Практика геология
.pdfизвестняками и доломитами, в различной степени глинистыми, каверзными и трещиноватыми. В северной половине территории города Москвы перекрывающим водоупором являются глины и мергели верхней (суворовской) подсвиты кревякинской свиты, отделяющими подольско-мячковский комплекс от суворовского водоносного горизонта. На остальной территории водоупорной кровлей служат верхнеюрские глины.
На отдельных участках в пределах палеодолин водоносный горизонт залегает непосредственно под «надъюрским водоносным комплексом».
В пределах всей территории Московского столичного региона из каменноугольных водоносных горизонтов и комплексов осуществляется активный отбор подземных вод для хозяйственных и производственных нужд, а также производится дренажный водоотлив. В результате такого водоотбора сформировались значительные депрессионные воронки.
Важное значение имеет факт техногенной нарушенности природных гидрогеологических условий на территории города. Это касается как положения уровня грунтовых вод и пьезометрических уровней межпластовых напорных вод, так и гидрогеохимической обстановки. В частности установлено изменение химического состава мезозой-кайнозойского водоносного комплекса в зависимости от функционального назначения городских территорий, например, селитебные районы и промзоны характеризуются последовательным повышением доли распространения вод хлоридных и сульфатных по сравнению с районами лесопарков. В то же время для селитебных районов в большей степени, чем для промзон характерно распространение вод гидрокарбонатно-хлоридного состава по сравнению с гидрокарбонатно-сульфатными водами.
Геологические и инженерно-геологические процессы и явления
На территории города Москвы наибольшее распространение имеют такие геологические процессы, прямо или косвенно оказывающие на влияние на безопасность населения и инфраструктуру города, как современные геодинамические движения земной коры, плоскостная, овражная и речная эрозия, заболачивание, суффозия, карст и карстово-суффозионные процессы, оползни.
Подтоплением называется процесс подъема уровня подземных вод (обычно грунтовых) или образование верховодки до отметок, представляющих опасность для освоенных территорий и строительных объектов.
Основными причинами развития подтопления на территории Москвы являются нарушение естественного баланса инфильтрации (в основном за счет утечек воды из городских водонесущих коммуникаций) и ухудшение подземного стока грунтовых вод (например, в результате засыпки долин мелких рек и ручьев, а также оврагов и балок, являющихся естественными дренами).
Следствием подтопления городских территорий являются затопление подвалов зданий и подземных коммуникаций, заболачивание отдельных территорий, повышение сейсмичности территории, снижение несущей способности грунтов, деформации зданий и сооружений, коррозия и разрушение подземных инженерных сетей и др.
41
Подтопленными считаются территории, для нормального использования которых требуются мероприятия по понижению уровня подземных вод и другие защитные мероприятия и считаются неподтопленными, если для данного вида их использования подобных мероприятий не требуется.
На территории города Москвы большинство подземных коммуникаций, подвальных помещений зданий и сооружений расположено не глубже 3 м от поверхности земли. В связи с этим в региональном плане подтопленными считаются территории с глубиной залегания уровня грунтовых вод 1-3 м. Участки с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 1 м относятся к заболоченным территориям. Неподтопленные территории характеризуются в региональном плане залеганием уровня грунтовых вод глубже 5 м.
В настоящий момент более 30 % территории города Москвы находится в постоянно подтопленном состоянии и до 25 % городской территории периодически подтапливается грунтовыми водами (Рис.9.)
42
Подтопленные участки Сезонно подтапливаемые участки
Неподтопленные участки
Рис.9. Карта подтопления территории г. Москвы (составил И.С. Пашковский, 1997).
43
Оседание земной поверхности в известной мере продолжает тектонические движения земной коры в прошлые геологические эпохи и активизируется рядом техногенных причин – уплотнением грунтов в основании зданий и сооружений под влиянием статических и динамических нагрузок; длительными откачками подземных вод из безнапорных и напорных водоносных горизонтов, приводящими к образованию депрессионных воронок и изменению напряженно-деформированного состояния массива пород; деформациями земной поверхности в связи с подработками территории различными подземными выработками.
Наибольшую скорость опускания имеет северо-восточный блок (участок территории города) – до 2 мм/год; наименьшую – западный и северо-западный – менее 1 мм/год. В пределах долины реки Москвы наблюдается возрастание этих скоростей: в 1948-1959 гг. фиксировались 0,7-1,8 мм/год, в 1959-1973 гг. уже 1,5-3,9 мм/год. За период с 1957 г. по 1978 г. общее опускание земной поверхности на отдельных участках территории города достигло 60 мм и более.
Большую опасность для подземного строительства и эксплуатации надземных зданий и сооружений представляют погребенные древние эрозионные врезы (Рис. 10), характеризующиеся планово-высотной изменчивостью литологического состава заполняющих их отложений, наличием отдельных линз, участков, прослоев пород, которые при вскрытии переходят в плывунное состояние. На территориях приуроченных к древним эрозионным врезам имеются возможности для развития суффозии и образования провалов на поверхности (Рис. 11), а также оползней на склонах.
Рис. 10. Геологический разрез центра г. Москвы от улицы Воздвиженка до Комсомольского проспекта (составили Кутепов В.М. и др., 2008)
44
Рис. 11. Геологический разрез в районе Хорошевского шоссе (справа – карстовая воронка) (по В.М. Кутепову, В.Н. Кожевниковой и др., 2001)
Наиболее опасными в пределах Москвы считаются карст и карстово-
суффозионные процессы.
Карстовые и тесно связанные с ними суффозионные процессы развиваются в результате геологической деятельности подземных вод и относятся к опасным трудно прогнозируемым процессам. Развитие этих процессов приводит к разуплотнению грунтовых толщ, образованию пустот, провалов и оседанию отдельных участков земной поверхности.
Карстовые формы на территории города Москвы связаны с наличием в геологическом разрезе мощной толщи (более 300 м) растворимых и водопроницаемых карбонатных пород каменноугольного возраста. Они, как правило, залегают на глубине нескольких десятков метров под толщей мезокайнозойских образований. Развитие карста в каменноугольных отложениях представляет длительный и сложный процесс, происходивший в геологическое время, обусловленный особенностями геологического и гидрогеологического развития территории. Наиболее интенсивно закарстованы верхне- и среднекаменноугольные карбонатные породы, особенно находящиеся в области унаследованного развития речных долин. Имеются крупные полости внутри массива и воронкообразные понижения на поверхности растворимых пород. Характер и степень пораженности карстом меняется по площади и по глубине. Повышенная закарстованность пород до глубин 80-85 м наблюдается в пределах зон повышенной трещиноватости.
45
Особое значение имеют данные об области распространения карстовой и карстово-суффозионной опасности. Практически в каждом административном округе города имеются карстоопасные зоны, которые особо значимы для подземных сооружений глубокого заложения, попадающих в толщу карбонатных пород или когда эти породы оказываются в пределах активной сжимаемой зоны и области влияния вышерасположенных сооружений. Значительна также площадь распространения зон с карстово-суффозионной опасностью, актуальная для зданий и сооружений даже сравнительно неглубокого заложения. Карта карстовой опасности на территории г. Москвы представлена на рис. 12, карта карстовосуффозионной опасности на территории г. Москвы – на рис. 13.
46
Категории карстовой опасности:
- весьма опасная
- опасная
- малоопасная
Рис. 12. Карта карстовой опасности на территории г. Москвы (составили Кутепов В.М., Н.Г. Анисимова, И.А. Кожевникова, И.В. Козлякова, М.М.
Максимов, В.С. Саянов, 1996).
47
Категории карстово-суффозионной опасности:
- весьма опасная
- опасная
- малоопасная
Рис. 13. Карта карстово-суффозионной опасности на территории г. Москвы (составили Кутепов В.М., Н.Г. Анисимова, И.А. Кожевникова, И.В. Козлякова, М.М. Максимов, В.С. Саянов, 1996).
48
Оползни, несмотря на их локальное распространение и приуроченность к склоновым участкам, представляют серьезные осложнения для строительства. Это касается как глубоких оползней (глубина захвата пород до 100 м с площадью развития до 1 км2), так и для поверхностных, мелких оползней с глубиной захвата пород 1-5 м, реже 10 м. Особую опасность представляет техногенное инициирование оползневых процессов, в том числе по склонам речных долин и строительных выемок.
Эрозионные процессы (плоскостная, овражная, речная эрозия и абразия на водохранилищах) распространены на территории Москвы достаточно широко, однако не имеют особого существенного геотехнического значения.
Суффозионные процессы природного происхождения на территории Москвы встречаются крайне редко, например, на крутых склонах долины реки Чертановки и ее притоков в Битцевском лесопарке. Вместе с тем, в практике строительства необходимо учитывать, что многие разновидности аллювиальных, флювиогляциальных, а также коренных меловых и юрских песков являются суффозионно-неустойчивыми. К таковым относятся и многие техногенные отложения.
При определенных гидродинамических условиях в суффозионный процесс могут вовлекаться некоторые пылевато-глинистые породы и элювий каменноугольных отложений.
Существенные осложнения в строительстве представляют проявления плывунности тиксотропных песчано-алевритовых пород, находящихся в водонасыщенном состоянии. Плывунно-неустойчивыми грунтами принято считать, прежде всего, мелкие и пылеватые водонасыщенные пески, которые при вскрытии горными выработками теряют устойчивость и поступают в свободные объемы, образуя так называемые «фильтрационные выпоры». Кроме песчаных грунтов, плывунные свойства при определенных условиях, могут проявить супеси и даже суглинки, т.е. тонко дисперсные породы обладающие значительной гидрофильностью и низкой водопроницаемостью. Главной причиной проявления у песчаных грунтов плывунных свойств, является давление подземных вод, обусловленное гидродинамическим градиентом при вскрытии пласта. Среди плывунных встречаются и четвертичные, и коренные (титонского яруса верхней юры) породы. Негативное влияние плывунов на строительные работы и деформации существующих зданий при вытекании плывунов в строительные выемки зафиксированы во многих районах города, как при строительстве метро, так и при строительстве гражданских зданий и сооружений относительно неглубокого заложения.
Морозное пучение широко развито на территории Москвы и проявляется главным образом в виде нарушений асфальтового покрытия автомобильных дорог (вследствие образования пучин внутри дорожного покрытия), выпучивания легких фундаментов, столбов, опор и мачт линий электропередач и связи. Морозное пучение развивается за счет изменений структуры глинистых, пылеватых и мелкопесчаных грунтов при их замерзании, когда объем грунта увеличивается на
10-12 %.
49
Инженерно-геологические условия территории города Москвы
В пределах территории Москвы, инженерно-геологические условия отличаются значительным разнообразием, изменяясь от простых и благоприятных до весьма сложных, неблагоприятных с высокой вероятностью проявления опасных геологических процессов и негативных геоэкологических изменений. На основании работ, выполненных в период 1983-1984 годов коллективом авторов под руководством Г.А. Голодковской, в пределах Москвы выделено четыре инженерногеологические области – А, Б, В и Г. Детальное описание каждой из них приведено во многих работах. В основу инженерно-геологического районирования территории Москвы были положены, главным образом, данные об особенностях мезозойкайнозойской толщи и, особенно, отложений четвертичного возраста, являющихся основанием большинства построенных зданий и сооружений.
На рис. 14 представлена схема инженерно-геологического районирования территории Москвы, с нанесенными на нее объектами исследований, и характерные типы строения геологической среды в пределах выделенных областей (районов). Ниже приведена краткая характеристика указанных областей.
Б
В
Г
А
Рис. 14. Схема инженерно-геологического районирования территории г. Москвы и типы строения геологической среды (составили Г.А. Голодковская, Н.И. Лебедева, 1984).
50