Роль карста при инженерно-геологической и меры борьбы

Наличие карста в том или ином районе всегда вызывает сомнение в устойчивости местности, проектируемых и строящихся сооружений. Карст очень часто вызывает большие осложнения при проведении строительных и горных работ, обусловливает большие притоки воды в подземные выработки и строительные котлованы или большие утечки воды под плотинами. Защита от опасных последствий развития карста достигается осуществлением разнообразных дорогостоящих мероприятий. Все это составляет проблему особых условий строительства сооружений в карстовых районах.

Характер и объем противокарстовых мероприятий зависит от конкретных инженерно-геологических условий территории и различны для промышленно-городских зданий, авто - и железных дорог, гидротехнических подземных сооружений и т.д. в практике проектирования и строительства в карстовых районах применяются защитные мероприятия. Заполнение (тампонирование) карстовых полостей и трещин песком, мелким щебнем и цементным раствором с помощью засыпки и нагнетания, для поддержания свода пещеры и предотвращения его обрушения на участке расположения сооружения. Кроме того, при заполнении полостей слабофильтрующим материалом возможно формирование новых путей движения подземных вод и активизация карста в прилегающих толщах растворимых пород. Требуется детальный анализ эффективности данного мероприятия как временного, так и постоянного действия. (рис.4).

Методы борьбы с карстовыми процессами в соляных толщах более сложные из-за легкой растворимости этих пород. Одним из методов, применяемых при открытой разработке соляных месторождений, является создание гидрозавес различных типов. При гидрогеологическом строении, при подземной разработке солей или в случае предотвращения возможности выщелачивания и карста в соляной пачке или купола создается другая система гидрозавес, в том числе путем искусственного насыщения подземных вод рассолами, делающими их неагрессивными. Например: процессы растворения с участием углекислоты СО₂. углекислота - важнейший компонент подземных вод, определяющий их способность растворять первичные минералы и породы карбонатного состава. Растворение таких минералов и пород происходит по обобщенной схеме:

СаСО₃+Н₂О+СО₂=Са²⁺+2НСО₃^-

В условиях равновесия для существования в растворе определенных концентраций НСО₃ ^- необходимо присутствие определенного количества свободной углекислоты, называемой равновесной. Если содержание свободной углекислоты в воде больше, чем нужно для равновесия, то при соприкосновении такой воды с СаСО₃ (мв) произойдет его растворение, т.е. реакция пойдет слева направо. Процесс растворения будет продолжаться до тех пор пока не наступит равновесие. Если же содержание свободной углекислоты в воде окажется меньшим, чем нужно для равновесия, то, наоборот, из воды будет выделяться СаСО₃ (мв), т.е. указанная реакция будет идти справа налево до тех пор, пока не наступит равновесие.

Таблица 1

Количество НСО₃ ^- находящееся в равновесном состоянии со свободной СО₂

Избыточную часть свободной углекислоты, которая расходуется на реакцию с СаСО₃ и обеспечивает его растворение, называют агрессивной углекислотой. Иными словами - это углекислота, способная переводить в раствор карбонат кальция. Существуют различные качественные и количественные расчетные методы установления количества агрессивной углекислоты в подземных водах. В таблице 1, по данным И.Ю. Соколова, приведены расчетные данные для определения равновесных концентраций СО₂ для различных содержаний НСО₃^-, позволяющие устанавливать присутствие агрессивной углекислоты в подземных водах.

Приведем пример использования этой таблицы: в воде определено НСО₃ ^- 244 мг/л и СО₂ (своб) 40 мг/л. Из данных, приведенных в таблице, следует, что 40 мг/л СО₂ (своб) находится в равновесии с 320 мг/л НСО₃^-, а в исследуемой воде количество НСО₃ ^- значительно меньше, значит вода содержит агрессивную СО₂.

Program COcrt;HCO: real;, CO: real;(HCO);(CO);=CO*S;i>HCO THEW Writeln ("агрессивная СО");i=HCO THEW Writeln ("равновесная");i<HCO THEW Writeln ("неагрессивная СО");;.

Вывод: значит вода содержит неагрессивную СО₂