Трещинные и карстовые воды

Трещинные воды

Скальные горные породы (изверженные, метаморфические и осадочные) разбиты системой трещин, чаще всего возникших в результате выветривания, процессов формирования пород (литогенетические трещины) и тектонических процессов.

Под действием выветривания в скальных породах образуются трещины выветривания различных размеров (до нескольких сантиметров в поперечнике). Глубина распространения этих трещин, содержащих воду, в изверженных и метаморфических породах, как правило, не превышает нескольких десятков метров.

Тектонические трещины служат путями циркуляции жильных подземных вод. Сбросы нередко сопровождаются образованием брекчии трения, заполняющей трещины, по которым циркулируют подземные воды. Жильные воды по пути своего движения могут пересекать горизонты порово-пластовых и пластово-трещинных вод. По тектоническим трещинам происходит перелив напорных подземных вод из одного водоносного горизонта в другой, из одного разобщенного блока в другой. Такие явления наблюдаются на угольных месторождениях Донбасса, где имеются многочисленные тектонические нарушения.

Карстовые воды

Под карстом понимают совокупность явлений, связанных с деятельностью подземных вод и выражающихся в выщелачивании горных пород (известняков, доломитов, гипса, соли и др.) и образовании в них пустот (каверн, каналов, пещер и т. п.), а также своеобразных форм рельефа.

В России имеется много районов, где карстовые явления хорошо выражены. В пределах Русской равнины карст известен в Калужской, Тульской и Нижегородской областях вдоль правобережья Оки, в Ленинградской и Новгородской областях, в районе Самарской Луки, на Уфимском плато, на водоразделе между реками Северной Двиной и Онегой, на Урале, в Крыму, на Кавказе, в Сибири по берегам Ангары и в других местах.

Рис. 1. Тектонические трещины, измененные карстовыми процессами:
1 — известняк; 2 — сланцы; 3 — песчано-глинистый материал в тектонических трещинах

Известняки, доломиты и гипсы в большинстве случаев водопроницаемы только по трещинам, с которыми и связано в основном развитие карста (рис. 1).

Районы распространения карста имеют своеобразный рельеф. На поверхности образуются воронки, слепые овраги, поноры, котловины, полья, а внутри закарстованного массива пород возникают пустоты различного размера и формы — подземные каналы, пещеры, галереи, русла, по которым циркулируют подземные воды.

В карстовых районах поглощение атмосферных осадков происходит очень быстро через трещины и воронки. Если карстовые воды заполняют все сечение подземного канала, то в нем создается гидростатическое давление, благодаря которому вода из канала по трещинам может подниматься вверх.

В закарстованных породах наблюдаются как бы два этажа карстовых вод: верхний в виде разрозненных потоков, приуроченных к наиболее разработанным путям, и нижний, где заполнены все пустоты и трещины пород и подземные воды образуют сплошной поток, движущийся в горизонтальном направлении, часто образуя на склонах постоянно действующие источники, режим которых зависит в основном от климатических факторов.

Создание выработок в закарстованных и трещиноватых породах связано с большими трудностями. В закарстованных и тектонически нарушенных известняках притоки воды в горные выработки бывают очень большими. Иногда гидрогеологические условия месторождения в карстовых районах вообще не позволяют вести разработку полезных ископаемых ниже уровня подземных вод, и добычу ведут только выше него.

В практике строительства и эксплуатации карьеров известны случаи прорыва карстовых вод даже в тех случаях, когда выработками не вскрывались непосредственно закарстованные породы.

Поэтому при ведении горных работ как подземным, так и открытым способом в районах распространения трещиноватых, особенно закарстованных, пород необходим детальный анализ гидрогеологических условий месторождения в целях учета их при проектировании горных работ и разработке полезных ископаемых.

Трещинные воды и котлован

При устройстве котлованов трещинные воды можно откачивать водопонизительными скважинами с погружными насосами. Открытые гравитационные скважины эффективны при коэффициенте фильтрации не менее 2 м/сут и понижении более 4 м, а глубина скважины определяется глубиной водоносного горизонта и требуемым понижением (СП 45.13330.2017, пп. 5.3, 5.8).

В трещиноватых породах вода движется по трещинам, поэтому приток распределен неравномерно и справочные значения для таких пород плохо применимы. Фильтрационные свойства определяют опытными откачками при изысканиях (СП 446.1325800.2019, п. 5.9.7), а в ходе работ уровни замеряют по наблюдательным скважинам во всех затронутых водоносных горизонтах (СП 45.13330.2017, п. 5.34). Если под дном котлована залегает напорный горизонт, дно проверяют на прорыв (СП 22.13330.2016, п. 9.29).

Пример — ЖК River Park Towers на Кутузовском проезде в Москве. Здесь компания выполнила 18 водопонизительных скважин в известняке с фильтровыми колоннами диаметром 168 мм и насосами ЭЦВ 6-10-50. Уровни контролировали по гидронаблюдательным скважинам двух типов — на надъюрский и перхуровский водоносные горизонты. Помимо скважин, на объекте работали иглофильтровые установки УВВ-3А-6КМ и зумпфы открытого водоотлива.

Источники

• СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» — пп. 5.3, 5.8, 5.34
• СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» — п. 9.29
• СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ» — п. 5.9.7

В трещиноватых и закарстованных породах вода движется по трещинам и пустотам, поэтому приток к котловану распределен неравномерно и по справочным таблицам его надежно не оценить. Для проекта водопонижения я опираюсь на опытные откачки из изысканий и закладываю наблюдательные скважины на каждый затронутый водоносный горизонт. Откачку из скважин с погружными насосами предусматриваю непрерывной, с резервом насосов и электроснабжением от двух независимых источников. Уровень воды закладываю не менее чем на 0,5 м ниже дна котлована с учетом подъема воды за время возможного аварийного отключения.