§ 3. Борьба с термокарстовыми явлениями, оврагообразованием, солифлюкцией, наледями и другими мерзлотно-геоморфологическими образованиями

В практике строительства на Крайнем Севере имеют место случаи, когда в результате нарушения температурного и гидрогеологического режима участка проявляются различного рода мерзлотные явления, вызывающие деформации сооружений.

К такого рода мерзлотно-геоморфолагическим явлениям и образованиям относятся бугры пучения, морозобойные трещины, формы рельефа, образовавшиеся в результате нивации и солифлюкции, термокарстовые и провальные формы рельефа, наледи.

Рис. I-16. Термокарстовое озеро Молодое в районе среднего течения р. Яны

Термокарстовые или просадочные и провальные формы рельефа возникают в результате вытаивания в толще вечномерзлых пород подземного льда и последующей просадки верхних оттаявших слоев. Возникают провалы, воронки, просадочные озера (рис. I-16) глубиной 1,5-3,0 м, отличительной особенностью которых является прогрессирующее интенсивное увеличение, сопровождающееся оползанием грунта у берегов. Иногда они распространяются на обширные территории, образуя заболоченные низменности - аласы (рис. I-17).

Рис. I-17. Алас на месте термокарстового озера в Якутской АССР

Образованию термокарста нередко способствуют нарушения термического режима грунтов, которые происходят при застройке и заселении территорий (рис. I-18 и I-19). Возникновение и развитие их в пределах поселков представляет серьезную угрозу для сооружений.

Рис. I-18. Термокарстовая воронка, образовавшаяся на территории склада пристани Ожогино на р. Индигирке после затопления площадки паводковыми водами

Для предупреждения термокарстовых явлений на осваиваемой территории необходимо (особенно при мелкозернистых с ледяными включениями грунтах) стремиться к сохранению положения верхней границы вечномерзлых грунтов. Поэтому не рекомендуется нарушать растительный покров территории, допускать на временно оголенных местах проезд транспорта, корчевать пни и вырывать корни при вырубке леса и кустарника.

Рис. I-19. Образование термокарста после проезда тракторов и автомашин при строительстве дороги Куйга-Депутатский

Оврагообразованию на застраиваемой территории предшествуют эрозионные процессы, связанные главным образом с размыванием проточными водами льдистых мерзлых грунтов. Особенно значительному разрушению подвергаются склоны и откосы при стенании по ним водных потоков.

Интенсивность размывания мерзлых грунтов обусловливается скоростью вытаивания льда, цементирующего грунтовые частицы, и сопровождается разрушением структуры грунта. Частицы его легко уносятся водой, что вызывает оттаивание новых слоев мерзлого грунта. Таким образом, разрушение захватываем все новые и новые участки мерзлого грунта и может остановиться только при изменении условий, благоприятствующих этому процессу, например, при прекращении действия потока.

Рис. I-20. Оврагсюбразование в пос. Диксон

Усугубляет образование оврагов неправильная эксплуатация площадок, уничтожение растительного покрова, отсутствие водоотводов и регулирования потока грунтовых вод. Примером может служит нос. Диксон, на территории которого рост оврагов принял угрожающие размеры (рис. I-20).

Для прекращения развития и ликвидации действующего оврага необходимо перехватить ливневые воды с близлежащих склонов, удалить из него воду и осушить его, укрепив откосы и ложе.

Засыпку затухших оврагов следует производить грунтом, не имеющим ледяных включений; верхний слой засыпки устраивают из нефильтрующих грунтов с небольшим возвышением над прилегающей поверхностью с пологими откосами для лучшего стока воды.

Солифлюкциодные явления имеют широкое распространение на Крайнем Севере. Известны случаи перехода солифлюкционного сплывания в оползни катастрофического характера. Солифлюкционные явления приносят значительный ущерб строительству и дорожному хозяйству, разрушая покрытия и уничтожая почвенный слой иногда на больших территориях.

Инженерные мероприятия по предупреждению явлений солифлюкции и оползней также должны исходить из причин, порождающих эти явления. В первую очередь следует перехватить поверхностные и грунтовые воды нагорными канавами, мерзлотными валиками и отвести их от склона, обращенного к застраиваемой территории.

При разработке генплана строительства сооружений заселенного места следует точно определить границы, отделяющие зону солифлюкции и оползней от устойчивой части территории и по возможности избегать расположения зданий и сооружений в указанной зоне.

Наледи образуются в результате выхода речной или подземной воды на поверхность ледяного покрова или грунта. Образование многолетних наледей, в отличие от однолетних, происходит в том случае, когда наледный лед не успевает оттаивать в течение летнего сезона и сохраняется до возникновения новой наледи.

Рис. I-21. Глыба льда многолетней наледи в бассейне р. Колымы

Площадь, занимаемая речной наледью, может достигать нескольких квадратных километров. Мощность льда речных наледей (рис. I-21) вследствие неоднократного их нарастания при выходе воды иногда достигает 4 м; на северо-востоке Якутской АССР наблюдались наледи мощностью до 10 м и длиной до 27 км.

Речные наледи деформируют мосты, трубы, водозаборные сооружения, а также препятствуют движению по зимним дорогам, проложенным,по льду рек.

Грунтовые наледи вызываются действием подземных потоков и образуются под напором, возникающим при уменьшении сечения этих потоков. Они нередко сопровождаются образованием надедных бугров при замерзании грунтовой воды в толще деятельного слоя.

Грунтовая наледь может образоваться под отсыпанным в летний период слоем грунта, под штабелем угля, шлака, золы и т. д.

Вследствие прекращения отопления зданий и уменьшения размеров талика под ними грунтовые воды в основании могут приобрести напор. Прорыв их через незамерзшие толщи грунтов явится следствием образования наледей в домах, банях и других сооружениях, эксплуатация которых прекращена.

Нередко наледи возникают в результате устройства выемок, водоотводных канав, отсыпки кавальеров и при разработке карьеров.

Не следует располагать сооружения на участках, где могут образоваться наледи, а в случае неизбежности такого строительства необходимы противоналедные устройства.

Наиболее часто используются в качестве противоналедных устройств мерзлотные пояса и мерзлотные валики. Оба эти устройства не допускают поступления наледных вод к сооружению.

Мерзлотный пояс представляет собою полосу, с которой в течение зимы убирается снег, вследствие чего промерзание под ней увеличивается, что преграждает поток грунтовых вод. Мерзлотный валик отсыпается из местного нефильтрующего грунта. В результате ВГВМ повышается и тем самым создается препятствие для потока грунтовых вод.

Рис. I-22. Бугры пучения на о. Жохове

Не следует располагать сооружения на местности, где распространены бугры пучения - внешние поднятия почвы под действием подземных вод, в ядре которых находятся ледяные залежи (рис. I-22).

Рис. I-23. Разрушение бугра пучения летом 1952 г. в районе пос. Тикси

Существование бугров пучения, как правило, непродолжительно. Их разрушение обусловливается изменением теплового режима (рис. I-23). Срезка бугров пучения при планировке не рекомендуется, поскольку влечет за собой быстрое оттаивание грунтов основания с просадками поверхности.

Рис. I-24. Морозобойная трещина, заполненная водой, на острове Айон (Восточно-Сибирское море)

Морозобойные трещины возникают в результате неравномерного охлаждения грунтов, вызывающего развитие в них растягивающих напряжений, превышающих предел прочности на разрыв мерзлых грунтов (рис. I-24, I-25).

Рис. I-25. Пересечение морозобойных трещин, заполненных льдом и водой (район среднего течения р. Яны)

Образование морозобойных трещин чаще всего происходит на оголенных от снега участках во время сильных холодов и сопровождается иногда содроганием земли и гулом. В результате образуется сеть трещин. Глубина растрескивания равна примерно 5-10 м. При повторном растрескивании трещины расширяются и углубляются, а затем заполняются снегом и водой, превращающимися в лед.

Широкое распространение растущих морозобойных трещин наблюдается в настоящее время в северных широтах, на побережье морей и среди малоснежных влажных тундровых пространств.

Морозобойные трещины, возникающие на застроенных площадках, опасны .для подземных сооружений и коммуникаций, которые при образовании и росте трещин, как правило, разрываются. При строительстве на участках, подверженных морозному растрескиванию, необходимо, сообразуясь с условиями местности, предусмотреть мероприятия по изменению теплового и гидрогеологического режима площадки, обеспечивающие прекращение образования и дальнейшего роста трещин. Такими мероприятиями могут быть: подсыпка территории, осушение ее, устройства для задержания снегового покрова.