2.11 Инженерно-геологические условия строительства сооружений
2.11.1 Инженерно-геологическое районирование
Согласно расчленению участка Тында-Ургал, произведенному генеральной проектной организацией – Мосгипротрансом, участок Улагир - Февральск (КМ 2819 - КМ 3018) относится к V инженерно-геологическому району.
По особенностям инженерно-геологических условий, выявленным при изысканиях, участок Улагир – Февральск (КМ 2819 - КМ 3018) поделен на два инженерно-геологических района, отличающихся друг от друга геологическим строением, геоморфологическими и мерзлотными условиями:
- V-а инженерно-геологический район охватывает участок трассы – КМ 2819 - КМ 2891 и приурочен к южньм отрогам хребта Джагды;
- V-б инженерно-геологический район (КМ 2892 - КМ 3018) расположен в пределах Амурско-Зейской равнины.
V-а район сложен метаморфическими сланцами палеозойского возраста, прикрытыми суглинками и дресвяно-щебенистым материалом. Район характеризуется сплошным распространением вечной мерзлоты. По геоморфологическим и мерзлотногрунтовьм условиям район расчленяется на следующие, чередующиеся по трассе ж.д. магистрали, микрорайоны:
1. Пологие переувлажненные склоны, покрытые моховой, реже кочковатой марями;
2. Крутые сухие склоны речных долин и возвышенностей;
3. Долины рек и ручьев, покрытые кочковатой и кочковато-моховой марями.
2.11.2 Инженерно-геологические характеристика оснований земляного полотна
В соответствии с инженерно-геологическим районированием, условия сооружения земляного полотна рассматриваются в настоящем разделе для V-а и V-б инженерно-геологических районов раздельно.
Участок КМ 2819 – КМ 2891 (V-а инженерно-геологический район, расположен в южных отрогах хребта Джагды.
Абсолютные отметки поверхности земли в голове трассы уменьшаются от 460 м на западной границе участка до 350 и в районе мостового перехода через главную реку участка Тунгалу, затем постепенно возрастают до 495 м на водоразделе рек Тунгала и Джелон и снова уменьшаются до 300 м на восточном конце участка,
В геоморфологическом отношении характерным для участка является расположение трассы на склонах речных долин Улагира, Н. Джелона, Камнеги, Сагояна и Тангомена, сильно изрезанных долинами ручьев и суходолами. Рельеф участка в полосе трассы низкогорный, склоны речных долин и возвышенностей пологие, террасированные.
Поверхность склонов, плоские водоразделы и днища речных долин почти повсеместно замарены. Преобладают моховые мари, реже встречаются кочковато-моховые, бугристо-моховые и кочковатые. Открытые мари чередуются с марями, покрытыми редкой лиственницей и слабо замаренными участками склонов, густо поросших лиственницей и березой.
Геологическое строение участка представлено палеозойскими сильно дислоцированными метаморфическими сланцами с кварцевыми жилами и прослоями эффузивов. Сланцы залегают преимущественно вблизи от дневной поверхности и слагают все проектируемые выемки и карьеры скального грунта.
В основании насыпей почти на всем протяжении участка распространены суглинки с дресвой и щебнем сланцев, подстилаемые на глубине 1,5-2,5 м дресвяно-щебенистым материалом с большим содержанием суглинка. По происхождению суглинки, в основном, делювиальные и делювиально-элювиальные, реже – аллювиальные, пролювиальные и болотные.
Исключением являются отдельные участки, на которых метаморфические сланцы прикрыты мощной толщей белогорской свиты (КМ 2837-2839, 2842-2843, 2845-2849, 2855-2858, 2860-2861), представленной до глубины 8,0-15,0 м и более суглинками и глинами с прослоями дресвяно-щебенистого материала.
Суглинки, распространенные на участке, льдонасыщенные, в верхней части разрезы зачастую заторфованные, при оттаивании текучие и текучепластичные, пучинистые. Криогенная текстура суглинков – слоистая, сетчатая, реже массивно-ячеистая, категория просадочности III-IV, редко – II.
Физические свойства покровных суглинков, по данным полевых и лабораторных исследований, изменяются в широких пределах:
Дресвяно-щебенистый материал, а также рухляки сланцев, подстилающие суглинки, имеют массивно-ячеистую или корковую морозную текстуры, пучинистые при оттаивании; состояние их от мало-влажного до водонасыщенного, категория просадочности обычно вторая.
На отдельных участках суглинки прикрыты сверху торфом (КМ 2822, 2825, 2829, 2831, 2835-2839, 2841, 2846, 2854, 2855, 2860, 2862, 2869, 2870, 2873-2875, 2877-2879, 2885, 2887, 2889-2891). Общее протяжение всех участков с торфом составляет 19 км из 74 км всего рассматриваемого участка, мощность мохо-торфяного покрова не превышает 0,5-1,0 м. Торф плохо разложившийся имеет слоистую, редко ячеистую текстуры и относится к IV категории просадочности.
По лабораторным данным, физические свойства торфа характеризуются следующими предельными значениями показателей:
Суммарная влажность 147,8 - 951,0 %.
Объемный вес 0,92 - 1,23 т/кб.м.
Удельный вес 1,52 - 2,23 т/кб.м.
Коэффициент пористости 2,7 - 12,82.
Объемный вес скелета 0,11 - 0,44 т/кб.м.
Потери при прокаливании 37,7 - 90,3 %.
Относительная осадка при оттаивании 0,36 - 0,83.
Участок характеризуется сплошным развитием вечной мерзлоты. Верхняя граница ее залегает повсеместно на глубине 0,8-1,2 м и только на редких крутых коренных склонах она понижается до глубины 2,0-2,5 м.
Грунтовые надмерзлотные воды имеют повсеместное распространение. Уровень залегания и водообильность "верховодки" весьма непостоянны. Для проектируемого земляного полотна грунтовые воды представляют значительную опасность, связанную, прежде всего, с возможной активизацией термокарстового процесса на участках распространения льдонасыщенных грунтов.
Земляное полотно на марях
Как указывалось выше, мари на участке Тунгала-Февральск развиты почти повсеместно, отсутствуя только на вершинах возвышенностей, крутых склонах речных долин и прирусловых частях пойм больших рек.
Детальная характеристика марей, а также связанных с ними неблагоприятных для земляного полотна физико-геологических процессов, приведена выше.
Торф характеризуется слоистой криогенной текстурой, большой микрольдистостью, при оттаивании водонасыщенный. Подстилающие торф глинистые грунты имеют слоистую, сетчатую, редко массивно-ячеистую криогенные текстуры, при оттаивании переходят в текучепластичное или текучее состояние.
Насыпи на участках залегания подземных льдов
Подземные льды на участке Улагир-Февральск имеют довольно широкое распространение, особенно в южной половине района.
Участки с подземными льдами в инженерно-геологическом отношении являются
чрезвычайно неблагоприятными для сооружения насыпей, так как при нарушении естественных водно-мерзлотных условий при строительстве магистрали и освоении района возможна активизация термокарстового процесса, а также развитие неравномерных просадок земполотна как в плане, так и во времени.
В связи с этим при выборе местных вариантов трассы участки с подземными льдами пересекались в узких местах, однако полностью избежать пересечения таких участков не представилось возможным.
Железнодорожный путь на участках залегания подземных льдов рекомендуется сооружать на насыпях высотой не менее 2,5 м из скальных или дренирующих грунтов.
Ввиду возможных значительных просадок основания насыпи на участках распространения подземных льдов (IV б категория просадочности при оттаивании), как и на грунтах III-IV категорий просадочности, построены с запасом по высоте и ширине. Для обеспечения устойчивости откосов рекомендуется устройство берм.
Заключение « Трансгео» по данным георадиолокационного обследования:
- на всех профилях определено положение границы подошвы балластной призмы, выявлены места деформаций границы балластной призмы и подстилающих слоев;
- на указанных участках на обоих перегонах наблюдается частичное разрушение верхних слоев железнодорожного полотна. На ряде участков заметна последующая отсыпка грунта и каменных материалов. Несмотря на отсыпку, по данным георадиолокации видно, что насыпь местами «размывается» и это может привести к потере устойчивости насыпи;
- на участке ПК 29065+50 (в месте провала) видно понижение границы подошвы балластного слоя и границы раздела слоев грунта с различными свойствами. Нижняя граница насыпи на данном участке имеет уклон вниз, что может привести к попаданию осадков в тело насыпи и последующей деформации насыпи;
- на поперечных профилях видно, что граница подошвы балластной призмы имеет почти вертикальный уклон. На отдельных поперечных профилях заметно «разуплотнение» насыпи в верхней части.
По результатам электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ) устанавливают вид и состояние грунтов. Метод сочетает в себе динамическое зондирование и токовый каротаж (отчет ВНИИЖТ).
По данным динамического зондирования – условному динамическому сопротивлению определяют физико-механические и прочностные характеристики грунтов. При токовом каротаже измеряют силу тока I, корреспондирующуюся со свойствами (видом) грунта.
На ПК 29065+00, насыпь высотой 1,2 м; ПК 29065+50, нулевое место с реализовавшимся провалом; ПК 29072+93, насыпь высотой 2 м перегона Дугда-Нора выполнено ЭДЗ.
Месторасположение точек зондирования (Э) приведено в таблице 2. Расхождения в продольной привязке точек обусловлены методикой проведения обследования.
Таблица 2 – Характеристика точек зондирования и выработок
-
№ п/п
Местоположение,
ПК +, номер
поперечника
Номер точки, зондирования, контрольного бурения
Расстояние от оси пути, м
Глубина, м
Перегон Дугда – Нора
1
29065+00, П1
Э1
2,9; слева
5,2
2
29065+00, П1
Э2
2,9; справа
4,9
3
29065+54, П2
Э3
0,5; справа
5,9
4
29065+54, П2
Э4
0,9; справа
10,0
5
29065+54, П2
Э5
2,9; справа
5,2
6
29072+93, П3
Э6
0
7,3
7
29072+93, П3
Э7
2,9; справа
6,5
8
29072+93, П3
Э8
4,1; справа
5,7
Графики распределения условного динамического сопротивления (Рд) и сила тока (I) по выполненным точкам зондирования приведены на рисунках в отчете ВНИИЖТ.
При анализе продольных профилей установлены нарушенные зоны в основании земляного полотна в пределах ПК 29064+80 – ПК 29068+00 (320 м). Указанный участок отнесен к деформирующимся. На этом участке дополнительно отмечается глубокое проникновение нарушений структуры на Пк 29066+50 и ПК 29066+70, на которых вероятна реализация провалов грунта. Аналогичные нарушения наблюдаются в месте провала на ПК 29065+50. Изменения в характере прохождения импульсов установлены в пределах ПК 29072+30 – 29074+20. На радарограммах отмечаются размытые границы грунтов. Это место характеризуется максимальным значением годовой осадки, составляющей по эксплуатационным данным 150 мм. Из-за отсутствия водопропускного сооружения сток воды не обеспечен. По полученным данным георадиолокации уточняется указанное выше местоположение участка с осадками насыпи (вместо ПК 29072+50 – ПК 29073+50 следует принимать ПК 29072+30 – ПК 29074+20).
На всех обследованных участках были определены границы балластного слоя в поперечных профилях. На этих профилях в зонах деформации фиксируются значительные нарушения в балластном слое и подстилающих грунтах.
Установлена хорошая корреляция данных, полученных с помощью георадиолокационного зондирования и данных электроконтактного динамического зондирования.
Кроме границ балластной призмы выделены контрастные, по параметру диэлектрической проницаемости, границы слоев грунта в насыпи и основании.
Таким образом, на пер. Дугда – Нора (объект № 3) КМ 2907 ПК 6 – КМ 2908 ПК 7 осадки зафиксированы на участках: ПК 29064+89 – ПК 29068 локально; ПК 29072+50 – ПК 29073+50 (100 м).
Деформации связаны с криогенными явлениями и переувлажнением земляного полотна.
От ПК 29064+89 до ПК 29065+11 просадка земляного полотна происходит с интенсивностью 30 мм в год.
От ПК 29065+25 до ПК 29065+40 ежегодно проявляются пучины величиной до 20 мм.
Рисунок 5 – Продольный инженерно-геологический профиль насыпи на участке КМ 2907 – КМ 2908 перегона Дугда-Нора
На ПК 29065+53 в апреле 2007 г. под правой рельсовой нитью произошел провал щебня в шпальном ящике глубиной 1,8 м.
От ПК 29066+18 до ПК 29066+33, а также в разных местах от ПК 29067 до ПК 29068 происходит пучение и перекосы со стороны правой нити. На участке ПК 29072+50-пк 29073+50 происходит осадка, а на ПК 29072+93, в пазухе, резкая (до 100 мм) просадка пути, что связано с отсутствием малого ИССО.
Участок проектирования является опасным из-за наличия подземных льдов.
Данные натурного осмотра были откорректированы по результатам выполненной георадиолокации, инженерно-геологических работ и анализа материалов прошлых лет.
Анализ материалов прошлых лет показал, что по происхождению подземные льды, распространенные на данном участке, относятся к большинстве случаев к внутригрунтовым (сегрегационным), т.е. образовавшимся непосредственно в грунтах за счет грунтовых вод в процессе их промерзания. Морозное пучение обусловлено высокой степенью водонасыщения связных грунтов. Наиболее интенсивно пучение проявляется при подтоке грунтовых вод.