Инженерно-геологические условия площадки строительства противотуберкулезного диспансера в г. Арзамас

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНОГО ДИСПАНСЕРА В г. АРЗАМАС

Выполнила: Асанова
Рената,ГЛГ-3-2018НБ
Руководитель: Алванян А.К. к.г.м.н.,доцент.

2. Введение

• Актуальность: Заключается в том , что
карстовый процесс оказывает
неблагоприятное влияние на следующие виды
человеческой деятельности:
• 1) транспорт (железнодорожный,
автомобильный, трубопроводный);
• 2) гидроэнергетика (водохранилища);
• 3) горнодобывающая промышленность;
• 4) жилищное и промышленное строительство;
• 5) линии электропередачи и мосты.

3.

Объект исследования: площадка строительства.
Предмет исследования: геологическая среда (ГП)
Задачи:
Изучение физико-географических условий г. Арзамас;
Изучение геологических и гидрогеологических условий района работ;
Изучение инженерно-геологических
и гидрогеологических условий площадки
строительства;
Изучение карстологических условий площадки строительства.
Цель работы – оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
противотуберкулезного диспансера в г. Арзамас
Оценка карстовой опасности выполнялась исходя из материалов инженерногеологических изысканий, рекогносцировочного обследования, статического
зондирования грунтов, буровых работ и лабораторных исследований, а также с
использованием архивных материалов, методических документов и научнотехнических публикаций. Кроме того, при её выполнении были учтены строительные
параметры объекта.
Противокарстовые мероприятия разрабатывались исходя из произведенной оценки
карстовой опасности и риска, с учетом строительных параметров сооружений. Кроме
того, при их подготовке был проанализирован и соответствующим образом учтен
накопленный практический опыт по проектированию, строительству и эксплуатации
зданий и сооружений на закарстованных территориях.
Методы исследований: поставленные задачи решались с использованием
теоретических методов исследования, обобщения и анализа собранных данных,
обработки результатов исследований, расчетных методов и построения разрезов.

4. Физико - географические условия

В административном отношении площадка проектируемого строительства
расположена в районе с. Кирилловка, по ул. Ленина в границах г. Арзамаса
Нижегородской области (рисунок 1.1).
В геоморфологическом отношении изучаемый участок расположен в пределах
Приволжской возвышенности.
В структурно-тектоническом отношении район изысканий расположен в западной
части Токмовской системы сводовых поднятий и приурочен к юго-западному склону
крупного Арзамасского поднятия.

5.

– контур площадки строительства.
Рис. 1 – Выкопировка из административной карты местности

6. Литология и стратиграфия

Геологический фундамент Нижегородской области сложился во время
формирования Восточно-Европейской платформы в архее – раннем протерозое. В
раннеархейское время территория входила в состав единой катархейской
платформы. Позже произошло отделение друг от друга Варяжской плиты, к
которой относится Волго-Окское Левобережье, и Сарматской плиты, к которой
относится Волго-Окское Правобережье. В позднем протерозое на равнинных
территориях постепенно увеличивалась роль экзогенных процессов. В недрах
Нижегородской области не обнаружены породы кембрийской, ордовикской и
силурийской систем. В позднем палеозое на востоке Восточно-Европейской
платформы происходило длительное опускание суши 14 и постепенное затопление
ее морем.
Если мысленно разрезать земную кору через город Дзержинск, перед нами будут
такие горные породы: наверху – совершенно рыхлые, сыпучие пески до глубины
30-40 метров. Под песками в виде отдельных разрозненных лоскутов залегает
очень небольшой по толщине слой разрыхлённых и слабых мергелей и тонких,
тоже рыхлых известняков. Под ними лежит очень большая толща гипсов, которая
ещё ниже переходит в ангидриды.

7.

Рис.2– «Геологическая карта Нижегородской области»
(масштаб 1:1 600 000)

8. Гидрогеологические условия

Водоснабжение севера Нижегородской области обеспечивает Ветлужский и
Московский артезианский подземный бассейн. Водоупорным основанием для
него служат четвертичные, неогеновые, нижнетриасовые и верхнепермские
отложения. Для подземных вод характерен гидрокарбонатный магниевокальциевый состав слабой минерализации и повышенное содержание железа.
Водная толща защищена от техногенных загрязнений кровлей из водоупорных
пород. Водоупором являются верхнепермские отложения. Известняк и доломит
обеспечивают низкоминерализованную карбонатную серию воды магниевокальциевого и сульфатно-карбонатного состава.

9. Геологическое строение площадки строительства

С поверхности залегают современные техногенные образования (tQIV), представленные
насыпным грунтом – песками пылеватыми, средней крупности, черными, коричневыми,
суглинками темно-коричневыми, черными, супесью темно-коричневой, неоднородной, с
включением строительного мусора, обломков кирпича, стекла, щебня, дресвы, щепы, бетона.
Среднечетвертичные
аллювиально-флювиогляциальные
отложения
(afQII),
представлены песками кварцевыми, различной крупности и плотности сложения и
суглинками серыми, светло-серыми, темно-коричневыми, коричневыми, опесчаненными, с
прослоями песка различной крупности, супеси.
Отложения татарского яруса верхней перми (P2t)представлены глиной коричневой,
темно-коричневой полутвердой, твердой,с включениями щебня доломита до 5-15%.
Отложения казанского яруса верхней перми (P2kz) представлены в верхней части дресвяно-щебнистым грунтом, сложенным щебнем и дресвой доломита, заполненным
доломитовой мукой, в средней и нижней части - доломитом известковистым светло-серым,
средней прочности, преимущественно разрушенным до щебня, с частыми прослоями
доломитовой муки песчано-пылеватой (до 5-10см)трещиноватым.
Отложения сакмарского яруса нижней перми (P1s) вскрыты карстовыми скважинами с
глубины 29,0м (абс. отм.109,01м БС) – 73,0 м (абс. отм. 54,61 м БС). Они представлены
преимущественно сульфатной толщей пород. Верхнюю часть массива слагают гипсы,
ангидриты, нижнюю – доломиты (по скв.1к). Вскрытая мощность сакмарских отложений (по
скв.1к) 44,0 м. Гипсы серовато-белые, доломитизированные преимущественно средней
прочности, ангидриты голубовато-серые прочные, прослоями огипсованные, доломиты
желтовато-серые, трещиноватые, трещины выполнены гипсом.

10. Физико-механические свойства грунтов

• В ходе данных изысканий на площадке
проектируемого строительства было пройдено
четыре скважин «на карст» (скв. № 1к-5к) глубинами
52,0-73,0 м. Плановое расположение всех
выработок приведено на Карте фактического
материала.

11.

По результатам бурения карстовых скважин скв.1к-скв.5к и анализа материалов инженерногеологических изысканий до исследуемой глубины 73,0 м выделено 13 инженерногеологических элемента – ИГЭ:
• Слой 1 – Насыпной грунт (tQIV);
• ИГЭ № 1 – Суглинок легкий песчанистый тугопластичный, мягкопластичный (afQII);
• ИГЭ № 2 – Песок пылеватый, рыхлый, малой степени водонасыщения, водонасыщенный
(afQII);
• ИГЭ № 3 – Песок пылеватый, средней плотности, малой степени водонасыщения,
водонасыщенный (afQII);
• ИГЭ № 5 – Песок мелкий, рыхлый, малой степени водонасыщения, водонасыщенный (afQII);
• ИГЭ № 6 – Песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения,
водонасыщенный (afQII);
• ИГЭ № 7 – Песок мелкий, плотный, малой степени водонасыщения, водонасыщенный (afQII);
• ИГЭ № 8 – Песок средней крупности, средней плотности, малой степени водонасыщения,
водонасыщенный (afQII);
• ИГЭ № 10 –Глина песчанистая легкая полутвердая, твердая(P2t);
• ИГЭ № 11 – Доломит известковистый, средней прочности, плотный, неразмягчаемый (P2kz,
P1s);
• ИГЭ № 11а – Дресвяно-щебнистый грунт: щебень и дресва доломита, заполнитель – мука
карбонатная пылевато-песчаная(P2kz);
• ИГЭ № 12 – Гипс, средней прочности, средней плотности, неразмягчаемый, с прослоями
малопрочного (P1s);
• ИГЭ № 13 – Ангидрит средней прочности, плотный, размягчаемый (P1s).
• ТАБЛИЦЫ ФИЗ=МЕХ

12.

13.

Рис.3–Инженерно-геологические колонки скважин N 1K,4K

14.

Рис.4– Карта фактического материала

15. Гидрогеологические условия площадки строительства

Горизонт грунтовых вод приурочен к среднечетвертичным аллювиальнофлювиогляциальным отложениям. Водовмещающими грунтами служат пески различной
крупности. На момент проведения настоящих изысканий (октябрь-ноябрь 2020 г.) их уровень
зафиксирован на глубинах 8,5-9,1 м.
Уровень грунтовых вод зафиксирован на глубинах 5,7-12,8 м., водовмещающими грунтами
являются аллювиальные суглинки, пески. Водоупором являются верхнепермские глины и
доломиты. Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации
атмосферных осадков и утечек из водонесущих коммуникаций.
Воды татарских отложений образуют разобщённый, невыдержанный, горизонт,
заключённый в прослоях песков в глинистых отложениях. По результатам проведённых
изысканий воды вскрыты и установлены в скважинах скв.2к и скв.3к на глубинах 15,3 м и 27,8
м.,горизонт вскрыт инженерно-геологическими скважинами скв.6,7, уровень подземных вод
зафиксирован на глубине 14,4 м. Водовмещающими грунтами являются прослои песка,
мергеля в глине. Водоупором являются более плотные разности глины. Питание водоносного
горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в зоне выхода пород на
дневную.
Казанско-сакмарский водоносный комплекc приурочен к трещиноватым, кавернозным и
разрушенным разностям карбонатных и сульфатных пород. Водовмещающими породами
являются дресвяно-щебнистый грунт, трещиноватые и сильнотрещиноватые доломиты,гипсы.
На момент проведенных изысканий уровень появления вод в сакмарских отложениях
зарегистрирован на глубине 35,50-49,20 м., а пьезометрический уровень – на глубинах11,0-11,8
м (скв. 1к и скв.5к), на глубине 15,0 м (скв.3к), на глубине 16,0 м (скв.4к).

16.

Казанско-сакмарский водоносный комплекc приурочен к трещиноватым,
кавернозным и разрушенным разностям карбонатных и сульфатных пород.
Водовмещающими породами являются дресвяно-щебнистый грунт, трещиноватые
и сильнотрещиноватые доломиты,гипсы. На момент проведения данных
изысканийуровень появлениявод в казанских отложениях зарегистрирован на
глубинах 24,80-39,0 м (абс.отм.102,81-89,38 м БС). В карстовой скважине (скв.1к)
уровень появления вод24,80 м, соответствует уровню восстановления, в скважинах
скв.3к, свк.4к,скв.5к, – пьезометрический уровень зафиксирован на глубинах–15,0
м, 38 м и 34,0 м соответственно (абс. отм. 113,76 м БС и 89,38 м БС). Водоносный
горизонт напорно-безнапорный, величина напора изменяется от 4,0 м (скв.5к) до
21,0 м (скв.3к)- 22,0 м (скв.4к).
Трещинно-карстовый водоносный горизонт (комплекс) приурочен к
отложениям уржумского, казанского и сакмарского ярусов пермской системы.
Воды уржумских отложений в исследуемом районе образуют разобщенные,
невыдержанные, подвешенные горизонты, залегающие на различных глубинах и
заключенные в прослоях песков, алевритов, карбонатных пород, трещиноватых
мергелей и алевролитов.
Казанско-сакмарский водоносный горизонт (комплекс) приурочен к
трещиноватым, кавернозным и разрушенным разностям карбонатных и
сульфатных пород и полостям в них.

17.

18. Основные условия развития карста

1.Растворимые породы
2.Водопроницаемость (трещиноватость) пород;
3.Наличие движущей подземной воды
4. Растворяющая способность.
• На площадке строительства присутствуют все 4 основных условия для
развития карста. На исследуемой площадке, относящейся к АрзамасскоПавловскому карстовому району , развит карбонатно-сульфатный карст.
• На данном участке, в зависимости от расположения карстующихся пород
относительно
земной
поверхности,
карст
покрытый,
поскольку
рассматриваемые породы перекрыты покровной толщей, сложенной
нерастворимыми отложениями. В зависимости от глубины залегания
карстующихся пород – карст глубокий, т.к. указанные породы располагаются
ниже сжимаемой толщи основания сооружений.

19. Категории карстоопасности по интенсивности образования карстовых провалов

В соответствии с «Картой
карстоопасности г. Арзамаса с
инженерно-строительной
характеристикой освоения
закарстованных территорий»
(масштаб 1:5 000, 2002 г.) [76]
юго-восточная часть площадки
строительства относится к I-III
категории карстоопасности по
интенсивности
провалообразования, а остальная
часть площадки – к III-IV
категории карстоопасности
Рис. 5 – Фрагмент «Карты карстоопасности г. Арзамаса с
инженерно-строительной
характеристикой
освоения
закарстованных территорий» (масштаб 1:5 000, 2002 г.)

20.

Согласно «Схематической карте
закарстованности территории
г. Арзамаса и его окрестностей»
(масштаб 1:100 000, 2012 г.),
площадка строительства
относится ко II-IVкатегории
карстоопасности по
интенсивности
провалообразования
Фрагмент «Схематической карты
закарстованности территории г. Арзамаса и его
окрестностей» (масштаб 1:100 000,2012 г.)
(Площадка строительства показана красным
многоугольником).
Рис.6
–

21. Категория карстоопасности по среднему диаметру карстовых провалов

Средний диаметр вероятных провалов dср на изучаемой площадке составляет
12,9 м. Указанное его значение соответствует категории карстоопасности Б по
среднему диаметру карстовых провалов
Рис.7– Гистограмма распределения диаметров
карстовых
провалов по г. Арзамасу

22. Оценка карстового риска

На сегодняшний момент разработана только одна универсальная методика оценки
карстового риска (автор – канд. техн. наук, проф. В.В. Толмачёв), которая полностью
отвечает всем требованиям указанных Федеральным Законом.
Оценку карстового риска наиболее целесообразно выполнить, определив уровень
карстового риска LRb, через соотношение риска Prb к допускаемой его величине Rnb,
т.е.:
LRb = Prb / Rnb
Нижний индекс “b” (building – сооружение) означает, что значение рассматриваемой
величины определено для площадных сооружений.
dср и dmax – средний и максимальный диаметры возможных карстовых провалов, м;
A0 – площадь зоны, га, границы которой отстоят от проектируемого сооружения на
расстоянии dmax/2.
Результаты оценки карстового риска для проектируемого объекта приведены в
тексте дипломной работы.
Расчетная схема для определения
карстового риска
Рис. 8 –

23.

Рис.9-Карта карстовой опасности

24. ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Выполнение геотехнической противокарстовой защиты, к которой в каждом
конкретном случае могут относиться как все вместе, так и отдельные
необходимые мероприятия (работы) по (1) заполнению (тампонажу) карстовых
полостей и (2) закреплению разрушенных, трещиноватых и кавернозных зон в
карстующихся породах, по (3) тампонажу промежуточных полостей и
(4) закреплению ослабленных зон в покровной (надкарстовой) толще, по
усилению грунтов (5) в толще над карстующимися породами и (6) в основании
зданий и сооружений
К первому типу относятся мероприятия, направленные на исключение
образования карстовых деформаций, ликвидацию условий образования,
развития и проявления карста.
Ко второму типу относятся мероприятия, направленные на обеспечение
прочности и устойчивости сооружений при возможном проявлении карстовых
деформаций.

25. ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОТИВОКАРСТОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Первый вариант предусматривает заполнение (тампонаж) карстовых полостей,
закрепление толщи разрушенных, трещиноватых и кавернозных карстующихся
пород, от её верха до кровли монолитных скальных (незакарстованных) пород, и
усиление грунтов всей или только части толщи над карстующимися породами.
Второй вариант предусматривает тампонаж карстовых полостей и закрепление
толщи разрушенных, трещиноватых и кавернозных карстующихся пород, от её
верха до кровли монолитных скальных (незакарстованных) пород.
Третий вариант предусматривает усиление залегающего непосредственно над
карстующимися породами участка покровной толщи грунтов, мощность которого
должна быть обоснована расчетом.
Четвертый вариант предусматривает усиление под фундаментами сооружений
грунтовой толщи на глубину, обоснованную расчетом. В рассматриваемом случае,
по ряду причин, считать такой вариант защиты равноценным конструктивной
защите не представляется возможным.

26. Заключение!!!

Ознакомившись с физико-географическими условиями района работ,
выявила, что большую роль в рельефе месторождения играют карстовые
отложения.
Оценивая инженерно-геологические условия, мною были изучены геологолитологические разрезы, инженерно-геологические колонки скважин,
результаты физико-механических свойств грунтов, карта карстовой опасности,
карта фактического материала, определена категория карстоопасности по
среднему диаметру карстовых провалов, выполнена оценка карстового риска,
также были проведены лабораторные испытания.