Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние научных разработок, посвященных прогнозированию инженерно-геологических условий в криогенной зоне западной Сибири 10
Выводы 14
2. Анализ деформаций зданий и сооружений в г. Надыме 15
Выводы 37
3. Закономерности изменения инженерно-геологических условий г.надыма и его окрестностей 40
3.1. Географическое положение и климатические условия 40
3.2. Компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме 43
3.2.1. Геологическое строение территории 43
3.2.2. Геокриологические условия 49
3.2.3. Физико-механические свойства грунтов 52
3.2.4. Гидрогеологические условия 59
3.2.5. Экзогенные геологические процессы 65
3.3. Выбор параметров оценки компонентов инженерно-геологических условий 78
3.4. Закономерности пространственной изменчивости компонентов инженерно-геологических условий 79
Выводы 88
4. Прогноз изменения инженерно-геологических условий территории г.надыма на базе интегральной оценки природных компонентов 94
4.1. Интегральная оценка инженерно-геологических условий г. Надыма 94
4.2. Прогноз инженерно-геологических условий на базе интегрального показателя 106
4.3. Специальное (прогнозное) инженерно-геологическое районирование 110
Выводы 116
5. Разработка структуры и организация мониторинга литотехнической системы г. Надыма 118
5.1. Структура мониторинга литотехнической системы 118
5.1.1. Наблюдения за температурным режимом грунтов 122
5.1.2. Наблюдения за глубиной СП-CO 123
5.1.3. Наблюдения за влажностью и льдистостью грунтов 124
5.1.4. Наблюдения за уровнем и химическим составом подземных и поверхностных вод 124
5.1.5. Наблюдения за параметрами снежного покрова 125
5.1.6. Наблюдения за деформациями зданий и сооружений 125
5.2. Структура и функциональная схема постоянно действующей инженерно-геологической модели территории г. Надыма. 126
5.3. Рекомендации для разработки проекта защитных мероприятий и принятия управляющих решений 144
Выводы 145
Заключение 147
Список литературы 150
- Современное состояние научных разработок, посвященных прогнозированию инженерно-геологических условий в криогенной зоне западной Сибири
- Анализ деформаций зданий и сооружений в г. Надыме
- Компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме
- Прогноз инженерно-геологических условий на базе интегрального показателя
Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы резко возрос уровень хозяйственного освоения районов со сложными инженерно-геологическими условиями (ИГУ) и интенсифицировалось развитие инфраструктуры уже освоенных территорий развития многолетнемерзлых пород (ММП).
Геологическая среда городской инфраструктуры в криогенной зоне является чрезвычайно чувствительной и неустойчивой к техногенным воздействиям и за всю историю развития претерпевает серьезные нарушения, которые выражаются в уничтожении древесной и кустарниковой растительности, подрезке склонов, подсыпке песчаным грунтом строительных площадок и проезжих частей улиц, снегозаносимости территории и т.д. Все это приводит к существенному изменению температурно-влажностных условий, глубин сезонного промерзания и оттаивания, увеличению глубины залегания кровли ММП, формированию новообразований мерзлоты.
Наиболее показательным в этом отношении является г. Надым, строительство которого началось в 1972 г., в связи с освоением крупнейшего месторождения газа «Медвежье». Здания возводились по II принципу строительства на ленточных фундаментах, в конструкциях предусмотрено наличие подвальных помещений и вентиляционных отверстий, которые впоследствии ликвидировались ввиду снегозаносимости и затопления подвальных помещений поверхностными стоками. По мере промышленного освоения района стали осваиваться краевые участки, где строительство велось на свайных основаниях по I принципу, с сохранением мерзлого состояния грунтов. Уже в первые годы (3-5 лет) эксплуатации зданий стали проявляться деформации в виде трещин в штукатурке, в стенах и др. Со временем виды и характер деформаций значительно увеличиваются вплоть до потери сооружениями эксплуатационной надежности и устойчивости.
В связи с этим возникла необходимость объективной оценки и прогноза изменения ИГУ, базирующихся на установлении основных природных компонентов и закономерностей их пространственной изменчивости, выполнении специального инженерно-геологического районирования, разработке структуры мониторинга литотехнической системы (ЛТС) и создании постоянно действующей инженерно-геологической модели территории г. Надыма, с целью обеспечения оптимального функционирования зданий.
Объектом исследований является ЛТС городской территории г. Надыма в криогенной зоне Западной Сибири, свойства которой определяются совокупностью специфических геологических, геокриологических, гидрогеологических особенностей, техногенным воздействием на геологическую среду и активизацией природно-техногенных геологических процессов.
Предметом исследований являются компоненты ЛТС и закономерности их пространственной изменчивости, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме.
Идея работы заключается в разработке принципов и методики интегральной оценки геологических параметров компонентов ИГУ с целью специального инженерно-геологического районирования территории г. Надыма по степени устойчивости к природно-техногенным воздействиям.
Цель работы. Разработка методики прогноза изменения инженерно-геологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири на базе интегральной оценки природных компонентов.
Основные задачи исследований включают:
анализ особенностей инженерно-геологических условий территорий в криогенной зоне Западной Сибири;
обоснование набора компонентов инженерно-геологических условий, определяющих устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме;
выявление основных закономерностей пространственной изменчивости компонентов ИГУ;
обоснование методики прогноза изменения ИГУ на базе интегральной оценки природных компонентов (на примере г. Надыма);
выполнение прогноза изменения ИГУ и проведение специального инженерно-геологического районирования территории г. Надыма;
разработка структуры мониторинга ЛТС и содержания баз данных территории г. Надыма, обеспечивающих своевременную оценку состояния ЛТС;
выдача рекомендаций для разработки проекта защитных мероприятий по управлению ЛТС.
Фактический материал. В основу диссертации положены результаты полевых и камеральных исследований автора (2004-2007 гг.) в рамках хоздоговорной тематики кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета (УГГУ); изучение и анализ фондовых и литературных материалов.
Методы исследований. В процессе написания работы использован комплекс методов, включающий: изучение, анализ и обобщение геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических материалов по изучаемой тематике; маршрутные наблюдения и визуальное обследование зданий; инженерно-геологические изыскания и опробование грунтов; лабораторные исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам; методы математического моделирования с использованием компьютерных технологий; геоинформационные методы создания картографических моделей и баз аналитической информации.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) установлены и обоснованы инженерно-геологические особенности территорий в криогенной зоне Западной Сибири;
впервые обоснован набор компонентов инженерно-геологических условий, определяющих устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме, и выбраны их оценочные параметры;
установлены закономерности пространственной изменчивости компонентов ИГУ;
обоснована методика интегральной оценки компонентов ИГУ, основанная на компьютерном моделировании и применении аппарата математической статистики, что обеспечивает объективность и достоверность прогноза изменения ИГУ;
выполнен прогноз изменения ИГУ, и впервые в практике проведено специальное инженерно-геологическое районирование территории г. Надыма;
разработана и обоснована структура мониторинга ЛТС и создана постоянно действующая инженерно-геологическая модель территории г. Надыма;
даны рекомендации для разработки проекта защитных мероприятий по укреплению и восстановлению деформированных и вновь проектируемых зданий и сооружений.
Практическая значимость работы. Предлагаемая методика позволяет выполнить оценку и прогноз изменения ИГУ городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири. Основные положения работы используются Комитетом по архитектуре и градостроительству администрации Муниципального образования г. Надым при планировании вновь осваиваемых территорий, а также при совершенствовании генерального плана развития города.
Результаты исследований могут быть использованы проектными и изыскательскими организациями в качестве базовых положений для организации мониторинга ЛТС городской инфраструктуры в сходных природно-техногенных условиях, обоснования технических методов защиты зданий и сооружений, позволят разработать методы минимизации воздействия на ЛТС, а для вновь осваиваемых территорий - учесть негативный опыт эксплуатации зданий и сооружений.
Полученные материалы используются на кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «Инженерное мерзлотоведение».
Апробация работы. Основные материалы, защищаемые научные положения диссертационной работы изложены в докладах на Всероссийской научной конференции-конкурсе студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, 2006 г.), Всероссийской конференции "РИСК-2006" «Оценка и управление природными рисками» (Москва, 2006 г.), IX межрегиональной научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (Киров, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (Екатеринбург, 2006 г.), Второй Общероссийской конференции
изыскательских организаций «Инженерные изыскания в строительстве» (Москва, ПНИИИС, 2006 г.), Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (Москва, 2007 г.), Международной научной конференции «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем» (Москва, МГУ, 2007, 2008 гг.), Первом Уральском международном экологическом конгрессе «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2007 г.), семинарах, проводившихся в рамках Уральской горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2005-2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе одна работа - в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией.
Основные защищаемые научные положения:
Закономерности изменения инженерно-геологических условий территории г. Надыма определяются совокупностью специфических геологических, геокриологических, гидрогеологических особенностей, техногенным воздействием на геологическую среду и активизацией природно-техногенных геологических процессов. Эффективность оценки инженерно-геологических условий обеспечивается выбором оценочных параметров и их пространственной изменчивостью.
Прогноз изменения инженерно-геологических условий территории г. Надыма выполняется на базе интегральной оценки геологических параметров
природных компонентов (Cd> mt> ht> Шпер.> Кммп> Рмерз.' Pd> Wc> Wh> Лс> //СП' hco)- Специальное инженерно-геологическое районирование
должно предусматривать разделение территории на участки, однородные по значению интегрального показателя сложности ИГУ и отвечающие разным классам устойчивости территории к природно-техногенным воздействиям.
3. Безаварийное функционирование зданий и сооружений в г. Надыме
обеспечивается организацией мониторинга литотехнической системы,
позволяющего оценивать и прогнозировать изменения ИГУ. На основе
получаемой информации создана постоянно действующая инженерно-
геологическая модель территории г. Надыма.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 164 наименования.
Современное состояние научных разработок, посвященных прогнозированию инженерно-геологических условий в криогенной зоне западной Сибири
На развитие теории и методологии прогнозов изменения инженерно-геологических условий (ИГУ) большое влияние оказали работы Г.К. Бондарика /1968, 1986/, С.С. Григоряна, М.С. Красса /1987/, Г.А. Голодковской /1975, 1987/, А.А. Кагана /1984/, В.В. Пендина /1992/, ЛБ. Розовского /1975, 1987/, В.Т. Трофимова /1985/ и многих других [32, 41, 42, 47, 51, 67, 68, 80, 90]. В период 70-х гг. когда огромные территории Западной Сибири стали активно осваиваться, проблеме изучения, оценки и прогноза ИГУ в зоне развития многолетнемерзлых пород стало уделяться повышенное внимание. Данными вопросами занимались В.А. Кудрявцев, Л.С. Гарагуля, К.А. Кондратьева, Е.С. Мельников /1973, 1974/, им принадлежит разработка основы мерзлотной и инженерно-геологической съемки и прогноза [54, 55, 57, 58, 59]. За последние годы накоплен значительный опыт оценки и прогноза изменения ИГУ. Согласно литературному обзору, рядом авторов предлагались инженерно-геологические прогнозы режима подземных вод /Анпилов В.Е. (1984)/, формирования температурного режима грунтов и процессов их промерзания-оттаивания /Балобаев В.Т., Павлов А.В. (1966, 1983, 1991, 2002), Порхаев Г.В. (1980), Фельдман Г.М. (1977, 1988), Хрусталев Л.Н. (1971, 2002), Чернядьев В.П. (1984) и др./, развития экзогенных геологических процессов /Гречищев СЕ. (1980), Емельянова Т.Я. (1990), Румянцев Е.А. (1966, 1978), Шур Ю.Л. (1988)/, изменения природных условий Западной Сибири /Баулин В.В., Гарагуля Л.С, Ершов Э.Д., Кудрявцев В.А., Пендин В.В., Попов А.И., Трофимов В.Т. и другие [10, 12, 18, 20, 31, 37, 38, 76, 77, 78, 79, 81, 82,83,97,98, 103,104]. Существует несколько моделей, описывающих механику мерзлых грунтов (Цытович Н.А., Вялов С.С, Роман Л.Т. и другие). Все они широко используются для анализа природных закономерностей, но при этом всегда возникает проблема выбора адекватных математических моделей [62, 91, 102]. Ряд авторов, среди которых Меньшиков П.И. (1952), Соловьев П.А. (1958), Хрусталев Л.Н. (1971), Порхаев Г.В. (1970), Гребенец В.И. (1990, 2001) занимались оценкой и прогнозом температурного режима многолетнемерзлых грунтов в пределах застраиваемых территорий [53, 65, 69, 77, 78, 85, 95, 103]. Из вышесказанного следует, что проблемой оценки и прогноза изменения ИГУ занимались многие исследователи, но, рассматривая при этом лишь отдельные природные компоненты, либо оценка ИГУ проводится на основе содержательного анализа и качественного прогноза взаимодействия проектируемых сооружений с приповерхностной частью литосферы.
Широкое освоение территорий со сложными ИГУ, усложнение конструкций сооружений, повышение требований к их надежности обуславливают необходимость более строгого подхода к оценке ИГУ. Необходимость интегральной оценки отмечали многие исследователи. Комаров И.С. (1969), анализируя метод раздельного картирования, указывает, что один из основных его недостатков — «...отсутствие комплексных оценок отдельных частей территорий, которые заметно облегчают решение задач, связанных с планированием хозяйственных и инженерно-мелиоративных мероприятий». Белый Л.Д. (1964) пишет, что «...выделение на карте районов с разной сложностью инженерно-геологических условий будет значительно более понятно и плановику, и экономисту, и проектировщику, и строителю. Им гораздо сложнее разобраться в карте, на которой территория разделена по геоструктурным, геоморфологическим и другим признакам». Попов И.В. (1969) указывает на то, что «...качественное разделение объектов изучения не является достаточным для классифицирования в инженерных целях, а количественные оценки, учтенные при этом, только косвенно отражают и оценивают геологическую среду в такой форме, которая допускает их учет при проектировании инженерных сооружений». В последнее время многие российские и зарубежные исследователи предпринимали попытки комплексной количественной оценки ИГУ. Среди них следует отметить работы югославских специалистов, проведших комплексную количественную оценку ИГУ для выбора наиболее благоприятных вариантов трасс автодорог, а также чехословацких ученых, выполнявших исследования под руководством М. Матулы с целью оценки оптимального способа использования различных территорий. Аналогичные работы выполнены в Англии, Франции, Германии, Польше, Японии [70]. Во всех перечисленных работах в основу оценки ИГУ положены балльные характеристики, что приводит к субъективным выводам. При определении удельного влияния компонентов ИГУ используются различные приемы. Так, В. Иованович и другие [70] устанавливают значимость компонентов на основе экспертных оценок специалистов. М. Матула и другие используют бинарный метод, который базируется на содержательном попарном анализе степени значимости отдельных компонентов. В других работах все компоненты ИГУ принимаются равнозначными.
Среди этих работ, ни одна не предусматривает проверку адекватности рассматриваемой модели исходным данным. Среди работ отечественных исследователей, посвященных вопросам комплексной количественной оценки ИГУ, необходимо отметить работы Н.И. Дубровина (1974), В.И. Клименко и В.Ф. Безрукова (1978), А.Н. Козлова, А.В. Медведева и др. (1960), Л.И. Оздоевой (1981). Некоторые из них используют балльные оценки, другие количественные характеристики. Однако ни в одной из этих работ не выдерживается принцип объективной количественной оценки и не рассматривается адекватность предлагаемых моделей целевому назначению исследований.
Анализ деформаций зданий и сооружений в г. Надыме
В период 70-80-х гг. XX века началось активное освоение территории Западной Сибири, связанное с разработкой месторождений нефти и газа. В непосредственной близости от месторождений создавалась жилая инфраструктура, представителями которой являлись гг. Надым, Новый Уренгой, пос. Старый Надым, пос. Пангоды, пос. Ныда и др. В связи с освоением крупнейшего месторождения газа «Медвежье» в 1972 г. началось строительство г. Надыма с центральной части, где основаниями зданий являются аллювиальные отложения I надпойменной террасы, представленные песками разной крупности преимущественно в талом состоянии. Изначально возводились пятиэтажные железобетонные здания на ленточных фундаментах по II принципу строительства [144]. В конструкциях предусмотрено наличие подвальных помещений и вентиляционных отверстий, последние были ликвидированы в виду снегозаносимости и затопления подвальных помещений поверхностными стоками. По мере промышленного освоения района, возникла необходимость дальнейшего развития города, стали осваиваться краевые участки территории, сложенные отложениями высокой поймы, представленными с поверхности в основном мерзлыми торфами. Здесь строительство велось на свайных основаниях с сохранением мерзлого состояния грунтов (I принцип). Инфраструктура представлена двухэтажными деревянными и железобетонными инженерными сооружениями (жилые, административные и производственные здания, школы, детские сады). Первые деформации начались в конце 70-х годов и проявлялись в виде трещин в штукатурке, стенах, однако при своевременно принятых мерах они были приостановлены, либо затухали во времени. В настоящее время на территории города сформировалась сложная литотехническая система (ЛТС), функционирование которой определяется взаимосвязью природных компонентов и техногенных воздействий [5].
Согласно официальным данным БТИ (бюро технической инвентаризации) администрации г. Надыма состояние около 60 % зданий характеризуется как неудовлетворительное, около 20 % - требуют принятия срочных мер по укреплению и спасению от разрушения. Большинство аварий зданий и сооружений связано с фундаментами и основаниями. Недопустимые осадки, трещины и прогибы в элементах зданий и сооружений зачастую возникают при ослаблении основания в процессе эксплуатации. Для выяснения пути устойчивого развития городской инфраструктуры Западной Сибири и установления причин деформаций зданий и сооружений в г. Надыме в сложных ИГУ была разработана методика наблюдений, которая заключается в: визуальном обследовании зданий и сооружений; инструментальных наблюдениях за деформациями несущих конструкций (нивелирование); дополнительных инженерно-геологических изысканиях; видеосъемке за изменением положения гипсовых маяков; режимных термометрических наблюдениях.
При инженерно-геологическом обследовании было выявлено, что более 90 зданий городской застройки в той или иной мере деформированы (табл. 2.1, рис. 2.1-2.9). Установлено что у большинства зданий не обустроены либо нарушены водостоки и отмостки (рис. 2.10) и сброс ливневых вод происходит под жилые дома. У большинства деревянных зданий нарушена система водопроводящих коммуникаций, в результате чего происходят утечки и вблизи зданий формируются «техногенные озера». Следует также отметить, что в городе отсутствует система отвода ливневых и паводковых вод. Все эти неблагоприятные факторы привели к нарушению температурного режима грунтов, деградации ММП, изменению состояния и свойств грунтов, потере их несущей способности, что повлекло неравномерные осадки поверхности и фундаментов, изгибы и коррозии свай, активизацию таких процессов как суффозия, подтопление, морозное пучение, интенсивные разрушения несущих конструкций зданий, что в отдельных случаях привело к невозможности их дальнейшей эксплуатации и выселению жильцов [3, 7]. К настоящему моменту пять зданий пришлось демонтировать из-за опасности обрушения (рис. 2.11), еще около десяти находятся в аварийном и предаварийном состоянии [88].
Компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме
В геологическом строении территории участвуют аллювиальные отложения поймы, I, II и III надпойменных террас неоплейстоцен-голоценового возраста, которые подстилаются аллювиально-морскими отложениями марресальской свиты (рис. 3.2).
Аллювиалъио-морские отложения марресальской свиты (am, lm mr) представлены песками с пропластками алевролитов, суглинков и супесей, местами с гравием и галькой. Мощность отложений составляет 20-22 м.
В разрезе третьей надпойменной террасы (am III) выделяется русловый и эстуарный аллювий представленный песками, с прослоями связных пород (супесей, суглинков) маломощных (до 10-15 см) и приуроченных в основном к верхней половине толщи. Для всего разреза осадков террасы присущи повсеместные проявления криогенных текстур: криотурбаций, инволюций, псевдоморфоз по ледяным жилам и т.п.
Озерно-аллювиальные (лиманные) отлоэюения второй надпойменной террасы (la III) с абс. отметками поверхности 16-32 м. Терраса прислонена к третьей надпойменной, имеет цокольное (эрозионно-аккумулятивное) строение. В разрезе террасы выделяются две пачки: русловый и лиманный аллювий. Русловый аллювий представлен мелко- и среднезернистыми, хорошо промытыми косослоистыми песками. Лиманный сложен мелко- и тонкозернистыми, часто пылеватыми кварцевыми песками, слойками глинистых песков, супесей или линзочек разнозернистого песка, с тонкой параллельной или пологоволнистои слоистостью. Мощность отложений террасы изменяется в пределах от 5-6 до 22 м.
Аллювиальные отлоэюения первой надпойменной террасы (аЧП-Н) относительной высотой 6-8 м имеют широкое распространение. Терраса имеет аккумулятивное строение, вложена во вторую надпойменную террасу. Разрез представлен русловой, старичной и пойменной субфациями. Русловая субфация сложена хорошо промытыми мелко- и среднезернистыми песками с косой слоистостью и базальным слоем гравийно-галечникового песка. В составе старичных отложений наряду с песками присутствуют крупные (мощностью до 4-6 м) линзовидные прослои иловатых суглинков и супесей, насыщенных органическими и древесными остатками, с линзами аллохтонного торфа. Пойменные отложения имеют незначительную мощность (до 2-3 м), в их составе преобладают суглинки, реже супеси, с прослоями пылеватых песков. Мощность аллювиальных отложений составляет 15-16 м.
Аллювиальные отложения высокой поймы (аН/) высотой 5-6 м представлены русловой, старичной и пойменной сублитофациями, мощностью 10-15 м. Русловые накопления нередко слагают весь разрез толщи, представлены косослоистыми песками мелкими и средней крупности, прослоями пылеватыми, с участием линз слоистых супесей и суглинков. Базальный слой обогащен линзами гравийно-галечникового материала с включениями валунов. В составе старичных накоплений участвуют линзовидные прослои супесчано-суглинистых илов с большим количеством органических остатков и слойками аллохтонного торфа.
Аллювиальные отложения низкой поймы (аНг) высотой до 2-3 м представлены преимущественно русловым аллювием с включениями крупных фрагментов старичных накоплений. К низкой пойме относятся пляжевые фации - мелкие и средней крупности пески, с включениями крупнозернистых, гравия и мелкой гальки. Мощность пойменных накоплений достигает 20-22 м.
Озерно-болотные отложения приурочены к понижениям в современном рельефе, в том числе к термокарстовым западинам и акваториям современных и древних остаточных озер. Озерный комплекс представлен иловатыми песками, супесями и суглинками, с присутствием илов сапропелевого типа и линз погребенного илистого торфа. Наиболее крупные массивы торфяников (преимущественно верхового типа) приурочены к поверхности первой, частично второй надпойменных террас и высокой поймы.
Нижняя граница озерно-болотной толщи имеет в районе скользящий возраст -от конца казанцевского века до голоцена включительно.
Территория города расположена в пределах аккумулятивной аллювиальной равнины на останце первой надпойменной террасы и отчасти высокой поймы р. Надым. Останец вытянут в меридиональном направлении, и характеризуется плоским однообразным рельефом с незначительным уклоном на восток, к р. Надым и отметками рельефа, не превышающими, в основном, 10-18 м.
Отложения высокой поймы представлены сложным переслаиванием песков мелких и пылеватых с прослоями суглинков, супесей и торфов. Известно, что к моменту возведения города, территория была сильно заболочена, поэтому в разрезе встречаются торфа, залегающие с поверхности, а также погребенные, в виде прослоев и линз, мощностью 1-3 м, местами до 5-6 м. Аллювиальные отложения I надпойменной террасы сложены песками разной крупности, с некоторой дифференциацией - ближе к дневной поверхности преобладают пылеватые разности, с маломощными прослойками суглинков и супесей. Мощность отложений составляет 10-16 м.
Необходимо отметить, что режим осадконакопления, геоморфологические условия территории предопределили особенности геологического строения, которые выражаются в сложном фациальном замещении грунтов различного литологического состава и генезиса, что проявляется даже в пределах одного здания.
Прогноз инженерно-геологических условий на базе интегрального показателя
Заключительным этапом интегральной оценки ИГУ является построение модели поля интегрального показателя сложности ИГУ. С этой целью для каждого из 1310 квадратов сетки были рассчитаны значения интегрального показателя и синтезирована модель его поля (рис. 4.14). Анализ структуры модели поля интегрального показателя показал общую тенденцию увеличения значений интегрального показателя от центральной части города к краевым, где его значения составляют 0,51-0,76 д.ед. Наиболее неблагоприятными являются участки, приуроченные к озерно-болотным отложениям I надпойменной террасы, здесь отмечается наличие в разрезе торфа в мерзлом состоянии, изменение состояния и свойств грунтов и снижение их несущей способности, что связано с деградацией ММП в результате техногенных воздействий на геологическую среду. На фоне отмеченной тенденции выделяются локальные замкнутые аномалии как положительные, так и отрицательные. В пределах этих участков отмечается наибольший градиент в изменении интегрального показателя, его значения меняются от 0,4 до 0,7 д.ед. Положительные аномалии, отмеченные на общем фоне значений интегрального показателя, связаны с отсутствием в разрезе торфа и новообразований мерзлоты, что оказывает благоприятное влияние на несущую способность грунтов. Отрицательные аномалии указывают на существование обратной зависимости. Сопоставление полей параметров, отражающих ИГУ территории г. Надыма с полем интегрального показателя, обнаружило их сходство и позволило сделать вывод о том, что структура поля интегрального показателя отражает геологическую обстановку, закономерности пространственной изменчивости компонентов ИГУ рассматриваемой территории. По структуре поля можно дать сравнительную оценку сложности ИГУ, а величина интегрального показателя является критерием оценки их сложности.
Для установления граничных значений интегрального показателя был построен график зависимости износа зданий от интегрального показателя (рис. 4.15). Анализ графика показал, что зависимость между изучаемыми показателями линейная и в данном случае по резким изменениям износа зданий возможно выделение четырех участков, с различными значениями интегрального показателя: Логическим завершением интегральной оценки ИГУ городской территории является выполнение специального инженерно-геологического районирования, целью которого является установление участков благоприятных для строительства зданий и сооружений. На основании установленных закономерностей изменения ИГУ с учетом рассчитанного интегрального показателя вся изучаемая территория разделена на четыре таксономические единицы, обладающие определенной категорией сложности ИГУ, отвечающие разным классам устойчивости: относительно устойчивые, средней устойчивости, низкой устойчивости, неустойчивые [100] (рис. 4.16, табл. 4.2). I класс (относительно устойчивые) — характеризуется значениями интегрального показателя от 0,32 до 0,40 д.ед. и износом зданий 5-25 %. Территория занимает центральную часть города и приурочена к району развития несквозного талика глубиной более 50 м и перелетков или островной реликтовой мерзлоты. Она сложена с поверхности песками мелкими и средней крупности I надпойменной террасы и высокой поймы. Для отдельных участков характерно подтопление в летний период надмерзлотными водами. Здания практически не деформированы, испытывают равномерную осадку (S 1/2 Snp), хорошо функционируют, однако редкие трещины, отрывы отмостков указывают на необходимость устранения причин деформаций [94]. II класс (средней устойчивости) - характеризуется значениями интегрального показателя 0,4-0,5 д.ед., износ зданий изменяется от 25 до 35 %. Территория занимает центральную и северную части города и включает районы несквозных таликов глубиной более Юме развитием перелетков или островной реликтовой мерзлоты. Она приурочена к песчаным отложениям I надпойменной террасы и высокой поймы, местами перекрытым торфом мощностью до 1,0 м. В пределах территории отмечаются участки потенциального подтопления надмерзлотными водами. Деформации зданий угрожают их нормальной эксплуатации. Примером тому служит дом 1 на бульваре Стрижова, под которым в результате техногенного воздействия происходит деградация ММП. Кроме того, территория характеризуется широким развитием перелетков, формирование или деградация которых идет постоянно, что также влияет на характер деформаций зданий. Для нормальной эксплуатации зданий необходимо устранить утечки коммунальных стоков, урегулировать вопрос с расчисткой снега (не накапливать снежные массы толщиной более 1,5 м у фундаментов зданий), восстановить систему вентиляции подвалов, отремонтировать или построить отмостки, водостоки, создать систему водоотведения поверхностных вод. III класс (низкой устойчивости) - имеет значения интегрального показателя 0,5-0,6 д.ед., износ зданий составляет 35—50 %.
Территория распространена локально и приурочена к I надпойменной террасе и высокой пойме. Для нее характерны участки развития ММП, залегающих с поверхности, сложенных торфами мощностью до 3,0 м и образование несквозных таликов глубиной 5,0-10,0 м. Территории, потенциально подтопляемые в летний период надмерзлотными, поверхностными и техногенными водами с образованием локального заболачивания и "техногенных озер". Активно развиваются процессы миграционного пучения и деградация ММП. Деформации зданий носят предаварийный характер, отмечается неравномерная осадка (S=Snp—2S„P). Для нормальной эксплуатации зданий требуется принятие мер по устранению причин деформаций. IV класс (неустойчивые) — характеризуется значениями интегрального показателя от 0,6 до 0,76 д.ед. Износ зданий более 50 %. Территория приурочена к отложениям I надпойменной террасы и поймы, для нее характерно залегание с поверхности кровли ММП (вскрытая мощность 50,0 м), значительная мощность торфа (1,0-7,5 м) с высокими значениями показателей его суммарной влажности и льдистости (Wc=2,98-14,20 д.ед., Лс=0,58-0,75 д.ед.). Территория расположена в краевых частях города (западной, восточной и южной). В ее пределах отмечается подтопление надмерзлотными, поверхностными и техногенными водами с образованием локального заболачивания и "техногенных озер", активно развиваются процессы миграционного пучения и деградация ММП. Деформации зданий носят часто аварийный характер (неравномерная осадка в 2 и более раз превышает допустимую), их эксплуатация зачастую не возможна, срочно требуется проведение специальных мероприятий по закреплению фундаментов.
