Дослідження конструктивних рішень карстостійких фундаментів каркасних будинків

Лаврик, Денис Володимирович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6079
Title:	Дослідження конструктивних рішень карстостійких фундаментів каркасних будинків
Authors:	Березань, Микола Олександрович Лаврик, Денис Володимирович
Keywords:	Каркасні будинки;картостійкі фундаменти;конструктивні рішення;фундаментні системи;підсилення фундаментів
Issue Date:	Jan-2024
Abstract:	Активізація карстових процесів призводить до виведення з господарського обороту значних площ освоєних земель та становить загрозу нормальному функціонуванню економічних об'єктів у регіонах, де присутні розчинні породи, такі як вапняки, гіпси, крейдяні породи та гіпсоангідрити. На території України велика частина регіонів має залягання розчинних порід, інтенсифікація господарської діяльності виявила понад 26 тисяч карстових та суфозійно-карстових утворень. Актуальність будівництва на закарстованих територіях пояснюється гострою необхідністю їх будівельного освоєння, а також необхідністю вивчення змін процесу розвитку карсту під впливом господарської діяльності людини.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6079
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Магістерська робота Лаврик Д.В. МГБ-204.pdf Restricted Access		2.99 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
‘Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування 
Кафедра промислового та цивільного будівництва 
 
 
                                                                     «ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» 
                                                                         Завідувач  кафедри ПЦБ 
                                                                         Доцент, к.т.н. Пряник С.П. 
                                                                      
                                                                     «______» ________________ 2024 р. 
 
 
                                                                                                                                                   
УДК__________ 
Пояснювальна записка 
до магістерської випускної роботи 
 
магістр 
(освітній ступінь) 
на тему  "Дослідження конструктивних рішень карстостійких фундаментів 
каркасних будинків" 
(найменування  теми) 
 
 
 
 
Виконала: студентка  2 курсу,  групи    МГБ-204 
спеціальності 192-«Будівництво та цивільна інженерія» 
                                 (шифр, назва) 
 
 
                     _____________                                                    Лаврик Д.В. 
                                                             (підпис)                                                                                      (прізвище, ініціали) 
 
                             
                                      Керівник магістерської роботи 
                               к.т.н., доцент Березань М.О. 
                                                           (науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали)                                                             (підпис) 
 
 
                           Рецензент магістерської роботи 
 
                                                                                                                                       ________ 
                                             (посада , науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали)                                                               (підпис) 
 
 
 
 
 
 
Черкаси – 2024 року 
 
 
  2 
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
 
Факультет   технологій, будівництва та раціонального природокористування   
Кафедра   промислового та цивільного будівництва 
Освітній рівень    магістерський 
Спеціальність  192-«Будівництво та цивільна інженерія» 
                                                                                      
 
                                                                                    «ЗАТВЕРДЖУЮ» 
                                                        Зав. кафедри, доцент Пряник С.П.           
___________________________________ 
                                                                                             "_____"   ________________  2023 р. 
 
 
 
ЗАВДАННЯ 
НА   КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА ЗДОБУВАЧУ ВИЩОЇ ОСВІТИ 
Лаврик Денис Володимирович 
                                                                                             (прізвище, ім’я, по батькові ) 
 
1.Тема     "Дослідження конструктивних рішень карстостійких фундаментів 
каркасних будинків" 
(назва теми) 
Керівник                                            к.т.н., доцент Березань М.О. 
                                                                  (прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
  затверджена наказом по університету   від  " 04  "              10                2023  р.   № 263/04 
  2. Строк подання студентом  роботи            "  18  "           12              20 23  р. 
  3. Вихідні дані до роботи 
_____________________________________________________________________________ 
 4. Зміст і календарний план 
                                        Розділи   Строк виконання 
Вступ 02.11.2023 
Розділ 1. ПРОБЛЕМИ БУДІВНИЦТВА НА ЗАКАСТОВАНИХ 15.11.2023 
ТЕРИТОРІЯХ 
Розділ 2 АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ 25.11.2023 
ЦИВІЛЬНИХ І ПРОМИСЛОВИХ ПРИ ДІЇ КАРСТОВОГО ПРОВАЛУ  
Розділ 3. ЗАХОДИ ПО ПІДСИЛЕННЮ ОСНОВ ТА ЗАХИСТУ 10.11.2023 
БУДИНКІВ  В УМОВАХ УТВОРЕННЯ КАРСТОВИ ПРОВАЛІВ  
Розділ 4. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ПРОТИКАРСТОВИХ 18.11.2023 
ФУНДАМЕНТІВ ШЛЯХОМ ПОРВНЯННЯ  ТЕХНІКО-ЕКОНО- 
МІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ  
Висновки 19.12.2023 
Виготовлення ілюстративного матеріалу 19.12.2023 
Оформлення роботи 20.12.2023 
Попередній захист роботи  
 
Дата видачі завдання     "  04   "        10           2023 р. 
 
 
Студент                         ___________                                      Лаврик Д.В, 
                                                                    (підпис)                                                                (прізвище та ініціали )  
 
Керівник                     ___________                                     Березань М.О. 
                                                                     (підпис)                                                               (прізвище та ініціали ) 
 
 
  3 
 
 
Рішення комісії 
з попереднього  захисту  від  «____» ____________ 20   __р. 
 
Кваліфікаційна робота магістра здобувача вищої освіти               
                                                                 
                                                                                       до захисту 
                                            (прізвище, ініціали)                                                                                                                
 
 
                    (рекомендується / не рекомендується)                                                                                                                  
                                                    
 
                              Голова комісії: 
     ________________________________________                                                         _____________ 
     (науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали)                                                                         (підпис)                                                                                      
  
                               Члени комісії: 
1. __________________________________                                                                      _____________ 
      (науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали)                                                                      (підпис)                                                                                      
                                                                                   
2. ______________________________________                                                              _____________ 
      (науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали)                                                                        (підпис)                                                                                      
    
3. ______________________________________                                                               ____________ 
     (науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали)                                                                         (підпис)                                                                                      
                                                                                 
4. ______________________________________                                                               ____________ 
    (науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали)                                                                         (підпис)                                                                                      
                                                                                                                                                                            
                                                            
 Примітки:  
1.Перша сторінка індивідуального завдання на кваліфікаційну  роботу магістра здобувача вищої освіти заповнюється 
студентом під керівництвом наукового керівника, друга — науковим керівником                           
2. Порушення студентом термінів подання заяви на затвердження теми магістерської роботи, погодження з керівником 
індивідуального завдання, несвоєчасне завершення розділів та роботи в цілому є підставою для його відрахування з 
університету як такого, що не виконує навчальний план. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  4 
 
 
ЗМІСТ 
Стор. 
ВСТУП………..……………………………………………………………........   6 
РОЗДІЛ 1 ПРОБЛЕМИ БУДІВНИЦТВА НА ЗАКАСТОВАНИХ  
ТЕРИТОРІЯХ………………………………………………………………. 9 
1.1  Сутність, природа та географія карсту ……………………………… 9 
1.2  Специфічні особливості будівництва на закарстованих територіях …… 15 
1.3  Висновки......................................................................................................... 28 
РОЗДІЛ 2.АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ  
ЦИВІЛЬНИХ І ПРОМИСЛОВИХ ПРИ ДІЇ КАРСТОВОГО  
ПРОВАЛУ……………………………………………………………..…….. 29 
2.1 Дослідженя ймовірності утворення карстової воронки під фундаментом  
будинку…………………………………………………………………………... 29 
2.2  Визначення розрахункових положень карстових воронок під  
безкаркасними будинками …………………………………………………....... 34 
2.3  Визначення несучої спроможності безкаркасних будинків на дію  
карстових провалів ……………………………………………………………… 43 
2.4  Розрахунок каркасних будинків на вплив карстових провалів ……......... 45 
2.4.1 Визначення розрахункових навантажень ……………………………….. 45 
2.4.2 Дослідження розрахункових схем конструктивних засобів захисту від  
дії провалів…………………………………………………………...……........... 50 
2.5  Висновки ………… ………………………………………………………… 55 
РОЗДІЛ 3 ЗАХОДИ ПО ПІДСИЛЕННЮ ОСНОВ ТА ЗАХИСТУ  
БУДИНКІВ  В УМОВАХ УТВОРЕННЯ КАРСТОВИ ПРОВАЛІВ.... 56 
3.1 Методи підсилення грунтів основ фундаментів ………………………... .. 56 
3.2 Конструктивні рішення по захисту будинків від карстово-провальних      
впливів…………………………………………………………………………… 60  
3.2.1 Захист безкаркасних будинків та споруд ……………………………….. 60 
3.2.2 Захист одноповерхових промислових каркасних будинків…………….. 69 
3.2.3 Захист багатоповерхових  каркасних будинків …..……………………... 81 
  5 
 
3.3 Сучасні конструкції карстовостійких фундаментів одноповерхоіих  
промислових каркасних будинків, які розроблені на кафедрі ПЦБ ЧДТУ та  
отримані Патенти ……………………………………………………………….. 85 
3.4 Висновки………….…………………………………………………….......... 103 
РОЗДІЛ 4 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ПРОТИКАРСТОВИХ  
ФУНДАМЕНТІВ ШЛЯХОМ ПОРВНЯННЯ  ТЕХНІКО-ЕКОНО-  
МІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ………………………….………………………. .  105 
4.1 Вихідні дані по об’єкту ..…………………………………………………… 105 
4.1.1 Коротка характеристика будівлі …………………………………………. 105 
4.1.2 Інженерно-геологічна дані території майданчика ……………………… 108 
4.2 Розрахунок прогнозованого діаметра провалу …………………………… 109 
4.3 Розрахунково-конструктивні схеми двох варіантів протикарстових  
фундаментів …………………………………………………….……………….. 113 
4.3.1  Дослідження існуючих перехресних фундаментів школи……………... 113 
4.3.2 Дослідження  варіанту протикарстового фундамента школи у вигляді  
суцільної плити……………………………………………………..…………… 118 
4.3.3 Моделювання  появи карстових провалів ..……………………………... 120 
4.4 Розрахунок конструкцій фундаментів і основи юю………………………. 121 
4. 5 Економічне порівняння можливих протикарстових заходів ……………. 1131 
4.6 Висновки ………………………..………………………………..…….......... 132 
ЗАГАЛЬНІ  ВИСНОВКИ ………………………………………………………. 134 
СПИСОК  ВИКОРИСТАНИХ  ДЖЕРЕЛ……………………………………… 138 
  
  
  
  
  
  
 
 
 
  6 
 
 
Вступ 
 
Актуальність теми. Активізація карстових процесів призводить до 
виведення з господарського обороту значних площ освоєних земель та становить 
загрозу нормальному функціонуванню економічних об'єктів у регіонах, де 
присутні розчинні породи, такі як вапняки, гіпси, крейдяні породи та 
гіпсоангідрити. На території України велика частина регіонів має залягання 
розчинних порід, інтенсифікація господарської діяльності виявила понад 26 
тисяч карстових та суфозійно-карстових утворень. 
Актуальність  будівництва   на   закарстованих   територіях  пояснюється  
гострою   необхідністю  їх будівельного освоєння, а також  необхідністю 
вивчення змін  процесу  розвитку  карсту   під   впливом господарської діяльності 
людини. 
Мета роботи - дослідження конструктивних заходів захисту будівель і 
споруд та їх фундаментів на закарстованих територіях.  
Задачі досліджень. У роботі були поставлені наступні задачі:  
- виконати аналіз факторів, що сприяють розвитку карстових деформацій та 
виникненню їхніх проявів; 
- дослідити за даними літературних джерел,  досвід  будівництва  будівель   
та   споруд   на  закарстованих територіях;  
- дослідити конструктивні рішення карстостійких фундаментів каркасних 
будинків; 
- виконати класифікацію  та систематизацію існуючих  протикарстових  
заходів  захисту будинків та умови їх застосування. 
- привести основи розрахунків несучих конструкцій будівлі  при дії 
карстового повалу на фундамент;  
- розробити   рекомендації   по   проектуванню заходів   захисту   каркасних   
будівель при проектуванні і будівництві в карстових районах. 
-виконати техніко-економічне порівняння застосування спеціальних видів 
фундаментів  на реальних обʼєктах. 
 
  7 
 
Об'єктом дослідження   є  фундаменти і надфундаментні конструкції 
одноповерхових каркасних будинків,  що проектуються і будуються  на  
закарстованих територіях.    
Предметом дослідження є протикарстові   заходи   захисту    будівель та їх 
фундаменти,   що проектуються і будуються  на  закарстованих територіях.    
Методи дослідження. Дослідження виконувались на основі  аналізу  
літературних джерел, документальних та  статистичної  інформації. 
Особистий внесок магістранта   полягає    у систематизації факторів, що 
сприяють розвитку карстових деформацій та їх проявів, аналізі досвіду  
будівництва  будинків і споруд   на  закарстованих територіях, аналізі  
конструктивних рішень карстостійких фундаментів каркасних будинків. 
Науква новизна отриманих результатів. 
- виконано аналіз факторів, що сприяють розвитку карстових деформацій та 
виникненню їхніх проявів; 
- досліджено конструктивні рішення карстостійких фундаментів каркасних 
будинків; 
- виконано класифікацію  та систематизацію існуючих  протикарстових  
заходів  захисту будинків та умови їх застосування. 
- представлені основи розрахунків несучих конструкцій будівлі  при дії 
карстового повалу на фундамент;  
- розроблені   рекомендації   по   проектуванню заходів   захисту   каркасних   
будівель при проектуванні і будівництві в карстових районах. 
-виконано техніко-економічне порівняння застосування спеціальних видів 
фундаментів  на реальних обʼєктах. 
Практичне значення отриманих результатів: 
Розроблені  рекомендації по  проектуванню конструктивних заходів   
захисту   каркасних   будівинків,  що проектуються і будуються на 
закарстових територіях. 
Виконано техніко-економічне порівняння фундаментів з протикарстовим 
застосуванням на обʼєкті школи № 60 м. Кузнєцовськ. 
 
 
  8 
 
Фундаменти у вигляді перехресних балок виявляються менш 
витратними за матеріали і, отже, більш економічно вигідними. Технологічний 
процес влаштування фундаменту у вигляді однорідної плити є значно 
спрощеним завдяки більш зручному процесу армування та монтажу та 
демонтажу опалубки. 
Влаштування фундаментної плити виявляється менш працезатратним, 
становлячи 1260 людино-днів порівняно з працезатратами для стрічкових 
фундаментів (1642 людино-днів). Крім того, цей процес вимагає меншої 
кваліфікації робітників. 
Структура і обсяг роботи. Магістерська робота включає вступ, чотири 
розділи, загальні висновки і список використаних джерел. Загальний обсяг 
роботи складає 143 сторінки, в тому числі 64 рисунки, 7 таблиць та списку 
використаних джерел із 46 найменувань 
  9 
 
РОЗДІЛ 1 
ПРОБЛЕМИ БУДІВНИЦТВА НА ЗАКАСТОВАНИХ ТЕРИТОРІЯХ 
 
1.1 Сутність, природа та географія карсту 
Карст – це комплекс геологічних явищ в земній корі та на її поверхні, 
викликаний процесами розчинення чи вилуговування гірських порід під 
впливом поверхневих або підземних вод. Ці процеси спричиняють 
руйнування та зміну структури гірських порід, утворення порожнин у земній 
корі і формування специфічного характеру циркуляції та режиму підземних 
вод.  
Породи, такі як сіль, гіпс, вапняки, доломіти, крейда, мергель, легко 
піддаються карстовим процесам [3]. Ці процеси призводять до формування 
різноманітних рельєфних форм, таких як карри, воронки, улоговини, шахти, 
печери, підземні ріки та джерела [4] (Рис. 1.1). Карст представляє собою 
складний геологічний процес, а вивчення його вимагає аналізу та 
дослідження взаємозв’язків і взаємодії всіх природних явищ. 
 
Рис. 1.1. Гірський масивта схема карстових процесів: 1 - карри; 2 - воронки; 
3 – природо створені колодязі і шахтиі; 4 – галерея печерна; 5 -печерна 
вертикальна порожнина; 6 - сталагміт; 7 –сталактит; 8 - натічна колона 
(сталагміт); 9 – водостоки підземні; 10 - сифон; 11 –водоспад підземний; 12 
- карстове джерело в гроті; 13 - вхід. 
  10 
 
 
В Україні карстові явища широко розповсюджені у Кримських горах, 
Карпатах, на Поділлі та в Донбасі. Карстові процеси активно розвиваються 
на 60% території країни. Це природне явище пов'язане з розчиненням 
гірських порід природними водами. В деяких регіонах України ступінь 
впливу карстових процесів охоплює 60-100% території. Також характерними 
для України є явища карсту різних типів, таких як карбонатний, сульфатний 
та сольовий карст.  
Ділянки розвитку відкритого карсту, такі як вирви, колодязі та 
провалля, представляють особливий ризик і займають 27% від загальної 
площі карстоутворення. Найбільш розгорнутий відкритий карст 
відзначається на території Волинської області з площею 594 км2, Рівненської 
області – 214 км2, Хмельницької області – 4235 км2 [5] (Рис.1.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
               Рис. 1.2. Розповсюдження карсту на території західної України 
Процес карстоутворення відбувається за таких умов [6]: 
  11 
 
1.Присутність порід, що розчиняються водою; 
2.Значна кількість атмосферних опадів або підземних вод; 
3.Можливість інфільтрації поверхневих вод в породи, які можуть 
піддаватися карстовим процесам, залежить від геологічної структури та 
властивостей порід. У випадках, коли розчинні породи покриті 
водонепроникним шаром, таким як глини чи лесоподібні суглинки, 
поверхневі води не можуть проникнути через цей шар і досягти 
розташованих нижче шарів; 
  4. Тріщини в породах можуть розширюватися через карстові процеси, 
але якщо порода зберігає свою цілісність у вигляді компактного шару, вона 
може служити водонепроникним бар'єром для горизонтів підземних вод . 
 5.  Товщина порід, що карстуються. 
 Карстовий район – це чітко визначена ділянка земельної поверхні з 
характерним комплексом карстових форм, які включають поверхневі і 
підземні елементи, впливаючи на розподіл поверхневих і підземних вод. Ці 
явища визначаються комбінацією старовинних і сучасних геологічних і 
фізико-географічних чинників [2]. 
 Виділяють такі типи карсту [7]: 
- крейдовий (є підтипом карбонатного); 
- карбонатний (доломіти, вапняки); 
- соляний; 
- гіпсовий  
Карбонатний карст є одним з найбільш поширених видів карсту і 
характеризується нешвидким розвитком. Його особливості включають 
низьку розчинність порід і рідкі випадки утворення провалів.  
Так, крейдовий карст є різновидом карбонатного карсту, але він має 
свої особливості, пов'язані з унікальними властивостями крейди та інших 
крейдових порід. Оскільки розчинність крейди, так само як і в інших 
карбонатних породах, невелика, розвиток крейдового карсту відбувається 
повільно. Характерною особливістю є легке розмивання порід та значний 
  12 
 
вплив вологи на їхню несучу здатність, що може призвести до переходу 
обводненої крейди у розріджений стан при динамічних впливах. Провали в 
крейдовому карсті зазвичай виникають рідко і мають невеликі розміри. 
Гіпсовий карст часто спостерігається в поєднанні з карбонатним 
карстом. Він поширений широко і розвивається значно швидше, ніж 
карбонатний карст. Гіпсовий карст відрізняється значною розчинністю порід, 
що сприяє активному розвитку карстових процесів. 
Так, гіпси і ангідрити, завдяки своїй високій пластичності, в 
основному, є слабко тріщинуватими породами і володіють низькою 
пористістю, практично будучи водонепроникними. У районах гіпсового 
карсту провали є звичайним явищем, оскільки карстові процеси активно 
розвиваються в цих породах, сприяючи утворенню великих вирв та 
провалень. 
Таблиця 1.1.  
Класифікація  карсту 
За степінню 
За складом 
За характером відкритості 
порід, що Характерний гідродинамичний профіль 
рельєфу порід, що 
карстуються 
карстуються 
Карст Карбонатний, а)Повний 
рівнинний на переважно гідродинамічни
горизонтальній покритий, з й профіль з а б
основі Карбонатний голими усіма зонами 
залягання ділянками циркуляції  
порід, що  б) тільки зона 
карстуються  горизонтальної 
 
циркуляції  
Сульфатний, Повний 
переважно гідродинамічни
закритий, з й профіль з 
Сульфатний голими усіма зонами 
ділянками циркуляції, за   
 винятком 
 глибинної  
  13 
 
За степінню 
За складом 
За характером відкритості 
порід, що Характерний гідродинамичний профіль 
рельєфу порід, що 
карстуються 
карстуються 
Сульфатний, Розвинуті зони 
переважно горизонтальної і 
закритий, з сифонної 
голими циркуляції 
ділянками 
вздовж схилів 
річкових   
долин 
 
Сульфатний, Розвинуті зони 
переважно горизонтальної і 
покритий, з сифонної 
закритими циркуляції 
ділянками 
поблизу   
річкових 
долин  
 
Рівнинний на Карбонатний, Розвинуті всі 
складчато- переважно зони циркуляції, 
бриловій покрытый, з за винятком 
основі  голими великих долин з 
ділянками зонами 
  
горизонтальної, 
 сифонної і  
глибинної 
Карбонатний циркуляції  
Гірський  Карбонатный,  а) всі зони 
складчатий  переважно циркуляції; а б
закритий, з  б) тільки зони 
незначними горизонтальної, 
голими сифонної і 
ділянками глибинної 
циркуляції   
 
 
 
Соляний карст, як правило, спостерігається в поєднанні з гіпсовим, а 
іноді і з карбонатним карстом. Кам'яна сіль, яка включає солі, 
характеризується високою розчинністю, тому соляний карст у сприятливих 
гідрогеологічних умовах може розвиватися дуже швидко. Проте, кам'яна сіль 
  14 
 
має високу пластичність, тріщини в ній зазвичай закриті, а пористість є 
низькою. Тому розвиток карсту у кам'яній солі природним чином обмежений. 
Антропогенна діяльність, зокрема розробка родовищ, може викликати 
активізацію карстових процесів. Активний соляний карст вважається дуже 
небезпечним, оскільки він супроводжується швидким розчиненням порід, 
утворенням провалів, іноді великих за розміром. Крім того, цей процес може 
призводити до осідання земної поверхні на значних площах. 
В залежності від залягання закарстовані поріди поділяють на наступні 
типи карсту: поритий і відкритий [2]. 
Райони, де розвивається покритий карст, можуть перекриватися 
шарами нерозчинність водонепроникних порід. На таких територіях провали 
можуть мати різне походження, включаючи обвалення покрівлі карстових 
порожнин, карстово-суфозійне походження, або комбінований механізм 
формування. 
Для покритого карсту, окрім водонепроникності, важливо враховувати 
потужність покрівельних порід і їх міцність. У міцних породах переважно 
спостерігаються провали, що обумовлені обваленням покрівлі карстової 
товщі, тоді як в рихлих породах характерні карстово-суфозійні явища. 
Наявність міцних скельних порід на невеликій глибині із достатньою 
міцністю дозволяє більш точно оцінити стійкість площі при вишукуваннях, а 
також використовувати ці породи як основу для будівель і споруд. 
Райони відкритого карсту відрізняються наступними особливостями: 
оголеність закарстованих порід сприяє проникненню у них поверхневих вод, 
розвитку процесів вивітрювання, формуванню тріщин і карсту; провали і 
осідання земної поверхні обумовлені обваленням і опусканням порід над 
карстовими порожнинами і закарстованими зонами; несуча спроможність 
порід, що карстуються, в основному, висока, але нерівномірна і місцями 
може бути недостатньою. 
Породи, що карстуються, по відношенню до рівня підземних вод 
залягають в зонах [2]: 
  15 
 
 
- водонасичення постійного; 
- водонасичення постійного і аерації; 
- аерації. 
 
1.2 Специфічні особливості будівництва на закарстованих 
територіях 
 
Головною небезпекою, яку становить карст для інженерних споруд, 
є утворення провалів. У більшості випадків їх джерелами є карстові 
порожнини. Отже, прогноз карстонебезпечності повинен включати в 
себе виявлення порожнин у товщі порід, визначення їх розмірів, оцінку 
можливості утворення провалу на земельній поверхні, терміну служби 
споруди і визначення розміру можливого провалу.  В інженерних 
дослідженнях виявлення карстових порожнин за глибинами понад 20 -30 
метрів застосування геофізичних методів є проблематичним. Тому при 
виборі інженерного захисту будівель і споруд від негативного впливу 
карсту важливо враховувати, що, незважаючи на переважно локальний 
характер виявлення карсту (провали, порожнини), оцінка його 
небезпеки для споруд здійснюється за принципом можливого враження 
території або її окремих частин з певною ймовірністю. Для зменшення 
невизначеності щодо виявлення карстових порожнин і оцінки 
ймовірності їх впливу на споруди слід використовувати спеціальні 
дослідження. Серед таких методів можуть бути буріння для прямого 
вимірювання параметрів грунтів, геофізичні методи для локалізації 
карстових порожнин, а також впровадження конструктивних заходів. 
Результати цих досліджень можуть коригувати первісні оцінки 
ймовірності пошкодження споруд внаслідок карстового впливу.  
протикарстові заходи, зокрема конструктивні, можуть функціонувати 
як компенсація за недостатню інженерно-геологічну інформацію. 
  16 
 
Імовірнісні оцінки при проектуванні протикарстового захисту 
враховують різноманітні фактори, такі як щільність забудови, 
порівняння варіантів забудови та визначення розрахункового розміру 
карстового провалу для конкретної споруди. Врахування цих факторів 
дозволяє ефективно розробляти заходи для зменшення ризику 
можливих пошкоджень внаслідок карстового впливу.  
Аналіз причин карстових провалів підтверджує, що 60% з них є 
результатом антропогенно-технологічних втручань [2]. Таким чином, 
проблема прогнозування антропогенного впливу на розвиток карстових явищ 
набула особливої актуальності в останні десятиліття. Процеси, викликані 
техногенним впливом, проходять з інтенсивністю, що перевищує природну 
вдесятеро. Такі техногенні впливи, спричинені розширенням масштабів 
господарської діяльності людини (відкачування підземних вод, викиди 
промислових рідин в ґрунт, видобуток корисних копалин розчиненням порід, 
будівництво заглиблених споруд і т. ін.), істотно впливають на процеси, що 
відбуваються у масиві ґрунту, який є основою для будівель і споруд. 
Відповідно, це також впливає на самі споруди, що споруджені на цих 
територіях. 
Вищезазначені явища приводять до активізації, виникнення або 
посилення поверхневих та глибинних карстових процесів на територіях 
з техногенною діяльністю людей. Це створює необхідність вирішення 
питань щодо надійного прогнозування цих явищ, оцінки стану будівель 
та розробки методів захисту існуючих споруд на закарстованих 
територіях для забезпечення їх надійної експлуатації.  
При оцінці небезпеки карсту для будинків важливо враховувати 
не лише такі параметри, як термін служби, розміри та рівень 
відповідальності споруд, але й характер, ступінь та ймовірність впливу 
споруд на активізацію карстових явищ під час будівництва та 
експлуатації. Існують випадки, коли неправильне управління 
водовідведенням та витоки з промислових підприємств чи 
  17 
 
електростанцій викликали активізацію карстових провалів. Врахування 
цих аспектів є важливим для забезпечення безпеки та довгострокової 
ефективності будівельних та інженерних об'єктів. 
Підсумовуючи вищесказане, можна зробити висновок, що при  
проектуванні в карстових районах необхідно враховувати:  
Таким чином, при проектуванні в карстових районах важливо 
враховувати наступні фактори: 
а)    деформації земної поверхні, визвані карстом; 
б) низьку несучу спроможність через карстовані породи та 
заповнюючі, які включають поверхневі та приховані карстові форми. ; 
в) господарська діяльність людини може значно впливати на 
активізацію або сповільнення розвитку карсту та пов'язаних з ним 
явищ. 
Виділяють наступні типи деформацій земної поверхні, що  
визваниі карстом [9]: 
а) провали; 
б) незначні, поступові за площею місцеві просідання; 
в) просідання на значній території поступові довготривалі, що в 
окремих випадках призводять до утворення великих мульд просідання;  
г) корозія  поверхні землі у місцях виходу гірських розчинних 
порід. 
В де-яких випадках можуть зустрічаються комбіновані деформації 
земної поверхні. 
Просідання земної поверхні, незалежно від їх розміру, менш небезпечні 
порівняно з провалами та зазвичай враховуються переважно в областях 
активного соляного карсту та при проектуванні особливо відповідальних 
будівель і споруд, які чутливі до основних просадок. 
Провали, які виникають раптово, становлять основну загрозу для 
будівель і споруд в карстових районах, утворюючись внаслідок 
наявності глибоких карстових порожнин та розширених тріщин.  
  18 
 
Розрізняють наступні причини виникнення провалів:  
а) провали, які виникають внаслідок обвалення покрівлі карстових 
порожнин, формуються в разі наявності порівняно невеликої глибини з 
значною порожниною та ослабленою покрівлею; 
б) карстово-суфозійні провали виникають через просочування в 
карстові порожнини і розширені тріщини рухливого матеріалу з 
відкладень, які покривають закарстовані породи. При наявності 
достатньої товщини розпушених покрівельних відкладень і 
сприятливих гідродинамічних умовах, карстові порожнини і тріщини, 
навіть з невеликим поперечним перерізом, але значною протяжністю, 
можуть спричинити формування великих карстово-суфозійних 
провалів; 
в) змішані. 
Тривалість формування провальної воронки в піщаних та 
глинистих ґрунтах орієнтовно складається з довгого проміжку часу на 
глибині, під час підготовки, та дуже швидкого процесу на поверхні. На 
поверхні зазвичай раптово з'являються тріщини, через які відбувається 
обвалення ґрунту, і утворюється воронка або колодязь невеликого 
діаметра. Подальше розширення воронки відбувається через обвалення 
стінок та їхнє оповзання, що призводить до зростання розмірів 
воронки. У піщаних та глинистих ґрунтах тривалість формування  
воронки  складає: 
- при діаметрі до 10 м – де-кілька хвилин;  
- при діаметрах  20-30 м – орієнтовно 15-30 хвилин; 
- при діаметрі більше 50 м – 1-3 години. 
Іноді утворенню провалу передує просідання поверхні землі, а 
також може виникати шум, тріск та спостережні зміни рівня підземних 
вод у свердловинах. Ці ознаки можуть служити попередженням про 
можливе утворення провалу, і їхнє спостереження може бути важливим 
для запобігання можливим негативним наслідкам. 
  19 
 
Явища, що передують утворенню воронок, можуть бути 
використані для прогнозу виникнення провалів, а час формування 
провальної воронки – для виконання екстрених заходів по евакуації 
людей. Провали можуть виникати поодинці або групами. 
Спостерігається випадки повторних провалів на місці воронок, що 
утворилися раніше. 
Спостереження за явищами, які передують утворенню провалу, 
може бути корисним для прогнозування можливих провалів. Ці ознаки 
можуть дати достатньо часу для вжиття евакуаційних заходів та інших 
необхідних заходів з безпеки. Також важливо враховувати можливість 
повторних провалів на місці воронок, що утворилися раніше, оскільки 
це може додатково збільшити ризик для безпеки.  
 
 
 
 
  20 
 
 
Продовження табл.1.2 
 
 
 
  21 
 
 
Продовження табл.1.2 
 
  22 
 
 
 
 
Продовження табл.1.2 
 
  23 
 
 
 
 
 
 
 
 
Навколо провалів часто виникають ослаблені зони з пониженою 
несучою спроможністю ґрунтів. Концентричні тріщини і незначні 
осідання ґрунту також можуть бути спричинені діяльністю, яка 
відбувається у глибині порожнини чи внаслідок впливу на поверхні. 
  24 
 
Важливо враховувати ці ослаблені зони при проектуванні та 
експлуатації будівель і споруд, оскільки вони можуть бути більш 
вразливими до подальших деформацій та руйнувань.  
Стійкості територій рекомендуються визначати за наступними 
показниками [9]:  
а) середня кількість карстових провалів в рік, на одиницю площі. 
Визначається за формулою: 
 
 n 
   Р=           ,        (1.1) 
S t 
 
де n – кількість провалів за проміжок часу t років, зареєстрованих 
2
на території S км . 
Середня періодичність провалів: 
 
  1  S t 
   T=           =           ,                                          (1.2) 
  p   n 
 
2
Це показує, через який проміжок часу на площі 1 км  (в 
середньому) з’являється один провал. 
б) середньорічне ураження території карстовими провалами 
розраховується по формулі: 
 
∑s 
     В=            ,                                                     (1.3) 
S t 
 
2
де;  t. Проміжок часу;  ∑s – сума площ провалів (м ), що виникли на 
2
території S(м ). 
 
При проектуванні в карстових районах необхідно кількісно оцінювати 
розміри та параметри карстових форм та визначати ступінь стійкості 
територій 
  25 
 
В таблиці 1.3 [2] наведені по ступеню стійкості відносно карстових 
провалів наступні категорії територій : 
 
 
 
 
 
Графік розподілу імовірних розмірів карстових провалів (рис. 1.3) 
надає інформацію про їх розміри і може служити основою для прогнозування 
можливих величин провалів в карстових районах. 
Зазначена кількісна оцінка поверхневих провалів може виявитися 
недостатньою для повного врахування карстових ризиків у будівельних 
проектах. У деяких випадках може бути необхідне більше детальне вивчення 
  26 
 
внутрішньокарстових умов та порожнин, оскільки поверхневі провали 
можуть бути лише вказівником на можливі підземні ризики. 
 
 
Рис. 1.3. Графік розподілу імовірних розмірів карстових провалів та 
воронок ( м. Дзержинськ) 
 
 
Праця Ю.А. Єжова та В.С. Лукіна [2] може бути прикладом 
комплексної інженерно-геологічної оцінки закарстованої території Із неї 
витікають наступні висновки: 
- при інженерно-геологічній оцінці карстованих територій ключовими 
критеріями є не кількість а розміри провалів  
  27 
 
- у зонах інтенсивного карсту сульфатних порід, де існують провальні 
явища, можна визначити придатні для будівництва ділянки, 
 
Таким чином, автори взяли до уваги принцип районування 
закарстованої території, акцентуючи увагу на розмірах провалів як 
ключовому критерії для інженерно-геологічної оцінки. Цей підхід є особливо 
важливим при розробці заходів з протикарстового захисту для забезпечення 
стійкості наявних споруд, зведених без врахування впливу карстових явищ. 
Так, врахування інтенсивності карстоутворення є важливим фактором 
при виборі ділянки для забудови. Діючий карст, що розвивається у сучасних 
умовах, може призвести до швидкого утворення провалів та інших карстових 
форм. З іншого боку, пасивний або давній карст вказує на те, що процеси 
карстоутворення в минулому вже пройшли і можуть бути менш активними. 
Отже, розрізнення між діючим і пасивним карстом важливе для правильної 
оцінки ризиків та вибору безпечної ділянки для будівництва. 
Згідно Н.В. Родіонова поняття швидкості розвитку карсту 
використовується для аналізу і передбачення можливих наслідків карстових 
явищ на даних територіях. 
Цей показник можна знайти заформулою 
     
 V 
    А=            ,                                                         (1.4) 
 V1 
 
де V – об’єм розчиненої породи протягом 1000 років; 
     V1 – об’єм карстових порід, що розчиняються. 
Для Криму за його даними він складає А=0,08%. 
 
 
 
 
 
  28 
 
1.3  Висновки  
 
1.  Розглянуто сутність карсту , види та його поширення на території 
України. Наведено перелік типів карсту та представлена їх характеристика. 
2. Приведено класифікацію карсту за характером рельєфу та його 
характерні особливості;. 
3. Розглянуто особливості проектування та будівництва промислових і 
цивільних будинків на закарстованих територіях.  
4. Доведено актуальність проблеми впливу карстових явищ і розробки 
засобів захисту будівель і споруд від дії провалів. Подальше дослідження їх 
та розробка нових і вдосконалення існуючих методів захисту є важливою для 
забезпечення стійкості та безпеки населення та інфраструктури в умовах 
карстових регіонів. 
5. Для оцінки закарстованих територій розглянуто основні показники 
та наведено таблицю, що відображає категорії їх  стійкості.  Пред- 
ставлено графік розподілу імовірних розмірів карстових провалів та воронок 
( м. Дзержинськ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  29 
 
                 РОЗДІЛ 2 
АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ЦИВІЛЬНИХ І 
ПРОМИСЛОВИХ ПРИ ДІЇ КАРСТОВОГО ПРОВАЛУ  
 
2.1. Дослідженя ймовірності утворення карстової воронки під 
фундаментом будинку 
Імовірно-статистичний метод прогнозу розміру карстового провалу 
під фундаментом або на землі застосовується за умов, що: а) ділянка, що 
розглядається, є статистично однорідною з ділянкою (територією), для якої 
були визначені частота виникнення провалів (інтенсивність 
провалоутворення) і їх діаметри; б) споруди не мають суттєвого впливу на 
інтенсивність провалів і розміри їх діаметрів [13].  
Теоретичні обгрунтування можуть бути описані розподілом діаметрів 
провалів, який на великих територіях часто демонструє подібність до 
логарифмічного нормального закону розподілу. При інтерпретації 
статистичних закономірностей діаметрів провалів важливо враховувати, що 
після утворення карстового провалу на поверхні землі його початковий 
діаметр збільшується з часом, спочатку через оповзання схилів і досягає 
стійкого діаметра , що відповідає стабільним схилам провальної формації 
(воронки). Пізніше розмір провалу змінюється переважно через ерозію схилів 
до майже стабільного діаметра (рис. 2.1).  
З метою оцінки карстової небезпеки і розрахунку конструктивних 
заходів проти карсту, важливо мати інформацію про розподіл діаметрів 
провалів, що досягли  . 
Закон Пуассона застосовується для визначення ймовірності появи 
провалів на певній території протягом певного часу і визначається за 
формулою 
 
,                                             (2.1) 
  30 
 
де Аі – площа території; 
  - середньорічна кількість провалів, що припадають на 1 км  
території (показник інтенсивності карстових провалів – провалоутворення). 
 
 
 
Рис.2.1. Положення провалів для розрахунку стрічкового фундаменту  
 
 
При виконанні розрахунків приймаються до уваги: а) незалежність 
провалів (виникнення провалу в даному місці не впливає на імовірності  
утворення його в іншому місці); б) наступні провали за початковими на одній 
території вважаються як один провал – вплив однієї порожнини). Імовірність 
 , що на даній території у певний час не виникатимуть провали 
(надійність), дорівнює 
 
.                                           (2.2) 
 
  31 
 
Для визначення розрахункового розміру карстового провалу в плані 
під стрічковим фундаментом (прольотом ), використовуються наступні 
вихідні дані: а) середнє або прогнозоване (розрахунково-детерміністичними 
методами) значення діаметра карстового провалу ; б) показник 
інтенсивності карстових провалів ; в) максимальне значення діаметра 
провалів  при нормальному розподілі діаметрів  , де  - 
середнє квадратичне відхилення; г) розрахунковий строк служби споруди ; 
д) розміри і обрис фундаменту в плані; е) ступінь відповідальності об’єкту. 
Ці дані при  розрахунку розміру карстового провалу можуть 
використовуються,в разі його  виникнути під стрічковим фундаментом. 
При визначенні розрахункового прольоту провалу під фундаментом 
рекомендується дотримуватися наступної послідовності:: а) побудова кривої 
розподілу прольоту  при утворенні провалу під фундаментом; б) визначення 
безумовної імовірності утворення провалу під фундаментом; в) визначення 
умовної імовірності утворення провалу під фундаментом за умови, що 
провал стався; г) визначення розрахункового прольоту ; д) призначення 
допустимого значення надійності протикарстового фундаменту. 
Аналіз розподілу лінійних розмірів карстових провалів при їх 
потраплянні під фундамент можна здійснити за допомогою статистичних 
випробувань і електронних обчислювальних засобів (ЕОМ). 
У випадку, коли провал стався під стрічковим фундаментом. (рис.3): 
послідовність визначення умовної імовірності утворення карстового провалу 
має наступний алгоритм: 
а) умовна імовірність потрапляння під фундамент карстового провалу 
при виникненні його в зоні навколо споруди визначається наступним чином: 
по нормальному закону при розподілі діаметрів провалів  
      
;                         (2.3) 
  32 
 
      
по логарифмічно-нормальному закону  при розподілі діаметрів 
провалів  
;     (2.4) 
                                                    
методом статистичних випробувань визначається при 
невстановленому вигляді розподілу діаметрів провалів; 
б) умовна імовірність потрапляння під фундамент карстового провалу 
розраховується при його утворенні в одному з відсіків фундаменту; 
в) аналогічно при утворенні провалу у сусідньому -ому відсіку 
знаходиться імовірність  його потрапляння під фундамент; 
г) загальна умовна імовірність при утворенні карстового провалу в 
контурі будівлі і зон навколо неї на площі при його потраплянні під 
фундамент; 
д) на території з інтенсивністю провалів   розраховується 
імовірність не потрапляння площі за строк служби споруди  
е) під фундаментом знаходиться безумовна імовірність утворення 
провалу; 
є) розраховується імовірність, що діаметр провалу під фундаментом 
буде менше ; 
ж) за величиною  розраховується розрахункове значення втрати 
контакту фундамента з основою  , використовуючи при цьому інтегральну 
криву розподілу  (рис.2.2). Якщо 1, 0, то противокарстовий 
захист не потрібен. 
 
  33 
 
 
Рис.2.2. Крива розподілу розрахункових діаметрів провалів 
 
Необхідно  мати на увазі, що для фундаментної плити при визначенні 
розрахункового прольоту  провалу (рис.2.3.), при розташуванні центру 
провалу в контурі плити прольот  співпадає з діаметром провалу . При 
розташуванні центру провалу за межами плитного монолітного фундамента 
шириною  розрахунковий проліт   при перетині з плитою буде 
завжди менше заданого діаметру [15].  
 
 
 
Рис.2.3. Розрахункові схеми провалів для плитних фундаментів   
 
Коли провал виникає на площі  умовна імовірність утворення 
провалу під фундаментною плитою визначається за формулою 
 
,                                         (2.4) 
 
  34 
 
де  - площа плити фундамента;  - площа на відстані  зони 
навколо фундамента;  - імовірність потрапляння провалу під фундамент. 
 
2.2. Визначення розрахункових положень карстових воронок під 
безкаркасними будинками 
 
Виникнення карстової воронки призводить до повної втрати контакту 
між підошвою фундаменту та основою на певній ділянці, обмеженій колом 
провалу. Під час розрахунку необхідно враховувати найбільш несприятливі 
положення воронок. Рисунок 2.4 ілюструє основні схеми розташування 
воронок в плані будівлі. 
 
 
Рис. 2.4. Схеми розташування  провалів у плані фундаментів 
               1,2,3,4,5,6 – положення провальних воронок 
 
Кількість ділянок стін, які підлягають розрахунку на вплив карстових 
воронок, визначається залежно від конструктивної схеми будівлі, 
прикладених навантажень на окремі стіни та несучої спроможності 
конструктивних елементів [17]. 
На наступних положеннях базується методика визначення 
розрахункових положень карстових воронок під будинками: 
  35 
 
- розташування воронки вважається розрахунковим, якщо воно 
призводить до найбільших зусиль у конструкціях, зокрема до максимальних 
згинаючих моментів (М) і поперечних сил (Q). Одна й та ж ділянка стіні, 
особливо під вікном, може мати кілька розрахункових положень воронки, які 
відповідають виникненню найбільших М і Q у різних конструктивних 
елементах; 
- при визначенні зусиль у конструкціях розглядаються тільки ділянки 
стін, що знаходяться над воронкою; 
- у конструкціях, ври визначенні зусиль, враховуються лише ті ділянки 
стін, які розташовані над воронкою; 
-.розрахункова схема стін моделюється як балочна система, де до  
балки прикладається рівномірно розподілене навантаження; 
- будівля вважається абсолютно жорсткою за межами воронки, а основа 
недеформованою. 
На рис. 2.5,а  показана розрахункова схема прямокутної ділянки стіни.  
Найбільш невигідним розташуванням воронки на такій ділянці буде 
симетричне відносно осі стіни розташування, коли довжина ї ділянки стіни, 
що висить, дорівнює діаметру воронки. Епюри внутрішніх зусиль М і Q 
представлені на рис. 2,5,б,в. Найбільші зусилля виникають у приопорних 
точках (1) і в точці 2 (середина проліту) і їх визначають за формулами для 
жорстко защемленої однопролітної балки на опорах. 
 
qd 2
         M1                                                                      (2.5) 
12
qd 2
M 2                                                                    (2.6) 
24
qd
Q1                                                                       (2.7) 
2
 
Допустимі діаметри воронок визначаються за формулами 
  36 
 
 
M1 12
ãð
d                                                              (2.8) 
M1 q
M 2 24
ãð
d                                                             (2.9) 
M2 q
Q1 2
ãð
dQ                                                                    (2.10) 
1 q
 
Також за формулами (2.5-2.10) виконується розрахунок прямолінійних 
ділянок зовнішніх торцових і поздовжніх стін, а також внутрішніх 
поперечних і поздовжніх стін. 
 
        
 
Рис. 2.5. Розрахункова схема фундаменту  (а) та епюри  
              внутрішніх зусиль М і Q (б,в) 
 
На рис. 2.6,а схема показане розташування воронки під кутовою 
частиною будинку. При знаходженні кутової точка на окружності воронки 
виникають найбільші прольоти висячих ділянок стін. 
  37 
 
Коли між стінами А і Б прямий кут 
d 2  l 2 2
A  lÁ                                                                 (2.11) 
Розрахункова схема такої ділянки являє собою ламану балку з жорстко 
защемленими опорами та шарнірним  з’єднанням (рис. 2.6,б). 
Стіна А -  рівномірно-розподілене навантаження q A 
Стіна Б –  q Б 
Жорсткість стін на згин – ЕІА і ЕІБ. Розрахунок цієї системи 
виконується за допомогою методу сил. В основній системі, яка показана на 
рис. 2.6,в, введено додаткову невідому силу Q1, що діє в кутовому стику 
балок.  
В результаті розрахунку отримані наступні вирази, за якими 
визначаються зусилля в точках 1 і 2 балки А (рис. 2.6,в): 
 
mn 4  4
Q1                                                      (2.12) 
2,64(m 3  3 )
 
Q2 Q1                                                                    (2.13) 
 

M 2 (Q1  ) ,                                                          (2.14) 
2
 
 
де позначення у формулі 2.25 мають вирази: 
 
EI A qÁ l l
            m   ;     n     ;    d  A    ;          q  Á                                     (2.15) 
EI q d d
Á A
Визначення розрахункових положень воронки для балки А 
проводиться у такій послідовності: обраховуються безрозмірні значення Q , 
1
Q , M  та обираються найбільші величини. Визначення розрахункових 
2 2
положень провальної воронки для балки А виконується в наступній 
  38 
 
послідовності: спочатку обчислюються безрозмірні значення Q , Q , M  і 
1 2 2
потім обираються найбільші величини. Розрахункова довжина  ділянки 
фундамента над провалом (довжина балки А) знаходиться по формулі: 
lA   d                                                                    (2.16) 
 
 
 
Рис. 2.6. Схема  воронки під кутовою частиною фундамента 
а – під фундаментом у куті будинкуі; б – кутова ділянка - 
розрахункова схема; в – основна система для розрахунку по методу сил;  
 
Якщо відома несуча здатність фундамента і стиків, то максимальні 
діаметри провальних воронок визначаються за формулами: 
  39 
 
по поперечним силам 
Qãð
d                                                                     (2.17) 
qA M
по моменту 
M ãð
d                                                                  (2.18) 
qA M
 
Визначений за формулами (2.17)-(2.18), розрахунковим діаметр 
воронки приймається  менший за значенням величин. 
На рис.2.7,а. показана схема розташування воронки під Т-подібною 
ділянкою будинку. Її розрахункова схема і основна система метода сил 
представлена на рис. 2.7,б,в. 
Величини внутрішніх зусиль поперечних сил Q і моментів М для балки 
А визначаються по формулам: 
 
mn 4  3 4
Q1                                                                     (2.19) 
m 3  8 3
 
Q Q                                                                             (2.20) 
2 1
 

M 2 (Q1  )                                                                      (2.21) 
2
 
Для балки Б: 
 
4 3 4
 
Q  mn
1                                                                        (2.22) 
3 8 3
 
m
 
  40 
 
Q
Q    1                                                                            (2.23) 
3
2
 
 Q
M 3   (  1 )                                                                      (2.24) 
3 4
 
Q
M   ( 1 
1  )                                                                      (2.25) 
4 6
 
 
Рис.2.7. Розрахункова схема фундамента під Т-подібною ділянкою а –
схема положення у плані будинку; б – розрахункова; в – основна система для 
озрахунку по методу сил; 1,2 – для балки А розрахункові точки; 3 – балки Б 
розрахункова точка 
 
  41 
 
Наступним етапом розглядається балка Б. Розрахункові положення 
воронки відповідать найбільшим значенням безрозмірних зусиль. Дійсні 
зусилля знаходяться по формулам: 
 
Q Q q d                                                                   (2.26) 
 
M M q d                                                                 (2.27) 
2
При знаходженні центру воронки в точці перетину стін (рис. 2.8,а) 
відповідає розрахунковому положенню воронки під хрестоподібною 
ділянкою будинку. Розрахункова і основна система представлені на 
рис.2.8,б,в. 
Формули для визначення внутрішніх зусиль - моментів М і поперечних 
сил Q, мають вигляд: 
Балка А: 
 
2 1 2m  3mn
M1  qAd                                                 (2.28) 
48(1m)
 
2 1 4m  3mn
M 2  qAd                                                (2.29) 
48(1m)
 
d (qA mq
Q   Á )
1                                                       (2.30) 
2(1 m)
 
1 2m mn
Q2  qAd                                                   (2.31) 
4(1m)
 
Балка Б 
 
2 3 2n mn
M1  qÁd                                                 (2.32) 
48n(1m)
  42 
 
2 3 4n mn
M  q d                                                  (2.33) 
3 Á
48n(1m)
 
1 2n mn
Q  q d                                                    (2.34) 
3 Á
4n(1m)
З використанням системи перехресних балок, що лежать на 
деформованій основі, визначаються невигідні положення воронки у торцевій 
і середній частинах будівлі, а також узагальнені зусилля у стінах при значних 
діаметрах воронок, коли може знаходитися декілька точок перетину стін. 
 
Рис.2.8. Розрахункова схема фундаменту під хрестоподібною 
ділянкою: (а) - схема положення у плані будинку; (б) – основна система для 
розрахунку по методу сил; (в) - 1,3 – точки розрахункові балки Б; 2 – точки 
розрахункові балки А. 
  43 
 
 
Для наявних будинків, які не були адаптовані до впливів карстових 
воронок, немає необхідності перевіряти конструкції при великих діаметрах 
воронок, оскільки їх несуча здатність зазвичай вичерпується при значно 
менших діаметрах [18]. 
 
2.3. Визначення несучої спроможності безкаркасних будинків на 
дію карстових провалів 
Ділянки стін, що знаходяться над провалом, функціонують як висячі 
стіни. У випадку, якщо несуча спроможність стін або фундаментних 
конструкцій, які їх підтримують, недостатня для вказаних розмірів провалу, 
можуть виникнути пошкодження конструкцій, аж до повного обвалення 
стіни. З урахуванням регулярності конструктивних систем безкаркасних 
будівель по висоті, для спрощення розрахунків можна обмежитися 
визначенням несучої спроможності. 
При визначенні максимальних діаметрів карстових воронок з 
урахуванням умов міцності несучих конструкцій будівель приймається, що 
фундаментно-підвальна частина і стіни першого поверху працюють 
незалежно, як горизонтальні балки. Зважаючи на відсутність вертикальних 
сталевих зв'язків у роз'єднувальних горизонтальних швах, відбувається 
розшарування цих швів і відрив фундаментної частини від надземної частини 
будівлі, що порушує спільну роботу над воронкою. 
Фундаментна частина піддається навантаженню від її власної ваги та 
навантаженням від перекриття першого поверху. Стіни першого поверху 
отримують навантаження від власної ваги стін і тиску від перекриття другого 
поверху. Враховуються лише сталі та довготривалі навантаження при цьому. 
Визначення максимально допустимого діаметру карстової воронки під 
будь-якою ділянкою будівлі виконується за такою послідовністю дій: 
- береться до уваги фундаментно-підвальна частина будинку. 
Встановлюється розрахункове положення карстової воронки під заданою 
  44 
 
ділянкою будинку. Визначаються максимально допустимі зусилля у 
перерізах конструкцій фундаментно-підвальної частини. Обраховуються 
максимальні величини діаметрів карстових воронки. 
- при аналізі стіни першого поверху виконуються аналогічні 
розрахунки, що і для фундаментно-підвальної частини. В ході цих обчислень 
отримуються кілька значень допустимих діаметрів карстових воронок, 
враховуючи вплив на міцність перерізів у згині та зсуві. 
- гранично максимальним приймається найменший із розрахованих 
діаметрів карстової воронки. 
 
2.3.1 Визначення зусиль у конструкціях, що вводяться для 
підсилення будівель 
На рис. 2.9 приведено схеми деяких можливих варіантів підсилення 
фундаментно-підвальної частини будинків. Для прикладу взято 5-
типоверховий панельний будинок. У зазначеній схемі, яка показана на рис. 
2.19а, передбачається встановлення міцних монолітних залізобетонних балок 
вздовж периметру будівлі, а в підвалі – суцільної плити або окремих 
залізобетонних або сталевих балок, які підтримують внутрішні стіни. У разі, 
коли діаметр воронки перевищує 6-9 метрів, зовнішні балки можуть бути 
виведені за межі торців будівлі на необхідну довжину, з метою зменшення 
прогинів і зусиль, що діють у них, згідно з розрахунками. 
За допомогою схем, представлених на рисунках 2.9,б та в, проводиться 
укріплення фундаментно-підвальної частини за допомогою монолітних 
залізобетонних або металевих конструкцій [17]. 
При розрахунках зусиль у конструкціях підсилення рекомендується 
враховувати їх власну масу, масу цоколя і масу всієї надземної частини 
будівлі (стіни, перекриття). Також, жорсткість конструкцій підсилення слід 
приймати такою, щоб не виникало необхідності у підсиленні конструкцій 
надземної частини будівлі. 
 
  45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 2.9. Схеми можливих варіантів підсилення фундаментно-
підвальної частини будівлі 
а – влаштування по периметру будівлі монолітних з/б, сталевих балок, 
а в підвалі – суцільної плити або окремих з/б, сталевих балок; б – підсилення 
підвалу монолітними з/б конструкціями; в – підсилення підвалу металевими 
конструкціями 
 
2.4  Розрахунок каркасних будинків на вплив карстових провалів 
2.4.1 Визначення розрахункових навантажень 
 
Каркасні будинки, які призначені для експлуатації в карстових 
районах, мають бути розроблені з урахуванням двох основних стадій їхньої 
роботи. Перша стадія передбачає нормальну експлуатацію до появи провалів 
у основі, тоді як друга стадія розглядає вплив деформацій, який виникає 
після появи провалів. 
Враховуючи вищезазначене, навантаження на несучі конструкції 
будівлі слід збирати окремо для кожної з двох стадій. У цьому контексті, 
просторова багатостержнева конструкція каркасу будівлі, що переносить та 
  46 
 
передає всі навантаження та впливи на фундаменти, може бути розділена на 
плоскі сегменти (поперечні і поздовжні рами), що спрощує розрахунки [24]. 
На першій стадії роботи, в нормальних умовах, поперечна рама будівлі 
підділяється на плоскі сегменти для збору навантажень. Ці навантаження 
можуть бути поділені на кілька типів: постійні (від ваги огороджуючих і 
несучих конструкцій), тимчасові (технологічні, атмосферні, такі як снігові та 
вітрові навантаження) та особливі, які виникають внаслідок просадки опор. 
Постійні навантаження на ригель рами приймаються рівномірно 
розподіленими по його довжині. Ці навантаження включають у себе вагу всіх 
шарів покрівлі, конструкцій ригеля (ферми, балки), та зв'язків. Інші постійні 
навантаження повинні бути збором в зосереджені сили, які умовно 
прикладені до голови колон. Сила Р включає в себе вагу самої колони і 
навантаження від підвісних стін на всій висоті колони. У цьому випадку 
моменти, викликані вагою стін, у розрахунках не враховуються. 
Тимчасові розрахункові навантаження, викликані снігом і вітром, 
розраховуються відповідно до місцевих умов будівництва. При визначенні 
розрахункових навантажень для першої стадії роботи, необхідно враховувати 
основні комбінації навантажень. Основні комбінації включають постійні, 
довготривалі і короткочасні навантаження. 
При виконанні поєднань, які включають постійні та тимчасові 
навантаження, розрахункові значення тимчасових навантажень слід 
помножити на коефіцієнти поєднань, що визначаються відповідно до вимог 
ДБН В.1.2-2:2006. Коефіцієнт надійності по навантаженню для ваги 
бетонних, залізобетонних і кам'яних конструкцій каркасної будівлі γf 
повинен бути прийняти рівним 1,1 [25]. 
Навантаження та впливи, які передаються фундаментами будинку, 
визначаються розрахунком, враховуючи взаємодію каркасу, фундаментів та 
основи. Характер та ступінь перерозподілу навантажень на основу, а отже, і 
внутрішні зусилля в конструкціях будівлі, залежать від типу, стану та 
  47 
 
властивостей грунтів, статичної схеми будівлі, її просторової жорсткості та 
інших факторів. 
На етапі деформаційного впливу, навантаження на конструкції будівлі 
слід приймати у найбільш несприятливих сценаріях їх взаємодії. Зазвичай 
розглядають випадки утворення провалу безпосередньо під фундаментом в 
середині та біля торця будівлі. При утворенні провалу фундамент втрачає 
контакт з основою, і вся система провисає на захисних конструкціях.  
У цьому стані, при зовнішніх навантаженнях на раму, в захисних 
елементах виникають розрахункові зусилля, а в несучих конструкціях будівлі 
– додаткові. Це приводить до виникнення поздовжніх зусиль в колоні, під 
фундаментом якої утворився провал. Таким чином, при розрахунках 
поздовжньої рами на провальний вплив основи, зовнішні навантаження 
впливають тільки на конструкції, що потрапили в зону провалу [2]. 
Розрахункове поздовжнє зусилля прикладається до колони в оголовку і 
визначається за формулою:  
п сн
   Р=R +R +Ркγf+Рфγf+Ргрγf ,                                                         (2.35) 
 
п
де: R  – опорна реакція  від постійного навантаження покриття в 
ригелі; 
сн
 R  – опорна реакція від тимчасового снігового навантаження в 
ригелі; 
 Рк – масаа колони; 
 Рф – маса фундаменту; 
 Ргр – маса ґрунту на уступах фундаменту; 
 γf – коефіцієнт надійності по навантаженню. 
Вага стінових панелей враховується для крайніх рядів колон. 
У будинку на стрічковому фундаменті, на стадії деформаційного 
впливу крім продольного зусилля у колоні, яке визначається за формулою: 
 
п сн
      Р=R +R +Ркγf ,                                (2.36) 
  48 
 
 
на  ділянці втрати контакту на стрічковий фундамент будуть діяти його 
власна вага і вага грунту, що перебуває на уступах у вигляді рівномірно 
розподіленого навантаження. Її значення визначається як 
  
          q=qфγf+qгрγf ,                                                    (2.37) 
 
де:  qф  - розприділена вага фундамента; 
           qгр - розприділена вага грунту на уступах стрічкового 
фундаменту. 
Так як у виразі для розрахункового зусилля Р враховані лише постійні 
та одне тимчасове навантаження, а інтенсивність рівномірно розподіленого 
навантаження включає в себе вагу фундаменту і ґрунту, то при врахуванні 
поєднань розрахункове значення зусиль від снігового навантаження слід 
приймати без зниження. 
Якщо окремі або спеціальні фундаменти в торцевій частині каркасної 
будівлі (остання або передостання колони) потрапляють в зону провалу, то 
при розрахунку прокольної рами важливо враховувати вплив вітру на 
торцеву колону, спільно з іншими навантаженнями, згідно з вимогами ДБН 
В.1.2-2:2006. Це обумовлено тим, що несучі конструкції каркаса (колони, 
фундаменти), при провальних деформаціях основи, взаємодіють не лише з 
вертикальними, а й з горизонтальними впливами від протикарстових заходів 
захисту. Таким чином, ці конструкції додатково навантажуються вітровими 
навантаженнями. 
При розрахунку продольної рами в разі, коли окремі або спеціальні 
фундаменти в торцевій частині каркасної будівлі потрапляють в зону 
провалу, необхідно враховувати вплив вітру на торцеву колону, а також 
враховувати інші навантаження на протикарстові конструкції захисту. Ця 
необхідність випливає з того, що несучі конструкції каркаса (колони, 
фундаменти) під час провальних деформацій основи взаємодіють не лише з 
  49 
 
вертикальними, але й з горизонтальними впливами, такими як вітрове 
навантаження. Вітрові навантаження враховуються як один із факторів, що 
додаються до інших навантажень при розрахунках прокольної рами. 
На ділянці провалу коефіцієнт жорсткості основи приймається рівним 
нулю [30]. У зоні ослаблення навколо провалу коефіцієнт жорсткості є 
змінною величиною і коливається від нуля до певної постійної величини. Для 
каркасних будівель з конструктивними елементами захисту, які 
підтримуються найближчими до провалу окремими стоячими фундаментами, 
коефіцієнт жорсткості основи при стисненні приймається як середнє 
значення між коефіцієнтами жорсткості на межі провалу та ґрунту 
природного складу за межами ослабленої зони: 
 
0 C0 C
   C0   0                                                      (2.38) 
2 2
 
де 0 – коефіцієнт жорсткості основи на межі порушеного ґрунту і 
провалу. 
У ситуаціях, коли конструктивні заходи з протикарстового захисту 
вводяться в каркас будівлі під час експлуатації, аналіз несучих конструкцій, 
включаючи захисні, слід проводити для двох граничних станів впливу 
провальних деформацій основи. Якщо міцність несучих конструкцій в 
напрямку поздовжньої рами не перевищує встановлених граничних значень і 
вертикальні переміщення фундаменту в зоні провалу залишаються в 
допустимих межах, то аналіз конструкцій в поперечному напрямку може 
бути опущений. Однак, якщо сумарна осадка фундаменту наближається до 
граничних значень (S=8 см), вимагається проведення розрахунків і для 
поперечної рами. 
 
 
 
  50 
 
 
2.4.2 Дослідження розрахункових схем конструктивних засобів 
захисту від дії провалів 
 
Для розрахунку конструктивних заходів протикарстового захисту 
необхідно враховувати найбільш несприятливе місце утворення провалу під 
фундаментом будівлі, де виникають максимальні внутрішні зусилля. 
Особливу увагу слід зосередити на такому положенні, при якому колона 
розташована над центром провалу, що підтверджується як 
експериментальними, так і розрахунковими даними [2]. 
Додаткові конструкції, які включені в розрахункову схему каркасу, 
умовно можна віднести до основних. Таким чином, під час розрахунку цих 
конструкцій враховуються не лише безпосередньо прикладені до них 
навантаження, але і навантаження, що виникають у їх роботи в системі 
каркасу. 
Отже, при розрахунку додаткових елементів приймається до уваги їх 
фактична участь у роботі каркасу будівлі, так як їх вплив на  жорсткість 
каркасу на стадії провального впливу є досить значним [28]. Спрощені 
розрахункові схеми показані на рисунку 2.10. По ним можна визначити  
розміри елементів захисних конструкцій. 
Так як вертикальні хрестові зв’язки та підпруги демонструють значну 
гнучкість, стиснуті елементи на ділянці провалу виключаються з 
експлуатації. Працюють лише ті зв’язки, на яких спочивають фундаменти з 
колонами. Отже, на рисунках 2.10, а та б, розрахункові схеми відображають 
лише працюючі елементи конструкцій захисту. Їх закріплення на опорах (до 
оголовок колон та фундаментів) приймається шарнірним. У місці 
прикладення сили Р шарнір опускається для спрощення розрахункової схеми, 
при цьому це не впливає на визначення внутрішніх зусиль у зв’язках. 
Продольне розрахункове зусилля обраховується за формулою:  
  
  51 
 
P
    N                                                         (2.39) 
2cos
 
де α – кут нахилу підпруг хрестових зв’язків (підпруг) до колони. 
У випадках, коли для захисту каркасних будівель використовуються 
ферми, на стадії провального впливу основи їх розрахункова схема виглядає 
так, як показано на рис. 2.10, г. Зʼєднання поясів ферм з колонами та 
фундаментами приймається шарнірним, оскільки влаштування жорстких 
вузлових зкріплень зазвичай ускладнює виготовлення та монтаж конструкцій 
і не завжди впливаєна економю металу [2]. 
Конструктивний вигляд ферми трохи відрізняється від того, який 
зазвичай використовується в будівництві для ригелів одноповерхових 
каркасних будівель. Головна відмінність полягає в меншій висоті ферми в її 
коньку, ніж на опорі. Це обумовлено тим, що на ділянці провалу ферми 
розглядаються як балки з перемінною величиною жорсткості на згин, для 
яких згинаючі моменти прямують до нуля на відстані l/2 від опори. Висота 
ферми на опорі дорівнює сумі висоти фундаменту і величини d, яка 
знаходиться як 
 
b
                                       ô
d                                                             (2.40) 
2tg
 
 де β – кут нахилу поясу до осі колони.  
 
 
 
 
  52 
 
 
 
Рис. 2.10. Розрахункові схеми протикарстових конструктивних заходів 
каркасних будинків 
а – звязки вертикальні хрестові; б – підпруги; в – панелі стінов; г – 
ферми; д – блок фундаментний (підколінник); е – блок наскрізний; ж – нитка 
жорстка; з – фундамент збірно-монолітний 
 
  53 
 
 
Стінова панель, як видно з рисунку 2.12, що використовується як 
протикарстовий захист, має жорстку конструкцію у вигляді балки з 
прольотом, рівним 2l. Місця її закріплення до колон повинні бути жорстко 
з'єднані. Під впливом сили Р згинаючі моменти в опорному перерізі і в 
прольоті будуть мати однакові за величиною значення і протилежні за 
знаком. 
 
Pl
           M 0  M ï                                                     (2.41) 
4
 
У першому наближенні розрахунок стінових панелей необхідно 
виконувати, як для балки-стінки [2].  
При влаштуванні захисту одноповерхових каркасних будівель з 
застосуванням жорстокої нитки її розрахункова схема на стадії провального 
впливу основи буде такою, як показано на рис. 2.10, ж. Ділянка основи від 
краю провалу до фундаменту найближчої до провалу колони замінюється  
пружно-піддатливими опорами, жорсткість яких дорівнює жорсткості 
ділянки ґрунту, що замінюється. Інтенсивність розподіленого навантаження 
від реактивного тиску ґрунту на нитку визначається із умови 
У одноповерхових каркасних будівель при влаштуванні захисту за 
допомогою жорсткої нитки розрахункова схема на етапі провального впливу 
основи буде подана, як показано на рис. 2.10, ж. Від краю провалу до 
фундаменту найближчої до провалу колони, ділянка основи піддаватиметься 
заміщенню пружно-підатливими опорами. Жорсткість цих опор 
дорівнюватиме жорсткості заміненого участка ґрунту. Інтенсивність 
розподіленого навантаження від реактивного тиску ґрунту на нитку буде 
визначатися згідно з конкретною умовою. 
 
  54 
 
Ä 1 P
    q(l  ï )                                                   (2.42) 
2 2 2
 
Навіть при тому, що розподіл реактивного тиску ґрунту фактично є 
криволінійним, заміщення його трикутником приводить до нормального 
збігу результатів. 
Балка BCD, яка отримана, знаходиться у стані рівноваги, і вертикальні 
реакції на опорах B і D практично дорівнюють нулю. Врахування у 
розрахунковій схемі ділянок АВ і DF дозволяє врахувати розтяжність нитки 
[2]. 
Для блочного і плитно-блочного фундаментів розрахункова схема 
несучого блоку буде у вигляді балки на двох опорах, завантаженої 
зосередженим зусиллям і рівномірно розподіленим навантаженням. Довжина 
балки дорівнює кроку колон. Розрахункові значення згинального моменту і 
поперечної сили відповідно обраховуються за формулами: 
Для плитно-блочного і балочного фундаментів розрахункова схема 
несучого блоку матиме форму балки на двох опорах, яку завантажено 
зосередженим зусиллям і рівномірно розподіленим навантаженням. Довжина 
балки відповідає кроку колон. Розрахункові значення поперечної сили  і 
згинального моменту обчислюються за допомогою формул: 
 
l
    M  (2P  ql)                                                   (2.43)
8
P  ql
     Q                                                           (2.44) 
2
 
Вузли з'єднання блоків і підколонників між собою повинні мати таку 
конструкцію, яка дозволяє їх взаємні повороти відносно один одного. Це 
сприяє швидкому згладжуванню згинальних моментів по довжині 
фундаменту та зменшенню витрат на їх влаштування. Опирання підколінника 
  55 
 
на опорну плиту у площині прокольної рами може бути реалізоване як 
жорстке або шарнірне з'єднання. 
 
   2.5 Висновки  
1. Викладено порядок розрахунку розмірів карстових провалів та 
воронок з врахуванням впливу споруд. Також розглянуто імовірно-
статистичний метод визначення розрахункового прольоту карстового 
провалу та умови, в яких його застосовано. Зазначено послідовність 
визначення максимально припустимого діаметру воронки для всіх можливих 
ділянок будинку. 
2. Приведено методику визначення несучої спроможності стрічкових 
фундаментів безкаркасних будинків, що експлуатуються в умовах впливу 
карстових провалів. Подано схеми розрахункових положень карстових 
воронок під будинками і показано можливі конструктивні рішення 
підсилення фундаментів. У розділі також наведено формули для визначення 
розрахункових внутрішніх зусиль, що виникають у фундаментах 
безкаркасних будинків, а також вирази для визначення максимально 
допустимого діаметру провальних воронок. 
3. Обгрунтовані розрахункові схеми конструктивних заходів захисту 
каркасних будівель і споруд від карстових провалів надають важливі вказівки 
та рекомендації. У цьому контексті, надані рекомендації також охоплюють 
визначення навантажень і впливів, які діють на окремі захисні елементи і на 
будівлю в цілому на двох стадіях роботи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  56 
 
РОЗДІЛ 3 
ЗАХОДИ ПО ПІДСИЛЕННЮ ОСНОВ ТА ЗАХИСТУ БУДИНКІВ  В 
УМОВАХ УТВОРЕННЯ КАРСТОВИ ПРОВАЛІВ  
 
3.1 Методи підсилення грунтів основ фундаментів 
Для усунення можливої небезпеки осідання фундамента або утворення 
провалів, рекомендується заповнення водопоглинальних воронок і тріщин 
водостійкими матеріалами. 
Для усунення можливої небезпеки осідання або утворення провалів у 
ґрунті використовується тампонування водостійкими матеріалами всіх 
воронок і тріщин, які можуть виникнути на поверхні ґрунту. Цей процес 
включає в себе введення цементного розчину через свердловини вздовж межі 
ділянки. Це призводить до створення цементаційної завіси-обойми, що 
визначає зовнішній контур ділянки. Карстові порожнини всередині цього 
простору, обмеженого цементаційною завісою-обоймою, заповнюються 
піском, глинопіщаною сумішшю або іншими матеріалами без вмісту цементу 
(див. рисунок 3.1). 
На закріплюваній ділянці можуть бути впроваджені додаткові 
цементаційні завіси-перегородки, які розділяють ділянку на окремі секції, що 
заповнюються неактивними матеріалами. Ці цементаційні завіси можуть 
бути створені за допомогою бурових опорів глибокого залягання, які 
перетинаються в плані. 
 
  57 
 
 
Рис. 3.1. Закріплення тампонуванням карстової ділянки  
1 – свердловини бурові; 2 – розчин цементний; 3 – суміш глинопіщана 
 
У випадках, коли необхідно закріпити незв’язні грунти, які покривають 
тріщиноваті породи, у районах з карстово-суфозійними провалами, може 
використовуватися метод послаблення або припинення суфозії піщаних 
ґрунтів. Цей метод включає створення штучного водонепроникного шару в 
зоні контакту між верхнім шаром розгублених ґрунтів і тріщиноватим 
масивом (рис. 3.2). Водонепроникний шар може бути створений різними 
методами закріплення ґрунтів, такими як силікатизація, цементація, 
використання смол і таке інше. 
 
 
  58 
 
 
 
Рис 3.2. Закріплення незв’язних грунтів, які залягають над     закарстованими 
породами 
1 – грунти піщані; 2 – породи закарстовані; 3 – грунт закріплений;                 
4 – свердловини 
 
Для ефективного протидії карстовим явищам та утворенню порожнин 
може бути використано нагнітання самотверднучих речовин, які мають 
властивість розширюватися. До таких речовин відносять спінені тампонажні 
розчини із поверхнево-активними речовинами, такими як 
амоносульфонафтен, акрилсульфат та інші. Стійкий пінистий розчин 
утворюється за умови додавання 1% маси цементу. Щільність розчину, що 
утворився, коливається в межах 0,3-1,7 г/см³. Замкнуті пори розчину, що 
затвердівможуть мати міцність в діапазоні 0,5-4,5 МПа. 
Більш економічнішими варіантами можна виокремити тампонажні 
розчини із стійкістю до сульфатів, в які додається гіпс у кількості 5-7% маси 
цементу. Такі розчини досягають міцності після 28 діб твердіння від 6 до 7 
МПа при витратах на цемент M400 до 380 кг, води 47 л, піску 1136 кг та гіпсу 
7,5 кг (щільність розчину становить 1,9-1,93 т/м³) [46]. 
Процес виконання робіт, що зображено на рисунку 3.4, включає 
визначення зон і меж розташування порожнин за допомогою 
віброакустичного зондування, створення вхідних та контрольних отворів для 
нагнітання розчину, підготовку суміші та її введення у порожнини. 
 
  59 
 
 
Рис. 3.3. Схеми процесу заповнення тампонажними розчинами 
карстових порожнин:  а –  бетононасосним транспортом; б – з 
використанням крану і бадді; 1 – автобетонозмішувач; 2 – бетононасос; 3 – 
труба обсадна; 4 – баддя з розчином; 5 – автомобільний кран; 6 – змішувач; 
7 – завантажувальний транспортер; 8 – зона виконання робіт 
(тампонування) 
 
Комплект машин і механізмів включає в себе бурильні станції з 
колонковою дією, обсадні труби, міксери для підготовки тампонажних 
сумішей та трубопровідний транспорт, такі як растворо- і бетононасоси. 
Заповнення порожнин тампонажними розчинами супроводжується 
моніторингом ступеня заповнення, темпу твердіння і фізико-механічних 
характеристик витверділої маси. Ці параметри визначаються через 
  60 
 
вибурювання кернів на повну глибину і подальше тестування окремих 
областей 
 
3.2 Конструктивні рішення по захисту будинків від карстово-
провальних впливів 
3.2.1. Захист безкаркасних будинків та споруд  
Визначення необхідності використання заходів конструктивного 
захисту для будівель здійснюється в кожному конкретному випадку: 
- відповідно до конструктивної схеми;  
- відповідно прогнозованих розмірів і видів карстових деформацій  
основи;  
- економічне і соціальне призначення об’єкту; 
- особливостей експлуатації;  
- технологічної специфіки процесів. 
У зоні карстових проявів, для будівництва як типових, так і 
індивідуальних проектів безкаркасних житлових, громадських та 
промислових споруд, рекомендується використовувати конструктивні схеми, 
які передбачають жорсткість через наявність поздовжніх і поперечних 
несучих стін, поперечних діафрагм жорсткості (за необхідності), а також 
масивних крупнорозмірних плит для перекриття (див. рис. 3.4). Ці плити 
опираються на стіни по двох, трьох або чотирьох сторонах, і жорстко з'єднані 
та закріплені у стінах. Також може використовуватися жорстка 
конструктивна схема за допомогою підсилення надземної частини 
горизонтальними армованими поясами (див. рис.3.5), тягами або обоймами 
(див. рис. 3.6) [17]. 
  61 
 
                
    Рис. 3.4. Збільшення  опорної площадкидля плит перекриття 
    1 – плита перекриття; 2 – кутики опорні; 3 – болт  стяжний 
 
          
 
Рис. 3.5. Влаштуванням по периметру цоколя монолітного 
залізобетонного пояса 
1 – стіна; 2 – монолітни залізобетонний пояс; 3 – фундамент;  
4 – арматурний каркас 
Просторовий каркас будівлі повинен мати можливість адаптуватися до 
деформаційних впливів, спричинених карстовим походженням, та при 
необхідності витримувати економічні наслідки таких впливів.  
Несучі структурні елементи будівель, з'єднання та приєднання збірних 
конструкцій повинні бути розраховані на специфічні навантаження, що 
  62 
 
виникають внаслідок локальних осідань при поверхневих карстових явищах, 
зокрема, при відмові фундаменту. 
 
 
 
Рис. 3.6. Підсилення металевою обоймою простінків 
1 – стіна; 2- прокатні кутики; 3 – металеві накладки; 4 – штукатурка  
 
Для протяжних або складних у плані будівель, довжина секції 
назначається виходячи з розрахунків із урахуванням інженерно-геологічної 
будови, конструктивно-планувальних рішень і конструкції фундаментно-
підвальної частини. Суміжні секції будівлі стикуються через деформаційний 
шов. Деформаційний шов має виконуватися у вигляді подвоєних торцевих 
стін на роздільних незалежно працюючих фундаментах. На Рис. 3.9 показано 
схему влаштування деформаційного шва у цегляній стіні.          
Для  складних або протяжних у плані будівель, довжина кожної секції 
визначається на підставі інженерно-геологічних досліджень території, 
конструктивно-планувальних рішень і будови фундаментно-підвальної 
частини. Суміжні секції будівлі з'єднуються за допомогою деформаційного 
шва. Деформаційний шов реалізується у вигляді подвоєних торцевих стін, які 
  63 
 
розташовані на незалежних роздільних фундаментах. На рис. 3.7 у цегляній 
стіні показана конструктивна схема  деформаційного шва. 
 
 
Рис. 3.7. Конструктивна схема деформаційного шва в цегляній стіні 
1 – ікладка стіни існуюча; 2 – пробивні отвори; 3 – новий 
деформаційний шов; 4 – накладка-ущільник; 5 – утеплювач(мінвата, 
пінополістирол) 
 
Для проектування фундаментно-підвальної частини необхідно 
враховувати можливість сприняття зусиль при особливих навантаженнях, що 
виникають внаслідок передбачуваних карстових провалів у відповідності з 
інформацією, отриманою з інженерно-геологічних розвідок [7]. На рис. 3.8 
показано спосіб захисту фундаментів будівлі за допомогою крихких пластин 
від деформацій стиснення земної поверхні. 
  64 
 
Захист від карстових явищ для збірного стрічкового фундаменту 
забезпечується за допомогою монолітних залізобетонних протикарстових 
нерозрізних поясів у формі залізобетонної рами, яка може бути встановлена в 
одному або двох рівнях, включаючи нижній рівень на рівні підошви, або 
фундаментним збірним плитам. 
 
Рис. 3.8. Засіб захисту фундаментів будівлі за допомогою пластин 
крихкого руйнування від деформацій стиснення земної поверхні: 
1 – підвальна стіна; 2 – пластина крихкого руйнування; 3 – прокладки 
вертикальні; 4 – елемент перекриваючий; 5 – замок глиняний. 
  65 
 
Монолітні стрічкові фундаменти, плити і палеві фундаменти 
розробляються з урахуванням протикарстового захисту. Це передбачає 
надання їм достатньої просторової жорсткості та здатності адекватно 
сприймати зусилля, які можуть виникнути внаслідок карстового провалу. З 
метою зменшення контактного тиску на основу, площу опирання стрічкових і 
плитних фундаментів збільшують, виходячи за межі периметру будівлі, 
наприклад, за допомогою влаштування консольних виступів. Для балочних 
консолей рекомендується приймати довжину не менше 0,7 прогнозованого 
розрахункового прольоту фундаменту. Щодо плитних консолей, їх 
рекомендується подовжувати на 0,7 розрахункового прольоту фундаменту 
[13]. Закладка в стіну сталевих балок є одним із засобів часткового 
розвантаження фундаменту (див. рис 3.9) 
 
Рис. 3.9. Спосіб розвантаження фундамента шляхом закладання в стіну 
сталевих балок 
1 – фундамент будівлі; 2 – сталеві балка, що влаштовуються в стіні  
 
  66 
 
В якості захисту від карстових явищ можливе і практичне застосування 
підсилення стрічкового фундаменту монолітними обоймами (рис. 3.10)[33], 
які можуть бути виконані в різних варіантах: розширення ротверку 
фундаменту; одностороннє розширення; двохстороннє розширення. 
 
 
Рис. 3.10 Застосування монолітних обойм при підсиленні стрічкових 
фундаментів 
а –розширення анкеровкою двостороннє; б –розширення одностороннє; в – 
збільшення існуючого фундаменту з двостороннім розширенням; г – 
:розширення двостороннє при заглиблених фундаментах; 1 – фундамент; 2 – 
обойми монолітні залізобетонні; 3 – анкер; 4 – опалубка; 5 – балка; 6 – 
основа щебенева; 7 – опалубка; 8 – настил робочий 
 
  67 
 
Технологічна схема виконання робіт з підсилення фундаментів може 
бути застосовуватися для стрічкових фундаментів, незалежно від їхнього 
матеріалу (цегляних, бутових, бетонних, залізобетонних). Хід робіт 
передбачає наступні етапи: 
- пониження рівня при наявності ґрунтових вод - пониження їхрівня;  
- розкопування фундаментів з одної або двох сторін; 
- встановлення опалубки; 
- укладання бетонної суміші та догляд за бетоном; 
- демонтаж опалубки; 
- виконання гідроізоляційних робіт; 
- зворотна засипка та влаштування вимощення. 
Для підвищення несучої здатності фундаментів широко 
використовується жорстка арматура, виготовлена з прокатних профілів. Ця 
арматура розташовується у вигляді консольних елементів, які перетинаються 
через фундамент з використанням балочної системи. Особлива увага 
приділяється створенню монолітності фундаменту, що досягається за 
допомогою влаштування анкерних систем і штраб, а також застосуванням 
залізобетонних обойм. 
При необхідності у разі відмови,  протикарстові основи та фундаменти 
повинні бути ремонтопридатні [7]. Це означає, що конструкції, такі як 
фундамент, стіни підвалу, фундаментна плита та інші елементи 
фундаментно-підвальної частини, повинні включати спеціальні елементи для 
фіксації обладнання і проведення робіт з відновлення несучої здатності. Крім 
того, вони повинні бути обладнані відповідними індикаторами, такими як 
датчики, маркери, маяки, прогиноміри, тензометри та інші прилади, які 
забезпечують моніторинг карстових явищ протягом експлуатації. 
Для забезпечення можливості проведення діагностики стану основи та 
збору проб ґрунту і підземної води технологічні канали влаштовують у 
фундаментній плиті. Ці канали повинні бути придатні для використання під 
час буріння та монтажу ін'єкторів для введення розчинів чи сумішей. У 
  68 
 
випадку стрічкових монолітних фундаментів також слід ураховувати 
необхідність створення спеціальних вирізів для фіксації обладнання, 
використовуваного під час ін'єкційних та тампонажних робіт. 
На випадок виникнення карстового провалу для забезпечення несучої 
спроможності безкаркасних будівель може виконуватися підсилення стін 
(рис. 3.11) та вузлів (рис.3.12).  
 
 
                      Рис. 3.11. Шпоночне підсилення стіни: 
                   1 – цегляна стіна; 2 – металева шпонка; 3 –болти  стяжні 
 
 
 
 
  69 
 
 
Рис. 3.12. Підсилення  примикання стін металевими тяжами: 
1 – стіна зовнішня; 2 – тяжі металеві; 3 – кутик або  швелер); 
 4 – бетон; 5 – прилегла стіна; 6 – металева пластина 
 
 
3.2.2. Захист одноповерхових промислових каркасних будинків  
Копструктивні протикарстові заходи повинні задовольняти наступні 
умови: 
- уникати або зменшувати ймовірність серйозних руйнувань та 
забезпечувати високий рівень безпеки для людей.; 
- забезпечувати ефективність та економічну доцільність будівництва, 
враховуючи можливі втрати від карстових явищ і витрати на спеціальні 
дослідження та протикарстові заходи. 
Таким чином, структура будівлі повинна залишатися стійкою з 
геометричною незмінністю при виникненні карстових провалів під кожною 
основною несучою опорою. Враховуючи це, одноповерхові каркасні будівлі 
в карстових районах можуть бути споруджені на різних типах фундаментів, 
таких як стрічкові, палеві, окремостоячі стовпчасті, плитні та спеціальні [2]. 
 
 
  70 
 
Вибираючи метод конструктивного захисту для каркасних будівель, 
рекомендується віддавати перевагу монолітним залізобетонним 
фундаментам. Вони можуть бути влаштовані у формі поздовжніх, 
поперечних або перехресних стрічок або плит. Стрічкові фундаменти 
повинні гарантувати необхідну міцність і жорсткість конструкції, а також 
несучу спроможність основи у випадку провалу під ними. 
Зведення будівель на окремо стоячих фундаментах рекомендується 
виконувати лише в поєднанні з конструктивними заходами проти карстових 
явищ та відповідати наступним вимогам [17]: 
- забезпечувати несучу здатність основних конструкцій; 
- переміщення фундаментів повинні не перевищувати нормативних, що 
допускаються ДБН В.2.1-10:2018. 
 Для каркасних будинків влаштування плитного фундаменту можливо 
лише при сітці колон 6х6 м.  
Конструктивні заходи захисту залежності від типу фундаменту для 
каркасних будинків представлені у таблиці 3.3  [2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  71 
 
Таблиця 3.3.  
Конструктивні заходи захисту каркасних будинків 
 
№ Конструктивна схема Розрахункова  схема    Область 
 застосування 
1  2 3 4 
 
1 0<Дп≤2l  
 
 l =6-12 м 
 
 
2 0<Дп≤l  
 
l =6-12 м 
 
 
 
3 0<Дп≤l  
 
l =6 м 
 
 
 0<Дп≤l  
4  l =6-12 м 
 
 
 
5 0<Дп≤1,5l  
 
 l =6-12 м 
 
 
6 0<Дп≤1,5l  
 
l =6-12 м 
 
 
 
  72 
 
 
Продовження табл. 3.3.  
№ Конструктивна схема Розрахункова  схема    Область 
 
застосування 
1 2 3 4  
 
7 0<Дп≤1,5l   
l  
 =6-12 м 
 
8 0<Дп≤1,5l  
l =6-12 м 
 
 
9 0<Д  
п≤l  
l  
 =6 м 
 
 
0<Дп≤l   
10 
l =6-12 м  
 
Розміри  
провалу не 
11  
впливають на 
експлуатац ій
ну надійність 
 будівлі 
 
 
  73 
 
Заходи захисту в основному включають додаткові елементи, які 
вводяться в каркас будівлі в площині поздовжніх рамок. Це обумовлено 
невеликою відстанню між колонами (кроком), який становить 6–12 м, а 
також організацією технологічного процесу вздовж будівлі [2]. У випадках, 
коли крок колон дорівнює 12 м, передбачені конструктивні заходи для 
будівель на окремо стоячих фундаментах можуть бути не завжди економічно 
вигідними через великі проліти та значні внутрішні зусилля в конструкціях. 
Збільшення надійності конструкцій покриттів промислових будівель 
може бути досягнуто за допомогою підвищення стійкості на перекидання 
основних несучих елементів покриття, таких як крокв’яні і підкрокв’яні 
балки та ферми. Один із методів для цього передбачає використання опори 
цих елементів на рівні верхнього поясу, як зображено на рис. 3.13. 
 
Рис. 3.13. Конструкції покриття каркасногобудинку: 
1 – колони; 2 –ферми підкрокв’ян; 3 –і ферми крокв’ян 
 
У зоні карстових умов, де навантаження на колони є невеликими та 
розподіленими, рекомендується використовувати стрічкові збірно-монолітні 
фундаменти з розширеною підошвою для проектування та будівництва 
одноповерхових промислових каркасних будівель. Ці фундаменти можуть 
бути виконані у вигляді окремих поздовжніх стрічок (за схемою 1, див. табл. 
3.3) або на спеціальних фундаментах (за схемами 5-8, див. табл. 3.3). 
  74 
 
У каркасних будинках, що спираються на стрічковий фундамент, сам 
фундамент виступає як захисний елемент від провалів. Проте, якщо під час 
експлуатації виявляється, що несуча здатність стрічкового фундаменту 
недостатня для сприйняття додаткових навантажень внаслідок провальних 
деформацій основи, то для захисту каркасних будівель необхідно виконати 
наступні конструктивні заходи: 
- збільшити згинальну жорсткості фундаменту; 
- збільшити просторову жорсткість і стійкість будинку; 
- обмежити осадки фундаменту. 
Для уникнення консолювання стрічкового фундаменту та 
максимального зменшення додаткових навантажень на нього, обов'язковим є 
влаштування консольних подовжень фундаменту за межами будівлі. Розміри 
цих консольних ділянок повинні бути співрозмірні розмірам очікуваних 
карстових провалів на території, де розташований будинок. 
Збірно-монолітний фундамент з підпругами є жорсткою конструкцією 
з високою згинальною міцністю, що може бути використана при будівництві 
на карстових територіях (схема 5, таблиця 3.3). Такий фундамент складається 
з монолітної залізобетонної стрічки та стаканів, що розташовані на блок-
подушках, а також розпірок і гнучких розкосів. 
Використання карстозахисних фундаментів, представлених на схемах 
6–7 табл. 3.3, дозволяє значно підвищити експлуатаційну надійність 
каркасних будинків і забезпечити безперебійну роботу у випадку виникнення 
провалу з розмірами до 1,5 l [2]. 
У випадку, коли діаметр очікуваного провалу на території будівництва 
не перевищує кроку колон будівлі, плитно-блочний фундамент (схема 8, 
табл. 3.3) може бути успішно використаний. Опорним елементом плитно-
блочного фундаменту є плита, а захисним підколонник - який являє собою 
балку зі змінним перерізом та шарнірним опиранням на плиту. 
Для підвищення просторової жорсткості каркасу будівлі або його 
фундаментної частини можуть бути використані додаткові елементи, такі як 
  75 
 
вертикальні хрестові зв’язки, балка жорсткості, ферми та стінові панелі, 
жорстко закріплені до колон [9]. У даному випадку спеціальні ферми (схема 
4, табл. 3.3), які влаштовуються на рівні фундаментів, можуть бути 
використані за новим призначенням. Вся система "ферма-окремий 
фундамент" утворює карстозахисний фундамент з високою несучою 
спроможністю. 
При концентрованих навантаженнях від будинок, близько 200 тонн на 
одну колону, і при відсутності агресивних впливів у ґрунті, стійкість несучих 
конструкцій (колон, фундаментів) може бути забезпечена за допомогою 
введення у фундамнтну частину будинку підпруг (схема 3, табл. 3.3). У 
цьому випадку окремі фундаменти під колонами з'єднуються між собою 
системою металевих перехресних вант (рис. 3.14). В цьому випадку кожен 
фундамент включає в себе металеві підпруги, які активуються після 
виникнення карстового провалу безпосередньо під фундаментом. Кожна 
підпруга розраховується як гнучка нитка, яка навантажується посередині 
зосередженою силою, що відповідає зусиллю від колони і вазі фундаменту. 
 
Рис. 3.14.  Фундамент з підпругами: 
1 – колони каркасу; 2 – стійки фундаментні; 3 – ванти (трос);   4 – якір 
 
Для каркасних будинків з невеликим навантаженням на колони (до 
100-150 т) рекомендується встановлювати додаткові зв'язки між колонами 
каркаса, перетворюючи каркас у конструкцію, що складається з плоских 
поздовжніх ферм  по рядам колон (рис. 3.15). У разі утворення карстового 
  76 
 
провалу під фундаментами останні не сприймають навантаження від колон, і 
включаються в роботу зв'язки. 
 
Рис. 3.15. Застосування вертикальних зв’язків між колонами 
каркасного одноповерхового  будинку 
 
Будинки промислові одноповерхові на окремих фундаментах, які 
використовуються в карстових районах і будуються без урахування 
можливого впливу провалів, можуть також бути посилені за допомогою 
підпруг і вертикальних зв'язків. Канати та арматура можуть служити в якості 
підпруг. Спосіб кріплення підпруг до колони та схема підсилення окремого 
фундаменту за допомогою підпруг показані на рисунках 3.16, 3.17. 
Вертикальні зв'язки по колонам виготовляються з прокатної сталі та 
рекомендується розміщувати лише у крайніх рядках колон, біля поздовжніх 
стін. 
При забезпеченні стійкості зовнішніх колон у випадку утворення 
провалу під їх фундаментами, необхідно використовувати анкер, який 
знаходиться за межами будинку. Рекомендується забезпечувати з'єднання 
анкера з торцевою частиною колони через використання підпруг [17]. 
 
  77 
 
 
 
Рис.3.16. Кріплення підпруг до колони за допомогою металевих 
пластин 
 
 
                                 
 
              3.17. Схема кріплення підпруг до підошви фундамента 
 
  78 
 
 
Один із методів, який забезпечує стабільність окремих фундаментів 
будівель та обмежує їх переміщення, рекомендується використовувати 
рішення, яке подано на схемі 10 у таблиці 3.3. Ця конструкція захисту 
представляє собою жорстку систему, встановлену під підошвою фундаменту 
вздовж всієї довжини будівлі і зафіксовану у торцях анкерами. Жорсткою 
ниткою в даній конструкції можуть служити рельси, балки або труби. Щоб 
уникнути врізання в основу, застосовується опирання на залізобетонні 
подушки. В області провалу ця конструкція забезпечує випадання блоків та 
вільне зависання нитки. Цей метод протикарстового захисту каркасних 
споруд є найбільш ефективним при навантаженні на колону не більше 500 кН 
і розміщенні колон з інтервалом 6 метрів [9]. 
Варіантом підвищення згинальної жорсткості каркасної будівлі може 
бути об'єднання окремих фундаментів у єдину залізобетонну монолітну 
стрічку. Поперечний розріз і армування такої стрічки повинні визначатися 
шляхом розрахунку, враховуючи можливий максимальний діаметр 
карстового провалу і його розташування. Цей розрахунок ґрунтується на 
тому, де у фундаменті можливі максимальні додаткові зусилля. 
Для каркасних будинків на палевих фундаментах в разі утворення 
карстових порожнин і провалів у її основі, можна використовувати 
різноманітні конструктивні захисти. Серед них можуть бути підпруги, 
ферми, балки жорсткості та вертикальні зв’язки. Також ростверки 
фундаментів можна об’єднувати в монолітну залізобетонну стрічку та 
влаштуватиїх випуски за межі будівлі [40]. 
Для випадків, коли міцні незакарстовані породи знаходяться на  
невеликій глибині (приблизно до 20 метрів), може бути використано 
буронабивні палі-стійки (див. рисунок 3.20). Застосування таких палі-стійок є 
ефективним, особливо в районах з вираженими карстово-суфозійними 
провалами, де міцні незакарстовані породи розташовані на невеликій глибині 
під товщею незв’язних грунтів, що піддаються суфозії. Також застосування 
  79 
 
таких палі-стійок є ефективним, коли в закарстованому масиві, який 
перетинається палями, відсутня загроза обвалу великих мас скельних порід, 
які можуть пошкодити палі [46]. 
Коли міцні скельні породи знаходяться на великій глибині, і у 
промисловій будівлі відсутні значні зосереджені навантаження (приблизно не 
більше 100-150 тонн), можливо використання висячих палів. Якщо окремі 
палі або пальові кущі попадають в зону провалу, вони будуть виключені з 
системи. Це вимагає влаштування ростверку достатньої жорсткості, щоб 
витримувати особливі навантаження та працювати при збільшеному 
прольоті. 
 
                             
Рис. 3.18. Схема влаштування фундаментів із буронабивних падь глибокого 
закладання або: 
1 – покрівельна товаі; 2 – породи закарстовані; 3 –породи незакарстовані; 4 
– буронабивні палі-стійки; 5 – колони. 
 
У випадках, коли скельні породи розташовані на значній глибині 
більше 20 метрів, а будівля має  навантаження більше 400 тонн на колону, 
можна рекомендувати застосування буронабивних паль глибокого 
закладання. Глибокі опори мають здатність проникати через всю покрівельну 
товщу ґрунтів і закарстований масив, передаючи навантаження від будівлі на 
  80 
 
міцні породи, які не піддаються впливу карстових процесів. Ці опори 
виготовляються з високоміцного бетону високих марок, мають значну площу 
поперечного перерізу (діаметр до 3 метрів) і високу несучу спроможність. 
Тому вони можуть ефективно витримати додаткові навантаження, що 
виникають внаслідок обвалу карстових порожнин, окрім навантажень від 
будівлі і власної ваги опори. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 3.19. Використання буронабивних паль при підсиленні 
фундаменту: 
1 –пал буронабивні і; 2 – анкери; 3 – балка; 4 – фундамент існуючої 
будівлі; 5 – балка в  фундаменті 
 
У випадках, коли карстові явища не призводять до обвалу та мають 
невеликі розміри по діаметру і глибині, можливо використовувати метод 
опускання залізобетонних колон для вирівнювання каркасів промислових 
будівель при нерівномірних осіданнях окремо стоячих фундаментів. Це 
забезпечує регулювання положення колон по вертикалі за допомогою 
закладання в стакан підколонника термопластичного вкладиша (див. рис. 
3.20) [2]. 
  81 
 
 
Рис. 3.20. Термопластичні вкладиші в стаканах окремо стоячих 
фундаментів 
 
3.2.3 Захист багатоповерхових  каркасних будинків  
Для захисту багатоповерхових каркасних будівель від карстових явищ 
можна використовувати спеціальні конструктивні методи, які дозволяють 
фіксувати конструкції, що розташовані над провалом. Одним з ефективних 
рішень є влаштування аутригерних поверхів по всій висоті будівлі [35] (див. 
рис. 3.21). Ці поверхні складаються з колон, аутригерних ферм, що жорстко 
перев'язані з  ядром будівлі, опоясовуючими по периметру поверху фермами 
та передаючими фермами (див. рис 3.22). 
 
  
 
              Рис. 3.21. Аутригерний поверх багатоповерхової каркасної будівлі 
  82 
 
У випадку використання аутригерних поверхів, колони каркасу слід 
розраховувати не лише на позацентрове стиснення при їхній звичайній 
експлуатації, але й на розтяг, який виникає у випадку карстового провалу. Це 
дозволить значно зменшити обсяг конструкцій, що руйнуються, а отже, 
мінімізувати можливі катастрофічні наслідки руйнування. 
 
     
 
                                             Рис. 3.22.  Ферма аутригерна 
  83 
 
 
Дослідження встановлення складних аутригерних ферм та обстеження 
встановлених конструкцій підтверджують, що найвищу якість монтажу 
можна досягти, використовуючи з'єднання елементів вузлів за допомогою 
сварки, а не болтів. Це також сприяє спрощенню процесу монтажу 
конструкцій (див. рис. 3.23). 
 
 
 
                         
                        Рис. 3.23. Вузли з’єднання  елементів аутригерних ферм 
 
Для захисту багатоповерхових каркасних будинків і спорул від 
карстових явищ раціонально використовувати фундаменти у формі 
перехресних балок (див. рис. 3.24) або монолітної залізобетонної плити (див. 
  84 
 
рис. 3.25). Для забезпечення необхідної жорсткості і міцності фундаментів у 
випадку провалу, по периметру будівлі влаштовуються подовження 
фундаментних балок за периметр споруди або розширюються фундаментні 
плити. Балочні консолі повинна мати довжину більше  0,7 від 
прогнозованого розрахункового провалу. Консоль плитна має бути 
подовжена більше ніж на 0,4 від розрахункового провалу [13]. 
Суттєвим є те, що найбільш критичним є розташування карстової 
воронки в центрі будівлі. Таким чином, при впровадженні заходів 
конструктивного захисту слід враховувати навантаження, що виникають при 
розташуванні воронки у центральній частині будівлі. Важливо відзначити, 
що конструктивні заходи захисту, спроектовані для воронки діаметром 6 
метрів. Але вони повністю витримують додаткові навантаження від провалу 
діаметром 9 метрів. 
 
 
             Рис. 3.24. Фундамент із застосування  перехресних балок 
 
 
Фундаментна плита, що представлена на рис. 3.29) має високий рівень 
армування, що обумовлено високою матеріалоємкістю конструкції (витрати 
сталі арматурної складають 48 кг/м2 [42]. З цієї причини вона не вимагає 
додаткового посилення при утворенні карстової воронки діаметром 3 метри, 
  85 
 
ав тому числі при утворенні провалу діаметром 6 метрів в кутах будинку і по 
його периметру. 
 
                Рис. 3.25. Суцільа монолітна фундаментна плита 
 
3.3 Сучасні конструкції карстовостійких фундаментів 
одноповерхових промислових каркасних будинків, які розроблені на 
кафедрі ПЦБ ЧДТУ та отримані Патенти 
Одним із навпрямків наукових досліджень кафедри промислового та 
цивільного будівництва є розробка нових конструкцій фундаментів та 
технологій виконання будівельних робіт при освоєнні територій із карстово-
суфозними процесами. Конструкції фундаментів, що пропонуються при 
зведенні одноповерхових промислових каркасних будинків, розраховані на 
сприйняття  карстових провалів в основі. Вони забезпечать просторову 
незмінність каркасу будинку, вертикальну стійкість несучих конструкцій, що 
попадають в зону провальних дій і таким чином підвищують їх несучe 
здатність та експлуатаційну надійність. Серед запропонованих фундаменті 
заслуговують на увагу наступні конструкції.  
1. ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ СТРІЧКОВИЙ 
ФУНДАМЕНТ ПІД РЯД КОЛОН (UA 82033 U) 
Збірно-монолітний залізобетонний стрічковий фундамент під ряд колон 
складається із трьох елементів - балки (1), підколонника під колону (2) та 
залізобетонної монолітної шпонки (3). Складений переріз коробчатої балки 
  86 
 
влаштовується із двох залізобетонних двотаврових балок у збірному варіанті. 
Довжина балок дорівнює кроку колон, тобто 6 або 12 метрів, але також може 
бути 18 та 24 метри. Кількість та геометричні параметри балок визначаються 
із геологічних умов, навантажень від каркасу, кроку колон та очікуваному 45 
розмірі карстового провалу. Двотаврові балки з'єднуються за допомогою 
сталевих накладок, які приварюються до закладних металевих елементів у 
полках верхнього і нижнього поясів. 
 
Таке рішення дозволить зафіксувати незмінність конструкції 
коробчатої балки та забезпечити спільну роботу двотаврових балок. В 
конструктивному плані залізобетонний підколонник може бути виконаний як 
у монолітному, так і у збірному виконанні, в залежності від типу колони 
каркасу (металевої або залізобетонної). З'єднання підколонника із балками 
  87 
 
виконується жорстке шляхом влаштування арматурних випусків із стінки 
балки при монолітному підколоннику або використанні закладних деталей, 
коли підколінник є збірним. По довжині балки з'єднуються за допомогою 
ванного зварювання арматурних випусків в полках і стінці, що утворюють 
стик в поперечному напрямку. Таким чином вздовж будівлі утворюється 
система балок, з'єднаних між собою жорстко. Представлений фундамент 
нагадує нерозрізну балку, що лежить на пружній ґрунтовій основі.  
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. При 
нормальних умовах експлуатації будівлі навантаження від колони 
передаються через підколонник (2) на двотаврові балки (1), які, в свою чергу, 
на ґрунтову основу. У випадку, коли під фундаментом виникають 60 
просідання земної поверхні або провал, останній не змінює свого положення, 
так як в роботу включаються балки. Вони повністю сприймають 
навантаження від провальної дії земної поверхні і передають зусилля на 
сусідні балки, за допомогою жорстких стиків. Ці додаткові зусилля, що 
виникають у сусідніх балках, передаються на основу.  
 
2. ЗБІРНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ КОНСОЛЬНО-БАЛОЧНИЙ 
ФУНДАМЕНТ З ОПОРНОЮ ПЛИТОЮ (UA 42791 U) 
Збірний залізобетонний балочний фундамент з опорною плитою 
складається із чотирьох елементів - підколонника (1), двохступеневої 
залізобетонної плити (2) і двох консольних балок (3). В конструктивному 
плані підколонник, який розміщений в центральній частині елемента вільно 
обпирається на фундаментну плиту, являє собою чотирьохгранну призму із 
стаканом під колону і конусоподібним наконечником (5), довжина якого 
відповідає висоті ступені, а розмір поперечного перерізу на межі стакана і 
верхньої ступені складає 0,5S (S - площа опорної частини стакана). Кут 
нахилу конуса повинен бути в межах 75° відносно горизонту. В центрі 
залізобетонної фундаментної плити влаштовується конусоподібний паз (4) 
глибиною, що дорівнює висоті ступені і кутом нахилу 75°. Таким чином 
  88 
 
верхня і нижня частини фундаменту з'єднуються між собою через паз у 
залізобетонній плиті і конусоподібний виступ підколонника. Трикутні 
залізобетонні балки встановлюються вздовж ряду колон опорною п'ятою (8) 
на верхню ступеньку фундамента і приварюються до стакана. Для цього в 
стакані і консольній балці у відповідних місцях передбачені закладні 
металеві елементи (7). Трикутні консольні балки з'єднуються між собою за 
допомогою накладок, які приварюються до закладних деталей (6). Таким 
чином вздовж будівлі утворюється система балок, яка нагадує нерозрізну 
балку, з'єднаних між собою шарнірно і жорстко з фундаментами. Утворений 
фундамент нагадує балку із власною опорою, довжина якої дорівнює кроку 
колон і може складати 6 або 12 метрів.  
 
 
 
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони передаються 
через підколонник (1) та залізобетонну плиту (2) на основу. У випадку, коли 
під фундаментом виникають просідання земної поверхні останній не змінює 
свого положення, так як в роботу включаються консольні балки. Вони 
повністю сприймають навантаження від просідаючої дії земної поверхні і 
передають зусилля на сусідні балки, спершись на них. Ці додаткові зусилля 
передаються сусідніми балками через опорні плити на основу. У цьому 
  89 
 
положенні опорна плита відокремлюється від стакана і переміщується разом 
з основою, чим зменшує поздовжню силу у фундаменті і відповідно 
додаткові зусилля у сусідніх фундаментах. 
3. ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ БАЛОЧНИЙ ФУН- 
ДАМЕНТ ІЗ ОПОРНОЮ МОНОЛІТНОЮ ПЛИТОЮ (UA 79186 U) 
Балочний фундамент складається із трьох елементів - монолітного 
підколонника (1), опорної монолітної залізобетонної плити (2) та закладних 
деталей (3). В конструктивному плані підколонник об'єднує в собі стакан, 
який являє собою чотиригранну призму, та трикутні балки. Підколонник 
встановлюється на монолітну опорну плиту. Таким 45 чином, вздовж будівлі 
утворюється система балок, з'єднаних між собою шарнірно за допомогою 
закладних деталей (3). Представлений фундамент нагадує балку, що лежить 
на пружній основі, довжина якої дорівнює кроку колон і може складати 6 або 
12 метрів.  
 
  90 
 
Принцип роботи фундаменту залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони передаються 
через підколонник (1), опорну плиту (2) на основу. У випадку, коли під 
фундаментом виникають просідання земної поверхні або провал, останній не 
змінює свого положення, так як починає працювати як балка. Він повністю 
сприймає навантаження від провальної дії земної поверхні і передає зусилля 
на сусідні балки, опершись на них. Ці додаткові зусилля, що виникають у 
сусідніх балках, передаються ними через монолітну опорну плиту на основу.  
 
4. ЗБІРНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ ФУНДАМЕНТ З ОПОРНИМИ 
ФЕРМАМИ   (UA 98645 U) 
Залізобетонний фундамент з опорними фермами складається із п'яти 
елементів - підколонника (1), опорної залізобетонної плити (2), двох ферм (3) 
і блок-подушок (4). В конструктивному плані підколонник, який розміщений 
в центральній частині елемента, являє собою чотиригранну призму із 
стаканом під колону і вільно обпирається на фундаментну опорну плиту. 
Залізобетонні ферми встановлюються вздовж ряду колон на опорну плиту та 
залізобетонні блок-подушки і приварюються до стакана. Для цього в стакані і 
фермі у відповідних місцях передбачені закладні металеві елементи (6). 
Розміри ферми і стакана у місці їх примикання повинні бути однаковими. 
Залізобетонні ферми, що обпираються вузлами на блок-подушки (4) вздовж 
ряду колон, з'єднуються між собою за допомогою накладок, які 
приварюються до закладних деталей (5). Таким чином вздовж будівлі 
утворюється система балок, з'єднаних між собою шарнірно і жорстко з 
фундаментами. Представлений фундамент утворює балку, що лежить на 
пружній основі, довжина якої дорівнює кроку колон і може складати 6 або 12 
метрів.  
 
 
 
  91 
 
 
 
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони передаються 
через підколонник (1), залізобетонну плиту (2) та частково ферми (3) на 
основу. У випадку, коли під фундаментом виникають просідання земної 
поверхні або провал, фундамент не змінює свого положення, через те, що в 
роботу включаються ферми. Вони повністю сприймають навантаження від 
провальної дії земної поверхні і передають зусилля на ферми фундаментів, 
що стоять поряд, опершись на них. Ці додаткові зусилля, що виникають у 
сусідніх фермах, передаються ними через блок-подушки на основу. Для 
цього стану опорна плита а також блок-подушки, що попали в зону провалу, 
відокремлюється від стакана і ферм та переміщуються разом з основою, чим 
зменшують навантаження на сусідні фундаменти і відповідно додаткові 
зусилля у них. 
  92 
 
5. ЗБІРНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ ФУНДАМЕНТ З ОПОРНИМИ 
ВЗАЄМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНИМИ ФЕРМАМИ   (UA 104041 U) 
 
Залізобетонний фундамент з опорними фермами складається із десяти 
елементів - підколонника (4), опорної залізобетонної плити (2), чотирьох 
ферм (5) і чотирьох блок-подушок (3). В конструктивному плані 
підколонник, який розміщений в центральній частині фундаменту, являє 
собою чотиригранну призму із стаканом під колону і вільно обпирається на 
фундаментну опорну плиту. Залізобетонні ферми встановлюються вздовж і 
впоперек рядів колон на опорну плиту та залізобетонні блок-подушки і 
приварюються до стакана. Для цього в стакані і фермі у відповідних місцях 
передбачені закладні металеві елементи (6, 7). Розміри ферми і стакана у 
місці їх примикання повинні бути однаковими. Представлений фундамент 
утворює просторову конструкцію, що лежить на пружній основі, розміри 
якого в повздовжньому і 45 поперечному напрямках можуть складати від 6 
до 24 метрів. 
 
  93 
 
 
Принцип роботи фундаменту залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони передаються 
через підколонник (4), залізобетонну плиту (2) та блок-подушки (3) на 
піщану основу (1). У випадку, коли під фундаментом виникають просідання 
земної поверхні або провал, фундамент не змінює свого положення, так як в 
роботу 50 включаються ферми. Вони повністю сприймають навантаження від 
провальної дії земної поверхні і передають зусилля на основу через блок-
подушки. У цьому стані опорна плита, що попала в зону провалу, 
відокремлюється від стакана і переміщується разом з основою, чим 
зменшуються навантаження на опорні ферми і відповідно зусилля у них. 
 
6. ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ ФУНДАМЕНТ З 
ОПОРНИМИ ВЗАЄМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНИМИ ФЕРМАМИ ТА 
ОПОРНИМ ЗАЛІЗОБЕТОННИМ БЛОКОМ        (UA 129518 U) 
Залізобетонний фундамент з опорними взаємно перпендикулярними 
35 фермами складається із наступних елементів - підколонника (1), опорної 
залізобетонної плити (2), чотирьох трикутних ферм (3) і опорного 
монолітного залізобетонного блока (4). В конструктивному плані 
підколонник, який розміщений в центральній частині фундаменту, об'єднує в 
собі чотири трикутні ферми та стакан для зачеканення колони, який 
опирається на опорну плиту, розмір якої у площині поперечної рами 
залежить від розміру опорної частини 40 ферми. Другим кінцем ферми 
обпираються на опорний монолітний залізобетонний блок, розміри якого 
визначаються залежно від прогнозованих розмірів карстових провалів та 
товщини стиснутого масиву під фундаментом. Залізобетонні ферми 
встановлюються під кутом 45° відносно головних осей колон на опорну 
плиту та грані залізобетонного опорного монолітного блока і за допомогою 
зварювання з'єднуються з ними. Для цього в стакані, опорному 45 
монолітному залізобетонному блоці і фермі у відповідних місцях передбачені 
  94 
 
закладні металеві елементи (5). Розміри ферми і стакана у місці їх 
примикання повинні бути однаковими. Представлений фундамент утворює 
просторову конструкцію, що лежить на ґрунтовій основі, розміри якого в 
повздовжньому і поперечному напрямках можуть складати від 12 до 36 
метрів.  
 
 
 
 
 
  95 
 
Принцип роботи фундаменту залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов 50 експлуатації будівлі навантаження від колони 
передаються через підколонник (1), залізобетонну плиту (2) та монолітний 
залізобетонний блок (4) на ґрунтову основу (6). У випадку, коли під 
фундаментом виникають просідання земної поверхні або провал, фундамент 
не змінює свого положення, так як в роботу включаються ферми та опорний 
монолітний залізобетонний блок. Вони повністю сприймають навантаження 
від провальної дії земної поверхні і перерозподіляють 55 зусилля в опорному 
монолітному залізобетонному блоці і передають їх на незайману ґрунтову 
основу. Опорна плита, що попала в зону провалу, відокремлюється від 
стакана, що зменшує навантаження на опорні ферми і опорний монолітний 
залізобетонний блок. 
 
7.  ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ СТРІЧКОВИЙ 
ФУНДАМЕНТ З НЕСУЧИМИ ФЕРМАМИ    (UA 130755 U) 
Залізобетонний фундамент з несучими фермами складається із 
чотирьох елементів - монолітного залізобетонного підколонника (1), 
монолітної залізобетонної стрічкової плити (2), збірних залізобетонних ферм 
з паралельними поясами (3) і металевих прокладок (4). В конструктивному 
плані підколонник представляє стакан у вигляді чотиригранної призми, який 
об'єднує ферми. Залізобетонні ферми мають арматурні випуски (5) для 
зміцнення опорної частини фундаменту і кращого зчеплення ферм в 
опорному вузлі. Залізобетонні ферми обпираються вузлами нижнього пояса 
через металеві прокладки, товщиною 20-30 мм, на монолітну стрічкову 
плиту. Товщина плити повинна прийматися в межах 200-300 мм, а ширина - 
інженерно-геологічними умовами майданчика будівництва та не менше 
розмірів підколонника.  
 
  96 
 
 
 Таким чином вздовж будівлі утворюється система ферм, з'єднаних 
між собою жорстко за допомогою влаштування монолітного підколонника. 
Представлений фундамент являє собою стрічковий фундамент, утворений із 
ферм з паралельними поясами, що лежить на пружній основі. Довжина 
фундаменту дорівнює довжині будівлі, а довжина збірних залізобетонних 
ферм 50 може складати 6 або 12 метрів.  
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони передаються 
через підколонник (1), монолітну залізобетонну плиту (2) на основу. У 
випадку, коли під фундаментом виникають просідання земної поверхні або 
провал, останній не змінює свого положення і починає працювати як 55 
ферма. Він повністю сприймає навантаження від провальної дії земної 
поверхні і перерозподіляє зусилля на сусідні ферми. Ці додаткові зусилля, що 
виникають у сусідніх фермах, передаються ними через залізобетонну плиту 
на основу. 
  97 
 
8.  ПРОТИКАРСТОВИЙ ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ 
ФУНДАМЕНТ З ПІДПРУГАМИ    (UA 152295 U) 
Запропонований збірно-монолітний залізобетонний фундамент з 
підпругами складається із наступних елементів - підошви окремого 
фундаменту (1), підколонника (2), підпруг (4), залізобетонної балки (5), 
металевих накладок (6). Підпруги кріпляться до підколонника та підошви 
окремого фундаменту по поздовжній координаційній осі будинку в один ряд 
через металеві закладні деталі, прикріпляються циліндричним штифтом до 
них, утворюючи хрестовидні зв'язки між фудаментами. Залізобетонна балка 
встановлюється на підколонник і жорстко з'єднується з колоною (3) по двох 
бокових і верхній гранях накладками (6) через закладні деталі в місцях стиків 
електродуговим зварюванням. Довжина балки lб визначається кроком колон і 
їх розмірами за формулою lб=L-bk, де L - крок колон; bk - поперечний розмір 
грані колони. В конструктивному плані залізобетонний підколонник може 
бути виконаний як цільно-монолітний, так і у вигляді стакана, залежно від 
типу колони каркаса (металевої або залізобетонної). З'єднання колон із 
балками виконується за допомогою металевих накладок електродуговим 
зварюванням у місцях стиків по бокових та верхній гранях балки. Ширина 
залізобетонної прямокутної балки у місці примикання до колони повинна 
відповідати розміру грані колони. Висота балки розраховується з 
урахуванням спільної роботи з підпругами на провальну дію основи під 
одним із фундаментів.  
 
  98 
 
Таким чином вздовж будівлі утворюється система із окремих 
фундаментів, хрестовидних зв'язків між ними у вигляді підпруг і 
залізобетонних балок, що влаштовані між колонами та з'єднаних із ними 
жорстко.  
Представлений фундамент являє собою комплексну конструктивну 
стійку систему, в якій при нормальних умовах експлуатації навантаження від 
колони передаються на ґрунтову основу підошвою окремого фундаменту. У 
випадку, коли під фундаментом виникають просідання земної поверхні або 
провал, останній не змінює свого положення, так як додаткові зусилля 
передаються підпругами на сусідні фундаменти і утримують його в 
проєктному просторовому положенні.  
Запропонований фундамент може застосовуватися в різних ґрунтових 
умовах, відрізняється універсальністю використання для різноманітних 
конструктивних систем каркасних будівель, високою несучою здатністю 
фундаментів та надійністю в експлуатації і може бути використаний при 
будівництві каркасних будинків промислового призначення на закарстованих 
територіях. 
 
9.  КАРСТОСТІЙКИЙ ФУНДАМЕНТ ПІД КОЛОНИ КАРКАСНОЇ 
ПРОМИСЛОВОЇ БУДІВЛІ     (UA 152540 U) 
Запропонований фундамент складається із монолітного підколонника 
(2), залізобетонної опорної плити (3), підпруг (4), вант (5), залізобетонних 
блок-подушок (6). В конструктивному плані підколонник являє собою 
чотиригранну призму, всередину якої встановлюється і замонолічується 
колона (1). Підколонник монолітиться на опорну залізобетонну плиту, яка 
влаштовується на піщану подушку (7). Підпруги прикріплюються через 
закладні деталі до підколонника і бокової поверхні опорної плити по 
буквеній координатній осі. Між опорними плитами монтуються збірні 
залізобетонні блок-подушки, по яким укладаються сталеві ванти у два ряди 
на відстані 1/10 від їх краю та прикріпляються до опорної плити. Всі 
  99 
 
з'єднання підпруг і вант до підколонника та опорної плити виконується за 
допомогою циліндричних осей, конструкція і параметри яких наведені в 
ГОСТ 9650-80.  
 
 
 
Таким чином у фундаментній частині утворюється система хрестових 
зв'язків, яка у поєднанні з сталевими вантами утворюють фундамент з 
підвищеною несучою здатністю на дію карстово-провальних процесів земної 
поверхні.  
Принцип роботи фундаменту залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони (1) 
передаються через підколонник (2), опорну плиту (3) на основу. У випадку, 
коли під фундаментом однієї із колон виникають просідання земної поверхні 
або провал, останній не змінює свого положення, так як при цьому в роботу 
включаються підпруги і ванти, які утримують підошву фундаменту від 
просідання, горизонтальних переміщень і передають додаткові зусилля на 
конструкції фундаменту, які знаходяться справа і зліва від фундаменту, який 
попав в зону провалу.  
  100 
 
Запропонований фундамент відрізняється високою несучою 
здатністю, стійкістю та надійністю в експлуатації і може бути використаний 
при будівництві каркасних будинків промислового призначення на 
територіях з карстово-провальними процесами земної поверхні. 
 
10.  ПРОТИКАРСТОВИЙ ФУНДАМЕНТ ПІД КОЛОНИ КАРКАСНОЇ 
ПРОМИСЛОВОЇ БУДІВЛІ     (UA 152314 U 
Запропонований фундамент складається із монолітного підколонника 
(2), залізобетонної опорної плити (1), підпруг (3), монолітної залізобетонної 
стрічкової плити (5). В конструктивному 50 плані підколонник являє собою 
собою чотиригранну призму, всередину якого встановлюється і 
замонолічується колона (4). Підколонник монолітиться на опорну 
залізобетонну плиту, яка влаштовується на стрічковій монолітній плиті по 
цифровим координаційним вісям промислового каркасного будинку. 
Підпруги закріплюються через закладні деталі до підколонника і 
монолітної стрічкової плити 55 у місці примикання опорної плити. Таким 
чином у фундаментній частині утворюється система хрестових зв'язків, яка у 
поєднанні з стрічковою залізобетонною плитою утворюють фундамент з 
підвищеною несучою здатністю на дію карстово-провальних процесів земної 
поверхні.  
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. Для 
нормальних умов експлуатації будівлі навантаження від колони (4) 
передаються через підколонник (2), опорну 60 плиту (1) та стрічкову 
монолітну плиту (5) на основу. У випадку, коли під фундаментом одної із UA 
152314 U 2 колон виникають просідання земної поверхні або провал, 
останній не змінює свого положення, так як при цьому в роботу включаються 
підпруги, які утримують стрічкову монолітну плиту від просідання і 
  101 
 
 
передають додаткові зусилля підпругами на конструкції фундамента, які 
знаходяться справа і зліва від провалу. Стрічкова монолітна плита, на яку 
спирається опорна 5 плита, не дає переміщуватися фундаменту в площині 
поперечної рами будинку, підвищуючи її горизонтальну стійкість.  
Запропонований фундамент може використовуватися для різних 
ґрунтових умов і конструктивних систем каркасних будівель, відрізняється 
високою несучою здатністю, стійкістю та надійністю в експлуатації і може 
бути використаний при будівництві каркасних будинків 10 промислового 
призначення на закарстованих територіях. 
 
11.  ЗБІРНО-МОНОЛІТНИЙ ЗАЛІЗОБЕТОННИЙ ФУНДАМЕНТ З ОПОРНИМИ 
ПІРАМІДАЛЬНИМИ ПАЛЯМИ    (UA 150019 U) 
Запропонований збірно-монолітний залізобетонний фундамент з 
опорними пірамідальними палями складається із чотирьох елементів - двох 
залізобетонних пірамідальних паль (1), залізобетонної балки (2) та 
підколонника (3). Пірамідальні палі влаштовуються на відстані 1/4l від краю 
балки, де l - довжина балки, що дорівнює кроку колон 6 або 12 метрів. 
  102 
 
Кількість та геометричні параметри пірамідальних паль та балок 
визначаються із геологічних умов основи, навантажень від каркаса, кроку 
колон та очікуваному розмірі карстового провалу. В конструктивному плані 
залізобетонний підколонник може бути виконаний як у монолітному, так і у 
збірному варіанті, в залежності від типу колони каркаса (металевої або 
залізобетонної). З'єднання підколонника із балками виконується шляхом 
влаштування арматурних випусків із верхньої грані балки при монолітному 
підколоннику або з'єднується з балкою за допомогою металевих закладних 
деталей електродуговим зварюванням, коли підколонник є збірним. Ширина 
прямокутної балки дорівнює ширині підколонника і з'єднуються балки між 
собою вздовж будівлі через закладні деталі (4) металевими накладками та 
електродуговим зварюванням їх зверху і по бокових гранях.  
 
 
Таким чином, вздовж будівлі утворюється система балок, з'єднаних 
між собою жорстко. Представлений фундамент нагадує нерозрізну балку, що 
частково лежить на пружній ґрунтовій основі та через 3 або 6 метрів 
(відповідно для кроків колон 6 та 12 метрів) обпирається на пірамідальні 
палі.  
  103 
 
Принцип роботи фундамента залежить від умов експлуатації. При 
нормальних умовах навантаження від колони передаються через підколонник 
(3) та балки (2) частково на ґрунтову 5 основу та пірамідальні палі. У 
випадку, коли під фундаментом виникають просідання земної поверхні або 
провал, останній не змінює свого положення, так як додаткові зусилля 
передаються на сусідні балки та пірамідальні палі. Вони повністю 
сприймають навантаження від провальної дії земної поверхні і передають їх 
на основу.  
Запропонований фундамент відрізняється універсальністю 
використання для різних ґрунтових умов і конструктивних систем будівель, 
високою несучою здатністю та надійністю в експлуатації і може бути 
використаний при будівництві каркасних будинків промислового 
призначення на закарстованих територіях. 
 
 
3.4. Висновки 
1. Представлені схема виконання тампонажних робіт водостійкими 
матеріалами а також закріплення закарстованих порід. Досліджено 
протикарстові інженерно-геологічні заходи, які мають найбільшу 
кфективність. 
2. Виконано аналіз та обґрунтовано конструктивні методи захисту 
будівель та споруд від впливів карстових провалів. Визначено область їх 
вмкористання та умови ефективності роботи. 
3. Розглядаються методи підсилення та захисту конструкцій 
безкаркасних будинків, які знаходяться на закарстованих територіях. 
Пркдставлено технологічну схему підсилення стрічкових фундаментів 
залізобетонними обоймами. 
4. Приводяться і обґрунтовуються  схеми конструктивних заходів 
захисту одноповерхових промислових каркасних будиків. 
  104 
 
5. Розглядається застосування у якості протикарстового захисту 
багатоповерхових будівинків влаштування по висоті аутригерних поверхів. 
Одним із приоритетних напрямків рекомендується застосування перехресних 
стрічкових фундаментів із суцільних залізобетонних балок та монолітної 
плити. 
6. Розглянуті сучасні конструкції карстово-стійких фундаментів 
одноповерхових промислових каркасних будинків, які розроблені на кафедрі 
ПЦБ ЧДТУ та отримані Патенти. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  105 
 
РОЗДІЛ 4 
ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ПРОТИКАРСТОВИХ 
ФУНДАМЕНТІВ ШЛЯХОМ ПОРВНЯННЯ  ТЕХНІКО-
ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ 
 
4.1 Вихідні дані по об’єкту 
4.1.1 Коротка характеристика будівлі 
Майданчик школи №60 розташований на території м. Кузнецовськ і має 
земельні межі, що сходять на північ і захід вздовж території міськобудівного 
комплексу з 9-типоверховими житловими будинками. Рельєф території 
характеризується схилом від заходу до сходу і визначається висотами в межах 
175,50-172,60 метрів. Розташування будівлі школи на місцевості наведена на 
рис. 4.1. 
 
Рисунок 4.1 – Розташування будівлі школи на місцевості 
  106 
 
ЗАО «УКРАТОМЕНЕРГОБУД» в 2006 році розробив проект [62]  
будівництва школи №60 м. Кузнецовськ. На період технічного обстеження 
стану обʼєкта встановлено його наступні характеристики: 
 Фундаменти монолитні з відмітки -5,300 м до відмітки -3,500 м;   
 підвал із стінами з фундаментних блоків (-3,500 м до  -0,500 м і    
-1,700 м); 
 пояси залізобетонні монолітні висотою 200мм по  
фундаментнимм блокам стін підвалу (до -0,300 м, -1,500 м, -0,720 м). 
Згідно з проектом, школа є трьохповерховою будівлею, складеною з 
трьох блоків та обладнаною підвалом (див. рис. 4.2). Загальна висота будівлі 
становить 14,40 м, а до конструкції скатної покрівлі - 11,70 м. Під будівлею 
запроектовано підвал висотою 3,300 м. У всіх блоках висоьа поверху школи 
складає 3,6 м. Окремо варто відзначити, що висота спортзалу, залу 
гімнастики та актового залу становить 6,3 м. 
 
 
Рисунок 4.2. – Схема поділу  будівлі школи на блоки 
 
  107 
 
 
Будівля запроектована безкаркасна. Конструктивна схема жорстка з 
несучими поздовжніми стінами. Несучі стіни – поздовжні, конструктивна 
схема – жорстка. 
Фундаменти виконані у формі монолітних залізобетонних балок із Т-
подібним перерізом. З метою підвищення жорсткості та міцності фундаменту 
в кутових і крайніх ділянках будівлі застосовано консольне подовження 
стрічок. На рис. 4.3 наведений план фундаменту. 
Підвальна частина будівлі реалізована з монолітних фундаментних 
блоків ФБС, при цьому передбачено влаштування армованого монолітного 
залізобетонного пояса під перекриттям підвалу. 
Внутрішні та зовнішні стіни виконані із цегли силікатної при 
використанні цементно-вапняного розчину, з використанням арматурних 
сіток і перев’язок для зміцнення конструкції. 
Покриття і перекриття над підвалом, поверхами передбачено 
застосовувати із збірних залізобетонних плоских плит з круглими пустотами 
та монолітними ділянками. Для покриття актового залу використані металеві 
конструкції. Покриття спортзалів реалізовані за допомогою збірних 
залізобетонних ребристих плит. 
 Площадки та сходові марші реалізовані із збірного залізобетону, в 
окремих місцях - збірні залізобетонні сходи монтуються по металевих 
косоурам. 
У ролі несучих конструкцій для покрівлі передбачено використання 
двоскатних ферм і балок із прокатних профілів, які будуть опиратися на 
несучі стіни. Кроквяні ферми спроектовані із прямокутних і квадратних 
трубчастих профілів. На кроквяних фермах буде встановлена балочна 
система для кріплення обрешітки із прокатних профілів. Стійкість кроквяної 
системи із площини поперечної рами забезпечується зв'язками, 
розташованими між фермами. 
  108 
 
Покриття глядацького залу школи складається з чотирьох ферм, 
виготовлених із труб гнуто-зварних квадратного перерізу. Крок між фермами 
становить 3 метри, а їхня довжина - 15 метрів. Ферми об'єднані між собою за 
допомогою вертикальних і горизонтальних зв'язоків з коробковим перерізом. 
На фермах передбачений профільований настил. 
Вітражі представлені у вигляді рамної конструкції із стійок і ригелів 
внутрішнього і зовнішнього вітража. 
 
4.1.2 Інженерно-геологічна дані території майданчика 
Будівельний майданчик розташований в межах Поліської карстової 
області Центрального району. Головним негативним геологічним явищем є 
суфозійно-карстовий процес. 
Можливість активізації та розвитку суфозійно-карстових процесів 
обумовлена геологічною структурою, наявністю зон тектонічного ослаблення, 
станом крейдяної товщі та гідрогеологічними умовами. Відсутність в 
геологічному розрізі товщі слабопроникних порід, які могли б виконувати 
функцію регіонального водоупору, свідчить про те, що тут існує єдина 
гідравлічна складна система. Вплив техногенних факторів, зокрема, 
інфільтрації господарсько-побутових вод, порушує режим цієї системи і 
виступає як несприятливий фактор. 
На даній території карстовою породою є крейда, і вплив техногенних 
факторів може значно підвищити інтенсивність процесів карстоутворення. 
Швидкість розвитку карстово-суфозійно явищ залежить від стану товщі 
крейди. Ця товща неоднорідна і включає в себе різновиди, такі як масивна 
крейда м'яко-і тугопластичної консистенції, тріщинувата і сільнотрещіновата. 
В крейді на території м. Кузнецовська можна виявити області з 
пустотними інтервалами та великими тріщинами, які заповнені частинками 
вищерозташованих порід. Ці розщільнені інтервали спостерігаються також у 
четвертинних відкладеннях, які покривають крейду. 
  109 
 
Розглянута ділянка відповідно до «Схематичних планів районування 
території за умовами і ступенем розвитку карсту» знаходиться у межах 
району1, де можливий прояв карстово-суфозійних процесів. 
Згідно з джерелом [11], територія має категорію стійкості V за 
інтенсивністю провалоутворення (менше 0,01 випадків на км2 в рік) та 
категорію Г за середніми діаметрами карстових провалів (до 3 м). 
На майданчику будівництва за результатами інженерно-геологічних 
досліджень діючих карстових порожнин не виявлено.  
Основою фундаментів є кварцевий пісок середньої крупності з 
◦
нступними характеристиками Е=38 МПа, с=2 кПа, φ=37 . В місці інженерно-
геологічних досліджень №9702 (рис. 4.1) основою під фундаментами є пісок 
◦
кварцевий дрібний з характеристиками Е=35 МПа, с=3 кПа, φ=34 . В місці 
інженерно-геологічних досліджень №9713,№9717 основою під 
фундаментами є супісок з твердою консистенцією та прошарками піску, що 
◦
має характеристики Е=30 МПа, с=32 кПа, φ=25 .    
 
4.2 Розрахунок прогнозованого діаметра провалу 
 
Врахування можливості сприйняття зусиль при особливих 
навантаженнях, що виникають у зв'язку з карстовими провалами, є важливим 
етапом при проектуванні фундаментно-підвальної частини будівлі. Розмір 
карстових провалів в плані є основним параметром, який використовується 
при розрахунках фундаментів, згідно з матеріалами інженерно-геологічних 
вишукувань [22]. 
Розмір карстового провалу розраховувався за умови рівноваги 
круглоциліндричного стовпа, який знаходиться над карстовою порожниною 
[26]. Вага цього стовпа врівноважується сумарним тертям, яке діє по його 
бічній поверхні (див. рис. 4.4, 4.5). Основні принципи розрахунку діаметрів 
карстових провалів були розглянуті в розділі 2. 
  110 
 
Значення розрахункове діаметра (dпр) є провалом з мінімальним 
діаметром, який може утворитися з глибини розташування порожнини. Для 
того, щоб утворення провалу з такої глибини було можливим, діаметр 
порожнини в плані повинен бути не менше розрахункового значення dпр. 
Діаметр провалу вираховується за формулою: 
 
 (c j  h j ) f j
dnp  4 ,                       (4.1) 
q j
   де hj – товщина j-го шару грунту,  cj - значеннями питомого 
щеплення; φj - кут внутрішнього тертя;  γj - питома вага. 
 
Рис. 4.4 – Схема розрахункова  визначення діаметра  карстового провалу: 
1 – епюра зусиль і від зовнішнього навантаження;  2 –   епюра зусиль 
від власної ваги грунту 
 
  111 
 
 
Рисунок 4.5 – Схема  визначення розрахункового діаметру карстового 
провалу 
 
 1 
                    f j  P0  j  ( i  hi )   j  h j   h j  k j  tg j                   (4.2) 
 2 
    k j 1 sin j                    (4.3) 
              ;                                  (4.4) 
 
де:  - коефіцієнт розподілу напруг по глибині основи;  
-й номер шару ґрунту, що залягає над -м шаром 
Ро – тиск середній під підошвою фундаменту, який визначається з 
урахуванням тиску пророднього в ґрунті. Видима глибина провалу ho  
дорівнює висоті провалу і  вільна від рихлого грунту. 
Діаметр розрахунковий провалу склав dпр  3.35м  і перевищує  середній 
діаметр порожнини у даному районі d  3м (відповідає  картам поширення 
 
карстових проявів по величині і типу). Таким чином, після виникнення 
карстової порожнини є імовірність виникнення на поверхні землі провалів (за 
певних умов). 
Після виникнення циліндричного або куполоподібного провалу на 
поверхні землі або під фундаментом будівлі, вплив ваги грунту та 
навантаження від споруди призводить до зменшення нахилу схилів, поки 
  112 
 
провал не досягне стійкого стану. Як результат, форма провалу змінюється 
на воронку з діаметром по верху (dE). Визначення цього значення 
проводиться враховуючи умови стійкості стінок провалу, які виражені за 
допомогою формул (2.5 – 2.6). 
Розрахований прогнозований діаметр провала складає dE  5.85м . У 
якості вихідних даних для розрахунків фундаментів на дію карстово-
суфозійних процесів було прийнято прогнозований діаметр провальної 
воронки  d E  6.0м . Крім того, з метою урахування впливу техногенних 
факторів на розміри провалів, а також для визначення ступеня надійності 
протикарстових заходів, були виконані розрахунки на вплив провалів 
діаметрами 9 і 12 м. 
Прогнозований розрахований діаметр провалу складає dE  5.85м . При 
визначенні параметрів для розрахунків фундаментів з урахуванням карстово-
суфозійних процесів використовувався прогнозований діаметр провальної 
воронки d E  6.0м . Додатково, з метою врахування техногенного впливу на 
розміри провалів та визначення ступеня надійності протикарстових заходів, 
проводилися розрахунки для провалів з діаметрами 9 і 12 м. 
 Визначення технічних параметрів фундаментів будівлі школи і його 
основи проводилися за таких умов: 
1. Грунти в основі будівлі у  природному стані, без ознак карстових 
процесів; 
2. На окремох ділянках основи будівлі виконувалося моделювання 
виникнення провалів діаметром 6, 9 и 12м; 
Для чотирьох варіантів розрахункових схем виконувалися такі 
розрахунки: 
Варіант 1 – розрахункова схема відповідає стану будівлі перед 
виникненням карстових проявів і визначає напружено-деформований стан 
конструкцій фундаменту будівлі за звичайних умов експлуатації. 
  113 
 
Варіант 2 – розрахункова схема відображає стан будівлі при утворенні 
під фундаментами провалу діаметром 6 м; 
Варіант 3 – розрахункова схема відображає стан будівлі при утворенні 
під фундаментами провалу діаметром 9 м; 
Варіант 4 – розрахункова схема відображає стан будівлі при утворенні 
під фундаментами провалу діаметром 12 м; 
 
4.3 Розрахунково-конструктивні схеми двох варіантів 
протикарстових фундаментів 
4.3.1 Дослідження існуючих перехресних фундаментів школи 
У будівлі школи пропонуються наступні протикарстові конструктивні 
заходи: 
 залізобетонні монолітні балки фундаментні, що виносяться за межі 
будівлі на 8,0 м; 
 під перекриттям підвалу монолитні пояси. 
Фундаменти запропоновані у формі монолітних залізобетонних 
перехресних стрічок Т-подібного перерізу, виготовлених з бетону класу В15. 
Висота фундаментів становить 1800 мм, ширина верхньої частини 
коливається від 400 до 600 мм, ширина нижньої частини змінюється від 1000 
до 2600 мм. З метою підвищення міцності і жорсткості фундаментів 
передбачено у крайових і кутових ділянках будівлі консольне подовження 
фундаментів на 8 метрів. 
Відмітка відносна низу підошви фундаментів складає -5,300 м, а 
абсолютна відносно рівня океану – 170,400 м. 
Схема розміщення арматурних елементів у стінах фундаментів 
відображена на рисунку 4.6. Моделювання арматурних деталей стін 
фундаментів у розрахункових схемах будівлі виконувалося з використанням 
стержнів та пластин відповідно до проектного армування. 
  114 
 
Ø36AIII Ø16AIII
Ø36AIII
Ø8AIII
Ø36AIII
Ø36AIII
К-1_К-1А
Ø12AIII Ø16AIII
Ø16AIII
Ø12AIII
К-2_К-2А
Ø12AIII
Ø16AIII
Ø16AIII
Ø12AIII
 
Рис. 4.6 – Конструктивна схема та армування стін фундаментів 
 
Модель будівлі школи розрахункова створена по результатіам 
інженерно-геологічних вишукувань та креслень. 
Фрагменти розрахункових схем будівлі школи представлені на рис. 4.7-
4.12 
  115 
 
 
Рисунок 4.7 – Розрахункова схема будівлі школи. Блок 1 
 
 
 
Рисунок 4.8 – Розрахункова схема будівлі школи і  фундаментної 
частини. Блок 1 
  116 
 
 
 
Рисунок 4.9 – Розрахункова схема будівлі школи. Блок 2 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.10 – Розрахункова схема будівлі школи і  фундаментної 
частини. Блок 2 
 
  117 
 
 
Рисунок 4.11 – Розрахункова схема будівлі школи. Блок 3 
 
 
Рисунок 4.12 – Розрахункова схема будівлі школи і  фундаментної 
частини. Блок 3 
 
 
  118 
 
4.3.2 Дослідження  варіанту протикарстового фундамента школи у 
вигляді суцільної плити 
 
Для здатності адаптуватися до виявлення карстово-суфозійних 
процесів розглядається можливість використання фундаменту у формі 
суцільної плити з товщиною h=50 см. З метою більш точного порівняння 
обох варіантів протикарстового захисту, обирається однаковий клас бетону. 
(В15).  
Для забезпечення міцності і  жорсткості фундаментів при появі 
карстового провалу, відповідно до вимог нормативних документів, на 
ділянках крайових фундаментної плити проектується розширення 
фундаментної плити за межі будівлі школи більше ніж на 0,4 розрахункового 
діаметра провалу [13]. Приймаючи до уваги техногенний вплив на території 
району будівництва та з метою підвищення надійності протикарстових 
заходів подовження плитної консолі приймається на 5 метрів. 
Відмітки низу фундаментів: відносна  -4,000 м, абсолютна – 171,700 м.  
Розрахункові схеми 1,2 і 3 блоків будівлі з альтернативним варіантом 
конструктивного протикарстового захисту приведені на рис. 4.13-4.15. 
Армування фундаменту виконано двома сітками.  
 
 
Рисунок 4.13 – Розрахункова схема фундаментної частини  будівлі 
школи. Блок 1 
  119 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.14 – Розрахункова схема фундаментної частини  будівлі 
школи. Блок 2 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.15 – Розрахункова схема фундаментної частини  будівлі 
школи. Блок 3 
 
  120 
 
4.3.3 Моделювання  появи карстових провалів 
При проведенні розрахунку основи за двома групами граничних станів 
використовується розрахункова схема, яка представлена системою 
розрахункових взаємопов’язаних ділянок фундаментів [46]. В розрахункових 
схемах коефіцієнти жорсткості основи визначаються розв’язком контактної 
задачі, а сам розрахунок виконується ітераційним методом. Після отримання 
результатів цього розрахунку проводиться аналіз напружено-деформованого 
стану конструкцій фундаментів і основи будівлі. 
Отримана в результаті рішення задачі розрахункова схема була 
використана для моделювання  появи карстових провалів різних діаметрів 
(6, 9 і 12 м) на характерних ділянках основи будівлі. 
 
 
 
Рис. 4.17 – Прогнозовані зони прояву карстових провалів на схемі 
фундаментів із перехресних балок 
  121 
 
На рисунках 4.17 і 4.18 зображені визначені місця появи карстових 
провалів для фундаментів з перехресних балок та плитного фундамента 
відповідно. Деформація основи в області утвореної воронки була 
модельована шляхом призначення нульових коефіцієнтів постілі всім 
елементам, які потрапляють у межі воронки відповідного діаметру. 
   
Рис. 4.18 – Прогнозовані зони прояву карстових провалів на схемі 
плитного фундамента 
 
4.4 Розрахунок конструкцій фундаментів і основи 
Граничні стани першої та другої групи у розрахунках конструкцій 
фундаментів і основи враховують найбільш критичні умови для конструкцій 
[37]. Визначення цих граничних станів виконується шляхом аналізу реальних 
сполучень одночасної дії різних навантажень на конструкцію або основу на 
певній стадії роботи. Врахування варіантів схем прикладення тимчасових 
  122 
 
навантажень чи можливих комбінованих дій є обов'язковим при встановленні 
цих граничних станів. 
В програмі "ЛИРА" навантаження були визначені у вигляді окремих 
сил або моментів, за допомогою яких формувалися поєднання навантажень 
(РСН). Для аналізу напружено-деформованого стану враховувались 
відповідні коефіцієнти надійності по навантаженню. [46].  
Для оцінки технічного стану будівлі в розрахункових схемах 
задавалися чотири завантаження: 
 завантаження 1 – навантаження постійне (власна вага конструкцій і 
елементів  будівлі); 
 завантаження 2 – навантаження тимчасове ( від навантаження і 
людей на перекриття), прийнято q=2.0 кПа; 
 завантаження 3 – навантаження снігове, прийнято q=1.4 кПа. 
      По двом групам граничних станів при оцінці технічних параметрів 
основи виконувалися розрахунки: 
 - по деформаціям; 
- по несучій спроможності. 
 
Враховуючи теорію пружності для лінійно-деформованого 
півпростору, додаткові вертикальні напруження в основі визначались по 
заданим розрахунковим вертикалям. При цьому враховувався взаємний 
вплив всіх розрахункових ділянок фундаменту. 
Розрахунок по деформаціям спрямований на визначення абсолютних і 
відносних переміщень фундаментів та порівняння їх із допустимими 
граничними значеннями, встановленими в нормах на проектування. Ці 
границі деформацій гарантують нормальну експлуатацію споруди, 
забезпечуючи одночасно високу довговічність. Важливо враховувати, що 
міцність і тріщиностійкість фундаментів та надфундаментних конструкцій  
 
  123 
 
 
перевірені розрахунками, які враховують зусилля, що виникають при 
взаємодії споруди з основою. 
По деформаціям розрахунок основ виконується із умови: 
 
                                              s≤su                                             (4.5) 
 
де s – деформація основи із спорудою та визначається розрахунком; 
      su – граничне значення деформації основи із споруди та 
визначається за нормами. 
Згідно [42] для безкаркасних багатоповерхових будівель з несучими 
стінами із цегляної кладки без армування деформації основи не повинні 
перевищувати наступних граничних значень: 
Відповідно до [42], для будівель без каркасу, які мають багато поверхів 
і несучі стіни із цегляної кладки без армування, деформації основи не 
повинні перевищувати встановлених нормами граничних значень: 
Для фундаменту з перехресних стрічок на рис. 4.19 – 4.22 приведені 
ізополя значень осадок. 
 
  124 
 
 
Рисунок 4.19 – Ізополя осадок основи в нормальних умовах при відсутності 
проявів карстових воронок 
 
 
Рисунок 4.20 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 6 м 
  125 
 
 
 
Рисунок 4.21 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 9 м. 
 
 
Рисунок 4.22 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 12 м. 
 
  126 
 
Попередні висновки можна зробити на основі аналізу результатів 
розрахунків: 
1. Осадки будівлі на стрічкових фундаментах з консолями в усіх 
розглянутих варіантах розрахунків лежать в межах від 0,3 до 4,3 см, що не 
перевищує встановленого гранично допустимого рівня осадок у 10,0 см. 
2. Між фундаментами консолей і фундаментами під стіни будівлі 
спостерігається максимальна відносна різниця осадок: 
 без воронок Δs / Lmax=0,0024 > (Δs /L)u=0,002 
 при воронці d=6 м Δs / Lmax=0,0027 > (Δs /L)u=0,002 
 при воронці d=9 м Δs / Lmax=0,0030 > (Δs /L)u=0,002 
 при воронці d=12 м Δs / Lmax=0,0034 > (Δs /L)u=0,002 
3. Різниця відносна в осадках між фундаментами під стінами будівлі не 
перевищує Δs / Lmax=0,001 для всіх розглянутих варіантів розрахунків, за 
винятком ситуації руйнування консолі. У випадку руйнування консолі 
відносна різниця в осадках між фундаментами під зовнішньою та 
внутрішньою стіною досягає: 
  при воронці d=9 м Δs / Lmax=0,0016 < (Δs /L)u=0,002 
  при воронці d=12 м Δs / Lmax=0,0021 > (Δs /L)u=0,002 
3. Фундамент у формі масивної плити відзначається меншим рівнем 
осадок. Представлений на рисунках 4.23 – 4.26, діапазон осадокзнаходиться у 
межах s=0,18-2,1 см. 
  127 
 
 
Рисунок 4.23 – Ізополя осадок основи в нормальних умовах при відсутності 
проявів карстових воронок 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.24 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 6 м 
 
  128 
 
 
 
Рисунок 4.25 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 9 метрів 
 
 
 
 
 
Рисунок 4.26 – Ізополя осадок основи при наявності карстових воронок 
діаметром 12 метрів 
 
  129 
 
4. Максимальна осадка для суцільної плити фундаменту не перевищує 
2,16 см, що менше практично удвічі порівняно з першим варіантом. Це 
свідбувається лише у випадку утворення карстової воронки діаметром 12 м. 
5.  Відносна  осадка між фундаментами під стіни будівлі школи не 
перевищує Δs / Lmax=0,001 для всіх розрахунків запропонованих варіантів 
фундаментів, окрім випадку руйнування консолі. 
6. У випадку відсутності проявів карстово-суфозійних процесів під 
будівлею школи можна стверджувати, що міцність та тріщиностійкість 
фундаментів будинку забезпечена. Значення головних розтягуючих і 
стискаючих напружень в бетоні фундаменту залишаються в межах граничних 
значень. Важливо зазначити, що у випадку використання фундаменту з 
перехресних балок напруження в місцях сполучень консольних 
фундаментних балок з основною фундаментною конструкцією можуть не 
перевищують 85% розрахункового опору бетону на розтяг. Це пов'язано із  
різним осіданням фундаментів будівлі та фундаментів консолей, які в свою 
чергу мають різну завантаженість. 
7. У випадку виникнення карстової воронки під будівлею школи з 
діаметром 6, 9 і 12 мм, значення головних розтягуючих і головних 
стискаючих напружень в бетоні фундаментної плити та перехресних балок 
відповідають умовам забезпечення міцності і тріщиностійкості конструкцій. 
Максимальне значення стискаючих головних зусиль не перевищує 36% від 
розрахункового опору бетону на стиск. 
Всі напруження в конструкціях фундаментів відповідають умовам 
тріщиностійкості, оскільки максимальні значення розтягуючих головних 
напружень при навантаженнях нормативних не перевищують розрахункового 
опору бетону на розтяг. Міцність забезпечена конструкцій фундаментів. Для 
перехресних фундаментів може виникнути поява тріщин у крайніх консолях, 
які похилені і нормальні до поздовжньої осі елемента. Деякі перенапружені 
ділянки визначені в областях сполучення консолей з основною конструкцією 
  130 
 
фундаментів (див. рисунок 4.27). Розтягуючі головні зусилля в цих елементах 
можуть бути більшими розрахункового опору бетону на розтяг: 
 в межах 5%...20% при виникненні воронки діаметром 6 м.;  
 в межах 8%...30% для воронки 9 м.;  
 до 90% для воронки 12 м.; 
В обох останніх випадках максимальні напруження в робочій арматурі 
фундаментних консолей становлять від 80% до 96% (для воронки 9м), що 
наближається до границі текучості сталі (особливо для воронки діаметром 12 
м). У зв'язку з цим у розрахунковій схемі була врахована ситуація обриву 
однієї з крайових консолей над воронкою № 3 (схема розташування воронок 
показана на рисунку 4.17). При руйнуванні крайової консолі при виникненні 
під нею воронки діаметром 12 м міцність фундаментів гарантується, оскільки 
розтягувальні зусилля в бетоні складають 1  550кПа  і не більший 
розрахункового опору бетону на розтяг. Резерв міцності сталі для цього 
випадку перевищує 40%. Таким чином, міцність конструкцій фундаментів 
забезпечена. 
При руйнуванні крайової консолі над воронкою діаметром 12 м 
міцність 
фундаментів гарантується, оскільки максимальні розтягувальні  
Рисунок 4.27 – Схема перехресних фундаментів будівлі школи на яких 
розрахунковий опір бетону на розтяг менший значення  
 розтягувальних зусиль  
 
  131 
 
4.5. Економічне порівняння можливих протикарстових заходів 
 
Аналізуючи економічні характеристики (Додаток 1,2) обговорених у 
даному розділі конструкцій протикарстових фундаментів для школи № 60 м. 
Кузнєцовськ, можна зробити такі висновки: 
1. Фундаменти у формі перехресних балок демонструють менші 
витрати на матеріали, що робить їх більш економічно вигідними. У таблиці 
4.1 представлені витрати на сталеві конструкції та бетон, а також показана 
загальна вартість влаштування фундаменту. 
 
                                              Таблиця 4.1 
Вартість влаштування фундаментів 
 
Варіант Сталеві конструкції Бетон В15 Заробі Загальні 
фундаменту Загальна Вартість, Кількіс Вартість тна витрати 
плата, грн. 
кількість, грн ть, м3 бетону, 
грн. 
т грн. 
Фундаментна 134,45 2888667 2689 1452060 437787 9337476 
 
плита 
Перехресні 107,341 2318196 1654,4 893376 561645 6288786 
 
балки 
 
 
2. Процес влаштування фундаменту у вигляді суцільної плити 
визначається значною простотою технології, завдяки більш зручному 
армуванню та легкості в збиранні та розбиранні опалубки. 
3. Влаштування фундаментної плити вимагає менше трудовитрат (1260 
людино-днів), що є значно менше в порівнянні з трудомісткістю стрічкових 
фундаментів (1642 людино-дні). Крім того, процес вимагає меншої 
кваліфікації робітників. 
 
 
  132 
 
4.6. Висновки 
1. У випадку виникнення карстових воронок діаметром від 6 до 12 м 
під суцільним плитним фундаментом, їх конструкція фундаменту основа 
залишаться міцними і стійкими. Технічний стан будівлі школи  не 
погіршиться, і експлуатаційна надійність залишиться на високому рівні. 
2. У випадку фундаменту у з перехресних балок, при виникненні 
карстових воронок діаметром, що не перевищує 12 м під подошвою 
фундаментів для середніх стін та воронок, що не перевищує 6 м під 
подошвою фундаментів для зовнішніх стін і кутів, стійкість і міцність 
конструкцій фундаментів та їх основи залишаються на високому рівні. 
Технічний стан будівлі залишається високим, а експлуатаційна надійність 
залишається незмінною. 
3.  Виникнення воронок діаметром в межах 9…12 м під підошвою 
фундаментів для зовнішніх стін і в кутах будівлі може призвести до 
руйнування консолей фундаментних балок. У той час як міцність 
фундаментів під кутовими стінами забезпечена, виникнення воронок 
діаметром 12 м може призвести до додаткової нерівномірної просадки 
фундаментів, що потенційно може викликати появу тріщин у цегляній кладці 
будівлі та розлад у вузлах з'єднання вище розташованих конструкцій. 
4. Прийняті конструктивні заходи протикарстового захисту, такі як 
залізобетонні монолітні перехресні фундаментні балки, що виходять за межі 
будівлі на 8 метрів, та монолітні пояси під покриттям підвалу, вважаються 
достатніми для уникнення катастрофічних руйнувань та забезпечення 
безпеки людей.  
5. В період будівництва та експлуатації будівлі необхідно систематично 
виконувати контроль карстово-суфозійних процесів на території об'єкта. У 
випадку виявлення карстових порожнин в районі будівництва, 
рекомендується вжити заходів щодо нагнітання цементно-піщаного розчину 
та цементації карстових порід. 
  133 
 
7.  При влаштуванні фундаментів у фундаментно-підвальній частині 
рекомендується встановлення наскрізних труб (сталевих, азбестоцементних 
тощо). Ці труби будуть використовуватися для нагнітання цементно-
піщаного розчину або бетону в утворені воронки та будуть 
використовуватися для нагнітання цементно-піщаного розчину або бетону в 
утворені воронки. 
8.  Вибір між фундаментом у вигляді перехресних балок та суцільною 
плитою пов'язаний з рядом факторів. Хоча фундамент із перехресних балок є 
більш економічно вигідним, забезпечує економію в розмірі 3048690 грн., 
його влаштування вимагає більше трудовитрат.  
9. Фундамент у вигляді суцільної монолітної плити є більш надійним і 
спроможним утримувати карстові провали більших діаметрів. Максимальна 
різниця осадок при появі воронки діаметром 12 м не перевищує 2,1 см, що є 
набагато менше, ніж у випадку фундаменту із перехресних балок (3,9…4 см 
для воронок діаметром 6…12 м). Таким чином, хоча фундамент із 
перехресних балок є дешевшим, фундамент у вигляді суцільної плити може 
бути більш обґрунтованим вибором, особливо якщо надійність і здатність 
витримувати карстові провали є пріоритетними факторами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  134 
 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 
 
У магістерській роботі наведені результати наукових досліджень, 
спрямованих на вирішення наукових-практичних проблем щодо підвищення 
ефективності будівництва та експлуатації будинків з різними 
конструктивними схемами на територіях з карстовими утвореннями, 
особливо в умовах можливого виникнення карстових провалів. Одержані 
результати сприяють збільшенню довговічності споруд. Сформульовані 
рішення охоплюють наступні аспекти: 
1. Доведено актуальність проблеми впливу карстових явищ і 
розробки засобів захисту будівель і споруд від дії провалів. Подальше 
дослідження їх та розробка нових і вдосконалення існуючих методів 
захисту є важливою для забезпечення стійкості та безпеки населення та 
інфраструктури в умовах карстових регіонів. 
2. Для оцінки закарстованих територій розглянуто основні 
показники та наведено таблицю, що відображає  категорії їх  стійкості.  
Представлено графік розподілу імовірних розмірів карстових провалів 
та воронок ( м. Дзержинськ). 
3. Викладено порядок розрахунку розмірів карстових провалів та 
воронок з врахуванням впливу споруд. Також розглянуто імовірно-
статистичний метод визначення розрахункового прольоту карстового 
провалу та умови, в яких його застосовано. Зазначено послідовність 
визначення максимально припустимого діаметру воронки для всіх можливих 
ділянок будинку. 
4. Приведено методику визначення несучої спроможності стрічкових 
фундаментів безкаркасних будинків, що експлуатуються в умовах впливу 
карстових провалів. Подано схеми розрахункових положень карстових 
воронок під будинками і показано можливі конструктивні рішення 
підсилення фундаментів. У розділі також наведено формули для визначення 
розрахункових внутрішніх зусиль, що виникають у фундаментах 
  135 
 
безкаркасних будинків, а також вирази для визначення максимально 
допустимого діаметру провальних воронок. 
5. Обгрунтовані розрахункові схеми конструктивних заходів захисту 
каркасних будівель і споруд від карстових провалів надають важливі вказівки 
та рекомендації. У цьому контексті, надані рекомендації також охоплюють 
визначення навантажень і впливів, які діють на окремі захисні елементи і на 
будівлю в цілому на двох стадіях роботи. 
6. Представлені схема виконання тампонажних робіт водостійкими 
матеріалами а також закріплення закарстованих порід. Досліджено 
протикарстові інженерно-геологічні заходи, які мають найбільшу 
кфективність. 
7. Виконано аналіз та обґрунтовано конструктивні методи захисту 
будівель та споруд від впливів карстових провалів. Визначено область їх 
вмкористання та умови ефективності роботи. 
8. Розглядаються методи підсилення та захисту конструкцій 
безкаркасних будинків, які знаходяться на закарстованих територіях. 
Пркдставлено технологічну схему підсилення стрічкових фундаментів 
залізобетонними обоймами. 
9. Приводяться і обґрунтовуються  схеми конструктивних заходів 
захисту одноповерхових промислових каркасних будиків. 
10. Розглядається застосування у якості протикарстового захисту 
багатоповерхових будівинків влаштування по висоті аутригерних поверхів. 
Одним із приоритетних напрямків рекомендується застосування перехресних 
стрічкових фундаментів із суцільних залізобетонних балок та монолітної 
плити. 
11. Розглянуті сучасні конструкції карстово-стійких фундаментів 
каркасних будинків, які розроблені на кафедрі ПЦБ ЧДТУ та отримані 
Патенти. 
12. У випадку виникнення карстових воронок діаметром від 6 до 12 м 
під суцільним плитним фундаментом, їх конструкція фундаменту основа 
  136 
 
залишаться міцними і стійкими. Технічний стан будівлі школи  не 
погіршиться, і експлуатаційна надійність залишиться на високому рівні. 
13. У випадку фундаменту у з перехресних балок, при виникненні 
карстових воронок діаметром, що не перевищує 12 м під подошвою 
фундаментів для середніх стін та воронок, що не перевищує 6 м під 
подошвою фундаментів для зовнішніх стін і кутів, стійкість і міцність 
конструкцій фундаментів та їх основи залишаються на високому рівні. 
Технічний стан будівлі залишається високим, а експлуатаційна надійність 
залишається незмінною. 
13.  Виникнення воронок діаметром в межах 9…12 м під підошвою 
фундаментів для зовнішніх стін і в кутах будівлі може призвести до 
руйнування консолей фундаментних балок. У той час як міцність 
фундаментів під кутовими стінами забезпечена, виникнення воронок 
діаметром 12 м може призвести до додаткової нерівномірної просадки 
фундаментів, що потенційно може викликати появу тріщин у цегляній кладці 
будівлі та розлад у вузлах з'єднання вище розташованих конструкцій. 
15. Прийняті конструктивні заходи протикарстового захисту, такі 
залізобетонні монолітні перехресні фундаментні балки, що виходять за межі 
будівлі на 8 метрів, та монолітні пояси під покриттям підвалу, вважаються 
достатніми для уникнення катастрофічних руйнувань та забезпечення 
безпеки людей.  
16. В період будівництва та експлуатації будівді необхідно 
систематично виконувати контроль карстово-суфозійних процесів на 
території об'єкта. У випадку виявлення карстових порожнин в районі 
будівництва, рекомендується вжити заходів щодо нагнітання цементно-
піщаного розчину та цементації карстових порід. 
17.  При влаштуванні фундаментів у фундаментно-підвальній частині 
рекомендується встановлення наскрізних труб (сталевих, азбестоцементних 
тощо). Ці труби будуть використовуватися для нагнітання цементно-
піщаного розчину або бетону в утворені воронки та будуть 
  137 
 
використовуватися для нагнітання цементно-піщаного розчину або бетону в 
утворені воронки. 
18.  Вибір між фундаментом у вигляді перехресних балок та суцільною 
плитою пов'язаний з рядом факторів. Хоча фундамент із перехресних балок є 
більш економічно вигідним, забезпечує економію в розмірі 3048690 грн., 
його влаштування вимагає більше трудовитрат.  
19. Фундамент у вигляді суцільної монолітної плити є більш надійним і 
спроможним утримувати карстові провали більших діаметрів. Максимальна 
різниця осадок при появі воронки діаметром 12 м не перевищує 2,1 см, що є 
набагато менше, ніж у випадку фундаменту із перехресних балок (3,9…4 см 
для воронок діаметром 6…12 м). Таким чином, хоч фундамент із 
перехресних балок є дешевшим, фундамент у вигляді суцільної плити може 
бути більш обґрунтованим вибором, особливо якщо надійність і здатність 
витримувати карстові провали є пріоритетними факторами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  138 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1. Ананьєв В.П., Коробкін В.І. Інженерна геологія. -М.: Вища школа, 
1973. -300 с. 
2. Барінов А.А., Пушкарьов В.В, Вульф А.Р. Про будівництво 
промислових будівель та споруд у карстових районах // Надшахтне 
будівництво. - М.: Надра, 1968. -№ 7. - С. 168-176. 
3. Беленя Є.І., Клепіков Л.В. Дослідження спільної роботи основ, 
фундаментів та поперечних рам сталевих каркасів промислових будівель. - 
М.: Держбудвидав, 1977. - 258 с. 
4. Бєлаєв В.Л. До питання про оптимізацію проектно-планувальних 
рішень забудови на закарстованих територіях // Комплексні інженерно-
геологічні дослідження для промислового та цивільного будівництва. - М.: 
Наука, 1984. - С. 109-113. 
5. Березань М.О., Метель М.С. Особливості розрахунку каркасних 
одноповерхових будівель на вплив карстових провалів. У кн: Ефективні 
залізобетонні конструкції будівель і споруд для будівництва в звичайних і 
складних умовах і контроль їх якості. М. НИИЖБ Держбуду СРСР, 1985. 
6. Березань М.О., Метель М.С. Захист одноповерхових каркасних 
будівель від дії карстових провалів. // Промислове будівництво та інженерні 
споруди, 1986 № 2. 
7. Березань М.О., Метель М.С. Експериментальні дослідження моделі 
каркасного виробничого будинку при імітації карстового провалу під 
фундаментом. У кн: Експериментальні дослідження інженерних споруд. Тези 
доповідей YI Всесоюзної конференції (Новополоцьк, травень 1986), 
Новополоцьк, 1986. 
8. Березань М.О., Метель М.С. Експериментальні дослідження роботи 
фундаментних зв'язків протикарстового захисту. У кн: Прискорення науково-
технічного прогресу в фундаментобудуванні. Зб. наук. тр. У 2. т.2. Методи 
проектування ефективних конструкцій основ та фундаментів /НДІ основ та 
  139 
 
підземних споруд ім. Н.М.Герсєванова; За заг. ред. В.А. Іллічова.- М.: 
Будвидав, 1987. 
9. Березань М.О., Метель М.С. Визначення напружено-деформованого 
стану конструкцій одноповерхових каркасних будівель на фундаменті 
стрічки при провальних впливах основи. У кн: Соціально-економічні та 
науково-технічні проблеми в умовах переходу на новий господарський 
механізм. Тези доповідей обласної наук.-техн. конф. (Черкаси, травень 1988 
р.) Черкаси, 1988. 
10. Березань М.О. Моделювання роботи одноповерхових каркасних 
будівель на фундаментах, що окремо стоять, при силових зовнішніх впливах. 
У кн: Соціально-економічні та науково-технічні проблеми в умовах переходу 
на новий господарський механізм. Тези доповідей обласної наук.-техн. конф. 
(Черкаси, травень 1988 р.) Черкаси, 1988. 
11. Клепіков С.Н., Метельюк Н.С., Соловйова А.Б., Березань М.О. та ін. 
Рекомендації щодо захисту експлуатованих цивільних будівель у карстових 
районах. У кн: Рекомендації щодо захисту цивільних будівель, що 
експлуатуються в карстових районах. НДІБК Держбуду СРСР, 1989. 
12. Березань М.О. Розрахунок каркасних будівель з урахуванням впливу 
карстового провалу. захист об'єктів будівництва. Тези доповідей Всесоюзної 
науково-технічної наради, 4-7 вересня 1990, Куйбишев, 1990. 
13. Березань М.О. Питання захисту та розрахунку одноповерхових 
каркасних будівель, що будуються на закарстованих територіях. Захист 
будівель та споруд, що зводяться в карстових та зсувних районах. Збірник 
наукових праць. К.: НДІБК Держбуду СРСР, 1990. 
14. Березань М.О., Метель М.С. Надійність експлуатації каркасних 
будівель у регіонах з карстовими провалами. Підстави та фундаменти. Респ. 
міжвідомст. наук.-техн. збірка. Випуск 24, К.: Будівельник, 1991. 
15. Березань М.О., Де Араужо Жозе Удосконалення розрахунку 
залізобетонних рам шляхом урахування податливості основи. Тези доповідей 
“Днів студентської науки”, ЧІТІ, Черкаси, 1994. 
  140 
 
16. Березань М.О. Особливості збирання навантажень на одноповерхові 
каркасні будівлі за впливом карстового провалу. У кн: Вісник ЧІТІ, №2,1998. 
17. Березань М.О. Особливості розрахунку виробничої одноповерхової 
каркасної будівлі на вплив карстового провалу. У кн: Вісник ЧІТІ, №3, 1998. 
18. Березань М.О. Збірний залізобктонний балковий фундамент з 
опорною плитою. Деклараційний патент на корисну модель №5483, 
15.03.2005. Бюл. 
19. Березань М.О. Збірний залізобетонний балковий фундамент з 
опорною п'ятою. У кн: "Розвиток наукових досліджень 2005". Матеріали 
міжнародної науково-практичної конференції м.Полтава, 7-9 листопада 
2005р.:-Полтава: Вид-во “ІнтерГрафіка, 2005.-Т.8. 
20. Березань М.О. Збірний залізобетонний консольно-балочний 
фундамент із опорною плитою. У кн: "Розвиток наукових досліджень 2009". 
Матеріали п'ятої міжнародної науково-практичної конференції м.Полтава, 
23-25 листопада 2009 р.:-Полтава: Вид-во “ІнтерГрафіка,2009.-Т.8.- С.9-11. 
21. Березань М.О., Григор'єв М.В. Дослідження факторів, що впливають 
на нерівномірні просадки будівель та споруд. Стан сучасної будівельної 
науки - 2011. Збірник наук. Трудів.- Полтава: Полтавський ЦНДІ.- 2011.- 
С.147-150. 
22. Братанчук О.І., Метельюк Н.С. До питання взаємодії фундаментів 
будівель та споруд з деформується основою при прояві карстово-
суффозійних процесів // Інженерно-технічні дослідження та проектування 
фундаментів у Донбасі: Тез. доп. наук.-техн. конф.. 23 жовт. 1983 р. - 
Донецьк, 1983. - С. 80-83. 
23. Виноградов В.М. Каркас одноповерхової будівлі, споруди, що 
зводиться в карстових районах /Макіївський ІСІ. - Макіївка, 1984. - 12 с. - 
Деп. у ВНДІВС, № 3546. 
24. Гвоздецький Н.А. Карст. - М.: Думка, 1981. - 214 с. 
  141 
 
25. Дуб'янський В.М., Торсуєв Н.П. Будівництво на закарстованих 
територіях // Будівництво на закарстованих територіях: Тез. доп. Всесоюзні. 
наук. техн. конф., листопад 1983 р. - Подільськ, 1984. - С. 161-164. 
26. Диховичний Ю.А., Максименко В.А. Будівництво на територіях, 
схильних до карстово-суффозійних процесів у Москві // Підстава, 
фундаменти і механіка грунтів. -1979. - № 3. - С.20-23. 
27. Звєрєв В.П., Звєрєв В.А. Фізико-хімічні закономірності розвитку 
карсту та його інтенсивність біля СРСР // Кора вивітрювання. - М., 1976. -
Вип. 15. 
28. Інженерно-будівельне освоєння закарстованих територій/Толмачов 
В.В., Троїцький Г.М., Хоменко В.П.; За ред. Соросана Є.А. - М.: Будвидав, 
1986. - 176 с. 
29. Катаєв В.М. Теорія та методологія структурно-тектонічного аналізу у 
карстознавстві. Перм. 1999. 
30. Клепіков С.М. Розрахунок конструкцій на пружній основі. - К.: 
Будівельник, 1967. - 184 с. 
31. Кожевнікова В.М. Методика оцінки стійкості закарстованих територій 
// Інженерна геологія. - 1984. - № 2. - С. 26-40. 
32. Кухарєв Н.М. Дослідження на будмайданчиках в районах карсту. - М.: 
Будівельник, 1985. - № 16. - 170 с. 
33. Кухарєв Н.М. Інженерно-геологічні дослідження в галузі розвитку 
карсту з метою будівництва. - М.: Будвидав, 1975. - 168 с. 
34. Лукін В.С., Єжов Ю.А. Карст та будівництво в районі м. Кунгура. 
Перм, 1975. 118 с. 
35. Максимович Г.А. Типи карстових явищ // Тез. доп. Молотівський 
карстовий конф., 1947. 
36. Малікова Т.А., Вайнштейн М.С. Проектування фундаментів будівель 
на закарстованих територіях // Підстави та фундаменти на засолених, 
заторфованих та вічномерзлих ґрунтах: Праці інституту НДІОСП. - М., 1982. 
- Вип. 77. - З 105-114. 
  142 
 
37. Мартинін В.І., Толмачов В.В., Ільїн А.М., Саваренський І.А. Основні 
завдання інженерно-геологічних досліджень для будівництва на захищених 
територіях // Інженерна геологія. - 1983. - № 2. -С. 59-64. 
38. Метелюк Н.С. Захист будівель та споруд у карстових районах // 
Будинки та споруди у складних інженерно-геологічних умовах. - К.: 
Будівельник, 1982. - С. 101. 
39. Метель М.С. Розрахунок фундаментів Каркасних будівель, 
розташованих на неоднорідній основі // Будівельні конструкції. – К.: 
БудівникЮ 1973. – Вип.ХХІІ. - С. 182-192. 
40. Методичні рекомендації щодо проектування безкаркасних будівель у 
карстових районах / НДІБК. - К., 1986. - 52 с. 
41. Методичні рекомендації щодо проектування фундаментів будівель та 
споруд у карстових районах / НДІБК. - К., 1977. - 72 с. 
42. Методичні рекомендації щодо розрахунку залізобетонних каркасів на 
вплив нерівномірних деформцій основи / НДІБК. - К., 1983. - 24 с. 
43. Петрухін В.П. Французький досвід будівництва на закарстованих 
територіях // Підстави, фундаменти та механіка ґрунтів. -1980. - № 5. - С. 25-
27.і експлуатація споруд, 
44. Смолін Б.С. Будівництво на закарстованих та підроблюваних 
територіях // Реферативний наук.-техн. збірка. - Мінмонтажспецбуд, 1982. - 
№ 5. - С. 10-25. 
45. Сорочан Є.А., Толмачов В.В., Троїцький Г.М. Будівництво та 
експлуатація споруд, що зводяться на закарстованих територіях // 
Будівництво будівель та споруд у складних ґрунтових умовах. - М.: 
Будвидав, 1986. - С.76-85. 
46. Сорочан Є.А., Троїцький Г.М. Будівництво споруд на закарстованих 
територіях // Прискорення науково-технічного прогресу у 
фундаментобудуванні. Зб. наук. тр. у 2 т. Т. 2. Методи проектування 
ефективних конструкцій основ та фундаментів // НДІ основ та підземних 
  143 
 
споруд ім. Герсєванова; За заг. ред. В.А.Іллічова. - М.: Будвидав, 1987. - 
С.181-183. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  144 
 
АНОТАЦІЯ 
 
 
Лаврик Д.В. Дослідження конструктивних рішень карстостійких 
фундаментів каркасних будинків. – Рукопис. 
Кваліфікаційна  робота на здобуття ОС магістра зі спеціальності: 192 
– "Будівництво та цивільна інженерія". Освітня програма  - "Промислове і 
цивільне будівництво"–Черкаський державний технологічний університет, 
Черкаси, 2024. 
В першому розділі розглядається сутність карсту, види та його 
поширення на території України. Наведено перелік типів карсту та 
представлена їх характеристика. Приведено класифікацію карсту за 
характером рельєфу та його характерні особливості. Доведено актуальність 
проблеми впливу карстових явищ і розробки засобів захисту будівель і 
споруд від дії провалів.  
В другому розділі викладено порядок розрахунку розмірів 
карстових провалів та воронок з врахуванням впливу споруд. Розглянуто 
імовірно-статистичний метод визначення розрахункового прольоту 
карстового провалу та умови, в яких його застосовано. Зазначено 
послідовність визначення максимально припустимого діаметру воронки для 
всіх можливих ділянок будинку. 
Представлено методику визначення несучої спроможності стрічкових 
фундаментів безкаркасних будинків, що експлуатуються в умовах впливу 
карстових провалів. Подано схеми розрахункових положень карстових 
воронок під будинками і показано можливі конструктивні рішення 
підсилення фундаментів. Наведено формули для визначення розрахункових 
внутрішніх зусиль, що виникають у фундаментах безкаркасних будинків, а 
також вирази для визначення максимально допустимого діаметру провальних 
воронок. 
Обгрунтовані розрахункові схеми конструктивних заходів захисту 
каркасних будівель і споруд від карстових провалів надають важливі вказівки 
  145 
 
та рекомендації. У цьому контексті, надані рекомендації також охоплюють 
визначення навантажень і впливів, які діють на окремі захисні елементи і на 
будівлю в цілому на двох стадіях роботи. 
У третьому розділі представлені схема виконання тампонажних робіт 
водостійкими матеріалами а також закріплення закарстованих порід. 
Досліджено протикарстові інженерно-геологічні заходи, які мають найбільшу 
кфективність. Виконано аналіз та обґрунтовано конструктивні методи 
захисту будівель та споруд від впливів карстових провалів. Визначено 
область їх вмкористання та умови ефективності роботи. 
Розглядаються методи підсилення та захисту конструкцій безкаркасних 
будинків, які знаходяться на закарстованих територіях. Пркдставлено 
технологічну схему підсилення стрічкових фундаментів залізобетонними 
обоймами. Приводяться і обґрунтовуються  схеми конструктивних заходів 
захисту одноповерхових промислових каркасних будиків. 
Розглядається застосування у якості протикарстового захисту 
багатоповерхових будівинків влаштування по висоті аутригерних поверхів. 
Одним із приоритетних напрямків рекомендується застосування перехресних 
стрічкових фундаментів із суцільних залізобетонних балок та монолітної 
плити. Представлені сучасні конструкції карстово-стійких фундаментів 
одноповерхових промислових каркасних будинків, які розроблені на кафедрі 
ПЦБ ЧДТУ та отримані Патенти. 
В четвертому роздвлі   обгрунтовувався вибір протикарстових 
фундаментів шляхом порівняння тхніко-економічних показників школи №60 
м.Кузнецовськ.  Розглядалися два варіанти фундаментів - з перехресних 
балок та суцільної монолітної плити.  
Вибір між фундаментом у вигляді перехресних балок та суцільною 
плитою пов'язаний з рядом факторів. Хоча фундамент із перехресних балок є 
більш економічно вигідним, забезпечує економію в розмірі 3048690 грн., 
його влаштування вимагає більше трудовитрат.  
  146 
 
 Фундамент у вигляді суцільної монолітної плити є більш надійним і 
спроможним утримувати карстові провали більших діаметрів. Максимальна 
різниця осадок при появі воронки діаметром 12 м не перевищує 2,1 см, що є 
набагато менше, ніж у випадку фундаменту із перехресних балок (3,9…4 см 
для воронок діаметром 6…12 м). Фундамент із перехресних балок є 
дешевшим та фундамент у вигляді суцільної плити може бути більш 
обґрунтованим вибором, особливо якщо надійність і здатність витримувати 
карстові провали є пріоритетними факторами. 
 
Ключові слова: карст, захист, фундамент, карстовий провал, 
розрахункова схема, воронка, конструктивні заходи, перехресні балки, 
монолітна плита, розрахунковий діаметр, несуча спроможність, .
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
