CC BY
90
УДК 692.115
С.А. Сазонова, А.Б. Пономарев
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
О НЕОБХОДИМОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ
Рассмотрена актуальность исследования насыпных грунтов в качестве оснований зданий и сооружений. По результатам анализа положений генерального плана г. Перми автор делает выводы о необходимости увеличения плотности городской застройки центральной части города, инженерно-геологические условия которой не всегда являются благоприятными для строительства вследствие наличия техногенных грунтов.
Ключевые слова: плотность городской застройки, техногенные грунты, основания зданий и сооружений, инженерно-геологические условия, городская застройка.
Современная Пермь занимает третье место по площади среди городов России после Москвы и Санкт-Петербурга. При этом по численности населения, по данным исследования Федеральной службы государственной статистики за 2012 г., Пермь находится на 12-м месте. Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что территории недоиспользуются. Это хорошо видно на рис. 1, где представлены схемы центральных участков районов городов Пермь и Санкт-Петербург.
В соответствии с рекомендациями СП 42.13330.2011 г. Пермь должен занимать застроенную территорию около 11 830 га, существующая же застройка занимает около 5600 га. Недоиспользование существующих городских территорий - это результат ранее утвердившейся установки на постоянное освоение новых территорий. Результатом таких действий является отсутствие комплексности, распространение эстетической деградации среды посредством внесистемного внедрения эксклюзивного нового в традиционное старое [1].
К основным негативным последствиям малой плотности застройки можно отнести: увеличение протяженности инженерно-технических и транспортных коммуникаций, повышение стоимости обслуживания городского благоустройства и т.д.
Принятый в декабре 2012 г. генеральный план г. Перми подробно описывает все вышесказанные проблемы.
Рис. 1. Схемы центральных участков районов: справа - Пермь, слева - Санкт-Петербург
Согласно генплану [1] принцип устойчивого развития подразумевает эффективное использование ресурсов, ограничение освоения новых земель, снижение потребности в использовании транспорта, создание безопасных и комфортных условий проживания для максимального числа горожан.
Развитие жилой и иных видов застройки планируется осуществлять преимущественно в пределах освоенных территорий с минимальным приростом новых территорий в целях повышения эффективности использования и развития инженерно-технической и транспортной инфраструктуры. Прогнозное распределение прироста застройки определено следующим образом: в центральной зоне размещается до 50 % всех объемов нового строительства, в срединной части города -до 30 %, в периферийных зонах прирост составляет до 20 % [1].
Строительство в центральных районах города Перми осложнено несколькими факторами. Во-первых, при увеличении плотности городской застройки неизбежно возникает проблема нового строительства вблизи существующих зданий и сооружений. Ошибки при проектировании в таких условиях могут привести к недопустимым деформациям, а иногда и к разрушениям близрасположенных существующих зданий. Особенности проектирования оснований и фундаментов новых зданий и разработки мероприятий по сохранению надежности
существующих зданий в условиях плотной застройки требуют тщательного рассмотрения и учета характеристик проектируемых зданий и возможных конструкций их фундаментов, а также технических характеристик и состояния конструкций существующих зданий. Для обеспечения сохранности и возможности нормальной эксплуатации объектов, находящихся в зоне влияния нового строительства, необходимо, помимо принятия надежных конструктивных проектных решений, предусмотреть проведение специальных технологических мероприятий [2]. Более того, г. Пермь имеет развитую историческую застройку в центральной части, что ужесточает требования к мониторингу при новом строительстве вблизи существующих зданий и сооружений.
Во-вторых, территория г. Перми характеризуется неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. Наиболее ущербообразующим процессом является подтопление, широко распространенное в пределах города и во многом определяющее интенсивность и техногенную активизацию других процессов. На территории Перми развиты специфические грунты: просадочные, набухаемые, органоминеральные и минеральные (илы, грунты с растительными остатками, грунты различной степени заторфованности, торфы), техногенные и элювиальные грунты. Все места распространения специфических грунтов, кроме торфов с мощностью более 2 м, отнесены к территориям, условно благоприятным для строительства по грунтовым условиям. Из всех перечисленных выше неблагоприятных факторов наиболее актуальным для центральной части города является наличие насыпных грунтов, непригодных в качестве надежного основания для зданий и сооружений.
Согласно [3] техногенные грунты - естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования - твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья. Техногенные грунты также называют насыпными, грунтами городских несанкционированных свалок, техногенными насыпными грунтами строительных отвалов и свалок, свалочными грунтами и т.д.
На основе работы с материалами изысканий прошлых лет в застроенной части города фиксируется распространение насыпных грунтов, обладающих специфическими свойствами, т.е. сформировался достаточно мощный, но часто неравномерный слой техногенных отложений. На основании сбора материалов инженерно-геологических изысканий прошлых лет, хранящихся в фондах ОАО «Верхнекам-ТИСИЗ», была разработана схема распространения насыпных грунтов, приведенная на рис. 2.
Рис. 2. Схема распространения насыпных грунтов
В связи с тенденцией увеличения плотности городской застройки в центральной части г. Перми техногенные грунты все чаще вовлекаются в сферу инженерного воздействия. За сравнительно небольшой срок существования города природный рельеф очень сильно преобразован. Интенсивно перерабатывались верхние слои, создавались отвалы искусственных грунтов, возводились плотины и дамбы, котлованы и водохранилища, создавались полигоны бытовых и промышленных отходов, таким образом, перемещались и преобразовывались огром-
ные массы пород. В результате искусственной планировки рельефа зачастую засыпались овраги и пруды.
В зависимости от способа укладки, однородности состава и сложения, вида исходного материала, степени самоуплотнения от собственного веса насыпные грунты подразделяются на отдельные группы и виды (таблица) [4].
Классификация насыпных грунтов
Подразделение насыпных грунтов Виды насыпных грунтов и их характеристика
По способу укладки Отсыпанные автомобильным или железнодорожным транспортом, скреперами, бульдозерами и т.п.
По однородности состава и сложения 1. Планомерно возведенные насыпи (обратные засыпки) и подсыпки (подушки), характеризующиеся практически однородным составом, сложением и равномерной сжимаемостью. 2. Отвалы грунтов и отходов производств, имеющие практически однородный состав и сложение, но неравномерную плотность и сжимаемость. 3. Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов, характеризующиеся неоднородным составом и сложением, неравномерной плотностью и сжимаемостью, а также содержанием органических включений
По виду исходного материала, составляющего основную часть насыпи 1. Естественные грунты: крупнообломочные, песчаные, глинистые. 2. Отходы производств: шлаки, золы, формовочная земля, хвосты обогатительных фабрик и т.п. 3. Бытовые отходы
По степени уплотнения от собственного веса 1. Слежавшиеся - процесс уплотнения от собственного веса завершился. 2. Неслежавшиеся - процесс уплотнения от собственного веса продолжается
Техногенные отложения г. Перми представлены в основном насыпным грунтом, отсыпанным сухим способом, который представляет собой пеструю смесь строительного и бытового мусора, битого кирпича, котельного шлака, кокса, гравийной отсыпки, глины, песка, суглинка, нередко остатки фундаментов разрушенных домов, заваленных
выгребных ям, характеризуются неоднородным составом и сложением, неравномерной плотностью и сжимаемостью. Ниже уровня грунтовых вод техногенный грунт насыщен водой (необходимо отметить, что довольно часто встречается верховодка, происхождение которой имеет техногенный характер) [5].
Возраст отсыпки различный - от 5 до 50 и более лет (продолжительность самоуплотнения подобных грунтов составляет 10-30 лет). Учитывая различный состав и время формирования, грунты можно отнести к неорганизованным свалкам, частично к отвалам.
По степени воздействия на рельеф можно выделить следующие зоны:
- зона незначительного воздействия при мощности техногенных грунтов до 2 м. Изменения рельефа в этой зоне минимальные. Техногенные отложения сплошного распространения не имеют;
- зона существенного воздействия при мощности техногенных отложений от 2 до 4 м. Изменения в рельефе выражены в глубоком заложении фундаментов, засыпке колодцев, водотоков, оврагов, планировке склонов, возведении дамб, прокладке коммуникаций глубокого заложения. Насыпные грунты имеют практически сплошное распространение;
- зона весьма существенного воздействия при мощности техногенных грунтов более 4 м. Насыпными грунтами засыпаны овраги, лога, долины рек и ручьев.
Насыпные грунты уже давно стали актуальной темой для исследования. Одним из первых инженеров-геологов, писавших о техногенных грунтах и необходимости их исследования, был Ф.И. Саварен-ский, который еще в 1938 г. подразделил культурные слои по времени образования на древние и современные [6]. В разные годы изучением техногенных грунтов занимались такие ученые, как Ф.В. Котлов, М.И. Хазанов, Ю.М. Абелев, В.И. Крутов, Ю.М. Личко и др. Отдельного внимания заслуживают работы Ю.М. Абелева и В.И. Крутова, в которых рассматривались вопросы использования насыпных техногенных грунтов в качестве оснований сооружений, что до сих пор имеет большое практическое значение. Авторами была создана частная классификация насыпных грунтов как оснований сооружений, исследованы процессы формирования несущей способности насыпной толщи, проведен анализ влияния состава грунтов на их самоуплотне-
ние и уплотнение под нагрузкой. К этому же направлению относятся и работы Ю.М. Лычко, наглядно доказавшего возможность строительства на техногенных грунтах различного генезиса и состава [6].
Как показывает практика, применение насыпных грунтов в качестве оснований для фундаментов зданий и сооружений пытаются избежать ввиду неоднородности свойств. Более того, согласно требованиям [7] инженерно-геологические изыскания насыпных грунтов предусматривают в дополнение к общим требованиям изучение их состава, способа и давности отсыпки, толщины насыпи и ее изменения на застраиваемом участке, степени изменчивости сжимаемости и т.д., что значительно увеличивает стоимость изысканий.
Дополнительные требования также предъявляются и к расчетам оснований, сложенных насыпными грунтами. Полная деформация основания должна определяться суммированием осадок основания от внешней нагрузки и дополнительных осадок от самоуплотнения насыпных грунтов и разложения органических включений, а также осадок (просадок) подстилающих грунтов от веса насыпи и нагрузок от фундамента.
При расчетных деформациях основания, сложенного насыпными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания проводят следующие мероприятия: поверхностное уплотнение оснований тяжелыми трамбовками, вибрационными машинами, катками; глубинное уплотнение грунтовыми сваями, гидровиброуплотнение; устройство грунтовых подушек; прорезка насыпных грунтов фундаментами, в том числе свайными; конструктивные мероприятия.
Крайняя неоднородность состава, неравномерная сжимаемость, протекающий длительное время процесс самоуплотнения, просадоч-ность, наличие линз льда, засоленность, пониженная прочность - типичные особенности искусственных грунтов изучаемой территории, все чаще используемых в качестве основания различных зданий и сооружений. Однако изученность техногенных грунтов в настоящее время недостаточна, что обусловлено трудностью, значительными объемами и продолжительностью исследований, а также существенной опасностью (риском) строительства в столь сложных, трудно прогнозируемых условиях.
В связи с планируемой массовой застройкой центральной части г. Перми актуальность исследования техногенных грунтов станет еще
более очевидной. Это является движущей силой в изучении свойств насыпных грунтов. Требуется обобщение имеющихся материалов и их систематизация, а также комплексное изучение и экономическая оценка методов строительства в данных грунтовых условиях.
Библиографический список
1. Основные положения материалов по обоснованию проекта генерального плана города Перми. Краткая пояснительная записка / Муниципальное автономное учреждение «Бюро городских проектов». -Пермь, 2012.
2. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в г. Москве. - М., 1999.
3. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М., 1995.
4. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Гор-бунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов [и др.]; под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с. -(Справочник проектировщика).
5. Отчет об инженерных изысканиях на объекте «Комплексная оценка и прогнозирование геотехнической ситуации на территории, ограниченной ул. Тимирязева, ул. Пушкина, Комсомольским проспектом, ул. Рабоче-Крестьянской и бульваром Гагарина г. Перми» / ОАО «ВерхнекамТИСИЗ». - Пермь, 2012.
6. Николаева С.К., Викторова М. А. Грунты несанкционированных свалок как объект инженерно-геологического изучения // Вопросы инженерной и экологической геологии: материалы годичного собрания к 25-летию секции инженерной геологии МОИП. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 50-53.
7. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - М., 2011.
S.A. Sazonova, A.B. Ponomarev ON THE NECESSITY OF A COMPREHENSIVE STUDY OF THE TECHNOGENIC SOIL PROPERTIES AND USING IT AS A BASE OF THE BUILDINGS
This paper proves the actuality of the made ground soil research to use it as the bases of buildings. According to the general plan of Perm analysis author concludes that it is necessary to increase urban density of downtown, where geotechnical conditions are not always favorable for the construction due to made ground soils.
Keywords: urban density, made ground, bases of buildings, geotechnical conditions, urban density.
Сведения об авторах
Сазонова Светлана Александровна (Пермь, Россия) - ассистент кафедры «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ru).
Пономарев Андрей Будимирович (Пермь, Россия) - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ru).
About the authors
Sazonova Svetlana Aleksandrovna (Perm, Russia) - Assistant Lecturer, Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ru).
Ponomarev Andrey Budimirovich (Perm, Russia) - Doctor of Technics, Professor, Head of Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ru).
Получено 18.03.2013
