CC BY
52
• IK 556.388
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ДЕГРАДАЦИИ M H О ГОЛ ЕТН Е M Е РЗЛ Ы X ПОРОД НА ПРИМЕРЕ Г. НАДЫМА
М. В. AGûr> рова, И. А. Носкопа
H л основе анализа материалов ишемия ииженерно-геодогичсских. гидрогеологических и геоэко-xnwé£im\ услоопО г. Надыма M 1:50000 (УГГУ. 200-1 г.) рассмотрены основные Закономерности распространения миоголетненертлых порол, установлены факторы, ялняюшне на деградацию многолетие-«ерзлых порол и как следствие приводящие к деформации зданий и сооружений.
К.чтчевыс слова: многолетнемерзлые породы, гехкогекно нарушенная лона, деформации зданий и
Cv-JpVMCSHIlfi. ДвМТЛИ.ИЫ» СЛОИ. фШМКС« MCKJMIHCCKIfC споПстш.
On basis anaiysis of vatenals of research engineering-geological, hydrological and geological condition« of zii Nodim, main relationships of spreading of perennial frozen rock were examined, (he factors, tnfutneed on iegradntion of perennial frozen rock.Leading todefonnetion of buildings and constructions, were determined.
Key words ■ perennial frozen rock, technogerie-sicat zone, deformations of buildings, physical-methiinical properties
Исследования, проведенные н ряде северных городов (Салехард, Надым), показал!«, что под алия мнем техногеиеза ь пределах освоенных территорий отчетливо видны эивчитедь-ные изменения мерзлотно-гсологичсскнх условий, которые приводит к ощутимым деформациям зданий и сооружений. Причем в последние годы этот процесс принял «лавинообразный» характер. Резкое снижение контроля за строительством и эксплуатацией -зданий и сооружений, отсутствие путей фильтрации атмосферных осадков, старая система коммуникаций вызвали негативные реакци и не только па отдельных сооружениях, но и в пределах ирнродно-герриторнильиых сметем криолмтозоны в целом. В связи с этим сшс на ранних стадиях освоения территорий необходимо изучать характер и особенности распространения мниголегнемерзлых пород (ММП) и дагь экспертную прогнозную оценку мерзлотного состояния природ ио-террнгорнвль-иых систем.
Гехногеино нарушенная зона (г. Надым) н пределах изучаемой площади является очагом концентрированного техногенного взня-ним на природную обстановку, приводящею к развитию опасных дчя устой ч и пост злиний геокриологических процессов. Они выражаются в изменении теплового состояния фун-
тов и как следствие приводят к деформации зданий и сооружений. При изучении инженер-но-геологиЧсских, гидрогеологических и >ео-зкологичсских условий г. Надыма в ходе инженерно-геологического обследования 92-х зданий и сооружений было установлено, чго более 50 % из них в той или иной степени деформированы. Либо деформации достигли предела устойчивости зданий, которы: я настоящий момент лнквидирукчея.
Инженерно-геологические условия площади весьма специфичны и определяются рядом факторов, среди которых можно выделить. физико-механические свойства пород, наличие многслстнсмсрзлых пород, формирование деятельного слоя, развитие инженерно-гсологичсских процессов.
Город построен на останце первой надпойменной террасы и отчасти высоко»! поймы р. Надым, сложенных аллювиальными отложениями четвертичного возраста <Q,-Q4). представленными кварцевыми песками различной зернистости (от пыле ваты х до сред-незерннстых) с примесью полеиых шпатов и редко темноцветных минералов. Их мощность составляет 12-16 м. реже до 20 м Аллювий повсеместно подстилается морскими, ледово-морскими осадками салехардской свиты. сложенными глинами, суглинками, песка-
мн с включениями и ГТрОСЛсямн 1рапия. гальки и валунов. В ее кроалс залегают гаинистые I рун пл. являющиеся маркирующим горизои-гом. МММ занимают около 20 % краевой части городской территории по периметру останца первой надпойменной геррасы Центряль-ная частъ юрода приурочена к пиюй зоне. Строение мерзлой ТОЛШИ сложное - от ММ11 сливающегося типа черт островную мерхто-гу до зшлубления кровли МММ но 10-15 м. И Гюлылинстас вскрытых пересечений кровля ММП корродируется контактом песчаных йллЮВйальных И ГпНННсТЫх МОрСнНЬСч оТлОЖО-ним. Мерзлые аллювиальные пески имеют суммарную льлисгость от 0.35 до 0.56. Льди-стость суглинков салехардской свиты от 0.15 до 0,9. С I луб ни ! 5-20 м залетают льдистые, высокольдистые породы до льдогрунтов
К запад) от города протягивается заболоченная с озерами и старицами налпоймси-ноя терраса с релик-гамн первой надпоймеи-иоЙ террасы долина Старого Напымь. Восгоч-нее «Островка» города проходит в С-СЗ направлении широкая (ло 3-6 км) долина р. На-лым. Основное русло прижато к восточному крутому берегу первой надпойменной террасы. Долина «пронизана» многочисленными протоками, старицами, старинными озерами и сильно заболочена Долина р. Надым от г. Надым в восточном направлении до левого берега современного русла пересечена дамбой автомобильной трассы, протяженностью 6 км. с двумя пропусками - мостами по протокам. Подпор воды в периоды весеннего половодья и летних паводков и многоводные юлы вызывает польем поды, наводнение долины.
Анализ физико-механических свойств фунтов показал, что аллювиальнодстуариые отложения IV террасы представлены разнообразными песками, супесями с прослойками суглинков и пин. И состав отложений террасы входит маломощные гравийно-галечные пласты, фиксируемые в основании разрезов, и погрсбйнныГпорф Поданным грануломстри-ческого состава пески преимущественно мелкие. Содержание фракции крупнее мм составляет до 25 %, содержание тинистых час-I иц ло 3 %. Угол естественного откоса в воз-лмшвьсухом состоянии составляет 29-30°, пол 76--------
водой 27-28" По коэффициенту неоднородности пески неоднородные. Дисперсность глин IV надпойменной террасы невысокая.
Плотность гру|ггов Не является постоянной. Она нзмснхстся по разрезу. Значительные отклонения плотности обуслояаены минеральным составом пород и присутствием ор-гаинческих остатков. Определения прочностных характеристик грунтов показали, что иы-сошлисперсныс породы IV надпойменной террасы характеризуются слабой степенью ли-тнфикации.
Аллювиальные отложени* III надпойменной террасы представлены преимущественно мелкими песками с влажностью 0,279-0.291 л сд. плотностью 1.78-1,88 |/см\ Утлы естественного откоса находятся в пределах 28-29° в воздушно-сухом состоянии, 26° в водонасы-шенном состоянии.
Аллювиальные отложения II надпойменной террасы по ли тол отчее кому составу достаточно разнообразны, но преобладающими являются песчаные породы. Чище всею пески мелкие и средней крупности, реже пыле ваты с и гравслистые светло-серого, желтоватй-серого цвета Пески преимущественно косо-слоистые. кварцевые, в тяжСлсй фракции всгречакттся ильменит, гранат, эпилог и т. д. Коэффишклгг фильтрации поскок средней крупности составляет 3,9-5,0 м/сут, мелких -2,2 м/ сут. Значения коэффициентов фильтрации определяются содержанием иылевлтон фракции и увеличиваются с её уменьшением
Аллювиальные отложения I надпойменной террасы довольно разнообразны но составу. Разрез представлен песками с маломощными прослойками суглинков н супесей. Как правило. зернистость песчаных толщ увеличивается с Глубиной, а ближе к дневной поверхности преобладаю г пылеаатыс разности. Плотность песков мелких 1,69-1,81 г/см', средней крупности 1,84 т/см'. Естественная «важность песчаных грунтов геррасы меняется для метких песков от0,024 до 0.300л. сд, дли песков средней крупности - от 0,035 до 0Д96 д. сд. Полная влаге-с'мкость песков колеблется сп 33 :.о 43
Аллювиальные отложения поймы большей частью относятся к категории слабых грунтов, Пойменные отложения долины р Надым имеют довольно выдержанный Л1гтси
ü мескнЙ характер. В нижнем части разреза icxnuor пески мелкозернистые, среднезер-^•астые. Встречаются маломощные иро^лон-Лл мелкого гравия и гальки. В средний части -¿.теза появляются прослойки связных грун-%л Венчают разрез поймы супеси и сущин-»• Все связные грунты обогащены органпчелой веществом. Содержание органики юме-»сгся ог 2 до 35 %. Пойменные отложения - тнчаюгея высоким содержанием влаги и вы-.т*нм коэффициентом водонасышеиня. В раи-наблюлается тенленння к уменьшению в и* и ости с увеличением чернового сплтяия фунта.
Болотные отложения - торфяные трунты ттиосятся к болотной провинции развития олн-ллрофных грядово-мочажинных ТОрфяИИКОВ. Одним из наиболее характерных свойств тор-является степень разложения. По этому -нжазателю tojxJ» разделяется на слабораало-ялвшнйся (30-40 %), срсднерачложнвшнйс» (50-60 %) и хо|к)ню разложившийся (> Si) %); по степени влажности - на сухой (влажность до 35 %), влажный ('до 70 %), сырой (до S0 %). Платность, пористость зависят сг степени разложения торфа, т е чем выше степень разложения, тем ниже пористость. Коэффициент фильтрации торфов находится ь пределах от 0,52 до 70-100 м/сут. Высот капиллярного полнягия слабо разложившихся торфов 0,2-0.4 м, хорошо разложившихся - 0,6-1,2 м. Зольность торфов не превышает 5-6 % Па изучаемой территории зафиксировано пучение мелких и пылеватых песков Сезонное пучение начинается одновременно с промерзанием и продолжается н течение всего периода сезонного промерзании
В региональном плане район исследований относится к зоне сплошного развития ММП с осфопами талых зон. Талики здесь приурочены преимущественно к руслам рек и имеют сквозной и неСкноЗной характер.
Характерной особенностью района иеслс-доианнй является наличие кр\ иной во.-шойлрге-рии- р. Налам, волнам поверхность «порой со-спиугхетотло 1/4 занимаемой территории. Мно-голегнемСрзлые породы в пределах городской территории имеют сложное строение.
При изучении инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических усло-
вий территории т. I (ллыма в М 1:50000 (2003-2004 п.) была выполнена проходка шурфов около фундаментов зданий, позволившая установить верхикно часть теологического разреза оснований, которая представлена техногенными песками средней и мелкой крупности. В немлорых случаях под слоем насыпных грунтов встречается слой торфа (дома по ул. Оптимистов, пос. ПСО 35. пос Северное сияние, пос. СотнечныЙ. пос. Ютра). Далее до Шубины 15.0 м (поданным исследований предшественников) разрез представлен верхне-
ППГЙПТОНРНОПЫМП ЛТПЮПНЛПкНМии т 1ГгЖг-11»«0-
ми, сложенными песками мелкими и средней крупности. Глубже залегают глины морского генезиса, вскрытая мощность которых составляет до 5,0 м. В основном район застройки относится к территории распространения талых пород. Микрорайоны Ш-а. 1У-а. УШ-а, 1Х-а находится в участках сплошного распространений ММП. Предположительно кровля ММП расположена ни 18-15 м от поверхности и вскрыта на глубине 13.0 м только одной скважиной при изысканиях жилого пятиэтажного дома в микрорайоне IV-« По данным прошлых лет. КрОКЛЯ ММП при инженер-но-геологнческих изысканиях на стадиях рабочего проекта и рабочей документации под жилые дома вскрыта не была, так как Г7Г)би* на исследований по требованиям С-ИиП формально ограничивалась 10-15 м
Первоначально здания и сооружения возводились по I принципу строительства— принципу сохранения мерзлого состояния грунтов основания. ->шт принцип предусматриваетпри-менсние теоретически обоснованных, оправ* лаоших себя на практике способов: устройство проветриваемых (вентилируемых) зимой подполий и применение подземных охлаждающих устройств, т. е. способов, гарантирующих полный отвод тепла, идущего от пола зданий к толще мерзлых груигов В этом слу ае применяется свайный тип фундамента с глубиной заложения не менее чем на 2 м больше максимальной глубины сезонного оттаивания грунтов. Данный тип фундамента считается довольно дорогим I 1едостмхом строительства в этом случае является невозможность провести полную изоляцию мерзлых грунтов от оттаивания, так как хотя бы небольшое ко-----. 77
личество тепла все же будет поступать в групт Дальнейшие исследования состава и свойств аллювиальных грунтов, слагающих основание, а также применение песков различной крупности для подсыпки позволит» проектировщиком сделать вывод о возможности использования II принципа строительства- приспособление конструкций сооружений к осадкам оттаивающих и оттаявших оснований. Такой принцип строительства применяется при возведении оооруясений но песчаных, гравели-стых и других грунтах, угони НЯюшихСя при оттаивании и не вылавливающихся. При проектировании фундаментов сооружений, возводимых на потенциально оттаивающих грунтах, необходимо предусматривать разрезку сооружений на отдельные жесткие отсеки, которые имеют возможность оседать независимо друг от друга. Жесткость отсеют предусматривается устройством системы жестких перекрестных ленточных фундаментов, Глубина заложения фундаме»ггоп на отта ивающем основании должна быть принята несколько больше тлубнны сезонного промерзания грунтов, При возведении зланий и сооружений на многолстнемерзлых грунтах должны быть выполнены не только тщательные расчеты конструкций зданий, величины возможной осадки, величины чаши ш иниания.но и п|ю-извод»ггься правильная эксплуатация зданий и сооружений. Подобные правила предусматривают устройство вентилируемых подполий, наличие (срмоскпажни. иидочоков и дос|точной ширины отмостков Также должны быть ПрИНЯТЫ меры борьбы с возможным морозным пучением грунтов.
Строигедьство жилых и производственных ашигий в г. Надыме началось с 1972 г. Первоначально эксплуатация велась с соблюдением всех выше перечисленных правил. Для наблюдения та изменением гсокрионс гичсскю». условий в городе была организована мерзлот пая станция. По данным наблюдений уже в первые годыэксмуатации большинство зданий подверглось осадке Однако при своевременно принятых мерах они или были приостановлены или затухали со временем В период с 1992 г. после закрытия мерзл от но Г станции и из-за событий, иронеходмпшх в стране, пре-
кратилось систематическое наблюдение зо осдакой зданий. Из-за отсутствия финансирования ослабилось наблюдение за содержанием зданий в надлежащем состоянии: водосп»-ки не чнегилнеь, не обновлялись н со времс-нем разрушились: ОТМОСтки не восстанавливались. вс1ггиляш1оиныс окна подвалов зако-лочены; ветзьзяшонные скважины нарушены: вовремя не проводилась замена ннюшенных канализационные и водопроводных труб, что стало приводить к многочисленным их прорывам. Все это привело к нарушению теплового режима фунтов основания, к стоку ливневых и канализаииоиных вол под фундамечгг. началу интенсивного изменении свойств грунтов, развитию экзогемых процессов ^суффозия. заболачивание, пучение)
I Три инженсрю-гсологическом обследовании зданий и сооружений <У1 ГУ, 2001 г,) выявлено практически повсеместное наличие различных видор нарушений зданий и конструкций (начиная от тонких ветвящихся трещин шту катурки, заканчивав знающими грсишиа-мн блоков), нарушениями сплошности фундаментов коррозией н изгибом свай, прогибами крыш и т. д. 1'акже обнаружено, что практически у всех зданий, имеющих те или иные нарушения, отсутствуют водостоки или ог-мостки И ^ 20 исследуемых зданий, имеющих степень износа более 30 %. у двух зданий (ул. Полярная. 4 н 10) не ^строены водостоки, сброс ливневых вод происходи под жилой дом. У остальных 2-1 «даппП ист пыггмлмцпи подвалов и водостоков, у некоторых не обустроены подмостки. Плюс ко всему у большинства из тгих зданий сброс канализационных вод ироитводится под фундамент, п результате чего происходи заболачивание территории Псе эти неблагоприятные факторы привели к изменению глубины сезонного промерзания и прошивания, что было подтверждено детальными ннжснсрно-геологичсски-мн исследованиями иод 5-этажный жилой дом н МКР ГУ-а [2], к ухудшению свойств 1-руигов основания, к неравномерной осадке грунтов и вдпльпейшем ншененвным разрушениям здания н несущих конструкций, что в некоторых случаях привело к невозможност и их дальнейшей эксплу атации и выселению жильцов.
Таким образом, одной из главных причин деформации маний и сооружений является деградация M МП, которая возникла как следствие эволюции природных ландшафтов и многочисленных нарушений в эксплуатации подполий и других охлаждающих геотехнических систем Значительное siecTo среди устамоь-.1СННЫХ причин занимает отсутствие цивилизованной канализации (в зданиях старой постройки), Вокруг септиков и я зонах сброса отходов образуются высокомннералнзованныс немерзлыстолши с офнпательными значениями температур, которые являются достаточно агрессивными к различным элементам фундаментов. Утечки из канализационных сис-гем современных зданий, отсутствие надежных систем деаэрации воды приводят к катастрофически быстрым износам трубопроводов н как следствие формированию под знаниями незначительных озер, приводящих впоследствии к увеличению глубины слоя сеээн-кого оттаивания. Нерешённость в городе проблемы отвода ливневых, паводковых вод приводит к вымыванию грунтовых частиц оснований и развитию суффозионных процессов
Другой немаловажной причиной является механизированное перераспределение снежных отложений с ежегодным формированием в одних и тех же местах в зимний период отвалов снега, что уменьшает зимнее охлаждение грунта. Несмотря на то. что осуществляется частичный вывоз снега с застроенных территорий перед началом или в период его таяния, во время паводков всс1 же ироисхолит подтоппение холодных подпеушй Уменьшение надёжности фундаментон связано и со снс» о-заносимостъю пролухоа холодных проветриваемых помещений.
Ссрмгшые нс1 ш нвные изменения, приВо-дяшие К деградации ММП и увеличению глубины сезонного оттаивания, происхаилг при возведении и эксплуатации на шютлсттсмЛрплмх ФУ»гта\ тйплых сооружений с «полами по фун-ту». Такой принцип стр0игвД1Агтва не приемл ем в районах развитии ММП Если ранее подоб-
ные объекты - «нарушители)» были исключением, то в настоящее время в пределах г. Надыма их множество (павильоны, мелкие магазины, склады, г аражи). Эти объекты способствуют ухудшению геокриологической обстановки и сами испытывают серьезные деформации
В 1972 г строительство зданий н сооружений в г. Надыме, как и во всей стране, было подчинено девизу «Пятилетку - за 3 года. Делай быстрее», В связи с этим в период строительства выторфовка слабых грунтов проводилась номинально, чго черет 10 лет явилось одним из факторов неравномерны* осадок здании и сооружений
Строительство автодороги 107 км - Надым (1954 г.) послужило причиной изменения геоэкологических условий территории и повлекло та собой деформации зданий вдоль полотна дороги. Особенностью автодороги ивлясгся высокая дамба - насыпь (техногенный фильтрационный барьер), которая перо-крыла естественный поверхностный сток, что привело к образованию болот вдоль дорог и. соответственно к изменению температурного режима, образованию перелегкой как г геле дамбы, так и за ее пределами.
Таким образом, хозяйственное освоение территории г. Надыма привело к деградации многолетней мерзлоты, увеличению глубины сезонногооггливдних. формированию перелет -ков. развитию инженерно-геологические процессов (суффозии, пучения, заболачивания), что. в свою очередь, влечет за собой нарушение устойчивости зданий и сооружений. Для предотвращении происходящих явлений необходима правильная эксплуатация существую-ших зданий и сооружений, выполнение мероприятий по предотвращению дальнейшей деградации ММП. При новом строительстве необходимо производство более тщательного туилниа и1мтнфрип.гтппп1и1>лкич( усЛОмчЛ,
а также проведение изучении горизонта морских суглинков, в которых в основном н залегает кровля ММП.
вибшюгтафическийсписхж
I. Кудряацс» В. А. Обшсс мерзлотоведение. М . Изл. МГУ. 1978. С 25-27.
Z ОсокинЛ. Б. Попов А П.. Смолов Г К Отказы работы грунтовых оснований в сложных геокриологических условиях //Инженерна» геокриология: Материалы II конференции гсошркалогоа России. Т. 4. г Надым М. 2001 С 49-52.
3 ЦытопичП А СулмпмМ.М Ме калика мерзлых грунтов. М . Высшая школа. 1973.
4 Цытович Н. Л Основания и фу шаметы на мерзлых Грунт- М Иад-воАНСССР. 1958
5. Хрусталгв Л //.. Кутовицкая И. Б Гребг-ufn ß П Геокриологические опасности в городах и поселках I/ Геокриологические опасности / Иол ред./Л. С. Гарагули М.. 3000. С151-157
