Иненерно-геологические особенности строительства на территории уфы

Учет особенностей геологического строения не­обходим при выборе и расчете фундаментов. Эко­номическое решение того или иного строительного проекта часто является результатом предусмот­ренного влияния грунтовых условий.

Проведенные на территории Уфы инженерно-гео­логические работы позволили наметать несколько районов со своеобразным геологическим строением и физико-геологическими явлениями.

Наиболее сильное влияние на инженерно-геоло­гические условия оказывают древнейшие отложе­ния кунгурского яруса пермской системы, протя­нувшиеся на несколько сот метров.

Литологически отложения кунгурского яруса представлены гипсами, ангидритами, доломитами и доломитизированными известняками.

Рельеф поверхности этих пород на территории Уфы довольно сложен. Колебания абсолютных отметок кровли кунгурских образований отмечаются от 40—60 м (районы Нижегородки, озера Сипайлово) до 150 м (район университета).

Сложность кровли кунгурского яруса объясня­ется особенностями залегания и явлениями размы­ва в последние этапы геологической истории.

Непосредственно на поверхности гипсы и ангид­риты обнажаются в виде отдельных скальных вы­ходов на крутых коренных склонах долин рек Бе­лой и Уфы. Ввиду ограниченности выходов площа­ди этих отложений на поверхность они редко слу­жат естественным основанием здании и сооруже­ний.

Гипсы и ангидриты относятся к скальным грун­там и обладают высокой несущей способностью. Однако их высокая растворимость в соответствую­щих гидрогеологических условиях порождает опас­ные для строительства карстовые явления. Из-за интенсивного развития древнего и современного гипсового карста район крутых склонов и приле­гающих к ним участков отнесен к непригодным для строительства. Выбор отдельных строительных площадок требует предварительного проведе­ния инженерно-строительных изысканий.

На неровной поверхности гипсов кунгурского яруса залегают отложения уфимского яруса перм­ской системы. По литологическим признакам они расчленяются на нижнюю, преимущественно кар­бонатную, пачку и верхнюю — песчаноглинистую.

Нижняя представлена переслаивающимися мер­гелями, известняками, доломитами с подчиненными глинистыми прослойками. Мощность пачки колеб­лется от 40 до 80 м.

Верхняя пачка состоит, в основном, из глин с прослойками песчаников и алевролитов. Глубина заложения ее меняется от 1,5 до 50 м.

В целом отложения уфимского яруса имеют вид «слоеного пирога». Мощность отдельных литологически разнородных слоев колеблется от несколь­ких сантиметров до десяти метров. Однако в раз­резе преобладает переслаивание слоев толщиной не выше 2—4 м. Слоистая пачка пород уфимского яруса расположена горизонтально или складками с углами падения пород на крыльях 5—20°.

Глины уфимского яруса по составу и свойствам относятся к типу мергелистых аргиллитоподобных с красновато-коричневой окраской; характеризу­ются значительной плотностью.

Сеть трещинок разбивает породу на небольшие угловатые формы. Глины имеют малую влажность и твердую консистенцию, в их составе часто наб­людаются включения в виде гнезд, мелких линз и тонких прослоек мергелей и песчаников.

Неоднородность состава и трещиноватость зат­рудняют отбор монолитов для лабораторного оп­ределения физико-механических свойств, которые, как правило, характеризуют верхнюю выветрелую часть уфимских глин.

Физико-механические показатели уфимских глин таковы:

естественная влажность колеблется в пределах 26-28%;

удельный вес 2,74—2,75 г/см³

объемный вес 1,85—2,0 г/см³

пористость 43—48%

показатель консистенций 0—0,18

угол внутреннего трения 12—24°

сцепление 0,695—0,750 кгс/см²

модуль деформации — 200—400 кгс/см²

Нормативные нагрузки на эти грунты рекомен­дуются в пределах 3—5 кгс/см.

Песчаники представлены мелкозернистыми полимиктовыми разностями. Преобладающие цвета песчаников — зеленовато-серый, серый, красно­вато-серый. В большинстве случаев встречаются прослойки слабых песчаников на глинистом це­менте и иногда крепких песчаников — на карбо­натном цементе.

В зависимости от состава цемента, степень выветрелости колеблется в пределах 84—87 кг/см². Учитывая большую распространенность слабосцементированных разностей песчаников и их общее подчиненное значение в геологическом разрезе, расчетное сопротивление рекомендуется принимать 4—5 кгс/см².

Карбонатные породы — мергели, известняки, доломиты — занимают значительное место в раз­резе уфимских отложении. Представлены они, как правило, сильно выветренными, трещиноватыми чередующимися слоями серого и светло-серого цвета, кроме мергелей, отдельные прослойки кото­рого окрашены в фиолетовые, красноватые, жел­товатые, зеленовато-серые тона. Степень и харак­тер выветренности карбонатных пород в толще уфимских отложений не зависят от глубины зале­гания, а, как показали химические анализы, ско­рее связаны с минералогическим составом пород.

Кавернозные пористые доломитистые и долометисто- глинистые известняки встречаются в виде отдельных слоев, а также в виде крепкого обломочного материала среди разрушенной мучнистой мас­сы. Карбонатные породы характеризуются следую­щим минералогическим составом: 80—84% каль­цита, 8—9% доломита и 8—11% кварца и глини­стых минералов.

Химический и минералогический анализ наибо­лее разрушенной разности карбонатных пород, имеющих вид мучнистой массы, показал, что по составу это — известково-глинистый доломит и доломитовый мергель.

Нерастворимый остаток в этой породе составля­ет 13—25%, кальцит — 3—29% и доломит — 52— 77%.

При выветривании карбонатные породы превра­тились в слабосцемонтированную мучнистую массу с включениями и прослоями крепких кавернозных трещиноватых разностей, представленных наибо­лее чистыми известняками. Рекомендуемые рас­четные нагрузки на эти группы — 3—4 кгс/м2 для наиболее слабых разностей. Выход уфимских по­род на поверхность наблюдается на значительных площадях. Обычно эти площади на наиболее возвышенных частях водоразделов расположены гип­сометрически.

Такие грунты служат естественным основанием зданий и сооружений.

Расположение участков над базисом эрозии и их трещиноватость вызвали глубокое залегание грун­товых вод. В строительных котлованах, как прави­ло, вода отсутствует. В зоне заложения фундамен­тов грунтовые воды встречаются редко. Однако эти воды обладают сульфатной агрессией по от­ношению к бетонам и растворам на обычных це­ментах.

Таким образом, отложения уфимского яруса, представленные литологически разнородным ком­плексом грунтов (глины, песчаники, мергели, из­вестняки), по своим несущим свойствам и низкому коэффициенту сжимаемости являются надежным естественным основанием для любого вида строи­тельства. Наличие скальных грунтов, твердая кон­систенция глин предопределили выбор ленточного типа фундаментов для некоторых районов г. Уфы.

На участках развития уфимских отложений на­блюдаются провальные и просадочные явления, связанные с карстово-суффозионными процессами.

Такими участками являются крутые склоны, где карстовые проявления тесно связаны с гипсами и ангидритами кунгурского яруса.

Здания, построенные на этих участках без учета геологических условий, имеют опасность деформа­ций. Поэтому нельзя допускать строительство на отдельностоящих столбчатых фундаментах. Здесь приемлемы ленточные фундаменты повышенной жесткости с обязательным комплексом мероприя­тий, исключающих попадание поверхностных, про­мышленных и других вод в зону фундаментов как в период строительства, так и в период эксплуа­тации.

Кроме этого отложения уфимского яруса имеют участки старых подземных горных выработок, об­разовавшихся в результате добычи известняков.

Масштабы развития местоположение старых кус­тарных промыслов и глубина залегания неизвест­ны. Поэтому осмотр геологом строительных котлованов, в которых скрыты карбонатные породы (известняки, мергели), важен как с точки зрения их закарстованности, так и встречи участка старой разработки.

Широко распространены на территории города грунты неогенового и четвертичного возраста, отложения которого встречаются на склонах долин рек Шугуровки и Сутолоки, Уфы, Белой и Демы. Литологические отложения этого возраста пред­ставлены суглинками, глинами, супесями, песками и песчано-гравийными грунтами. Генетически — это, в основном, аллювиальные, делювиальные и озерно-болотные образования. Мощность, литологический разрез, физико-механические свойства отложений неогенового и четвертичного возрасти сильно изменчивы. Эти отложения расположены в районах со сходными инженерно-геологическими условиями.

Таких районов условно можно выделить четыре.

1. Район восточного склона Бельского-Шугуровского водораздела и долина реки Шугуровки. Гео­логический разрез здесь следующий.

Сверху тяжелые суглинки или легкие глины четвертичного возраста от светло-коричневого до темно-коричневого цвета. Консистенция описыва­емых грунтов изменяется в разных частях от полу­твердой до мягкопластичной. Мощность слоя изме­няется от 10 до 20 мм.

Нижний слой — четвертичные глины и суглинки неогенового возраста. Последние представлены темно-серыми, зеленовато-серыми плотными раз­ностями тугопластичной и полутвердой консистен­ции. Мощность неогеновых глин 15- 30 м.

Грунтовые воды в этом районе распространены повсеместно и в зависимости от рельефа, гипсо­метрического положения участков находятся на глубине от 1 до 10 м. Строительство можно вести как на ленточных фундаментах, так и на свайных. При выборе типов фундаментов следует руковод­ствоваться положением в разрезе линз и прослоев грунтов с худшими несущими свойствами. Здесь нерационально применять свайные фундаменты.

2. Район долины реки Сутолоки характеризуется сложным рельефом. Оба склона долины реки прорезаются серией параллельных глубоковрезанных оврагов, протягивающихся от реки почти под прямым углом.

Благоприятные для строительства участки рас­полагаются в верховьях оврагов и на межовражных водоразделах.

В геологическом строении преобладают отложе­ния четвертичной и неогеновой систем.

В южной половине этого района на участках с абсолютными отметками 135—140 м и ниже верх­няя часть разреза до глубины 8—19 м — пересла­ивание суглинков, супесей и песков. Мощности от­дельных слоев колеблются от нескольких десятков сантиметров до 3—4 м. Песок в основном — мел­козернистый. Пески и супеси составляют до 50 % описываемого слоя. Физико-механические свойства этих грунтов колеблются в широких пределах и за­висят от степени обводненности.

В этом же районе наблюдаются плотные глины полутвердой и реже — тугопластичной консистен­ции. Мощность глин но направлению от водораз­делов к реке увеличивается от нескольких метров до 40 и более.

Грунтовые воды - в верхней части разреза.

Глубина залегания их от поверхности, учитывая дренирующее влияние оврагов, изменяется в ши­роком диапазоне.

При проектировании и строительстве здесь необ­ходимо учитывать возможность проявления опол­зневых процессов.

Верховье Сутолоки и верхние части склонов до­лины характерны преобладанием суглинков и глин четвертичного и неогенового возраста, мощность которых изменяется от 5 до 17 м. Ниже прослежи­ваются глины неогенового возраста пестрой окрас­ки (светло-коричневые, серые, зеленовато-серые и даже черные тона).

В этих глинах иногда встречаются прослои гру­бозернистых песков и мергеля.

Грунтовые воды в верховье Сутолоки залегают высоко (1,5—3 м от поверхности) и не агрессивны по отношению к бетонам и растворам на портланд­цементе. Строительство возможно на свайных и ленточных фундаментах.

3. Район развития рыхлых отложений объединя­ет площади первой и второй надпойменных террас рек Уфы и Белой.

Геологический разрез (сверху вниз):

слой аллювиальных суглинков, песков, супесей и илов (все эти разности грунтов не выдержаны ни по площади, ни по мощности, общая мощность слоя колеблется от 4 до 15 м);

слой аллювиальных песчано- гравийно- галечниковых образований (мощность слоя 8—26 м);

горизонт плотных серых глин неогенового воз­раста.

Последний слой распространен не повсеместно, имеет колебания мощности от нескольких десят­ков метров.

В тех местах, где в разрезе отсутствуют глины неогенового возраста, аллювиальные отложения лежат на гипсах кунгурского яруса или терригенно- карбонатных породах уфимского яруса.

Литологически разнородные грунты (суглинки, супеси, пески, илы) верхнего слоя по своим физи­ко-механическим свойствам относятся к слабым и весьма слабым грунтам.

Средний слой представлен крупнообломочными

грунтами, являющимися надежным основанием для строительства.

Грунтовые воды в аллювиальных отложениях имеют непосредственную связь с поверхностными водами рек. Глубина залегания в межень колеб­лется от 2—3 до 5-7 м. Амплитуда колебаний уровня грунтовых вод аналогична амплитуде коле­бания уровня воды в реках.

Высокий уровень грунтовых вод в верхней час­ти слабого грунта позволяет строить здания на свайных фундаментах и проектировать сван-стойка с заглублением острия в слой, песчано- гравийно- галечниковых отложений.

Для этого района необходимо выявить участки, опасные проявлением карстовых процессов, и тер­ритории, затапливаемые высокими паводковыми водами рек Уфы и Белой.

4. Несколько обособленным территориально является Дёмский район г. Уфы, расположенный на левобережье реки Белой близ впадения в нее Демы. Основная часть района геоморфологически приурочена ко второй надпойменной террасе реки. В геологическом отношении имеет много общего с территорией третьего района.

Литологический разрез рыхлых отложении (сверху вниз):

слой аллювиальных суглинков с прослоями су­песей и песков (мощностью от 5 до 12 м);

слой серых и буровато-серых глин с маломощ­ными прослоями среднезернистых песков (мощ­ностью до 15 м);

суглинки и глины песчано-гравийно-галечииковых отложений (мощностью от 5 до 14 м).

По возрасту все эти грунты являются образова­ниями четвертичного периода. Основанием четвер­тичных отложений являются глины неогена или гипсы и известняки пермской системы.

Первый основной несущий слой представлен грунтами, которые по своим физико-механическим свойствам являются довольно слабыми. Глубина залегания грунтовых вод 1—5 м. На площади на­блюдаются заболоченные участки. Капитальное строительство на площади Демского района мож­но вести на участках, где исключены поверхност­ные проявления гипсового карста. Для этого рай­она рационально применять ленточные или свай­ные фундаменты.

Таковы наиболее типичные грунты, их распрост­ранение, физико-механические свойства и усло­вия строительства на территории г. Уфы.

Башкирская энциклопедия.

В 7т. Т.3: З- К/ Уфа: Баш. энцикл.,

2007- 672с.

КАРСТОВЕДЕНИЕ, карстология, отрасль инженерной геологии, изучающая карст, а так же его проявления на земной поверхности. К. получило развитие в 80-е гг. 20 в. в связи с массовым промышленным и жилищным строительством; тесно связано с геохимией, гидрогеологией, гидротехникой и др. Подразделяется на общее, региональное, инженерно-строительная К. и др. Основные задачи изучение карстоопасности территорий, прогнозирование поведения объектов, создание упреждающей инженерно- строительной противокарстовой защиты, при необходимости карстомониторинг. В восточной части Восточно Европейской равнины изучение карстовых явлений впервые начато участниками Академических Экспедиций 1768-74 И.И.Рычковым, И.И.Лепёхиным (1771, 1772), И.С.Палласом (1773, 1786, 1788), И.И.Рычковым (1770), и И.И.Фальком (1824). В 1894-96 при строительстве Самаро-Златоустской ж.д. было положено начало инженерно геологическим исследованиям карста, создана противокарстовая станция (Д.Л.Иванов, М.Э.Ноинский). В 1901 А.А.Крубер описал карстовые образования Уфимского плато, в 1915-16 В.А. Варсанофьевой начато изучение карстовых вод. М.А. Зубащенко впервые проведено районирование карста (1939). В 50е гг. появились работы по классификации типизации карстовых явлений форм (Л.В. Голубева, Г.А. Максимовича), теории (В.А.Лиродов), районированию (З.А.Макеев, М.М.Толстихина и др.) и гидрогеологии карста (Е.К.Городецкий, Б.Ф.Костин и др.), роли карста в формировании мнений полезных ископаемых (И.И.Гинзбург, М.А.Мульменко, Л.С.Хоментовский) и др.; связи карста с тектоникой и неотектоникой (Г.В.Вахрушев, В.Д.Наливкин, Д.С.Соколов, А.И.Рождественский). В 1961 С.И.Ткалич описал карст Уфы. А.Г.Мусин обобщил данные об особенностях развития и распространения карста на Бугульминско Белебеевской возвышенности. В 70-е гг. А.Г.Чикишев описал Уфимский карстовый округ, Дёмо-Уфим. Карстовую провинцию с Бельско Уршакским и Нижнебельским округами. В 1969-72 действовал Баш. Филиал Перм. научно-исследовательского института карстоведения и спелеологии (впоследствии Башкирский НИИ карстоведения и спелеологии), изучена перспективность на нефть и газ палеокарстовых коллекторов (Д.А.Малоярославцева, Б.В.Озолин, Л.Н.Усольцева и др.), внедрены геофизические Методы исследования в К. (Н.С.Лиханов, В.Е.Малахова). С кон. 60-х. гг. проводятся гидрогеол. и гидрохим. иссл. карста (Р.Ф.Абдрахманов, В.И. Мартин, В.Г. Попов). На основе схем районирования карста Е.А. Лушникова, И.К.Кудряшова (1961), В.П.Костарева, Максимовича (1973) и др., а так же с учетом морфоструктур, выделенных на территории республики Ю.Е. Журенко и Рождественским (1962), выполнено районирование карста (1972; Мартин): выделено 5 провинций, 12 областей и 27 районов. С 80-х гг. 20 в. в связи с интенсификацией различных видов строительства, в т.ч. на терр., ранее считавшихся непригодными, активно развивается инж. строит. К. Группа специалистов БашНИИстрой, Зап. Уральского треста инж.-строит. изысканий и «Башкиргражданпроекта» впервые в СССР выработала концепцию освоения закарстованных терр. к-рая положена в основу Инструкции ВСН 2-86 (впоследствии ТСН 302 50 95 РБ и ТСН 22-3…07 РБ), в ней сформированы меры обеспечения геостойкости зданий и сооружений на закакрстованных терр. РБ. При этом учитываются также нормативные документы России СНиП 11-02-96, СНиП 22-02-2003 и СП 11-105-97, регламентирующие вопросы инженерно-геологических изысканий и оценки карстоопасности по 6 категориям устойчивости территории. В республике карст зарегистрирован как опасный геологический процесс. Проведен прогноз карстоопасности и районирование закарстованных терр. Уфы, опасных экзогенных процессов, впервые введены зоны сульфидного карста и кластокарста, а также уточнены границы равнинного и горного карста (А.И.Смирнов, А.И.Травкин); изучена проблема отказов оснований и фундаментов, их устранения; впервые обоснованы 5 обязательных условий активации карста и пассивации, при отсутствии любого из них (Э.И. Мулюков). Проведены исследования плитных, свайных и свайно-плитных фундаментов на карстовый провал (Н.З. Готман, Д.А.Давлетяров, А.И.Жилин, В.А.Илюхин, А.И.Рыжков); магистральных газопроводов в карстовой зоне (Р.М.Зарипов, Г.Е.Коробков, В.А.Чичелов, А.М.Шаммазов) и др. Составлены карты закарстованности территории РБ масштаба 1:200000. При участии учёных республики проведены школа-семинар «Инженерная геология карста» (Уфа, 1980), всесоюзные и международные конференции и симпозиумы по проблемам К. (Москва, 1982, 1990; Подольск, 1983; Самара, 1990; Пермь, 1992, 2004; Екатеринбург, 2001). Материалы исследований обобщены в книге «Гидрогеология Урала» (Н.Д.Буданов, 1964), «Гидрогеология СССР» (т.15, 1972), «Карст Башкортостана» (2002) и др.

Лит.: Чикишев А.Г. Карст Русской равнины. М., 1978; Мулюков Э.И. Карстовый процесс и строительное освоение карстовых территорий Республики Башкортостан //Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 1999.Т.4. №3.

Э.И.Мулюков

Башкирская энциклопедия

2006.-т.2

ГРУНТОВЕДЕНИЕ, отрасль ин­женерной геологии, изучающая со став, строение и свойства грунтов на предмет их использования в качестве оснований фундаментов зданий и сооружений, материала при строительстве наземных грунтовых сооружении, объекта техн. мелиорации, сырья для производства минеральных строительных материалов, вмещающей среды при освоении подземного пространства крупных городов и пром. комплексов. Подразделяется на общее Г., техн. мелиорацию грунтов и региональное. Комплексное изучение грунтов включает исследование их физ., хим. и механических свойств полевыми и лаб. методами. Систематические изыскания грунтов для нужд строительства в РБ были начаты в 30-е гг. 20 в. Баш. геол.-разведочным управлением (см. "Башкиргеология"). С 60-х гг. получило развитие направление исследований, посвященных решению проблем, связанных с региональными особенностями грунтов (карст, оползни, морозное пучение, подтопление и др.). И связи с интенсивным развитием жилищного и пром. строительства в респ. физ.-мех. свойства грунтов изучаются в ЗАО "Западно-Уральский трест инженерно-строительных изысканий" (В.И.Мар­тин, А.И.Травкин, К.Н.Струев), в ООО "Архстройизыскания" (В.Г.Камалов, О.А.Юзвенко). С 70-х гг. в "БашНЙИстрой" (см. Строительно­го комплекса РБ институт) ведут­ся комплексные исследования грунтов, в т.ч. по проблемам техн. мелиорации грунтов и инженерно-строительного карстоведения (Э.И.Мулюков), закрепления грунтов оснований аварийных зданий и сооружений" (Ф.Е. Волков). Разработаны разл. виды свай для грунтов РБ (А.Л.Готман, Н.З.Готман), метод статического зондирования грунтов (Г.С.Колесник, И.Б. Рыжков). Выполнен комплекс специальных иссл. грунтов при строительном освоении закарстованных территорий (Мартин, Травкин). Прогнозирование подтопления застроенных гор. терр. осуществляет­ся ООО "Геодинамика" (Уфа, Н.Д.Савичев). С учётом науч. достиже­ний в области Г. на закарстованных и оползневых территориях (в т.ч. с высоким уровнем подземных вод) были построены уникальные здания (Башгосдрамтеатр им. М.Гафури, корпуса ТЭЦ-5 и др.) в Уфе.

Лит.: Мулюков ,Э.И. Карстовый процесс и строительное освоение закарстованных территорий Республики Башкортостан //Весник АН РБ. 1999. Т.4 № 3; Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Грунтоведение, М. 2005.

Готман А.Л., Э.И.Мулюков