 |
Профилактические и прогностические мероприятия
|
|
|
|
Большую часть потенциальных оползней можно предотвратить, если своевременно принять меры в начальной стадии их развития. Среди различных мероприятий особенно важное значение имеют контроль и прогнозирование оползневых процессов. Они необходимы для обеспечения:
– расположения объектов в безопасных местах;
– своевременного предупреждения возникновения новых оползней;
– предотвращения опасного объема и скорости смещения уже существующих оползней;
– выявления необходимости борьбы с оползнями;
– возможности эксплуатации объектов без укрепления склона.
Для предотвращения возникновения оползней необходимо организовать контроль за состоянием склонов и соблюдением охранно-противооползневого режима, а также проводить комплекс противооползневых мероприятий с учетом гидрогеологических условий и характеристики оползневого участка. Необходимые для этого данные наносят на крупномасштабные карты. На них должны быть указаны: устойчивость склонов; возможность производства земляных работ; гидрогеологические условия района; возвышенности и косогоры; места расположения стоков, дренажных бассейнов, затопляемых участков и распределение подземных вод. На эти же карты наносят места прошлых оползней и районы возможного оползания. К карте прилагается пояснительная записка с подробным описанием оползневого района (участка).
В пределах участков, где возможно возникновение оползней, организуется постоянное наблюдение для выявления причин возникновения оползневых перемещений, изучения их динамики и разработки комплекса противооползневых мероприятий. Наблюдение ведется специально назначенными постами из состава работников оползневых станций, в задачу которых входит контроль за колебаниями уровней воды в колодцах, дренажных сооружениях, буровых скважинах, реках, водохранилищах и озерах, за режимом подземных вод, скоростью и направлением оползневых подвижек, за выпадением и стоком атмосферных осадков.
|
|
|
На наиболее ответственных участках такие посты оборудуют створы глубинных реперов и ведут за ними наблюдение. В качестве реперов используют буровые штанги длиной 2–2,5 м. В районах глубокого промерзания оползневого грунта штанги–реперы устанавливают на глубину до 3 м и заливают раствором цемента. Данные о колебаниях уровней подземных вод и их влиянии на устойчивость склонов, а также конкретные сведения об оползневых смещениях оползневые станции представляют ежегодно в виде краткого отчета в управление инженерной защиты города и штаб ГО города. На основании результатов наблюдений выявляются участки, где ожидается развитие оползней, а также выполняют работы на участках, где зафиксировано смещение земляных пород. Определяют силы и средства, необходимые для обеспечения противооползневых мероприятий. Имея перечень, расположенных на участках ожидаемого развития оползней, можно прогнозировать возможный ущерб.
Противооползневые мероприятия по своему характеру разделяются на две группы: пассивные и активные.
К пассивным относятся охранно-ограничительнные мероприятия:
– запрещение подрезки оползневых склонов и устройства на них всякого рода выемок;
– недопущение различного рода подсыпок, как на склонах, так и над ними, в пределах угрожающей полосы;
– запрещение строительства на склонах и на указанной полосе сооружений, прудов, водоемов, объектов с большим водопотреблением без выполнения конструктивных мероприятий, полностью исключающих утечку воды в грунт;
– запрещение взрывов и горных работ вблизи оползневых участков;
|
|
|
– запрещение устройства водонепроницаемых пластырей в зоне выплывания грунтовых вод;
– охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности;
– запрещение неконтролируемого полива земельных участков, а иногда и их распашки;
– запрещение устройства водопроводных колонок и постоянного водопровода без устройства канализации;
– недопущение сброса на оползневые склоны ливневых, талых, сточных и других вод;
– залесение оползневых территорий.
К активным относятся противооползневые мероприятия, проведение которых требует устройства инженерных сооружений:
– подпорных конструкций – для предотвращения оползневых процессов;
– подпорных стенок – на сравнительно небольших оползнях, на склонах при нарушении их устойчивости в результате подрезки и подмывок;
– контрбанкетов – у подошвы действующего или потенциального оползня, своим весом препятствующих смещению земляных масс;
– свайных рядов – для укрепления оползневых склонов в период временной стабилизации оползней, имеющих относительно малую (до четырех метров) мощность смещенного тела (бетонные, железобетонные и стальные сваи располагают в шахматном порядке в несмещаемой породе на глубину 2 м.;
– сплошных свайных, или шпунтовых рядов (тонких стенок) (устанавливаются реже других удерживающих сооружений вследствие их высокой стоимости).
Борьба с оползнями основана на обеспечении устойчивости склона.
Общими противооползневыми мероприятиями для оползней всех видов являются:
– отвод поверхностных вод, притекающих к оползневому участку со стороны (устройство нагорных канав);
– отвод атмосферных вод с поверхности оползневого участка;
– разгрузка оползневых склонов (откосов), террасирование склонов;
– посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав на поверхности оползневых склонов;
– спрямление русел рек и периодически действующих водотоков, подмывающих основание оползневых склонов;
– берегоукрепление (буны, донные волноломы, струенаправляющие устройства, защитные лесонасаждения и др.) в основании подмываемых оползневых склонов;
– отсыпка (намыв) земляных (песчаных, гравийных, каменных) контрбанкетов у основания оползневых склонов.
|
|
|
Противооползневые меры механического удержания земляных масс в равновесии включают: перераспределение земляных масс на оползневых склонах (планировка склона и его террасирование); устройство подпорных стенок; возведение контрбанкетов, контрфорсов, свайных рядов и др.
Подпорные стенки целесообразно устраивать при сравнительно небольших оползнях на склонах при нарушении их устойчивости (подрезки, подмывки и др.). Подпорные стенки устраиваются из сборного железобетона или обожжённого кирпича и камня. Для повышения устойчивости подпорных стенок устраивают застенный дренаж. При расчете подпорных стенок необходимо определить оползневое давление на стенку, а также временную нагрузку на откос и непосредственно на стенку.
Контрбанкеты являются эффективным противооползневым мероприятием. Они устраиваются у подошвы действующих или потенциальных оползней и своей массой препятствуют смещению оползневого грунта. Протяженность контрбанкета определяется размерами оползня, ширина и высота – в зависимости от устойчивости оползневой массы. Контрбанкеты устраиваются из грунта, в отдельных случаях из бутового камня, укладываемого в основании оползня в виде призмы. На поверхности контрбанкетов должны быть предусмотрены мероприятия по отводу поверхностных вод и борьбе с эрозией почв.
Контрфорсы – подпорные сооружения, удерживающие грунт склонов и откосов от смещения, и врезающиеся подошвой в устойчивые слои грунта. Обычно возводятся из каменной кладки на цементном растворе, бетона или бутобетона. По своей конструкции могут быть дренажными или без дренирующих элементов. В основании дренажа контрфорсов рекомендуется укладывать водоотводные трубы (асбестовые, керамические, бетонные) диаметром 150–200 мм.
Свайные ряды (сваи-шпонки) применяются в период временной стабилизации оползней, имеющих небольшую (до 4 м) мощность смещаемого тела. Чтобы не нарушить устойчивость склона при забивке целесообразно устанавливать сваи в предварительно пробуренные скважины. Можно использовать непригодные рельсы и стальные трубы диаметром 300–400 мм с последующей заливкой их бетоном. Размещать свайные ряды необходимо в нейтральной или пассивной (контрфорсной) части оползня.
|
|
|
Отвод поверхностных вод обеспечивают устройством системы нагорных канав, лотков и ограждающих валов. Если рельеф оползневых склонов сильно пересечен, то целесообразно на водоотводных канавах устраивать перепады, быстротоки, шахтные или консольные водосбросы.
Дренирование склонов по конструкции бывает четырех типов: горизонтальные (трубчатые) дренажи-преградители; дренажные галереи; вертикальные и комбинированные дренажи.
Горизонтальные дренажи применяются при неглубоком (до 4–8 м) залегании водоупора, так как их укладывают в открытые траншеи. Для устройства дренажа могут применяться керамические, бетонные или асбестоцементные трубы. Диаметр и тип труб определяются гидравлическим расчетом и зависят от агрессивности подземных вод. Для проверки работы дренажа по его трассе устраивают смотровые, поворотные и перепадные колодцы. Такие типы дренажей рекомендуется устраивать на остановившихся оползнях или в местах, где им не угрожают оползневые смещения. Для удаления воды, содержащейся в трещинах и пустотах движущегося оползневого тела, целесообразно применять простейшие конструкции фашинного дренажа, так как этот тип дренажа и способен выдерживать значительные деформации, создаваемые небольшими подвижками.
Дренажные прорези применяются на движущихся оползнях. При массовом (площадном) выклинивании подземных вод на стабилизировавшихся оползневых склонах или устойчивых оползневых террасах целесообразно применять пластовые дренажи.
Дренажные галереи эффективны в местах глубокого залегания водоносного горизонта, питающего оползневый склон водой, при значительной водообильности и хорошей водоотдаче грунтов. Их включают только в общий комплекс противооползневых мероприятий из-за трудоемкого и дорогостоящего устройства.
Вертикальные дренажи (буровые скважины или шахтные колодцы) применяют при дренировании одного или нескольких водоносных горизонтов при большой глубине их залегания. Отвод воды из вертикальных дренажей производится в специальные водосборные галереи.
Комбинированные дренажи представляют сочетание горизонтальных и вертикальных дренажей, объединенных в одну систему. Они широко применяются на оползневых склонах с несколькими глубоко залегающими водоносными горизонтами, разделенными водоупорными пластами.
Для борьбы с оползнями можно использовать и простейшие инженерные сооружения: нагорные канавы и дренажи.
|
|
|
Нагорные канавы предназначены для отвода воды с поверхности оползневого участка. Их устраивают глубиной 0,6–1,5 м выше верхней границы оползневого участка. Канавы рекомендуется отрывать, по возможности прямыми, без резких изломов и поворотов, так как в таких местах обычно изменяется скорость течения воды и происходит отложение наносов. В результате сечение канав уменьшается и они не могут пропускать расчетное количество воды. На оползнях глубиной до 2 м канавы можно отрывать поперёк оползня, в этом случае ширина канавы должна быть в 3–5 раз больше ее глубины.
Для дренирования оползневых склонов можно использовать систему поперечных дренажей в сочетании с дренажами-прорезями, устраиваемыми вниз по склону.
Поперечные дренажи со сплошным заполнением представляют собой траншею глубиной 2–3 м, заполняемую (полностью или частично) щебенкой или хворостом. Уклон дна траншеи должен быть не менее 0,005.
В щебенчатых дренажах (рис. 2.9, 2.10) траншею в средней части заполняют щебнем или камнем, а в боковых частях – глинобетоном или хорошо промытым крупнозернистым песком.
Эффективное средство закрепления крутизны оползневых склонов – посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав. Корневая система деревьев и кустарников связывает верхние слои почвы с нижележащими слоями, предупреждая возможное сползание почвогрунтов вниз по склону. Закрепление склонов с помощью лесонасаждений особенно эффективно при борьбе с оплывинами и неглубокими оползнями–потоками. Высаживать их рекомендуется поперек склона рядами на расстоянии до 1,5 м один от другого.
Для закрепления оползневых склонов и защиты их от эрозии можно использовать дернообразующие однолетние и многолетние травы, корневая система которых хорошо защищает почву от размыва.
Для закрепления берегов рек, водохранилищ и морских обрывов целесообразно применять откосные покрытия из железобетонных плит на сплошных гравийно-песчаных обратных фильтрах.
 |
Рис. 2.9. Устройство щебенчатого дренажа:
1 – песок; 2 – глина; 3 – гравий; 4 – камень; 5 – глинобетон
 |
Рис. 2.10. Размещение дренажной траншеи на оползневом склоне:
1 – песок; 2 – дренажная траншея; 3 – застой воды; 4 – плотная глина
Оптимальный комплекс сооружений противооползневой защиты устанавливается в следующем порядке: составляется схема расположения объектов на оползнеопасной территории; определяется характер их влияния на оползнеобразующие факторы в процессе застройки и эксплуатации проектируемых сооружений (повышение напряженного состояния пород склонов, изменение уровней грунтовых вод, уменьшение прочностных характеристик пород и др.); оценивается изменение коэффициента устойчивости склонов; выбирается вид сооружений противооползневой защиты и для каждого из них определяется степень повышения коэффициента устойчивости; оценивается возможность использования сооружений противооползневого комплекса для выполнения функций отдельных конструкций объектов застройки.
В общем виде меры борьбы с оползнями, возникновение которых обусловлено различными причинами, приведены в табл. 2.30.
После прохождения оползня необходимо проверить состояние стен и перекрытий зданий и сооружений, выявить повреждения линий газо-, электро- и водоснабжения.
Прогнозирование оползневых процессов базируется на инженерно-геологических и инженерно-гидрогеологических исследованиях. Для прогноза учитываются наличие склона, достаточной массы скальных пород или рыхлой почвы и составляющей силы тяжести скальных пород, направленной тангенциально к поверхности.
Таблица 2.30
Меры борьбы с оползнями
| Активные причины, вызывающие оползни | Мероприятия | Меры борьбы |
| Изменение напряженного состояния глинистых пород (перепад давления) | Уположивание склонов и откосов | Срезка земляных масс в верхней части откоса и укладка их у подножия для пригрузки в месте ожидаемого выпирания |
| Подземные воды | Перехват подземных вод выше оползня | Горизонтальный и вертикальный дренаж, сплошная прорезь, дренажная галерея, горизонтальные скважины – дрены |
| Поверхностные воды | Защита берегов от абразии | Волноотбойные стены. Волноломы подвижные и подводные, завоз пляжного материала |
| Атмосферные осадки | Регулирование поверхностного стока | Микропланировка. Лотки, кюветы, каналы, дорожки |
| Выветривание | Защита грунтов поверхности склонов | Одерновка, посев травы, древесные насаждения, замена грунта |
| Совокупность ряда активных причин | Механическое сопротивление движению земляных масс. Изменение физико-технических свойств грунтов | Подпорные стены, свайные ряды. Шпунты. Земляные контрбанкеты. Подсушка и обжиг глинистых грунтов, электрохимическое закрепление грунтов |
| Некоторые виды деятельности человека | Специальный режим в оползневой зоне | Сохранение склонов в устойчивом состоянии. Ограничение в производстве строительных работ. Строгий режим эксплуатации различных сооружений. |
| Утечка водопроводных и канализационных вод | Обеспечение повышенной надежности | В оползневой зоне трубопроводы устраиваются из труб более прочных материалов или в «рубашке» |
Известны несколько методов прогноза оползней:
– долгосрочный – на годы;
– краткосрочный – на месяцы, недели;
– экстренный – на часы, минуты.
Наиболее достоверный из них – краткосрочный прогноз.
Для осуществления долгосрочного прогноза применяется метод ритмичности, основанный на выявлении периодов активизации оползней, связанных с выпадением осадков и другими метеорологическими элементами. Обычно прослеживается достаточно тесная связь количества оползней с величиной солнечной активности и менее тесная связь с атмосферными осадками.
Краткосрочный и экстренный прогнозы основаны на использовании геодинамических измерений и построении на их основе прогнозной модели оползневого процесса методом регрессионного анализа, при этом учитывается устойчивость склона, определяемая отношением удерживающих и сдвигающих сил.
Теоретический прогноз оползней достаточно сложный. Его проводят специалисты оползневых станций (по данным многолетних наблюдений) и он может быть только вероятностным. Принципиальная схема вероятностного прогноза возникновения нового оползня на естественном склоне в заданном районе и в заданный период времени Т состоит в следующем:
1. Получение исходных данных:
– определяют среднюю годовую величину коэффициента устойчивости склона в настоящее время (т. е. на начало периода Т), под которым понимают отношение суммарного сопротивления сдвигу вдоль какой–либо потенциальной поверхности скольжения к сумме сдвигающих усилий вдоль этой поверхности:
где Cі – сопротивление сдвигу на i -ом участке; τі – касательная напряжения, Δ lì – абсолютная деформация;
– рассчитывают среднюю скорость необратимых изменений коэффициента устойчивости склона (за год в настоящее время и ее прогноз на период Т) Δ K ср = ƒ (Т);
– определяют зависимость амплитуды А обратимых колебаний коэффициента устойчивости склона от показателей F соответствующих факторов – А = ƒ (∑F);
– рассчитывают среднюю величину годовой амплитуды А ср – отрицательного отклонения коэффициента устойчивости склона и вероятной максимальной ее величины А mах за период Т.
2. Анализ данных:
– определяют возможность оползня; конечная средняя годовая величина коэффициента устойчивости склона в конце прогнозируемого периода Т составит
,
если 
– А mах > 1 – оползень маловероятен;
– А mах < 1 – оползень возможен;
– А ср< 1 – вероятность оползня очень велика;
– рассчитывают вероятное время tоп смещения оползня (лет от начала прогнозируемого периода), т. е. наиболее вероятно смещение оползня в период
от 
до 
.
Пример. Определить вероятное время возникновения оползня в горизонтальных склонах.
Исходные данные. Прогнозируемый период Т = 50 лет; значение среднего начального коэффициента устойчивости склона 
=1,27. Сравнительно равномерный подмыв подошвы склона и сопутствующие процессы обусловливают среднее годовое уменьшение коэффициента его устойчивости Δ K ср = 5·10–3; среднее годовое отрицательное отклонение коэффициента устойчивости склона в результате колебаний его водонасыщения и пригрузки основания наносами А ср = ± 3·10–2.
Максимальное негативное отклонение коэффициента устойчивости склона за 50 лет (соответствующее наиболее неблагоприятному сочетанию факторовв течение года 2 %-й обеспеченности) А mах= –0,1.
Решение. Наиболее вероятное смещение оползня следует ожидать в период от (1,27–0,10–1,0)/0,005 до (1,27–0,03–1,0)/0,005, т. е. через 34–48 лет.
Вывод. Возведение на этом склоне объекта со сроком амортизации 50 лет и более требует дополнительного проведения противооползневых мероприятий. Тем не менее, временные (рассчитанные на 10–15 лет) объекты в настоящее время и в ближайшие годы возводить можно.
Обвалы и осыпи
Описание обвалов и осыпей
Горные обвалы и осыпи – частые явления во всех странах мира. Их масштабы бывают грандиозными, последствия трагическими. Они способны вызвать крупные завалы или обрушения автомобильных и железных дорог, разрушение населённых пунктов и уничтожение лесов, способствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей. Такие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение крутых горных склонов, образующих с горизонтом углы более 45–50°.
Обвал – это отрыв и падение больших масс пород на крутых и обрывистых склонах гор. Обвалы происходят в результате ослабления сцепления горных пород под воздействием выветривания, подмыва, растворения, а также силы тяжести и тектонических явлений. Образованию обвалов способствуют геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и дробление горных пород. Обвалы могут также происходить в речных долинах и на морских побережьях. Возникают внезапно, когда породы на склоне теряют устойчивость в результате подмыва их, а также при землетрясении, подрезке основания склона при прокладке дорог, постройке на склоне тяжелых зданий. В 80 % случаев обвалы связаны с антропогенной деятельностью человека. В нашей стране ведутся большие геологоразведочные работы. Они сопровождаются закладкой различных горных выработок: буровых скважин, канав, штолен, карьеров. В условиях горного и холмистого рельефа производство геологоразведочных работ вызывает активное проявление оползневых явлений, эрозии и других процессов. Площадь земель, нарушенных при разработке полезных ископаемых, в нашей стране исчисляется миллионами гектаров и ежегодно увеличивается на десятки тысяч гектаров. Эрозия, дефляция, оползни, обвалы, осыпи проявляются при эксплуатации открытых разработок, особенно глубоких. Просадки, эрозии и другие побочные процессы проявляются также при добыче полезных ископаемых подземным способом. Грандиозные обвалы происходят в горах, где они нередко запруживают реки. Выше подобных плотин реки разливаются в подпрудные озера (например, озеро Рица на Кавказе).
Осыпание отличается от обваливания, прежде всего величиной и скоростью. Осыпание происходит постепенно, по мере разрушения (выветривания) пород на склонах. Падают, преимущественно мелкие обломки. В нижней части склонов образуютсяосыпи – конусовидные скопления упавших обломков.
Для возникновения обвалов, во-первых, необходим горный, сильно расчлененный рельеф, причем с крутыми, нередко обрывистыми склонами; во-вторых, породы должны быть разбиты трещинами, возникшими в результате действия либо эндогенных (тектонических) сил, либо экзогенных, например, выветривания. Горный массив или его часть должны находиться в неустойчивом состоянии, при котором достаточно небольшого толчка или сотрясения, чтобы куски и глыбы породы рухнули вниз. Связи между отдельными блоками пород становятся особенно непрочными во время сильных дождей и весной, когда в горах тает снег. Поэтому весна, как и период летних ливней, это время обвалов в горах. Можно ли бороться с обвалами? Да, можно, но не с всякими и не везде. Железная дорога Туапсе – Сухуми идет по самой береговой кромке Черного моря. С одной стороны, ей угрожают штормовые волны, и приходится укреплять насыпь железобетонными «ежами», кубами, блоками, предохраняющими ее от размыва. С другой стороны, над железнодорожной колеей нависают обрывы. Спасаться от обвалов помогают высокие каменные стенки, которые останавливают глыбы камней, падающие со склона. Так же в горах защищают и автомобильные дороги. Но, конечно, это предохраняет только от небольших обвалов. Если же где-то нависают скалы, то предотвратить их обвал можно только одним способом: постепенно, по частям обрушить их, закладывая динамитные заряды малой мощности. Если обвалы угрожают поселкам, людей эвакуируют, а поселок переносят в безопасное место.
|
|
|
