||.ч шой степени карстовой опасности отдельных частей этой терри-
п>рни и размещения на них разных типов зданий и сооружений.
< ноеобразным критерием для реализации принципа равнонадежно-
гнг сооружений на закарстованных территориях может быть рас-
чен|ый пролет карстового провала (параметр /ц) методика полу-
чения которого изложена в п. 5.4.
Для сооружений, отличающихся размерами, сроками службы
(„, степенью ответственности Padm, расположенных на участках
I различной интенсивностью провалов 6 и диаметрами провалов
(</. dmax), строится зависимость P-f(la). Так, на рис. 5.14 показа-
ны шесть видов кривых P=f(l<i), соответствующих различным со-
четаниям исходных параметров, характерных для осваиваемой
шрритории. Теперь, при заданной надежности Padm (например,
Р,[(/т=0,95) нетрудно наметить объем противокарстовой защиты
при различных сочетаниях параметров карстового процесса и про-
ектируемых сооружении (кривые 1—6 на рис. 5.14). Например,
кривая 1 показывает, что противокарстовая защита не требуется
(ld~0), а по кривым 2—6 можно определить, что объем нротнво-
карстовой защиты (в первую очередь, вариантов конструктивной
шщиты) оценивается значениями соответственно 7, 12, 15, 18
и 25 м.
Если значение параметра l,i перевести на экономический язык
(стоимость противокарстовой защиты), то принцип равнонадеж-
пости можно назвать по сути дела принципом сбалансированного
риска, нашедшим реализацию в сейсмостойком строительстве [1].
l.pyP
Рве. 5.14. Пример реализации принципа
равнонадеж пости при освоении закарсто-
ванной территории
168
169
5.6. Характерные ошибки в использовании
инженерно-геологической информации при проектировании
протнвокарстовой защиты
Анализ материалов инженерных изысканий и проектов здании
и сооружений на разных стадиях проектирования в различных ин
женерно-геологических условиях показывают, что существуют та-
кие ошибки в использовании инженерно-геологической информз»
ции при назначении протнвокарстовой защиты, которые являютсг
в определенной мере типовыми. Они ведут к необоснованным в и!,
жепсрпо-геологпческом и техническом отношениях проектным рФ
шениям и в конечном итоге к существенным экономическим убыв
кам. Разумеется, существуют также ошибки, связанные с проц*
водством самих изысканий (например, нарушение технологии буре-
ния, и как следствие этого, неправильная интерпретация характера
закарстованности) или с проработкой отдельных вопросов принв
тых инженерных решений (например, неправильный выбор расчет
ной схемы при проектировании противокарстового фундамента!
Такого рода ошибки также следует отнести к немалым экономии»
ским потерям. Однако эти ошибки могут быть сравнительно легка
преодолены путем повышения узкопрофессиональной квалификн
ции специалистов и требований к технологической дисциплине.
Ошибки же, приходящиеся на «стык изысканий и проектпрова
ния»- имеют более принципиальный характер и, как правило, при-
водят к большим неблагоприятным последствиям. Их устранен™
возможно при определенной «мировоззренческой перестройке» и
вопросах инженерного освоения закарстованных территорий. Авто»
ры надеются, что книга может быть определенным шагом в этом
направлении.
Подробный разбор указанных ниже ошибок неизбежно привел
бы к дублированию ряда уже изложенных положений. Поэтому
авторы сочли возможным лишь перечислить без комментариев эти
ошибки в табличной форме (табл. 5.2) по отдельным типам и в и-
дам противокарстовых мероприятий. При этом более удобными дл11
изложения и практического использования были приняты типЦ
противокарстовых мероприятий в соответствии с их инженерно!
строительной классификацией (1. Архитектурно-планировочные.
2. Конструктивные. 3. Геотехнические. 4. Эксплуатационные и стро-
ительно-технологические) .
Отмеченные ошибки встречаются как на стадии изысканий, так
и па стадии проектирования, строительства и эксплуатации.
Акцептирование внимания специалистов изыскательских, про!
ектных, строительных и эксплуатационных организаций на этих
ошибках и недостатках позволит добиться более целенаправленно-!
го проведения инженерных изысканий и принятия более обоснован!
пых решений.
Основными причинами указанных в габл. 5,1 п подобных им
ошибок являются:
Таблица 5.2. Характерные ошибки в использовании инженерно-геологическои
информации при проектировании протнвокарстовой защиты
Типы и виды противокарстовых
мероприятий
Ошибки
I. Архитектурно-планировочные ме-
роприятия
Расположение сооружений па наибо-
лее безопасных территориях
Расположение зданий н сооружений
а пределами опасных и потенциаль-
но опасных участков (зон расположе-
ния карстовых форм)
Ориентация зданий и сооружений в
зависимости от параметров оседаний
земной поверхности
Ограничение плотности п этажности
1.1 стройки
2. Конструктивные мероприятия
Выбор рациональной статической и
конструктивной (податливой, жест-
кой или комбинированной) схемы
зданий и сооружений
Устройство монолитных железобетон-
ных фундаментов (ленточных, плит-
ных, перекрестно-ленточных)
Хстройство фундаментов уширенного
ппнрання
Устройство фундаментов с опиранием
па породы ниже зоны карстовання
Не приводится микрорайонироваиие тер-
ритории, учитывающее различные аспек-
ты карстоопасности
При районировании закарстованных тер-
риторий не выделяются участки, где
карстоопасность возрастает в результате
техногенного воздействия
Не прогнозируется опасность обнару-
женной полости, в том числе с учетом
нагрузки от сооружения
Нс определяется безопасное расстояние
от места обнаружения карстовой формы
до места расположения сооружения
Не оценивается несущая способность
грунтов вокруг карстовых воронок
Не даются указания по характеру опас-
ности зоны вблизи полостей и поверхно-
стных карстовых форм на период строи-
тельства и эксплуатации сооружения и
по соответствующим инженерным меро-
приятиям
По результатам бурения одиночных
скважин судят об отсутствии подземных
карстовых форм в основании сооруже-
ний пли вблизи него
Не даются параметры мульды оседания
в плане
В расчетах не учитываются интенсив-
ность н вероятные диаметры карстовых
провалов
При районировании не выделяются (п
не принимаются в расчет) закарстован-
пые территории по виду карстовых де-
формаций (провалы, проседания, оседа-
ния)
Субъективно назначается расчетный раз-
мер карстовой деформации
Нс прогнозируется снижение несущей
способности I рун гоп основания во вре-
мени (за период срока службы соору-
жения)
Не пр<ч 1Юзнрус1ея изменение размеров
провалов п вероятности их образования
поч воздействием сооружения
Пе предусматривается инженерно-геоло-
гический контроль за состоянием грун-
тов основания в период эксплуатации
Не учитывается, что данное мероприя-
тие целесообразно при небольших диа-
метрах провалов
171
170
Продолжение табл. 5.:
Типы и виды противокарстоваых
мероприятий
Ошибки
Устройство фундаментов с подпруга-
ми
Применение спайных висячих фунда-
ментов с резервным числом свай и
усиленным ростверком
3. Геотехнические мероприятия
Устройство противофильтрационпых
завес на пути движения подземных
вод (линейных па отдельных участ-
ках или кольцевых, по контуру за-
щищаемой территории) и осушение
карстующихся пород
Осушение кровли карстовых полостей
трамбованием с последующим плот-
ным заполнением воронки обрушения
Заполнение полостей несвязанными
инертными материалами
Заполнение полостей тампонажными
растворами
Закрепление трещнпопатых и раяру
шейных зон тампонажными расою
рамп
Цементация основания, сложенного
карстующимися породами
4. Эксплуатационные и строительно-
технологические мероприятия
Установка глубинных реперов
Геодезический контроль за оседанием
земной поверхности
Нс учитывается, что данное мероприятие
эффективно лишь при расчетном разме
ре провала меньше шага колонн
Не прогнозируются деформации грунтои
по глубине
Не учитываются параметры подземных
карстовых проявлений
Нс прогнозируется изменение активней
сти карстового процесса на защищаемом
участке после осуществления мероприя-
тия
Не прогнозируется изменение активно-
сти карстовых процессов на прилегаю-
щих участках
Нс учитывается, что данное мероприятие
эффективно лишь при неглубоком зале-
гании карстующихся пород
Не учитывается возможность просадки
заполнителя воронки обрушения
Не прогнозируется возможность выноса
заполнителя
Нс прогнозируется изменение активно-,
сти карстовых процессов на прилегаю]
тих участках
Нс определяются размеры и очертания
полости перед началом работ
Не прогнозируется возможность вымыва
тампонажного материала за срок служ-
бы сооружения
Не прогнозируется изменение актпвно-
CUI карстовых процессов па прилегаю-
щих участках
Нс учитывается, что данное мероприя-
тие эффективно лишь в условиях воз-,
можиости карсто-суффозионпых дефор-
маций
Не прогнозируется снижение несущей
способности грунтов основания во вре-
мени (за период срока службы сооруже!
пня) и. как следствие этого, не преду-
сматриваются меры по стабилизации не-
сущей способности грунта во времени
Ис учитываются механизм карстовых де]
формаций и параметры подземных кар-
стопроявлений
Не выявляется скорость оседаний
172
Продолжение табл. 5.2
Типы и виды противокарстовых
мероприятий
Ошибка
Мероприятия по ограничению искус-
ственного изменения гидрогеологиче-
ских условий
Снижение статических нагрузок от
сооружения
Снижение динамических нагрузок н
воздействий
Не прогнозируется изменение интенсив-
ности карсто-суффозионных деформаций
Не учитывается, что данное мероприя-
тие целесообразно при залегании под-
земных карстовых форм в активной зо-
не основания
Нс учитывается, что данное мероприя-
тие эффективно в условиях карстово-
суффозионных деформаций или при за-
легании подземных карстовых форм в
активной зоне основания
а)	недостаточное знание специалистами основных закономерно-
стей карстового процесса и влияния их па надежность проектируе-
мых сооружений;
б)	неучет изыскателями наиболее характерных параметров со-
оружений при планировании работ (применительно к той или иной
инженерно-геологической ситуации);
в)	отсутствие в технических заданиях на изыскания возможных
реальных вариантов противокарстовой защиты;
г)	недостаточная согласованность в действиях проектных и изы-
скательских организаций в ходе изысканий и проектирования;
д)	неучет при изысканиях и проектирования многоаспектное™
карстовой опасности;
е)	недостаточная разработанность методики определения ряда
параметров карстового процесса, необходимых для проектирования
противокарстовых мероприятий.
Сотрудничество изыскателей, строителей, эксплуатационников и
экономистов как в области научных исследований, так и в практи-
ке строительства позволит избежать ошибок, возникающих при
освоении закарстованных территорий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Айзенберг Я. М., Нейман А. И. Анализ экономических критериев оптималь-
ности. — В кн.: Проектирование и строительство сейсмостойких зданий
и сооружений: Тез. докл. на Всесоюзном совещании в г. Фрунзе, М.,
1971.
2.	Антропогенная активизация карстово-суффозионных процессов / Ф. В. Кот-
лов, О. П. Медведев, В. Н. Кожевникова, 3. Т. Киселева. — Тр. ин-та
ЦНИИИС, 1976, вып. 4.3.
3.	Аранович В. Б., Прудов И. А., Руднев Л. Н. О возможности инструменталь-
ной съемки карстовых полостей (Реф. сб. / ЦИНИС Госстроя СССР); се-
рия 15, вып. 5, 1979.
4.	Белый Л. Д., Ломтадзе В. Д. Итоги дискуссии по оптимизации объемов бу-
рения при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и
гражданского строительства. — Инженерная геология, 1981, № 6.
5.	Беляев В. Л., Карпов Е. Г. Освоение закарстованных территорий. — Жилищ-
ное строительство, 1981, № 3.
173
(i l> i«iiKi<ii II. Л. Icxiioiciniasi активизация карста при открытой разработке
с.ириых месторождений Предкарпатья. — В кн.: Всесоюз. науч конф
Карст Нечерноземья»: Тез. докл. Пермь, 1980.
7.	Временные указания по проектированию зданий в районах г. Москвы с
проявлением карстово-суффозионных процессов. — Мбспроект-1, 1979.
8.	Газизов М С. Карст и его влияние на горные работы. — М.: Наука, 1971.
9.	Гвоздецкий Н. А. Проблемы изучения карста и практика.—М.: Мысль, 1972.
10.	Дубровкин В. Л. Исследование карстовых процессов при изысканиях трас-
сы для железнодорожных линий. — Советская геология, 1948, Ns 35.
11.	Дублинский В. Н. Основные задачи инженерной спелеологии. — Инженерная
геология, 1980, № 1.
12.	Зверев В. П., Зверева В. А. Физико-химические закономерности развития
карста и его интенсивность на территории СССР. — В кн.: Кора выветри-
вания.— М., 1970, вып. 15.
13.	Золотарев Г. С. Инженерная геодинамика. — М.: Изд. МГУ, 1983.
14.	Инструкция по инженерным изысканиям для промышленного строительства
(СП 225-79). — М.: Стройиздат, 1979.
15.	Карпов Е. Г. Влияние характера и конструктивных особенностей сооруже-
ния на организацию проведения изысканий на карстоопасной территории.
Научно-техн, рефер. сб. / ЦИНИС, 1979, серия 15, вып. 6.
16.	Карпов Е. Г. Проектирование трубопроводов в карстовых районах. — Стро-
ительство трубопроводов, 1981, № 4.
17.	Карст центральной части г. Казани / Е. Ф. Станкевич, А. В. Ступишин,
М. И. Горячев, М. М. Захаров. — В кн.: Карст равнинных территорий
Европейской части СССР. Казань, изд-во Казанского Гос. университета,
1974.
18.	Кожевникова В. Н. Особенности механизма образования просадок и прова-
лов в результате изменения гидрогеологических условий закарстованных
территории. — В кн.: Прогноз изменения гидрогеологических условий заст-
раиваемых территорий. Сб. науч, тр-в / ПНИПИС— М.: Стройиздат, 1979.
19.	Кожевникова В. Н. Оценка влияния антропогенных факторов на условия
образования карстово-суффозионных просадок и провалов.— В кн.: Карст
Башкирии и его практическое значение: Тез. докл. на II Межведомствен-
ном совещании.— Уфа, 1978.
20.	Кожевникова В. Н. Методика оценки устойчивости закарстованных терри-
торий.— Инженерная i оология, 1984, № 2.
21.	Комплексная оценка свойств грунтов и инженерно-геологические процессы.
Сб. науч. тр. / П1ПП1ИС. — М.: Стройиздат, 1982.
22.	Короткевич Г. В. Соляной карст. — Л.: Недра, 1970.
23.	Костарев В. П. О количественных показателях карста и их использовании
при инженерно-геологической оценке закарстованных территорий. — Инже-
нерно-строительные изыскания, 1979, № 1.
24.	Котлов Ф. В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности
человека.—М.: Недра, 197S.
25.	Кравец А С. Природа вероятности (философские аспекты) —М.: Мысль,
1976.
26.	Кутепов В. М. Формирование напряженного состояния массива горных по-
род на закарстованных территориях.— Инженерная геология, 1983, № 1.
27	Кухарев II. М. Инженерно-геологические изыскания в областях развития
карсга в целях строительства.- -М.: Стройиздат, 1975.
28.	Лепет Р. Города п теология. - М.: Мир, 1976.
29.	Лехов А. В. Моделирование карстового процесса. Построение теоретической
модели карстовою процесса. — Инженерная геология, 1981, № 1.
30.	Лукин В. С.. Ежов Ю. А. Карст и строительство в районе Кунгура. Мето-
дика изысканий и опыт строительства в карстовых областях. — Пермь,
Пермское кн. изд., 1975.
31.	Лыкошин А. Г. Карст и гидротехническое строительство. — М.; Стройиздат,
32.	Макеев 3. А. Принципы инженерно-геологического районирования карстовых
областей. — В кн.: Молотовская конференция по карсту, вып. 4, Молотов,
и 1Д. Молотовского Госуниверснтета, 1948.
174
33.	Максимович Г. А. Плотность карстовых воронок и устойчивость закарсто-
ванных территорий. — Геология и разведка, 1961, № 7.
34.	Максимович Г Л. Основы карстоведения. Т. 1. — Пермь: Пермское кн. изд.,
1963.
35.	Маликова Т. А., Вайнштейн М. С. Проектирование фундаментов зданий на
закарстованных территориях Москвы. — В кн.: Основания и фундаменты
на засоленных, заторфованпых и вечномерзлых грунтах. М.: 1982 (Сб.
науч. тр. / НИИОСП, вып. 77).
36.	Мартин В. И. Опыт изысканий в карстовых районах Башкирии. — Инженер-
но-строительные изыскания, 1978, № 4.
37.	Мартин В. И. Методика районирования закарстованных территорий по
степени устойчивости для строительства. — Инженерно-строительные изы-
скания, 1979, № 3.
38.	Метелюк Н. С. Совершенствование расчета сооружении, возводимых в слож-
ных грунтовых условиях. — Киев: Буд!иелып1К, 1980.
39.	Методические рекомендации по проектированию здании и сооружений в
карстовых районах / НИИСК Госстроя СССР. — Киев, 1977.
40.	Механизм деформации горных пород над подземными карстовыми формами/
В. В. Толмачев, Е. Г. Карпов, В. И. Хоменко, В. И. Мартин, Р. Б. Да-
выдько. — Инженерная геология, 1982, № 4.
41.	Молоков Л. А. Основные черты процесса вымыва заполнителя карстовых
полостей. — Изв. вузов. 1969, № 2. Сер. Геология и разведка.
42.	Насонов Л. Н. Механика горных пород и крепление горных выработок.—
М.: Недра, 1969.
43.	Нещеткин О. Б О механизме карстовых провалов в песчаных грунтах.—
В кн.: Застройка закарстованных территорий: Тез. докл. совещания-се-
минара «ЗастроГтка закарстованных территорий», Уфа, 1984.
44.	Огоноченко В П. Расчет диаметра опасной карстовой полости Рсф. сб.
(ШП1ИС, серия 15, вып. 5 «Инженерные изыскания в строительстве»),—
М.: 1979.
45.	Основные задачи инженерно-геологических исследований для строительства
на закарстованных территориях / В. И. Мартин, В. В. Толмачев,
А. И. Ильин, И. А. Саваренскнй — Инженерная геология, 1983. № 2.
46.	Печеркин И. А. Вопросы изучения карста в инженерных целях. Инженерная
геология, 1982, № 5.
47.	Проектирование, строительство и эксплуатация земляного полотна в карсто-
вых районах. — М.: Транспорт, 1968.
48.	Пушкарев В. И., Сапожников В. Т. Предельное равновесие круглых вые-
мок. — Сб. науч. тр. / ВНИМИ, 1965.
49.	Рац М. В. Принципы оптимизации инженерно-геологических изысканий.
Инженерная геология, 1980, № 3.
50.	Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий
в карстовых районах СССР / ПНИИИС. — М., 1967.
51.	Рекомендации по проектированию зданий и сооружений в карстовых райо-
нах СССР / ПНИИИС. — М., 1967.
52.	Родионов И. В. Инженерно-геологические исследования в карстовых рай-
онах.— М.: Госгеолтехиздат, 1958.
53.	Родионов Н. В. Карст Европейской части СССР, Урала и Кавказа. — М.:
Госгеолтехиздат, 1963.
54.	Розовский Л. Б. Введение в теорию геологического подобия и моделирова-
ния (применение природных аналогов и количественных критериев подо-
бия в геологии). — М.: Недра, 1969.
55.	Руководство по расчету и проектированию зданий и сооружений на подра-
батываемых территориях. — М.: Стройиздат, 1977.
56.	Саваренскнй И. А. Ннжеперно-геологпческая оценка карстовых явлений в
районе г. Дзержинска. Тр. лаборатории гидрогеологических проблем
им. Ф П. Саваренского, 1962, т. 47.
57.	Саваренскнй И. А. Детальный анализ неравномерности распространения и
развития карста на примере г. Дзержинска Горьковской области. — Ин-
женерные изыскания в строительстве- Реф сб. / ЦИНИС, 1977, сер XV,
вып. 6(59)
175
58	< .iii.ipciKкий И Л. Псполыои...с данных о поверхностных проявлениях
к ipi-i । ция опенки устойчивости территорий.— В кн.: Строительство на
.ж ipciOB.iiinilx территориях: Гез. докл. Всесоюзного совещания в Подоль-
ске. — М., 1983.
59.	Соколов Д. С. Основные условия развития карста. — М.: Госгеолтехиздат,
1962.	.
60.	Сорочан Е. А., Троицкий Г. М., Толмачев В. В. Комплексные защитные ме-
роприятия при строительстве на закарстованных территориях. — Основа-
ния, фундаменты и механика грунтов, 1982, № 4.
61.	Справочник по инженерной геологии. — М.: Недра, 1981.
62.	Строительные нормы п правила (СНиП II-9-78). Нормы проектирования.
Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. — М.:
Стропиздат, 1979.
63.	Строительные нормы и правила (СНиП П-60-75*). Нормы проектирования.
Планирование и застройка городов, поселков и сельских населенных
мест. — М.: Стройпздат, 1981.
64.	Строительство на закарстованных территориях: Тез. докл. Всесоюзного со-
вещания в Подольске 22—23 ноября 1983 г. — М., 1983.
65.	Толковый словарь английских геологических терминов.— М.: Мир, 1978.
66.	Толмачев В. В. О методике количественной оценки природных факторов,
влияющих на образование карстовых провалов. Сб. науч. тр. / МНИТ,
1968, вып. 273.
67.	Толмачев В. В. Вероятностный подход при оценке устойчивости закарсто-
ванных территорий и проектировании противокарстовых мероприятий.—
Инженерная геология, 1980, № 3.
68.	Толмачев В. В., Беляев В. Л. Градостроительное освоение закарстованных
территорий. — В кп.: Проблемы инженерной геологии в связи с рацио-
нальным использованием геологической среды. Всесоюзн.-иауч. конф.—
Л.: 1976.
69.	Толмачев В. В., Иконников Л. Б. Оценка существующей практики инженер-
но-геологических изысканий, проводимых на закарстованных территориях
Среднего Поволжья, Приуралья, Урала: Сб. тр. / ПНИИИС, 1977, вып. 47.
70.	Толмачев В. В., Карпов Е. Г. Пнжепсрио-геологические изыскания в усло-
виях карстовых явлений для промышленного и гражданского строитель-
ства. Зарубежный опыт. —М., ЦИНИС, 1980.
71.	Хоменко В. П. Геомсханпческая модель провалообразования в необводнен-
ных песчаных грунтах. — В кн.: Комплексные инженерно-геологические
исследования для промышленного и гражданского строительства: Сб. на-
уч. тр. / ПНИИИС. — М.: Наука, 1984.
72.	Хоменко В. П, Зиаигиров Р. С. Экспериментальное изучение закономерно-
стей формирования провалов в песках, перекрывающих карстовые поло-
сти.— Инженерная геология, 1981, № 2.
73.	Чарушин Г. В., Хабибулина Ф. С. Древний карст в меловой толще Ульянов-
ской обл. — Бюлл. МОИП, отдел геологический, 1970, № 6.
74.	Червяков В. А. Концепция поля в современной карстографии. — Новоси-
бирск; Наука, 1978.
75.	Шаклеин И. Н., Самарин В. П. Применение магнитно-герконовых датчиков
для исследования устойчивости толщн горных пород над карстовыми по-
лостями.— В кн.: Вопросы надежности и прочности железнодорожного
пути и подвижного состава: Тез. XVII научно-техн. конф. / УЭМИИТ,—
Свердловск, 1973.
76.	Шарапов И. П. I (змерение силы связи между качественными признаками в
геологии. — В кн.: Научные труды Пермского научно-исследовательского
угольного института. Сб. VIII, 1965.
77.	Шахунянц Г. М. Карстовые процессы и стабильность сооружений. — Путь и
путевое хозяйство, 1966, № 3.
78.	Шейдеггер А. Е. Физические аспекты природных катастроф. — М.: Недра,
1981.
79	Bozozuk М., Penner Е. 1 and subsidence in built—up marshland. Can Geoteclin.
J., 8, no. 4. 1971.
176
80.	La Craie. Bull. LPC, special V, oct. 1973, Paris.
81.	Bull, of tbe International Association of Engineering Geology.. Symp. on
eng.—geol. problems of construction on soluble rocks. Nos. 24 & 25. 14—18
Sept. 1981, Istanbul.
82.	Chaopu Z. 4 summary of practice on railroad engineering geology in karst
area of South—Western China. Symp. on eng.—geol. problems of construc-
tion on soluble roTks. Bull. 1AEG, no. 24, 14—18 Sept. 1981, Istanbul.
83.	Hoyningen—Huene E., Reuter F. Zur Terminologie von Auslaugungersheinun-
gen. Z. angew. Geologie, 9, 1963, 10.
84.	Ingenieurgeologische Erkiindnng Grundsatze und Vorschriften fiir auslaugungs-
gefahrdete Gebiete. TGL 168 [002, 1967.
85.	Jardin J. Fondations snr le gypse. Experience acquise en Region Parisienne
Bull. LPC, No. 78, 1975. Paris.
86.	Jennings J. Building on dolomiles in the Transvaal. The Civil Eng in the
S. Africa. 8. 1966.
87.	Kammerer F. Iiigeiiieiirgeologisclie Metbodeu in Erdfall—-und Senkungsgebie-
ten. Freiberger Foiseliimgsliefl, s 127, 1962.
88	Klengel J., Sense K. Sicliei nng von Verkelirsbaawcrken in Seqkungsgebieten.
Zeilsclirifl fiii geologisclie Wissenscliaff. V. 4. II. b., 1974.
89	Newton J C. luduied sinkholes— a continuing problem along Alabama high-
ways I AUS Al Sil Pnbl., no. 121, 1976.
9(1 Pcnzel M. Beiiieikniigen zur Erdfallgenese in Auslaugungsgebieten aus
geouieeli.Hiischei Sielit. Neue Bergbautechnik, 10. Jg., H. 1, 1980.
91. Report of the lAl'G Comission on site investigations. Bull. IAEG, no. 24, 1982.
92 Renter I. Zin Klassifizierung von Karsterscheinungen fiir ingenieurgeologische
Zwecke Zcitsclirft fiir angewandte Geologie. H. 1, 1963.
9.	1 Renter F. Untersuchungcn in Saiz—und Gipskarstgebicten, eine wichtige
Anfgahe der Ingenieurgeologie in der DDR. Int. Speleology, 1, sub—section
A,i. Geology of soluble rocks, 1973.
94	Reuter F., Molek H., Kockert W. Exkursionfiihrer zu ausgewahlten Objekten des
Saiz — und Gipskarstes im Subherzynen Becken in der Mansfelder Mulde
nnd im Siidbarzgebiet. Bergakademie. Freiberg, 1977.
95.	Reuter F., Molek H. Zu einigen Problemes der ingenieurgeologischen Untersuc-
hungen in Salzkarstgebieten. Neue Bergbautechnik, v. 7, No. 12, 1977.
96.	Reuter F., Molek H. Ingenieurgeologisch — strukturgeologische Grundlagen zur
Beschreibung von Objekten des Sulfat — und Cbloridkarstes. Freiberger
Forschungshelfte. A622, Leipzig. VEB Deutscher Verlag fiir Grundstoffindu-
strie, 1980.
97	Reuter F., Stoyan D., Oleikewitz P. Einsatz mathematisch — statistischer Met-
hoden zur Beschreibung von Gesetzmassigkeiten in Gebieten des Sulfat —
. und Chloridkarstes. Neue Bergbautechnik, H. 10, 1981.
98.	Rey F., Suderlau G. Zum Nachweis oberflachennaher Hohlraume mit Hilfe der
leichten Rammsonde. Neue Bergbautechnik, 14 Jg., H. 1, 1984.
99.	Schmidt G. Bautechnische Probleme bei der Errichtung von Hochbauten in
Senkungsgebieten. Zeitschrift fiir geologische Wissenschaft. v. 4, A. 8, 1976.
100.	Suderlau G. Neue Aspekte der Senkungsbeobachtung. Neue Bergbautechnik,
1 Jg., II 4, 1971.
101	Suderlau G., Czwak H. P., Ruhs W. Erkennen, Bewerten und Schadeln
Subrosionbedingter Bauschaden. Zeitschrift fiir geologischen Wissenschaft,
b. 10, No. 9, 1982.
102.	Symposium of the International Association of Engineering Geology (IAEG).
Sinkholes and subsidence. Eng.—geol. problems related to soluble rocks.
10—13 Sept., 1973, Hannover.
65 коп.
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ
Меликян 3. А. Централизованное теплохладо-
снабжение промышленных и граждански^ соору-
жений.— М.: Стройиздат, 1985. — 200 с.— (Эконо-
мия топлива и электроэнергии).
ГОТОВЯТСЯ К ИЗДАНИЮ
Алиев Ф. Г. Микроклимат спортивных сооруже-
ний.— М.: Стройиздат, 1986.— 17 л., ил.— (Эко-
номия топлива и электроэнергии).
Милованов А. Ф. Огнестойкость железобетон-
ных конструкций. — М.: Стройиздат, 1986.— 12 л.
Ицкович А. А. Клееметаллические соединения
в строительных конструкциях. —2-е изд., пере-
раб. — М.: Стройиздат, 1986. — 5 л.