Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА

(авторы: академик Осипов Виктор Иванович, д.т.н. Постоев Герман Павлович)

Изобретение относится к строительству, в частности к предотвращению опасной активизации оползней на урбанизированной территории и рационального использования оползнеопасных участков, особенно в стесненных городских условиях путем создания в нем подземного эксплуатируемого строительного сооружения.

Известен способ укрепления оползневого склона путем осуществления пригрузки у основания коренного грунтового массива, в виде анкерного крепления или контрфорса, с расположением ее между оползневыми гребнями с интервалом, меньшем длины оползневого блока [1].

В данном способе стабилизацию напряженного состояния в оползнеопасном коренном грунтовом массиве создают пригрузкой, расположенной у его основания, обеспечивая устойчивость массива и препятствуя образованию новых оползневых блоков, поскольку интервал между участками, где выполнена пригрузка меньше длины оползневого блока.

Недостатком данного способа является то, что сохраняется неизменным коренной грунтовый массив, примыкающий к оползневому склону, и сохраняется угроза активизации оползневого процесса с образованием в массиве новых оползневых блоков. Это может произойти при: изменении условий пригрузки коренного массива со стороны склона, возникновении оползневых деформаций в межоползневых гребнях, снижении устойчивости самого массива, например, вследствие выпадения аномального количества атмосферных осадков или сейсмического воздействия. Кроме того, вследствие сохранения опасности возможной активизации оползневого процесса, склоновая территория и прибровочная полоса плато имеют существенные ограничения по хозяйственному использованию.

Известен другой способ закрепления оползневых склонов путём погружения в грунты оползня инъекторов с шагом 1,0 – 2,5 м по профилям, расположенным 1,0 – 2,5 м друг от друга и перпендикулярно его фронту движения, с заглублением инъекторов на 0,5 – 1,5 м ниже плоскости скольжения оползня с инъектированием уплотняющего раствора под нарастающим давлением до образования гидроразрывных полостей, с созданием вокруг инъекторов уплотненных зон радиусом 1,5 – 2,5 м, которые перекрывают или соприкасаются друг с другом в плане и по глубине тела оползня [2].

Однако данный способ наиболее эффективен для закрепления неглубоких оползней типов сдвига – скольжения и разжижения – течения, где оползневые массы представлены разуплотненными, часто обводненными грунтами, а тело оползня разбито многочисленными трещинами. Закрепление глубоких блоковых оползней данным способом потребует больших трудозатрат, связанных с бурением большого количества глубоких скважин. И даже при выполнении всех работ не может быть обеспечено полное предотвращение возможной активизации глубоких оползневых подвижек и образование новых оползневых блоков поскольку сохраняются большие давления грунтовых массивов на деформирующиеся горизонты и возможность изменения напряженного состояния и снижения устойчивости склона.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ укрепления оползневого склона, включающий удаление с верхней части склона грунтовых масс и образование разгружающей массив горной выработки [3].

Недостатком этого способа является то, что удалением грунта и созданием горной выработки (более пологого откоса) преследуется цель – снижение сдвигающих сил, но не обеспечивается предотвращение возможной активизации глубоких подвижек.

На участках с развитием глубоких блоковых оползней в оползневую зону попадают тело оползня, состоящее из смещённых относительно монолитных блоков и коренной грунтовый массив, отделяемый от тела оползня надоползневым уступом (стенкой срыва). Удаление грунта с верхней части оползневого склона повышает устойчивость тела оползня, но увеличивает высоту надоползневого уступа и соответственно снижает устойчивость коренного грунтового массива, поскольку уменьшается пригрузка на деформирующийся горизонт со стороны склона. Для повышения устойчивости коренного грунтового массива, примыкающего к оползневому склону, производят удаление грунта с верхней его части и образование горной выработки в виде уположенного откоса, либо в виде террасы.

Однако удаление грунта в сравнительно небольших объёмах с целью повышения устойчивости склона до требуемого значения не гарантирует предотвращение возможной активизации оползня и катастрофического его развития с образованием нового оползневого блока. Кроме того, большие срезки (удаление) грунта на урбанизированных территориях часто невозможны в связи с существующей техногенной нагрузкой.

Комплексирование данного способа с другими, например, с созданием контрбанкета в нижней части склона, строительством подпорной стенки со свайным и анкерным креплением позволяют повысить устойчивость склона, остановить движение оползня, однако не снимают в полной мере угрозу активизации оползневого процесса и возможности образования нового оползневого блока с локализацией основных смещений в прибровочной части склона.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков, ликвидация угрозы активизации глубоких оползневых подвижек и формирования новых оползневых блоков и эффективное использование оползнеопасной территории и подземного пространства за счет обеспечения возможности строительства на них подземных эксплуатируемых сооружений каркасного или монолитного типа.

Это достигается тем, что способ укрепления оползневого склона заключается в преобразовании потенциального оползневого блока в устойчивое подземное эксплуатируемое сооружение. Осуществление способа включает определение длины, ширины и глубины оползневого блока, определение сцепления, угла внутреннего трения и удельного веса грунта деформирующегося горизонта, в котором проходит выположенная, по существу, горизонтальная часть поверхности скольжения оползневого массива. Для возведения подземного эксплуатируемого сооружения производят удаление грунта в массиве потенциального оползневого блока, снижая углублением выработки бытовое давление на деформирующийся горизонт до значения его структурной прочности. Затем продолжают удаление оползневых масс с верхней части склона, выравнивая оползневую террасу и устраняя возможность появления сдвигающих сил. При этом, глубину выработки и вес подземного сооружения регулируют путем повышения структурной прочности деформирующегося горизонта под дном выработки, например инъекцией укрепляющего раствора до прочных слоев, увеличивая или уменьшая бытовое давление или изменяя допустимый вес подземного сооружения. Кроме того, в подземном сооружении организуют перехват потоков подземных вод и понижение их уровня в окружающих грунтовых массивах, а к каркасу подземного сооружения или к его фронтальной стене прикрепляют тело оползневого блока, например посредством анкеров.

Способ предназначен для предотвращения развития глубоких оползневых подвижек, механизм образования которых заключается в следующем. Начальные деформации массива в допредельном состоянии (до образования поверхности скольжения) происходят по схеме сжатия в виде преимущественной осадки грунтовой толщи. При этом, под весом покрывающих пластов (бытового давления) деформируется, раздавливается горизонт (деформирующийся горизонт), структурная прочность грунта s_стр которого меньше действующего вертикального давления s_h:

(s_стр = 2с ∙ tg(45 + j/2), где с сцепление в кПа, j — угол внутреннего трения грунта /град./

s_h = g ∙ h, где g — удельный вес /кН/м³/, h – глубина оползневого блока /м/).

Вблизи склона возникают условия подвижки грунтов деформирующегося (раздавливаемого) горизонта в сторону склона. Происходит проседание и прогиб вышележащего массива, с образованием затем трещины закола, и в катастрофическую фазу оползневого цикла – стадию основного смещения, отделением и оседанием по крутой криволинейной поверхности скольжения нового глубокого оползневого блока. Крутая криволинейная поверхность скольжения переходит на оползневом склоне в почти горизонтальную унаследованную поверхность сдвига ранее сместившихся блоков оползневого тела. Под давлением нового оползневого блока глубокие подвижки на склоне могут происходить в течение длительного времени. Деформации прекратятся, когда активное давление указанного блока будет уравновешено реактивным сопротивлением тела оползня. Но при этом, как правило, достигает критического значения высота надоползневого уступа (стенки срыва) и возникают условия предельного равновесия коренного грунтового массива, возможной активизации оползневого процесса с формированием нового оползневого блока.

Суть данного способа наглядно изображена на следующем рисунке (рис.1).

Рис. 1. Способ укрепления оползневого склона.

Способ осуществляют следующим образом.

В результате обследования территории, анализа материалов инженерно-геологических и геофизических исследований коренного грунтового массива и оползневого тела, оценки оползневой обстановки, уточняют механизм глубоких подвижек, особенности формирования и развития оползневых блоков, их размеры, свойства грунтов деформирующегося горизонта, в котором проходит выположенная, почти горизонтальная часть поверхности скольжения оползневого массива, состоящего из смещенных относительно монолитных блоков. Определяют размеры необходимой разгружающей выработки. В горной выработке создают подземное сооружение с прочным, например, железобетонным каркасом. Для повышения надежности укрепления склона структурную прочность деформирующегося горизонта в основании подземного сооружения искусственно повышают под дном горной выработки, например, путем инъекции укрепляющего раствора до прочных слоев и, таким образом, регулируют глубину выработки. В подземном сооружении организуют перехват потоков подземных вод, образуя сток по тыловой стене подземного сооружения и сброс вод по трубам, расположенным в донной части, осушение оползневого массива, например, посредством дренажных горизонтальных скважин, которые осуществляют из фронтальной стены сооружения, располагая их в теле оползня ниже уровня подземных вод, обеспечивая его снижение в необходимых пределах. Также из фронтальной стены подземного сооружения к его устойчивому прочному каркасу прикрепляют оползневое тело, например путем анкерного крепления. Затем продолжают удаление оползневых масс с верхней части склона, выравнивая оползневую террасу и устраняя возможность появления сдвигающих сил.

Источники информации:

1. SU 1794145 АЗ, 18.04.91
2. Оползни. Исследование и укрепление / Под редакцией Р. Шустера и Р. Кризека (пер. с англ.). М.: «Мир». 1981. С. 255 – 256.

3. Постоев Г.П. Глубокие блоковые оползни на урбанизированных территориях / Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий // Материалы международного симпозиума. Екатеринбург. Издательство «АКВА-ПРЕСС». 2001. Том 1. С. 335 –342.