
- •Часть I. Факторы формирования инженерно-геологических условий территории г. Гомеля 4
- •Часть II. Геологическая среда и город 52
- •Часть I. Факторы формирования инженерно-геологических условий территории г. Гомеля
- •1. Физико-географический очерк 1.1. Географическое положение
- •1.2. Рельеф
- •3. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий
- •3.1. Геологические и структурные факторы
- •3.1.1 Структурные особенности территории
- •Часть II. Геологическая среда и город
- •4. Инженерно-геологическое районирование территории г. Гомеля
- •5. Оценка устойчивости геологической среды и геологических рисков при массовых видах строительства
- •5.1. Основные подходы к оценке состояния геологической среды
- •I. Низкая степень риска
- •III. Средняя степень риска
- •IV. Высокая степень риска
- •V. Очень высокая степень риска
- •6. Подтопление г. Гомеля и мероприятия по инженерной защите от него
- •6.1. Роль подтопления территории в градостроительном развитии
- •6.2. Влияние естественных условий на развитие подтопления г. Гомеля
- •6.4.6 Морозное пучение грунтов
- •6.5. Оценка устойчивости геологической среды г. Гомеля к подтоплению
- •2000 4000 «Ооо жюо 10000 12000 140013, щтцн
- •6.8. Мероприятия по инженерной защите территории города от подтопления
5. Оценка устойчивости геологической среды и геологических рисков при массовых видах строительства
5.1. Основные подходы к оценке состояния геологической среды
В настоящее время существует несколько основных подходов к оценке измененности геологической среды под воздействием техногенеза.
Эколого-геологический. Концептуальной основой эколого- геологического подхода является представление о функциональной зависимости между вещественным составом и свойствами геологической среды и состоянием биоты (человеческой популяции в частности) и экосистемы в целом [51, 98, 141, 142, 159, 161, и др.]. Основным принципом геолого-экологического картирования является выделение территориальных единиц, однородных как по интенсивности природных и техногенных геологических процессов, так и по экологическим последствиям их воздействия на человека и экосистему. Другими словами, это территориальные единицы, которые обособляют территории, однородные по состоянию абиотической и биотической компоненты экосистем.
Прогноз геологического риска. В настоящее время проблема геологических рисков является весьма актуальной, активно разрабатываемой в направлениях методов оценки, критериев типизации, методики картографирования [7, 36, 40, 57, 94, 97, 107, 109, 110, 112, 114, 149, 152, 163, 164, 165, 166, и др.]. Существование геологических рисков на урбанизированных территориях связано с развитием природных и техноприродных опасных процессов, резко активизирующихся с ростом городов. Под природным риском понимают вероятностную меру природной опасности, установленную для определенного объекта в виде возможных потерь за заданное время [36]. Например, при строительстве и эксплуатации сооружений в пределах потенциально подтопляемых территорий или при отсутствии соответствующей превентивной системы защиты. Риск характеризует вероятность реализации прогнозируемого ущерба. Осуществляя строительство и дальнейшую эксплуатацию сооружений в районах, подверженным различным техноприродным процессам, человек сам создает для себя опасность. Вторгаясь на эти территории, он идет на определенный (в т.ч. и экономический) риск.
Выполненные нами исследования показали, что наиболее характерными опасными техноприродными процессами для г. Гомеля являются: изменения напряженного состояния пород, направленности и интенсивности экзогенных процессов, главным образом, - подтопления, суффозии, эрозионно-денудационных процессов, пучения грунтов; физико- химические изменения в водоносных горизонтах и грунтах, в т.ч. загрязнение геологической среды углеводородами.
Отмечая актуальность и практическую значимость разработки карт природного риска, следует отметить, что в СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства» (Россия) введены требования об оценке и составлении карт геологических и других природных рисков в составе обоснований инвестиций и проектов строительства на территории России [111].
Оценка устойчивость геологической среды к техногенным воздействиям. Под устойчивостью геологической среды понимают ее способность сохранять целостность при техногенных воздействиях [50]. Методика оценки устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям хорошо проработана в научной литературе [1, 22, 24, 25, 42, 50, 51, 59, 66, 68, 86, 104, 115, 138, 139, 140, 141, 144 и др.]. Устойчивость геологической среды устанавливается методами инженерной геологии по отношению к определенному виду техногенного воздействия. Один и тот же тип территории к разным техногенным взаимодействиям проявляет различную устойчивость.
Устойчивость показывает наличие, состояние, пространственную локализацию и природу существующих и возможных противоречий в системе «техногенное воздействие - геологическая среда». Поэтому ее оценка дает возможность, с одной стороны, оптимизировать воздействия на геологическую среду в процессе планирования, проектирования, строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений, а с другой - выбрать методы инженерной защиты территории и восстановления природного состояния геологической среды [151].
При оценке устойчивости геологической среды в целях планирования и проектирования массовых видов строительства, выделенные инженерно-геологические районы рассматриваются с точки зрения тождественности их реакции на интегральную техногенную нагрузку, передаваемую городом на геологическую среду.
5.2. Техногенные воздействия на геологическую среду и их классификация
5.2.1 Виды техногенных воздействий
Исследование вопросов, связанных с оценкой устойчивости геологической среды, невозможно без анализа техногенных воздействий на рассматриваемой территории, без их типизации и классифицирования. Масштабы проявления техногенных воздействий человека на геологическую среду, их структура и интенсивность формировались и изменялись одновременно с развитием общества и достигли наивысшего развития в современный период, который характеризуется возникновением опасности полных необратимых негативных изменений геологической среды и ее глобальных изменений в целом. В связи с этим в инженерной геологии огромное внимание уделяется вопросам систематизации, классифицирования и типизации техногенных воздействий [22, 25, 42, 44, 64, 65, 86, 91, 123, 140, 143 и др.].
Вопросы систематизации техногенных воздействий на геологическую среду начали разрабатываться с 50-60-х годов нашего столетия. В настоящее время предложено много как общих, так и частных, классификаций техногенных воздействий, построенных по разным признакам деления, однако ни одна из них не является общепринятой, и ни одна из них не является всеобъемлющей в смысле охвата воздействий разных категорий. Отсутствуют и нормативные документы по их типизации и терминологии, связанной с ними. Более того, во многих классификациях техногенные воздействия отождествляются с источниками воздействия, видами хозяйственной деятельности или даже их последствиями, что вносит сильную путаницу в понятия.
Анализ существующих схем типизации техногенных воздействий показывает, что их разработка ведется в трех направлениях: 1) по видам хозяйственной деятельности; 2) по набору определенных воздействий на конкретный компонент геологической среды; 3) по комплексу параметров, отражающих природу воздействия.
Одна из первых попыток типизации техногенных воздействий по комплексу признаков была сделана в 1967 г. Ф.В. Котловым [66]. Им выделены категории техногенных воздействий по времени действия, направленности, площади и другим признакам. Кроме того, по воздействию на определенный компонент геологической среды им выделено три вида воздействий на: 1) напряженное состояние пород; 2) тепловое состояние пород и подземных вод; 3) режим поверхностных и подземных вод. В дальнейшем Ф.В. Котлов увязал типизацию техногенных воздействий с классификацией вызванных ими процессов, а затем с изменением природных физических полей. Близка к этой систематизации и схема М. Арну (1984), а также схема выделения признаков типизации, предложенная Е.М. Сергеевым и В.Т. Трофимовым (1985) [64].
Разрабатывая это направление, А.Д. Жигалин [44, 86] предложил подробную классификацию источников и типов техногенного воздействия. Источники воздействия классифицируются им по типам, периодичности, интенсивности, по форме, размерам, положению относительно объекта воздействия. По виду оказываемого источниками воздействия они подразделяются на источники физического, химического, биологического и геологического воздействия, на подвиды — по воздействующим факторам. Однако многие техногенные воздействия в этой классификации не были учтены.
Многими авторами предложены частные схемы типизации техногенных воздействий на геологическую среду применительно к определенному виду деятельности: например, для горнодобывающей промышленности или гидротехнической деятельности, для АЭС, для городского строительства и т.д. При этом авторами во многих случаях под понятием "техногенное воздействие" понимались вид хозяйственной деятельности и те процессы, которые возникают как результат этой деятельности. Частные классификации техногенных воздействий, учитывающие источник, характер и результаты воздействия для некоторых видов деятельности, были разработаны Г.А. Голодковской и Ю.Б. Елисеевым [24].
Характер и интенсивность техногенного воздействия на геологическую среду зависят от особенностей функционирования хозяйственных объектов. В реальной обстановке воздействия от отдельных источников часто накладываются, суммируются, подавляются и видоизменяются. Это вызывает определенные трудности как при выделении и типизации техногенных воздействий, так и при их картографировании.
Одним из главных вопросов при разработке классификации техногенных воздействий является вопрос о признаках типизации или деления. Разрабатывая классификацию техногенных воздействий на геологическую среду, В.Т. Трофимов, В.А. Королев и А.С. Герасимова в ее основу положили следующие методологические положения [64]:
Признаки типизации должны отражать основные черты техногенных воздействий на геологическую среду разной природы; природа воздействия, его механизм должны быть отражены в его основном таксоне - классе. В соответствии с этим, выделяются следующие классы воздействий: физическое (в котором выделяются подклассы, обусловленные действием различных физических полей: механического, гидромеханического, гидродинамического, термического, электромагнитного, радиационного), физико-химическое, химическое, биологическое. Воздействия перечисленных классов не сводятся друг к другу и оказываются полем соответствующей природы техногенного происхождения. Поэтому к характеристике техногенного воздействия данного класса в принципе применимы все показатели, используемые для оценки любого физического поля (интенсивность, геометрические размеры в трехмерном пространстве, стационарность или нестационарность поля во времени и т.д.).
В таксономическом ряду воздействий целесообразно выделить класс (подкласс), тип, вид и разновидность воздействия. Класс выделяется по природе (механизму) воздействия, тип - по характеру воздействия с учетом симметрии "прямого" и "обратного" действия (например, охлаждение - нагревание, уплотнение - разуплотнение и т.д.) безотносительно к источнику воздействия; вид воздействия - по конкретному техногенному влиянию, оказываемому тем или иным источником, раскрывающим его индивидуальность; разновидность воздействия может быть выделена по дополнительным местным признакам таким, как временной характер воздействия, геометрические размеры, положение в пространстве, обратимость, и интенсивность воздействия, и т.п.
Все выделяемые таксоны не должны зависеть от иерархического уровня рассмотрения геологической среды, поскольку один и тот же тип или вид воздействия может проявляться на разных масштабных или иерархических уровнях. В соответствии с этим классификация техногенных воздействий должна исходить из единого методологического подхода независимо от масштабного уровня инженерно-геологических исследований, при этом при переходе от одного уровня исследований к другому должна выдерживаться преемственность в осуществлении этого перехода.
Выделяемый вид (разновидность) воздействия должен характеризоваться конкретными количественными параметрами, отражающими его особенности, а также однозначно соотноситься с источником, его вызывающим и обусловливающим; он должен быть легко типизируем для картографирования. Геометрические показатели техногенных воздействий, отражающие размеры зоны влияния (мощность, глубина, ширина, площадь, объем воздействия и др.), могут не включаться в таблицу типизации в качестве показателей (параметров) того или иного воздействия. Эти показатели применимы для характеристики зон влияния воздействий всех видов и разновидностей.
В типизации должны быть учтены лишь "первичные" техногенные воздействия, непосредственно влияющие на основные компоненты геологической среды: горные породы, почвы и искусственные грунты, рельеф территории, подземные воды и геодинамические процессы. Многие техногенные воздействия, влияющие на геодинамические процессы, оказываются по отношению к ним "вторичными" и проявляются через воздействия на породы, рельеф и подземные воды. Компоненты геологической среды, на которые оказывается непосредственное влияние данным техногенным воздействием, должны быть отражены в типизации для каждого вида.
Использование в типизации таких признаков деления, которые могут быть общими для всех типов воздействия, является нецелесообразным (например, таких признаков воздействий, как "постоянные и временные", "площадные и точечные", "прямые и косвенные" и т.д.). Все эти признаки деления могут и должны использоваться при выделении разновидностей воздействий.
В соответствии с указанными принципами составлена классификация техногенных воздействий на геологическую среду [64]. В этой классификации первый класс техногенных воздействий на геологическую среду объединяет воздействия физической природы. Это самый большой и разнообразный класс, состоящий из шести подклассов.
К подклассу механического воздействия относятся техногенные воздействия на геологическую среду, оказываемые механическим путем без применения гидромеханизмов. Механическое воздействие передается на породы, рельеф и влияет на некоторые геодинамические процессы, но не передается непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяются следующие шесть типов воздействий: уплотнение и разуплотнение, внутреннее (т.е. происходящее без изменения рельефа) разрушение массива и воздействия, происходящие с разрушением и переотложением грунтов и приводящие к изменению рельефа: планировка рельефа, техногенная "аккумуляция" (образование положительных форм) и "эрозия" (образование отрицательных форм) рельефа.
К подклассу гидромеханических воздействий, в отличие от предыдущего, относятся механические, осуществляемые с помощью гидромеханизмов. Эти воздействия в основном передаются непосредственно на породы, рельеф и связаны с геодинамическими, но не передаются непосредственно на подземные воды. В этом подклассе выделяется всего два типа: гидроаккумуляция рельефа (образование положительных форм) и гидроэрозия (образование отрицательных форм) рельефа.
Подкласс гидродинамических объединяет собственно гидродинамические воздействия на подземные воды, на их гидродинамический режим. Они влияют как на вещественные компоненты геологической среды (горные породы и подземные воды), так и на геодинамические процессы. При этом изменения рельефа проявляются в результате активизации геодинамических процессов. К этому подклассу относятся воздействия двух типов: ведущие к повышению напора или уровня подземных вод и ведущие к их понижению.
К следующему подклассу отнесены техногенные воздействия термической природы, т.е. обусловленные действием положительных или отрицательных тепловых полей. Термическое техногенное воздействие вне криолитозоны в основном влияет непосредственно лишь на вещественные элементы геологической среды: горные породы и подземные воды и почти не влияет на рельеф и геодинамические процессы. В этом подклассе выделено два типа воздействий: нагревание и охлаждение компонентов геологической среды.
К подклассу электромагнитных техногенных воздействий относятся воздействия, осуществляемые под действием электрических, магнитных или электромагнитных полей. Электромагнитные воздействия влияют непосредственно лишь на вещественные элементы геологической среды: горные породы и подземные воды и не влияют на рельеф и геодинамику территории. В подклассе выделяются воздействия двух типов: стихийные и целенаправленные. Первые обусловлены действием слабых электрических полей, они, как правило, длительны или квазипостоянны и связаны с утечками электричества, наведением слабых полей и т.п. Вторые обусловлены действием электрических полей как постоянного, так и переменного электрического тока высокой напряженности, они, как правило, кратко- временны и связаны с целенаправленным воздействием на объекты технической мелиорации горных пород.
И, наконец, подкласс радиоактивных объединяет воздействия, вызванные радиацией. Они не оказывают влияния на рельеф и геодинамические процессы, а влияют только на вещественные элементы геологической среды (горные породы и подземные воды). В этом подклассе также выделяются два типа воздействий — радиационное загрязнение и радиационная очистка компонентов геологической среды.
Во второй класс объединены техногенные воздействия на компоненты геологической среды физико-химической природы, т.е. обусловленные различными поверхностными физико-химическими явлениями и поглотительной способностью пород (адсорбцией, диффузией, осмосом, капиллярными явлениями и т.д.). Поэтому воздействия данного класса влияют лишь непосредственно на вещественные элементы геологической среды. Здесь выделяются такие типы воздействий, как гидратное, осуществляемое за счет техногенной гидратации или дегидратации пород, кольма- тирование пород, выщелачивание и ионообменное воздействие.
Третий класс включает в себя воздействия химической природы, обусловленные химическим взаимодействием различных веществ и компонентов геологической среды — пород и подземных вод. Воздействия этого класса влияют лишь на вещественные компоненты геологической среды и не влияют непосредственно на рельеф и геодинамические процессы. В этом классе выделяются три типа техногенных воздействий: химическое загрязнение, химическая очистка и химическое закрепление массивов горных пород.
В класс биологических воздействий объединяются техногенные воздействия биологической, точнее микробиологической природы, которые произвольно или непроизвольно вызываются человеком. Биологические техногенные воздействия оказывают влияние только на вещественные элементы геологической среды: горные породы и подземные воды и не влияют непосредственно на рельеф и геодинамические процессы. Среди них выделяются два типа воздействий - биологическое загрязнение и очистка компонентов геологической среды.
Наряду с описанной общей классификацией техногенных воздействий, существует целый ряд частных классификаций
Подавляющая часть воздействий, оказываемых в процессе инженерно-хозяйственной деятельности на геологическую среду, относится к категории целенаправленных [54, 134, 138]. Под этой разновидностью воздействий понимается весь комплекс сознательно осуществляемых в пределах геологической среды мероприятий, необходимых для строительства, функционирования и развития инженерных сооружений и их комплексов или направленных на улучшение природной обстановки (ликвидация или сокращение разрушающей деятельности геологических процессов, восполнение запасов подземных вод и т.п.), а также антропогенных ландшафтов (проведение рекультивационных работ и др.). К их числу относятся, например, проведение горно-разведочных работ, связанных с поиском и разведкой подземных вод, с изысканиями и строительством инженерных сооружений разных типов, изменение динамики естественного развития экзогенных геологических процессов с помощью системы регулирующих или защитных мероприятий и т.п. Они заранее планируются. Затем разрабатывается проект их реализации с учетом данных инженерно- геологических изысканий. Они обычно контролируются как в процессе осуществления проектов, так и на стадии эксплуатации инженерных сооружений.
Второй разновидностью воздействий являются так называемые воздействия стихийные (непроизвольные), носящие характер последействия, последствия или резонанса осуществления целенаправленных воздействий, нередко произведенных на значительном удалении от мест возникновения первых [66]. Например, откачка подземных вод для водоснабжения населенных пунктов или обеспечения работы горнорудного предприятия, осуществляемая как воздействие целенаправленное, оказывает стихийное воздействие часто на очень большой площади на всю осушаемую толщу горных пород, нередко сопровождаемое существенными изменениями состояния и физико-механических свойств этих пород, особенно высокодисперсных их разностей.
Прямые воздействия осуществляются путем непосредственного влияния на геологическую среду, косвенные - путем изменения условий на ее поверхности.
По характеру приложения воздействия подразделяются на статические и динамические, во времени - на длительные и краткосрочные, по глубине - на приповерхностные и глубинные, по площади - на точечные и площадные.
В результате техногенных воздействий на геологическую среду возникает целый комплекс техногенных геологических процессов, вызывающих ее изменение. Одни из них являются неизбежными: процессы этого типа возникают при данном воздействии как закономерное следствие, избежать их совершенно невозможно. Другие процессы возникают как сопутствующие; они составляют второй тип последствий техногенного воздействия на геологическую среду [54, 66, 134].
Оба этих типа последствий могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Последние приводят к наиболее существенным необратимым изменениям в геологической среде. Они являются однонаправленными, как правило, наиболее глубокими, влияющими на состояние всей природной среды в целом.
Обратимые и необратимые геологические процессы выступают в качестве подтипов последствий техногенного воздействия на геологическую среду. В этом же ранге мы можем рассматривать процессы наземные-подземные, площадные-точечные, длительно действующие- краткосрочные, проявленные-скрытые. К последним обычно относят такие процессы и их последствия, которые не выражаются в настоящее время в рельефе, а локализуются в толще горных пород. Их проявление возможно на более поздних этапах жизни массива при сохранении данного воздействия на него [66, 134].
Рассматривая вопрос о видах воздействия на геологическую среду, следует упомянуть, что в расчет необходимо принимать время распада (деструкции), т.е. время, за которое загрязняющее вещество разлагается и теряет свои токсичные свойства. Время распада загрязняющих веществ варьируется в широких пределах. Такие загрязняющие вещества, как растворы некоторых минеральных солей (например, хлоридов, сульфатов, нитратов), является очень стойкими соединениями, время их распада от нескольких месяцев до 5-10 лет. Бактериальное загрязнение характеризуется временем распада от 30-50 до 200-300 суток [100].
Таким образом, приведенные классификации объединяют все возможные виды техногенных воздействий на геологическую среду. Сами техногенные воздействия характеризуются различной природой, они действуют на разные компоненты геологической среды, и характер этого воздействия чрезвычайно разнообразен. В процессе хозяйственной деятельности человека воздействия на геологическую среду оказываются, как правило, комплексно, но, опираясь на приведенные классификации, комплексные воздействия всегда могут быть расчленены на отдельные составляющие для их последующего анализа, оценки и отражения на картографических моделях.
Характер и интенсивность техногенного воздействия на геологическую среду зависят от особенностей функционирования хозяйственных объектов, поэтому в качестве основополагающих принципов типизации техногенных нагрузок г. Гомеля нами выбран вид хозяйственной деятельности и те процессы, которые возникают как результат этой деятельности.
5.2.2 Общие закономерности изменения инженерно-геологических
условий городов
Геологическая среда - динамичная, развивающаяся система. На геоэкологическую ситуацию городов оказывают воздействие более 50 видов опасных природных и природно-техногенных процессов [50]. Воздействие человека приводит к изменению хода природных геологических процессов, обусловливает возникновение новых техногенных геологических процессов, которые, как правило, протекают с большой скоростью и вызывают закономерные изменения состава, состояния и свойств геологической среды.
Изменение инженерно-геологических условий, в т.ч. гидрогеологических, происходит при всех видах инженерно-хозяйственной деятельности человека. Они наиболее глубоки и нередко имеют негативные последствия в районах интенсивного техногенного воздействия. К их числу относятся в первую очередь территории городов и городских агломераций, включая крупные водозаборы подземных вод [23, 27, 54, 66, 101, 102].
Характер и интенсивность изменения рассматриваемых особенностей геологической среды при техногенном воздействии зависит, прежде всего, от: 1) состава, строения и свойств геологической среды; 2) типов и источников техногенного воздействия; 3) масштабов и интенсивности этого воздействия. Кроме того, существенное значение имеет современная физико-географическая обстановка, во многом влияющая на состояние и свойства верхних горизонтов геологической среды. Под влиянием этих факторов изменения инженерно-геологических условий могут быть качественными и количественными, локальными и региональными, временными и постоянными, приповерхностными и глубинными.
Производственная деятельность, как правило, особенно контрастно проявляется в изменении гидрогеологических условий, поскольку подземные воды - один из наиболее подвижных компонентов геологической среды. Техногенное воздействие на гидрогеологические условия может быть вызвано: 1) изъятием вещества - твердого, жидкого и газообразного; 2) привносом вещества, в основном водных растворов; 3) сочетанием прив- носа и изъятия вещества [101, 102]. Таким образом, изменения гидрогеологических условий при техногенных воздействиях достаточно многопла- новы. Главнейшими из них являются загрязнение и истощение ресурсов подземных вод.
Для территории г. Гомеля особенно велика роль изъятия вещества при эксплуатации подземных вод системой крупных водозаборов и осушении заболоченных территорий и др. Эксплуатация подземных вод нарушает, прежде всего, режим и баланс отдельных водоносных горизонтов и условия их взаимосвязи.
Особенно значительные изменения гидрогеологических условий происходят при техногенном изменении гидрогеологического баланса на застроенных территориях под влиянием экранирующего действия асфальтовых покрытий, утечек из водонесущих коммуникаций, дополнительных источников питания (фонтанов, прудов) и т.п. - так называемое, техногенное подтопление.
Масштаб изменений гидрогеологических условий (величина подъема уровня грунтовых вод, изменения их качества, размеры зон подпора грунтовых вод и подтопления прилегающей территории) на застроенных территориях определяется, прежде всего, геологическим строением района строительства и прилегающей территории (в первую очередь фильтрационными свойствами водовмещающих и перекрывающих пород).
Сочетание одновременных привноса и изъятия вещества подземной гидросферы - явление широко распространенное. Типичными могут считаться наблюдаемые в городах процессы, когда отбор подземных вод сопровождается утечками из водопроводов и фильтрацией сточных вод; таковыми же будут систематическое осушение и периодический полив мелиорируемых земель.
Загрязнение подземных вод - качественное их изменение, вызванное химическим, биологическим, радиоактивным или тепловым воздействием. В зависимости от вида и источника производственной деятельности человека различают следующие загрязнения: 1) промышленное - обязано сточным водам различных отраслей промышленности; 2) сельскохозяйственное - от внесения в почву удобрений и ядохимикатов; 3) коммунально- бытовое - вследствие сброса и складирования нечистот в пределах населенных пунктов.
Все виды загрязнений опасны. По интенсивности и масштабам воздействия на подземную гидросферу наиболее действенным, пожалуй, является промышленное загрязнение, в частности сточные воды химических производств. Оно большей частью имеет локальный характер, но местами из временного становится постоянным и проникает на значительную глубину. Опасность промышленного загрязнения заключается в прогрессирующем росте вырабатываемых промстоков, увеличении и усложнении числа загрязнителей. Если в первые послевоенные годы их нормировалось чуть больше десятка, то теперь - несколько сотен. Ничтожные количества некоторых загрязнителей, в частности радиоактивных, делают непригодными к употреблению громадные резервуары подземных и поверхностных вод.
Прогрессируют коммунально-бытовые загрязнения. Эти виды затрагивают преимущественно верхние горизонты, но зато отличаются площадным характером: ими поражены обширные земельные массивы и городские агломерации.
Так, загрязнением охвачена целиком площадь г. Гомеля, нередко на глубину до 40 м (Таблица 5.1) [14, 15]. Поступающие в верхние горизонты литосферы различного рода сточные воды, часто загрязняющие вследствие повышенной минерализации и наличия нежелательных компонентов подземные воды, вызывают активизацию геохимических, геотермических, геодинамических и инженерно-геологических процессов. Они, в свою очередь, обусловливают дальнейшие изменения геологической среды.
Конечно, геологическая среда загрязняется не столь интенсивно, как гидросфера. Но, как показывает борьба с загрязнителями, если загрязнение попало в подземные резервуары, то избавиться от него бывает гораздо труднее, чем от загрязнения рек, озер.
Таблица 5.1 - Классификация химического воздействия (загрязнения) на геологическую среду Гомельского промышленного района [15]
Вид воздействия |
Компоненты геологической среды |
Уровень воздействия (превышение ПДК) |
Потенциальные источники воздействия |
Нитратное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-6,5 |
С/х деятельность, внесение удобрений, склады ядохимикатов, фермы, поля орошения, навозохранилища |
Хлоридное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-3,5 |
Внесение удобрений, промстоки предприятий, свалка ТБО города |
Сульфатное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-14 |
Гомельский химический завод, промстоки предприятий |
Фосфатное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-8 |
Гомельский химический завод, с/х деятельность, внесение удобрений, склады ядохимикатов |
Фторидное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-70 |
Гомельский химический завод, промстоки предприятий |
Углеводородное |
Подземные воды, грунты, почвы |
1-7 |
АЗС, нефтехранилища, транспорт, завод «Гомсель- маш» |
Тяжелыми металлами |
Подземные воды, грунты |
1-6 (Cu) 1-6 (Zn) 1-12 (Cr) 1-15 (Ni) |
Свалка ТБО города, заводы: «Гомсель- маш», «Кристалл», «Гомелькабель», ЗлиН, станкостроительный и др |
Поскольку загрязнители в недра земли обычно попадают сверху и в растворенном состоянии, наиболее типичен такой путь их миграции и изменения в геологической среде: 1) проникновение через зону аэрации в водоносный горизонт; 2) перенос с подземными водами; 3) сорбция и физико-химическое взаимодействие с вмещающими породами.
Зона аэрации играет очень большую роль в поглощении загрязнителей. В случае мощного почвенно-растительного слоя или суглинков уже первые 15-30 см задерживают их до 90% и более. Однако в галечно- песчаных и даже карбонатных породах эффект самоочищения незначителен. Точно так же происходит сорбция во вмещающих толщах. Имеется много сложных загрязнителей, которые не сорбируются вовсе и способны накапливаться в подземных водах. Достаточно надежной преградой при наземном радиоактивном заражении является зона аэрации, сложенная песчано-глинистыми отложениями и имеющая мощность более 2- 5 м [4].
Главными изменениями инженерно-геологических условий являются техногенные нарушения: 1) водного баланса территории; 2) теплового баланса; 3) химическое и электромагнитное загрязнение; 4) изменение напряженно-деформированного состояния толщ горных пород.
Нарушение водного баланса территории приводит, как известно, к изменениям поверхностной гидросферы и главное - гидрогеологических условий. Трансформация последних имеет, как уже отмечалось, глубокие инженерно-геологические последствия. В частности, хорошо известно, что интенсивная откачка подземных вод, сопровождаемая значительным снижением уровня подземных вод и изменением гидродинамической обстановки, в ряде районов приводит к оседанию поверхности земли и активизации суффозионных процессов, в том числе и в закарстованных массивах.
Явление оседания земной поверхности, формирующееся под влиянием крупного водоотбора вызывается изменениями состояния и свойств водовмещающих и разделяющих пород, а также гидростатического давления на них. Наиболее широко распространены также деформации на тех территориях, где подземные воды заключены в хорошо проницаемых пес- чано-глинистых породах с небольшой сжимаемостью, которые переслаиваются с глинистыми слабопроницаемыми, но хорошо сжимаемыми отложениями вследствие возможности протекания в них процессов осадки и усадки. При откачке снижается напор подземных вод, что увеличивает эффективное давление на скелет грунта и приводит к уплотнению сжимаемых отложений, а как следствие - к оседанию земной поверхности.
Столь же контрастны изменения инженерно-геологических условий, обусловленные повышением уровня подземных вод и обводнением грунтов. Этим вызывается подтопление территорий, особенно ярко выраженное в границах города, заболачивание местности в его пределах, изменение деформационных свойств грунтов и связанные с ним деформации инженерных сооружений. Увеличение влажности грунтов, связанное с повышением уровня подземных вод, часто способствует развитию склоновых процессов - оплывин и оползней крупного размера. К особо большим негативным последствиям приводят деформации сооружений из-за повышения естественной влажности грунтов. Изменение инженерно- геологических условий связано и зависит от изменений поверхностной гидросферы в районах интенсивного техногенного воздействия. Так, лишь нарушение поверхностного стока может привести к развитию или активизации эрозионных процессов, заболачиванию территории, развитию оползней.
Тепловое воздействие промышленных и коммунальных предприятий, сетей теплоснабжения и коммуникаций, отапливаемых подземных сооружений и других объектов при относительно равномерном их распределении по территории города приводит к образованию так называемых тепловых куполов с проникновением зоны прогрева грунта и подземных вод на глубину 60-100 м. Это является следствием выделения в геологическую среду большого количества тепла, достигающего величины 105-109 2
Дж/м ежегодно [44].
Функционирование отдельных объектов - источников тепловыделения или теплопоглощения приводит к формированию устойчивых зон прогрева или охлаждения грунтов в окрестностях этих источников.
Теоретические расчеты показывают, что источник с температурой на поверхности теплообмена 100о за 10 лет своего существования только за счет кондуктивной передачи тепла создает вокруг себя в песчано- глинистых грунтах зону повышенной температуры (более 25оС) шириной до 25 м [44]. В случае переноса тепла грунтовыми водами ареал воздействия еще более увеличивается.
Длительные воздействия источников (или поглотителей) тепла нарушают естественный температурный режим в грунтовой толще, увеличивая (или уменьшая) температуру пород и содержащихся в них подземных вод, что, в свою очередь изменяет физико-механические свойства пород, общую коррозионную обстановку. Прогрев грунтов до 150-160оС не приводит к существенным структурным ее изменениям, но ведет к повышению фильтрующей способности, уменьшению липкости, пластичности, влагоемкости. В глинистых грунтах при прогреве до 60оС происходит удаление основной массы воды. Температура коррозионной среды оказывает существенное влияние на скорость коррозии. Так при изменении температуры от 0 до 80оС скорость коррозии стали, наиболее употребительных в строительной индустрии марок, значительно возрастает. Увеличение температуры грунтов и подземных вод стимулирует деятельность микроорганизмов, что приводит к увеличению биокоррозии.
Электрическое воздействие на геологическую среду определяется наличием блуждающих электрических токов, для которых геологическая среда в городах является средой-носителем. Электрическое поле блуждающих токов охватывает практически всю верхнюю часть литосферного пространства в пределах крупных городов, концентрируясь вблизи линий электрифицированных железных дорог, электроустановок высокого напряжения, электромеханизмов и т.п. Расчеты показывают [44], что в пес- чано-глинистых грунтах с малым электрическим сопротивлением (порядка 10 Ом) поле блуждающих токов локализуется в пределах небольшого по площади пространства на расстоянии нескольких метров от источника. В грунтах с низкой электропроводимостью (сопротивление 100-500 Ом) поле блуждающих токов можно наблюдать на расстоянии нескольких километров от источника.
Коррозионная активность геологической среды находится в прямой зависимости от плотности электрических токов, текущих в пределах нескольких верхних метров грунтовой толщи, где, как правило, располагаются фундаменты зданий и инженерных сооружений, тепло-, газо- и водопроводы, коммуникации. Высокая плотность электрических токов способствует интенсификации электрохимической коррозии, что, в свою очередь, сокращает сроки безаварийной службы указанных выше объектов. Длительное воздействие поля блуждающих токов, в особенности постоянного и непериодического низкочастотного знакопеременного, стимулируя электрокинетические процессы, может изменить величину удельного электрического сопротивления пород, представляющих основу геологической среды, и, тем самым, еще более усугубить общую коррозионную обстановку.
При средних по величине значениях удельного электрического сопротивления наиболее типичных для песчано-глинистых грунтов (40 Ом), достаточно высокая скорость коррозии стали (0,4-2,0 мм/год и более) наблюдается при напряженности электрического поля от 1 и 2 мВ/м и выше, что соответствует плотности тока в окрестностях объекта, превышающей
4 2
0,3х10" А/м . В реальных ситуациях плотность стекающего с объектов - источников тока в окрестностях этих объектов многократно превышает указанное пороговое значение.
Очень большое количество техногенных геологических процессов, протекающих в геологической среде, связано с изменением напряженно- деформированного состояния толщ горных пород.
Статическое воздействие на геологическую среду оказывают жилые и промышленные постройки, различные инженерные сооружения, отвалы, терриконы, искусственные водоемы и т.п. Статическое воздействие на застроенных территориях определяется, прежде всего, плотностью застройки. Кроме того, при оценке статического воздействия следует учитывать характер и время застройки, поскольку это дает информацию о виде фундамента и о продолжительности воздействия [44].
Городское и промышленное строительство приводит к созданию дополнительных нагрузок на геологическую среду, способствующих уплотнению пород. Уплотнение пород, в свою очередь, сопровождается уменьшением их влажности и пористости и увеличением объемной массы. Уплотнение пород в основании зданий и сооружений, кроме того, может привести к подпору грунтовых вод, что в свою очередь усилит процессы техногенного подтопления [33]. Удельное давление от веса зданий, сооружений, насыпей и отвалов в современных городах может достигать величины от 0,1х105 до 20х105 Па и более. Массивные сооружения могут создавать своей тяжестью депрессии оседания, замкнутые контуры которых отстоят от периметра сооружения на расстоянии до 50-120 м. Особенно опасны для инженерных сооружений неравномерные осадки вследствие уплотнения горных пород, поскольку они могут приводить к деформации и, как крайний случай, разрушению этих сооружений [27, 66].
Динамическое воздействие на геологическую среду определяется наличием технологических и строительных механизмов и машин, генерирующих в процессе функционирования механические колебания, передающиеся на грунт. Существенными источниками вибрационного воздействия являются транспортные магистрали, составляющие своеобразный каркас современного города и по этой причине охватывающие практически всю территорию города. Динамические нагрузки (вибрация) приводят к уплотнению рыхлых и недоуплотненных грунтов (в частности, техногенных и насыпных грунтов), к разрушению структуры непрочных тиксо- тропных грунтов. Как следствие воздействия динамической нагрузки, здания, располагающиеся вдоль улиц с интенсивным движением транспорта, могут испытывать осадку в среднем на 3-8 мм больше, чем здания, находящиеся в стороне от магистралей. Длительное воздействие вибрационного поля может приводить к неоднородному по простиранию и глубине захвата уплотнению (или наоборот потере связности) пород различного ли- тологического состава. Это, в свою очередь, может привести к серьезным изменениям структуры грунтового массива в целом и деформации находящихся на нем или в нем инженерных объектов.
Колебания поверхности земли вследствие интенсивного динамического воздействия могут приводить к повреждению дорожного покрытия транспортных магистралей, смещению масс грунта на склонах и откосах выемок или насыпей, деформации строительных конструкций на примыкающих к источнику воздействия участках территории. Нарушение устойчивости горных пород в массиве за счет разрушения внутренних связей может происходить при колебаниях, скорость смещения частиц грунта при которых превышает 255х10-6 м/с (уровень виброскорости 73 дБ). Если учесть, что уровень виброскорости для рельсового транспорта составляет 90-130 дБ, строительных площадок - 50-90 дБ, промышленных предприятий - 60-80 дБ, магистралей с интенсивным движением транспорта - 6065 дБ, то достижение критического уровня колебательных движений на поверхности грунтового массива в городских условиях - дело вполне реальное [44].
Все эти процессы приводят к активному изменению инженерно- геологических условий. Многие из указанных инженерно-геологических процессов создают осложнения при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений и требуют осуществления нередко дорогостоящих мероприятий, позволяющих управлять развитием этих процессов.
5.2.3 Типизация техногенных воздействий г. Гомеля
На основании работ [1, 22, 25, 40, 42, 65, 86, 91, 123, 140, 143 и др.], а также при использовании в качестве основы ситуационного плана г. Гомеля масштаба 1:15 000, составленного и изданного Белорусским картографо-геодезическим объединением «Белгеодезия» в 1998 году, нами для территории города Гомеля выделены основные типы функциональных зон с присущими им основными факторами техногенного воздействия на геологическую среду и вызываемыми ими инженерно-геологическими процессами и явлениями (рисунок 5.1).
Рисунок
5.1 - Карта-схема техногенных нагрузок
г. Гомеля.
1
- незастроенные территории; 2 - жилая
застройка усадебного типа; 3 - многоэтажная
жилая застройка; 4 - промышленные зоны;
5 - коммунально-складские зоны; 6 - основные
дорожные узлы; 7 - автостоянки, гаражи;
8 - территории общественного назначения
(больницы, стадионы); 9 - железные дороги;
10 - автомагистрали.
В общем, нами они расклассифицированы следующим образом:
Факторы сильного воздействия: промышленные зоны (6 баллов), многоэтажная жилая застройка (5 баллов), транспортные магистрали (4 балла).
Факторы среднего воздействия: коммунально-складские зоны, территории автостоянок и гаражей (3 балла).
Слабого воздействия: территории общественного назначения и жилая застройка усадебного типа (2 балла), незастроенные территории (1 балл).
I. Факторы сильного воздействия. I.6. Промышленная зона. Передаются статические и динамические нагрузки на грунты, проводится инженерная подготовка территории, оказывается интенсивное тепловое воздействие, происходят утечки из коммунальных сетей и инфильтрация технологических растворов, осуществляется электромагнитное воздействие. Это может привести к техногенному подтоплению, изменению напряженного состояния пород, подпору грунтовых вод, изменению агрессивности и электрохимической коррозионной активности подземных вод и грунтов, изменению направленности и интенсивности экзогенных процессов [24, 25, 33, 44]. Загрязняющие вещества от промышленных предприятий, в основном, являются долгоживущими, поэтому их влияние будет сказываться на протяжении многих лет. По интенсивности и спектру техногенных воздействий эта зона, в общем, оказывает самое сильное влияние на геологическую среду. Хотя, следует учесть, что интенсивность воздействия различных по классу промышленных предприятий, различна. Например, нельзя ставить в один ряд техногенную нагрузку от северного промышленного комплекса, или завода «Эмальпосуда», или воскового завода. Поэтому наша схема достаточно условна. К промышленным зонам отнесены те территории, которые, по нашему мнению, передают значительные техногенные нагрузки на геологическую среду. Тем не менее, учитывая в общем большие техногенные нагрузки от промышленных предприятий, мы, по шкале интенсивности воздействий, присвоили этой форме техногенеза 6 баллов.
I.5, III.2. Жилая застройка. Нами выделяется многоэтажная жилая застройка и жилая застройка усадебного типа. Направленность инженерно- хозяйственного воздействия на геологическую среду у них одинаковая, разница только в интенсивности воздействия. На территориях жилой застройки осуществляется инженерная подготовка территории, асфальтирование; сказываются статические нагрузки, отепляющее воздействие зданий и теплоцентралей, утечка водопроводных и канализационных вод. При этом учитывалось, что территория жилой застройки усадебного типа не канализирована, т.е. весь объем потребляемой воды, в т.ч. для целей полива, уходит в грунт. Все это может вызвать подпор грунтовых вод, подтопление, изменение напряженного состояния пород, загрязнение подземных вод и грунтов, изменение направленности и интенсивности экзогенных процессов.
Территории общественного назначения (больницы, парки, стадионы, кладбища и т.п.) испытывают различную техногенную нагрузку. В общем, она может быть такой же, как и на застроенных или незастроенных территориях. Поэтому, мы сочли целесообразным объединить ее по интенсивности техногенного воздействия с территориями жилой застройки усадебного типа.
По шкале интенсивности воздействия для многоэтажной жилой застройки нами определено 5 баллов, для жилой застройки усадебного типа и зон общественного назначения - 2 балла.
III. 4. Транспортные магистрали относятся к линейным факторам воздействия. Поэтому на карте определенными площадями показаны только крупные транспортные коридоры. Для них характерны следующие виды инженерно-хозяйственного воздействия на геологическую среду: инженерная подготовка территории, асфальтирование, действие динамических нагрузок, использование противогололедных средств, воздействие ЛЭП. Все это может привести к пучению грунтов, изменению их напряженного состояния, тиксотропным процессам, повышению электрохимической коррозионной активности грунтов, активизации эрозионно-денудационных процессов на склонах и возникновение их на откосах. Создание насыпей и дорожных выемок изменяет поверхностный сток на прилегающей к инженерным сооружениям полосе, что приводит к изменению мощности зоны аэрации, условий движения и состава подземных вод. В откосах насыпей и в дорожном полотне, чаще всего, при нарушении технологии работ, могут возникать техногенная суффозия и линейная эрозия [24, 25, 33, 44]. Особенно значительные области загрязнения подземных вод (в частности, свинцовое, хлоридное) формируются вдоль железных и автомобильных дорог [134]. По шкале интенсивности воздействия - 4 балла.
II. Факторы среднего воздействия. II.3. Коммунально-складские зоны зачастую трудно отделить от промышленных зон. В том случае, если они обособленны, то основным фактором инженерно-хозяйственного воздействия на геологическую среду может являться поступление в подземные воды и грунты химически активных веществ, которые могут вызвать физико-химические изменения в водоносных горизонтах и грунтах.
По интенсивности и характеру воздействия на геологическую среду мы сочли возможным объединить эти зоны с зонами автостоянок и гаражей. Следует отметить специфический характер их техногенного воздействия - загрязнение геологической среды углеводородами в сочетании с динамическими нагрузками. При больших объемах углеводородного загрязнения летучие компоненты могут накапливаться на капиллярной кайме, что в особых случаях может быть пожароопасным. В случае прорыва капиллярной каймы углеводородами произойдет загрязнение грунтовых вод, которое будет распространяться как вверх, так и вниз по водоносному пласту. Хотя такой тип воздействия может проявляться и на территориях коммунально-складских зон.
Эти особенности позволили нам выделить эти территории в отдельный вид и оценить их воздействие в 3 балла.
I. Факторы слабого воздействия. И.Незастроенные территории. В них может сказываться техногенное влияние соседних участков, например, техногенное подтопление, загрязнение подземных вод, влияние водозаборов. По интенсивности воздействия им присвоен минимальный балл - 1.
Водозаборы оказывают концентрированное сильное воздействие. Основным его фактором является водоотбор, который приводит к оседанию земной поверхности, интенсификации суффозионно-карстовых процессов и перетоку воды в нижележащие горизонты и, следовательно, к некоторому снижению уровня грунтовых вод. Кроме того, водоотбор подземных вод приводит к формированию депрессионных воронок. Их глубина на водозаборах Центральный, Юго-Западный и Кореневский в альб- нижнесеноманском водоносном комплексе, по данным В.Г. Жогло, достигает 30-50 м.
Процессы влияния водозаборов на инженерно-геологические условия территории г. Гомеля изучены явно недостаточно. Эта проблема требует дополнительных специальных исследований. Тем не менее, нами на карте выделены зоны влияния четырех водозаборов: Центрального, Юго- Западного, Кореневского, и водозабора Сож, радиус зон влияния которых превышает 10-15 км.
Теплотрассы, а так же системы водоснабжения и водоотведения являются линейными факторами воздействия. С ними связан, в первую очередь, процесс техногенного подтопления территории, причинами которого являются систематические и аварийные утечки из водонесущих коммуникаций. Кроме того, теплоцентрали существенно влияют на тепловой режим подземных вод и грунтов, что зачастую влияет на изменение физико-механических свойств грунтов, например, на их водопроницаемость, несущую способность и т.д.
Часто, при нарушении технологии работ, вдоль трасс подземных коммуникаций проявляется техногенная суффозия. Процесс формируется в насыпных грунтах и вызывает образование воронок на поверхности земли.
При определенном масштабе карты (1:25 000) масштабными знаками эту зону показать невозможно. Внемасштабными знаками из-за большой загруженности карты информацией мы решили, что эту зону показывать нецелесообразно. Но влияние ее на устойчивость геологической среды при проектировании различных зданий и сооружений учитывать необходимо.
5.3. Оценка устойчивости геологической среды г. Гомеля
Основой типизации геологического строения является предрасположенность геологической среды до глубины 30 м к активизации геологических и инженерно-геологических процессов и загрязнению подземных вод в результате хозяйственной деятельности человека.
Категория устойчивости определенного типа геологической среды устанавливалась нами в зависимости от структурно-тектонических и геоморфологических условий, типа грунтовой толщи, среднего уклона поверхности, глубины залегания грунтовых вод и наличия современных геологических процессов (таблица 5.2).
Таким образом, качественные и количественные характеристики перечисленных ведущих факторов разбиты на 6 групп, и соответственно каждой группе присваивается от 1 до 6 баллов. При анализе установленных групп факторов выделены 3 типа геологической среды по устойчивости к техногенным нагрузкам: высокая (суммарное количество баллов-1), средняя (2-3 балла) и низкая (4-6 баллов). Составлена карта специального типологического инженерно-геологического районирования по степени устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям (карта устойчивости геологической среды г. Гомеля при массовых видах строительства) (рисунок 5.2, таблица 5.2).
L1. Территории с высокой степенью устойчивости геологической среды к техногенным нагрузкам приурочены к среднечетвертичной моренно-зандровой равнине. Характеризуются развитием в разрезе слабопроницаемых пород (суглинков, супесей) мощностью более 10 м и глубиной залегания подземных вод более 5 м. Средние уклоны поверхности 0,51,5 град. Возможные геологические процессы: суффозия, морозное пучение, появление верховодок.
Территории не требуют проведения специальной инженерной защиты.
LL. Территории со средней степенью устойчивости к техногенным нагрузкам. II.2. Территории, относящиеся к среднечетвертичной моренно-зандровой равнине и верхнечетвертично-современным надпойменным и пойменным террасам. Состав отложений преимущественно песчаный с развитием в разрезах слабопроницаемых пород (суглинки, супеси) мощностью 5-10 м, глубина залегания грунтовых вод 3-5 м. Средние уклоны поверхности составляют 1,5-6,0 град. Возможные геологические процессы: подтопление территории во время паводков, загрязнение подземных вод во время спада паводка, заболачивание, суффозия.
Территории требуют проведения специальной инженерной защиты от подтопления и затопления паводковыми водами, заболачивания.
Таблица 5.2 - Оценка факторов, определяющих тип геологической среды по степени устойчивости к активизации геологических и инженерно-геологических процессов в результате хозяйственной деятельности человека
Основные |
Тип геологической среды по степени устойчивости |
||||||||
факторы, |
|
|
|
|
|
|
|||
опреде |
|
|
|
|
|
|
|||
ляющие тип |
I. Высокая |
II. Средняя |
|
III. Низкая |
|
||||
геологиче |
|
|
|
|
|
|
|||
ской среды |
|
|
|
|
|
|
|||
Оценка в баллах |
1 балл |
2 балла |
3 балла |
4 балла |
5 баллов |
6 баллов |
|||
Структурно- тектонические |
Устойчивые поднятия <0,3 мм/год |
Поднятия- опускания 0,2-0,5 мм/год |
Поднятия- опускания 0,2-0,5 мм/год |
Поднятия- опускания 0,2-0,5 мм/год |
Поднятия- опускания 0,4-1,5 мм/год |
Поднятия- опускания 0,2-0,5 мм/год |
|||
Геоморфо |
Среднечет- |
Среднечет- |
Верхнечет- |
Современ- |
Верхнечет- |
Верхнечет- |
|||
логические |
вертичная |
вертичная |
вертичные- |
ные техно- |
вертичные- |
вертичные- |
|||
|
моренно- |
моренно- |
современные |
генные |
современные |
современные |
|||
|
зандровая |
зандровая |
делювиаль- |
образова- |
надпоймен- |
делювиаль- |
|||
|
равнина |
равнина, |
но- |
ния на уча- |
ные и пой- |
но- |
|||
|
|
верхнечет- |
пролювиаль- |
стках до- |
менные тер- |
пролювиаль- |
|||
|
|
вертичные- |
ные и техно- |
линного |
расы и озер- |
ные и техно- |
|||
|
|
современные |
генные обра- |
комплекса |
но-болотные |
генные от- |
|||
|
|
надпоймен- |
зования, |
р. Сож |
понижения, |
ложения, |
|||
|
|
ные и пой- |
приурочен- |
|
развитые на |
приурочен- |
|||
|
|
менная тер- |
ные к морен- |
|
водно- |
ные к морен- |
|||
|
|
расы |
но-зандровой равнине |
|
ледниковой равнине |
но-зандровой равнине |
|||
Тип грунто |
Наличие в |
Преимуще- |
Песчаные |
Песчаные |
Разнозерни- |
Песчано- |
|||
вой толщи |
разрезе |
ственно пес- |
отложения с |
отложения |
стые пески, |
глинистые |
|||
(до 30 м) |
слабопро- |
чаный состав |
развитием |
с прослоя- |
супеси, за- |
отложения |
|||
|
ницаемых |
с развитием |
маломощных |
ми торфа и |
торфован- |
|
|||
|
пород (суг- |
в разрезе |
слабопрони- |
заторфо- |
ные грунты |
|
|||
|
линки, супе- |
слабопрони- |
цаемых |
ванных |
с прослоями |
|
|||
|
си) мощно- |
цаемых су- |
грунтов |
грунтов |
торфа, реже |
|
|||
|
стью более |
песчано- |
|
|
- глин |
|
|||
|
10 м |
суглинистых пород разной мощности |
|
|
|
|
|||
Глубина за |
|
|
|
|
|
|
|||
легания грунтовых вод, м |
>5,0 |
3,0-5,0 |
3,0-5,0 |
1,5-2,0 |
1,5-3,0 и менее |
3,0-5,0 и более |
|||
Средние |
|
|
|
|
|
|
|||
уклоны поверхности, |
0,5-1,5 |
1,5-6,0 |
2,0-4,0 |
0,5 |
0,5-1,5 |
>6,0 |
|||
град |
|
|
|
|
|
|
|||
Современ- |
Суффозия, |
Подтопление |
Эрозия, по- |
Подтопле- |
Затопление |
Оползни, |
|||
ные геоло- |
морозное |
грунтовыми |
явление вер- |
ние во |
и подтопле- |
оплывины, |
|||
гические |
пучение, |
водами во |
ховодки, |
время па- |
ние во вре- |
крип, овра- |
|||
процессы |
появление |
время па- |
суффозия |
водков, |
мя павод- |
гообразова- |
|||
|
верховодки |
водков, за- |
|
загрязне- |
ков. Загряз- |
ние, плоско- |
|||
|
|
грязнение |
|
ние под- |
нение грун- |
стной смыв |
|||
|
|
грунтовых |
|
земных вод |
товых вод |
|
вод
во время спада паводков, суффозия,
заболачивание
во
время спада паводков, уплотнение
намывного грунта и подстилающих
его силь- носжимае- мых пород
во
время спада паводков, заболачивание
Рисунок
5.2 - Карта-схема устойчивости геологической
среды г. Гомеля при массовых видах
строительства.
Высокая
устойчивость: 1 - 1 балл. Средняя: 2-
2балла, 3- 3 балла. Низкая: 4 - 4 балла, 5 - 5
баллов, 6 - 6 баллов. Прочие обозначения:
7 - озера, пруды, ручьи, каналы; 8 - граница
города.
3 Территории, относящиеся к верхнечетвертичным- современным делювиально-пролювиальным и техногенным образованиям, приуроченным к моренно-зандровой равнине. Состав отложений преимущественно песчаный с развитием маломощных прослоев слабопроницаемых грунтов. Глубина залегания грунтовых вод 3-5 м. Средние уклоны поверхности 2,0-4,0 град. На данной территории проявляются следующие физико-геологические процессы и явления: эрозия, суффозия, появление верховодки.
Территории требуют проведения противоэрозионных инженерных мероприятий, предусматривающих регулирование поверхностного и подземного стока.
LLL. Территории с низкой степенью устойчивости к техногенным нагрузкам. III. 4. Современные техногенные образования на участках долинного комплекса р. Сож. Состав отложений преимущественно песчаный с прослоями торфа и заторфованных грунтов. Средние углы наклона поверхности менее 0,5 град. Глубина залегания грунтовых вод 1,5-2,0 м. На территории развито подтопление паводковыми водами, загрязнение грунтовых вод при спаде паводков, уплотнение намывного грунта и подстилающих его сильно сжимаемых пород в течение длительного времени (4-5 лет и более).
Территории требуют специальной защиты от подтопления.
5 Верхнечетвертичные-современные надпойменные и пойменные террасы и озерно-болотные понижения, развитые на водно-ледниковой равнине. Состав отложений преимущественно песчаный с наличием прослоев супесей, заторфованных грунтов, торфов, реже глин. Средние уклоны поверхности менее 1,5 град, грунтовые воды залегают на глубине 1,5-3 м и менее. Развиты процессы затопления и подтопления территорий во время паводков, загрязнение грунтовых вод во время спада паводков, заболачивание.
Территории требуют специальной инженерной защиты от подтопления, заболачивания, организации дренирования подземных вод.
III. 6. Верхнечетвертичные-современные делювиально-пролювиаль- ные и техногенные отложения, приуроченным к моренно-зандровой равнине, представленные песчано-глинистыми отложениями с глубиной залегания уровня грунтовых вод 3-5 м и более. Средние углы наклона поверхности земли составляют более 6 град. Территория характеризуется активизацией и возникновением оползней, оплывин, крипа, эрозии и оврагов.
Требуется проведение специальной инженерной защиты от склоновых процессов.
Следует отметить, что делювиально-пролювиальные и техногенные отложения (подтипы II.3 и III.6) на территории г. Гомеля распространены ограничено и, как правило, имеют незначительную мощность - не более 1,5-2 м. Эти грунты характеризуются невысокой плотностью сложения и, соответственно, пониженными показателями несущей способности. При строительстве капитальных сооружений в местах распространения указанных отложений последние могут быть прорезаны фундаментами на всю мощность, поэтому в данном случае свойства этих грунтов не будут играть практически никакой роли. Строительство на сравнительно крутых склонах, в частности создание котлованов и длительная работа по нулевому циклу, может способствовать активизации суффозии как в плане создания условий для разгрузки, так и в плане формирования больших напорных градиентов фильтрационного потока из-за беспрепятственного поступления в толщу атмосферных осадков.
Но при строительстве транспортных сооружений и зданий с фундаментами мелкого заложения пониженные показатели несущей способности делювиально-пролювиальных и техногенных отложений могут проявиться. Существенную роль они могут сыграть и при активизации склоновых процессов в условиях изменения напряженного состояния пород. Однако иногда мощность подобных отложений может резко увеличиваться, достигая существенных значений, например, на территории крупзавода - 3,6 м; предприятия «Гомельобои» - 7,2 м; по ул. Пушкина (телецентр) - 10,7 м. В этом случае их наличие будет определяющим в оценке устойчивости грунтовых оснований сооружений. Именно этими отложениями будут обусловлены неравномерные и значительные осадки инженерных зданий и сооружений.
5.4. Оценка геологических рисков при массовых видах строительства
на территории г. Гомеля
Город Гомель находится под влиянием техногенного воздействия на протяжении многих веков, в результате чего естественные условия территории сильно искажены. Устойчивость геологической среды в пределах однотипных участков изменена под действием техногенных нагрузок в зависимости от их вида и интенсивности. Например, на незастроенных территориях, техногенные воздействия отсутствуют. Для промышленных же зон характерны: изменение напряженного состояния пород, в том числе, под действием динамических нагрузок; подтопление, повышение агрессивности подземных вод и коррозионной активности грунтов, суффозия. Таким образом, естественная устойчивость территории исчерпывается и к настоящему времени можно говорить о некоторой «остаточной» устойчивости, позволяющей оценить геологический риск для планирования и проектирования того или иного вида строительства.
Основным методологическим принципом оценки геологических рисков было исследование связей в цепи геологическое строение среды - инженерно-хозяйственное воздействие.
На изучаемой территории распространены все типы техногенных воздействий, описанные в подразделе 5.2.3. Следует подчеркнуть, что виды воздействий от различных источников накладываются друг на друга в различных сочетаниях, взаимно усиливаются, искажаются и т.д.
Характер и интенсивность изменения инженерно-геологических условий при техногенном воздействии зависит, прежде всего, от - 1) состава, строения и свойств геологической среды; 2) типа и характера техногенного воздействия. Нами на территории города выделено 6 типов геологической среды по устойчивости к активизации геологических и инженерно- геологических процессов в результате хозяйственной деятельности человека (раздел 5.3) и 6 типов функциональных зон с характерными для них формами техногенеза (подраздел 5.2.3).
Таким образом, в пределах города по геологическим рискам выделяются участки по 36-ти балльной шкале (рисунок 5.3, таблица 5.3). Они нами сгруппированы в 12 подтипов, которые объединены в 5 типов: I тип - низкая степень риска (2 балла - 2А); II тип - относительно низкая степень риска (3-5 баллов - 3А, 3Б; 4А, 4Б, 4В; 5А, 5Б, 5В, 5Г); III тип - средняя степень риска (6-8 баллов - 6А, 6Б, 6В, 6Г, 6Д; 7А, 7Б, 7В, 7Г, 7Д, 7Е; 8А, 8Б, 8В, 8Г, 8Д ); IV тип - высокая степень риска (9-11 баллов - 9А, 9Б, 9В, 9Г; 10А, 10Б, 10В; 11А, 11Б) и V тип - очень высокая степень риска (12 баллов - 12А). Участки территорий, выделенные по степени рисков, обозначены заглавными буквами русского алфавита (А, Б, В и т.д.).