CC BY
185
является сложной, многокритериальной задачей, решение которой требует анализа риска развития ближайших и отдаленных неблагоприятных эффектов влияния вещества на организм человека, его потомство и окружающую среду, а также возможных социальных, экономических, медико-биологических последствий запрета производства и применения химического соединения.
Среди комплекса политических, экологических, социальных, экономических и технологических критериев для выбора стратегии профилактики определяющим является критерий предупреждения (недопущения) вредного действия. На современном этапе развития технологий ведущим критерием по-прежнему остается ограничение содержания химических соединений в объектах окружающей среды. Несовершенство используемых технологий как в технологическом, так и в экологическом отношении, невозможность изъятия из производственной сферы многих необходимых химических веществ определяют необходимость введения и неукоснительного соблюдения нормативов качества окружающей среды. Отсутствие норматива, как правило, приводит к неконтролируемому, скрытому воздействию химических соединений на человека. На территории ОЭЗ необходимо строго контролировать допустимые уровни ПДК.
Для уточнения составленного эколого-экономического прогноза необходимо наличие обширной информационной базы. Систематическое накопление информации о свойствах и качестве окружающей среды поможет строить верные прогнозы. Создание единого банка данных (в который включается информация на основе мониторинга окружающей среды, нормативов выбросов загрязняющих веществ и потребления различных ресурсов, данные экологических паспортов предприятий) позволит точнее спрогнозировать развитие экологической ситуации на территории Волжского интермодального терминала и в целом в г. Волжском.
Литература
1. Город и автомобиль: проблемы и пути их решения // Энергия. 2000. № 6. С. 42-43.
2. Воздействие транспортного комплекса на окружающую среду // Энергия. 1999. № 11. С. 45.
3. Транспорт как источник чрезвычайных ситуаций // Энергия. 2004. № 5. С. 57 - 58.
4. Морские терминалы России: настоящее и будущее // Энергия. 2004. № 8. С. 29-30.
5. Голубчиков, С.Н. Природа оживляется водой / С.Н. Голубчиков, Е.П. Метафонов // Энергия. 2000. № 10. С. 32.
6. Сизов, А.П. С Москомземом лучше не спорить / А.П. Сизов, O.E. Медведева // Энергия. 2000. № 1. С. 35.
7. Страхова, H.A. Идентификация факторов эколого-экономического риска в рамках процедуры ОВОС / H.A. Страхова, A.B. Филимонов // Экологическая экспертиза. М.: ВИНИТИ, 2003. Вып. 1. С. 10-12.
H.A. САМУСЬ (Волгоград)
ОПОЛЗНЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ТЕРРИТОРИИ ВОЛГОГРАДСКОЙ
АГЛОМЕРАЦИИ
Приводятся данные многолетних исследований по оползням Волгограда. Материалы отличаются новизной, т. к. появились в связи со строительным бумом в береговой зоне Волги и послужат застройщикам предостережением от негативных последствий строительства.
Среди гравитационных склоновых процессов, развитых на территории Волгоградской агломерации, наиболее заметными по разрушительным последствиям являются оползневые. Под термином «оползни» подразумеваются процессы перемещения грунтов вниз по склону под действием силы тяжести, при этом, в отличие от обвалов и
© Самусь H.A., 2007
осыпей, перемещение оторвавшихся масс пород происходит без даже кратковременного отделения от материнского склона.
Оползневые проявления разнообразны по причинам, составу и возрасту затронутых деформациями грунтов, времени образования, условиям возникновения, механизму (инженерно-геологическим типам). Чаще всего на территории агломерации они проявляются вдоль уступа от хвалынской террасы к руслу Волги, но встречаются также по бортам долин малых рек, балок и оврагов, а также на склонах Приволжской возвышенности, сложенных глинами майкопской серии и современными насыпными грунтами. Намного реже оползни происходят на склонах, сложенных верхнечетвертичными овражно-аллювиальными суглинками и супесями и суглинками ательского горизонта (на уступе от хвалынской террасы к долине Волги в г. Волжском).
Есть три основные причины возникновения оползней, и все они имеют место на территории агломерации. Первая - это повышение нагрузки на грунты, слагающие склон. Оно может возникать как в результате увеличения высоты и крутизны склона (концентрация нагрузок), например, при эрозионной, абразионной или строительной подрезке берега реки или водохранилища, так и в результате возведения сооружений или складирования на нем грунта и т. п.
Вторая причина заключается в изменении состояния и, как следствие, существенном снижении прочности глинистых грунтов, например, при повышении влажности, разуплотнении грунтов, разрушении структурных связей в грунтах при динамических воздействиях на них.
Третья причина чрезвычайно опасных по последствиям оползней - снятие удерживающих сил. Проявляется она, например, на склоне при разрушении эрозией, абразией или строительными работами естественной или возведенной ранее для защиты конкретного сооружения упорной призмы в нижней части склона, иногда - при одновременном вскрытии грунтов с особыми свойствами: текучепластичных глин, близких по свойствам к илам, или водонасыщенных песков, обладающих свойствами «истинных» плывунов. Такие оползни могут возникать даже при некотором снижении нагрузки на склон.
Перечисленные причины порождаются природными экзогенными факторами (речная эрозия, абразия берегов водохранилища, сезонные или многолетние колебания уровня поверхностных и подземных вод, сезонное увеличение влажности грунтов) и техногенными факторами (связанными с хозяйственной деятельностью человека). В числе последних следует упомянуть снижение прочности и увеличении веса грунтов, увлажняемых при подтоплении осваиваемых территорий, увеличение статических и динамических нагрузок, строительную подрезку склонов и откосов и др. Большинство оползней последних лет на территории Волгограда произошли именно под влиянием, а некоторые - исключительно в результате воздействия техногенных факторов.
Независимо от того, результатом действия каких сил (природных или техногенных), являются оползни: во всех случаях существенное значение имеет такой признак, как механизм оползневого процесса, под которым понимается последовательность изменения состояния его элементов, приводящего к своеобразным типам деформаций горных пород, слагающих склон. Механизм оползневого процесса предопределяется особенностями рельефа, геологического строения, климатических, гидрологических и гидрогеологических условий, гео- и биогеохимической обстановки склонов, состава, состояния и свойств слагающих склон пород и подземных вод, направленностью и интенсивностью геодинамических и инженерно-геологических процессов [5].
На территории Волгоградской агломерации наиболее часто встречаются оползни группы блоковых, для которых характерна относительная целостность отделившихся от коренного склона фрагментов, при этом лишь в зоне смещения происходят резкие изменения структуры, состояния и свойств грунтов. В эту группу входят оползни срезания, скольжения или сдвига, выдавливания и вязкопластического течения [8].
Реже встречаются оползни, для которых характерно значительное или полное изменение структуры, состояния и свойств всей массы смещенных пород. Сюда относят
ся оползни течения и, предположительно, внезапного разжижения (в сочетании с плывунным, т. е. сложного типа).
Оползни срезания, скольжения или сдвига представляют собой смещение крупных блоков пород или рыхлых масс различного состава вследствие мгновенной потери прочности по плоскости смещения (хрупкого разрушения) либо развития процессов ползучести, переходящих в катастрофический срез. Смещение оползневых тел сопровождается большим или меньшим нарушением их первоначальной структуры, что в сочетании с интенсивностью обводнения оползающих масс может образовать последовательный ряд разновидностей оползней - от блоковых до оползней течения. По этой причине оползни со значительными нарушениями структуры нередко именуются опол-знями-потоками.
Оползни срезания и скольжения происходят на территории агломерации наиболее часто. Ими вызваны деформации склонов и откосов, сложенных глинистыми грунтами от палеогенового (эоценового) возраста до современных, причем сюда же относят и повторные смещения оползших ранее грунтовых масс [8].
Современные оползни срезания в глинах царицынской свиты палеогена развивались возле северной границы агломерации в основании правого берега Волги у сел Акатовка, Винновка, Латошинка. Ширина их, по данным А.Ф. Чепрасова [15], составляла соответственно 850, 500 и 1250 м, а амплитуда вертикального смещения - от 15 до 20 м в верхней части, а в нижней - до 30 м. Возраст оползней оценен в 150 - 200 лет, наиболее вероятная причина их образования - эрозия правого берега Волги. В настоящее время эти оползни затоплены Волгоградским водохранилищем.
Оползни этого же типа отмечены в верхней части склона Приволжской возвышенности, сложенного глинами майкопской серии. В природных условиях эти глины в откосах обводнены только на локальном участке в Красноармейском районе Волгограда выше ул. Бутлерова (см. рис. 1). Здесь в бортах оврагов, сложенных в верхней части песками ергенинской серии, а в нижней - обводненными глинами майкопской серии, наблюдаются многочисленные природные оползни со смещением блоков по зонам отрыва, пересекающим толщу обводненных глин майкопской серии.
На остальной территории Волгограда на склонах Приволжской возвышенности, сложенных глинами майкопской серии, наблюдается иная ситуация. На многих участках склона в северной части города пески ергенинской серии смыты, в результате чего глины оказались непосредственно вблизи поверхности. Поскольку глины обладают низкой водопроницаемостью, это их свойство предопределяет высокий модуль стока дождевых и талых вод с таких склонов, а также высокую испаряемость влаги с их поверхности. Благодаря хорошей проветриваемости склона и незначительному количеству атмосферных осадков в регионе до застройки эти глины были практически безводными, характеризовались твердой консистенцией и высокой структурной прочностью, поэтому, несмотря на образование довольно крутых участков в верхней части склона Приволжской возвышенности, оползни в них не развивались.
Таких крутых склонов на территории Волгограда от Тракторозаводского до Кировского района имеется много, наиболее крупные из них показаны на рис. 1. Все они потенциально оползнеопасны, особенно если заняты малоэтажной застройкой с приусадебными садами и огородами, потому что почти сразу после начала застройки из-за ненормируемого полива зеленых насаждений практически повсеместно начинается развитие процесса подтопления, что приводит к набуханию глин и резкому снижению их прочности. В результате в послевоенные годы на территории города образовался целый ряд оползней.
Наиболее крупные техногенные оползни на таких склонах произошли на левом борту долины р. Царицы между ул. Хуторской и Жмеринской в 1958-м и повторно - в 1978 г., у вершины оврага Проломного на пересечении ул. Рионская и Хорошева, на правом борту оврага Долгого в микрорайоне 127 в Дзержинском районе. Ряд оползней образовался на склонах Мамаева кургана в Центральном районе, в микрорайоне 237 в Советском районе (рис. 1). В отдельных случаях ускорению развития оползней способствовало быстрое увеличение крутизны склона при росте техногенных оврагов, напри-
мер, на южном склоне Мамаева кургана в результате аварии водопровода в 1970-е годы.
После появления нескольких оползней в глинах майкопской серии, от которых пострадал ряд индивидуальных построек в Дзержинском районе, по решению властей в 70-е годы минувшего века проведены инвентаризация оползнеопасных склонов, снос жилых построек и предоставление безопасного жилья отселяемым. На месте бывших индивидуальных усадеб с их садами и огородами образовались пустыри, резкое уменьшение полива зеленых насаждений благоприятно отразилось на процессе подтопления и свойствах грунтов, количество оползней на этих склонах резко снизилось. Предполагалось, что освободившиеся площадки со временем можно будет использовать для создания зеленых парковых зон, а какую-то их часть, возможно, после соответствующего обоснования и инженерной подготовки территории - для многоэтажной застройки.
Однако в настоящее время началась интенсивная повторная застройка этих пустырей 2 - 4-этажными коттеджами не только без какой-либо инженерной подготовки территории, но и без инженерных изысканий. При этом откровенно нарушаются требования п. 2.3 СНиП 2.02.01-83 о том, что если сооружение расположено на откосе или вблизи него, то должен производиться расчет основания по несущей способности. Ситуация на этих склонах однозначно оценивается как опасная.
В неогеновых отложениях, представленных преимущественно песками с прослоями глин ергенинской серии, оползни на территории Волгограда не фиксировались. Однако в 1972 г. образовался уникальный оползень в одном из отвершков балки Дубовой западнее моторного завода в Дзержинском районе (см. рис. 2). Причиной его стало быстрое увеличение высоты и крутизны склона, сложенного песками ергенинской серии, из-за интенсивного роста и углубления почти на 20 м техногенного оврага в результате сброса канализационных вод с территории соседнего завода. Овраг прорезал склон до кровли глин майкопской серии, по которой и могло произойти смещение песчаных масс ергенинской серии. Таким образом, этот оползень, сложенный преимущественно песками ергенинской серии, нарушив песчаный склон объемом около 40 тыс. м3, мог быть обусловлен деформациями тех же глин майкопской серии.
Рис. 1. Оползневая ситуация на территории Волгоградской агломерации. Техногенные оползни на склонах, сложенных глинами майкопской серии: 1 - 2 - на северном и южном склонах Мамаева кургана в Центральном районе, 3-в МР 127, 4-на левом борту Проломного оврага (ул. Хорошева), 5 -на ул. Жмеринской в Дзержинском районе, 6 - в МР 237 в Советском районе, 7 - природные оползни в глинах майкопской серии в Красноармейском районе (выше ул. Бутлерова), 8-участки склона Приволжской возвышенности, сложенные глинами майкопской серии, в которых возможно развитие техногенных оползней срезания, 9 - закрепленные участки берега Волги, 10 -участки берега Волги, слабо подверженные эрозии, 11-то же, сильно эродируемые, 12 - сильно эродируемые склоны, сложенные на всю высоту глинами хвалынскош горизонта, 13 - участки бортов балок, сложенные глинами хвалынского горизонта, 14 - плывунный оползень на правом борту долины Царицы у кондитерской фабрики, 15 - то же, у Иркутского оврага (1971 г.), 16 - то же, на 10-м километре железной дороги Волгоград - Сальск (1941г.), 17-оползень в ательских суглинках на стадионе им. Логинова в Волжском, 18 - оползень в песках ергенинской серии. Описание оползневой ситуации на берегах Волги и Ахтубы по участкам А и И приведено в тексте.
Рис. 2. Оползень на левом борту быстро растущего техногенного оврага. Склон сложен песками с прослоями шин ергенинской серии, залегающими над глинами майкопской серии
Оползни срезания в четвертичных отложениях сосредоточены в основном вдоль Волги, на уступе от хвалынской аккумулятивной террасы к руслу реки, реже встречаются в бортах балок и оврагов, а также в строительных выемках. В их числе можно отметить оползень в 1993 г. на правом борту Проломного оврага в Дзержинском районе, которым был разрушен ряд гаражей для легковых автомобилей.
Вдоль берегов Волги, в зависимости от геологического строения и гидрогеологических условий, оползневыми деформациями неравномерно затронуты преимущественно участки склона, сложенные глинами хвалынского горизонта, реже - отложениями другого возраста. Например, отмечен первый случай развития оползня срезания в переувлажненных суглинках и супесях ателъекого горизонта в г. Волжском в результате подтопления территории этого города. Оползнем деформированы трибуны Центрального стадиона им. Логинова, расположенные в нижней части склона левого берега Ахтубы. В условиях возможного постепенного нарастания подтопления Волжского и однообразного геологического строения левого берега Ахтубы, в перспективе оползнеопасным может стать весь его отрезок от плотины до Средней Ахтубы. А с учетом того, что юго-восточнее Рабочего поселка в строении верхней части склона принимают участие также глины хвалынского горизонта, следует признать возможность техногенных оползней в верхней части склона даже более вероятной, чем в суглинках ательского горизонта, особенно на участках малоэтажной застройки в результате бесконтрольного полива зеленых насаждений и увлажнения глин.
На правом берегу Волги частота оползневых проявлений четко дифференцирована в зависимости от интенсивности эрозионных процессов, геологического строения и особенностей гидрогеологических условий его локальных участков.
В северной части города, от плотины ГЭС до устья Царицы (см. рис. 1, участок А - В) берег подвержен эрозии только южнее границы Тракторозаводского района (участок Б - В), а в пределах участка А - Б эрозия после строительства ГЭС практически прекратилась из-за перемещения основного водного потока к левому берегу Волги
Рис. 3. Техногенний оползень в хвалынских глинах, вызванный их увлажнением: в результате нарушения поверхностного стока (сполз старый памятник на месте штаба В.И. Чуйкова)
и образования здесь тихой заводи. Склон на участке А - В сложен, в основном, устойчивыми палеогеновыми песчано-алевритовыми породами и алевролитами, а глинистые отложения хвалынского горизонта сохранились лишь в виде обособленных остан-цов в самой верхней части склона. Оползни на этом участке берега редки и проявляются только в случаях интенсивного техногенного обводнения глинистых останцов.
Показательным примером явился оползень 1962 г. у Дома техники завода «Красный Октябрь», вызванный избыточным поливом зеленых насаждений в пределах созданной на берегу зоны отдыха и сбросом на склон техногенных вод. Оползень разрушил лестницу, кафе и часть набережной,
Несколько иную причину имел оползень 1977 г. напротив Центрального стадиона. Здесь вдоль бровки террасы на глинистые останцы были навалены рыхлые техногенные насыпные грунты из строительных котлованов, перемешанные со строительным и бытовым мусором, ветвями деревьев, бумагой и т. п., без надлежащей организации поверхностного стока. Талые и дождевые воды, скапливаясь в этих рыхлых насыпных грунтах, увлажнили ранее высушенные хвалынские глины. Это привело к резкому снижению прочности глин и послужило причиной оползня, которым был разрушен памятник, установленный на месте штаба 62-й Армии при обороне города в 1942-1943 гг. (рис. 3).
Зимой 2002 г. произошел оползень в микрорайоне 413 в Тракторозаводском районе в результате того, что при неуправляемом складировании грунтов на склоне был нарушен поверхностный сток у самой бровки террасы: водители самосвалов опасались подъезжать близко к бровке и высыпали грунт в 3 - 5 м от нее, из-за чего в лощинке образовалась запруда, собиравшая талые и дождевые воды с половины микрорайона. Вода из запруды фильтровалась в грунт, увлажнила глины в верхней части склона, что вызвало здесь обильный рост камыша, а затем - оползень.
Периодически возникают оползни срезания в глинах хвалынского горизонта на правом борту Сухой Мечетки в микрорайоне 412 (см. рис. 4). В последние годы там же из-за постоянного обводнения склона образовался и все увеличивается оползень-по-ток, который, если не будут приняты меры для его стабилизации, может превратиться в крупный оползень срезания, который создаст угрозу устойчивости жилых домов.
В предвоенные годы серьезная оползневая проблема имела место при прокладке железной дороги от тракторного завода к Орловке по склону правого борта долины Мокрой Мечетки. До начала строительства не были учтены геологическое строение и гидрогеологические особенности этого склона, сложенного почти на всю высоту глинами хвалынского горизонта, отложенными в древней (хазарской) долине этой речки. После регрессии хвалынского моря Мокрая Мечетка прорезала себе новую долину левее прежней, полностью прорезав глины везде, кроме правого борта. Глинистая толща, как плотина, отгородила от естественной дрены - современной долины Мокрой Мечетки -
Рис. 4. Геолог Г.А. Бражников на оползне в хвальщских глинах. Правый борт долины Сухой Мечетки
подземные природные и техногенные воды, насыщавшие грунты абразионно-акку-мулятивной террасы, но по отдельным оврагам и промоинам, рассекавшим правый борт долины практически на всю его высоту, осуществлялся естественный дренаж водоносного горизонта. При строительстве железной дороги все овраги и промоины были засыпаны. В результате ликвидации дрен в песках, отгороженных от региональной дрены -долины М. Мечетки, уровень воды быстро поднялся, оказывая значительное гидростатическое давление на склон. Начались непрерывные оползневые деформации полотна железной дороги, и, несмотря на то, что после их начала нашлись время и деньги на детальные изыскания и исследования, с оползнями не удалось справиться до самой войны, а дорогу так и не удалось ввести в эксплуатацию. Во время и после войны оползневыми и эрозионными процессами естественные дрены постепенно восстановились, уровень воды снизился, оползни по всему склону прекратились. Попыток достроить эту дорогу больше не было. Склон остается оползнеопасным.
Локальные оползни на отрезке волжского берега от плотины до устья Царицы периодически образуются и в других местах. Они уже имели место у Краснооктябрьского водозабора, в пределах ЦПКО, на территории инфекционной больницы между устьями Долгого и Крутого оврагов, вблизи театра музыкальной комедии и др. Все эти оползни имеют одну причину - значительное техногенное увлажнение «шоколадных» глин, слагающих останцы, которые до этого были достаточно высушены, имели твердую консистенцию, а после увлажнения и набухания превратились в более слабые грунты.
Иная оползневая ситуация на участке берега от устья Царицы до устья балки Букатинской (ем. рис. 1, участок В - Г). Здесь берег Волги сложен глинами хвалынско-го горизонта почти на всю высоту. В отличие от соседнего северного участка глины здесь не высушенные, а со времени регрессии Хвалынского моря пребывают в изначально водонасыщенном состоянии и под постоянным воздействием напорного водоносного комплекса в песках хазарского горизонта и песчано-алевритовых породах палеогена. Оползни в сочетании с речной эрозией являются повсеместной составляющей процесса эволюции берега на этом участке в течение всего обозримого исторического времени. На этом своеобразном «полигоне» происходят самые крупные на территории
Рис. 5. ГеологТ.С. Кавеев осматривает оползень южнее устья Царицы.
агломерации оползни, встречаются практически все инженерно-геологические их типы: скольжения или срезания, реологические или вязкопластического течения, плывунные.
Чаще других здесь повторяются оползни срезания (рис. 5). Ширина их обычно составляла от 10 до 50-100 м, иногда больше, в глубину склона бровка отодвигалась иногда более чем на 20 - 30 м. Оползнями разрушались, в основном, частные домовладения, расположенные на склоне, иногда несколько десятков их в одночасье сползало в Волгу, особенно в начале спада паводка.
Очень сложная оползневая ситуация имеет место на отрезке берега Волги от ул. Грушевской до зернопричала в Ворошиловском районе (см. рис. 1, участок В1 -В2), где развиты реологические оползни или оползни вязкопластического течения |9|. Здесь склон сложен глинами хвалынского горизонта, под которыми залегает слой хазарских песков, содержащих напорные воды (рис. 6). В верхней части склона до глубины 5 - 8 м глины имеют твердую и полутвердую консистенцию, ниже этой глубины - от мягкопластичной до текучей, а на оползневом склоне превалируют текучепластичные и текучие глины. Грунты склона на этом участке испытывают заметное взвешивающее действие водоносного комплекса, заключенного в хазарских песках и глауквогитах палеогена, напор которого местами на 2 - 6 м превышает отметки поверхности склона. Коэффициент пористости глин, как правило, составляет 1,2 —
1,4, иногда превышает 1,5, т. е. глины с Момента их фиксации на морском дне все еще сохраняют свойства иЛов или слабых грунтов, жесткие связи (структурное сцепление) в них лишь начинают формироваться и остаются очень слабыми. Только в верхней части разреза, где под воздействием инсоляции и испарения глины потеряли часть влаги и несколько уплотнились, образовалась относительно более жесткая «корка».
£ го
С д
зи т")^ /5
£ | Ш
30
10
'Р9тй • •' ■ . ■ - • • ’
0 100 200 300 400 м
Рис. 6. Геологический разрез берегового склона между Иркутским оврагом и зернопричалом
В нижней части склона прочность и вязкость глин настолько низкие, что под воздействием собственного веса оползневые грунты медленно «стекают» вниз к руслу Волги, т. е. в слабых глинах хвалынского горизонта развиваются вязкопластические или реологические деформации. Верхняя, более жесткая «корка» периодически скалывается, отколовшиеся блоки до 3 - 10 м в длину и 40 - 70 м (а иногда и больше) в ширину оседают и как бы «тонут» в подстилающих текучепластичных и текучих глинах. При этом сплошность глин не нарушается, «окна» по разрывам не образуются и напорные воды из хазарского комплекса на поверхность не пробиваются, несмотря на то, что его пьезометрический уровень существенно превышает отметки оползневого склона. Оторвавшиеся блоки медленно смещаются вниз по склону, снимая удерживающую нагрузку в нижней части оползневого уступа и освобождая место для образования новых заколов. Движущийся склон в это время обычно осваивается, на нем ведется активная хозяйственная деятельность. Например, между Иркутским оврагом и зер-нопричалом до 1970-х годов действовала лесопилка с лесотасками, складами пиломатериалов, подъемными кранами, конторами, телефоном:, электрооборудованием и водоснабжением, перемещаясь к Волге со скоростью 0,3 - 0,5 м в год (вычисления автора по материалам топографических съемок 1960-х и 1970-х годов). Неудобство заключалось только в необходимости периодического ремонта коммуникаций и рихтовки железнодорожных путей.
Реологические деформации на этом участке не затухают даже после закрепления нижней части склона. Так, в районе речного порта от ул. Грушевская до устья Иркутского оврага в нижней части склона до отметок 11 - 12 м был устроен каменно-наброс-ный контрбанкет, выше которого еще в 1862 г. была проложена первая в крае железная дорога от станции Волжская до станции Донская в г. Калаче. Более чем за 140 лет эксплуатации эта упорная конструкция ни на одном участке не была разрушена, пережила войну и до сих пор продолжает защищать берег от эрозии. Но выше над ней, в средней части склона, процесс реологического течения слабых глин хвалынского горизонта не был остановлен и продолжается до сих пор. Бровка террасы отступает со средней скоростью до 1 м в год, а непосредственно выше контрбанкета также очень медленно образуются «натеки» или валы выпирания, деформирующие склон ижелез-
Рис. 7. Результаты одного из реологических оползней у Иркутского оврага
ную дорогу, из-за чего последнюю время от времени приходится рихтовать. В настоящее время наиболее напряженная оползнеопасная ситуация имеет место между ул. Огарева и Иркутской. Южнее Иркутского оврага, где 120-метровый отрезок берега не удалось закрепить в 1970-е годы, реологические оползни продолжают наступать на железную дорогу, иногда перерезая ее (см. рис. 7). Непосредственно южнее этого незакрепленного участка в 1970-е годы берег был защищен от эрозии с учетом высоты паводков, и даже частично была выполнена противооползневая планировка склона, сложенного глинами.
Однако позже была полностью замыта песком, а частично засыпана глинистыми грунтами долина балки Ельшанки, служившая естественной дреной для хазарского водоносного горизонта. Уровень последнего начал подниматься и оказывать гидростатическое давление на склон. В результате достаточность выполненной планировки склона оказалась под большим сомнением, особенно при оценке его устойчивости для застройки высотными жилыми зданиями.
Как показала почти полуторавековая практика, если при закреплении склона, где развиваются реологические оползни в текучепластичных глинах, ограничиваться только частичными противооползневыми мероприятиями, например, закреплением против эрозии, стабилизация средней и верхней частей склона не наступает до тех пор, пока абсолютно вся толща глин не сползет. Это уже произошло на локальном участке в створе ул. Огарева, и хотя средняя часть склона продолжает «стекать» вниз на территорию порта, опасности дальнейшего отступления бровки хвалынской террасы здесь не стало.
Вести борьбу с оползнями вязкопластического течения (реологическими) в сложившейся ситуации очень сложно. Во-первых, непосредственно ниже оползающего склона находятся причалы действующего речного порта, остановить работу которого для проведения противооползневых мероприятий не так просто. Во-вторых, на сооружения наползают оползневые массы с «ничейного», т. е. чужого склона. Это обстоятельство освобождает порт от необходимости вкладывать собственные средства в радикальное укрепление склона, а вменить ему такую обязанность против его воли невозможно. В-третьих, решить проблему устойчивости локальных участков, не решая проблему устойчивости всего склона в целом, - очень сложно и дорого, если вообще возможно. И, что очень важно, - ни у инвесторов, ни у проектировщиков, ни у строителей нет опыта работы в подобных сложнейших инженерно-геологических условиях, а ситуация чревата тяжелейшими осложнениями и авариями для желающих рисковать. В итоге почти двухкилометровый отрезок ценнейшего берегового склона в течение десятилетий является скорее свалкой, чем набережной великой реки в центральной части города-героя. Пока существует грузовой порт, нужда в котором в этой части города сомнительна, оползни будут продолжаться до естественного предела, т. е. пока не сползет вся толща глин хвалынского горизонта, на что может уйти одно - три столетия.
Второй такой же сложный и опасный участок на территории Волгограда, где могут развиваться, а может, и имеют место реологические оползни, находится на отрезке правого берега Волги от южной границы бывшего завода имени Куйбышева до устья Букатинской балки. Строение берегового склона, его гидрогеологические условия, свойства слагающих его грунтов и здесь такие же, как и на участке между ул. Грушевской и зернопричалом. Разница состоит только в том, что в первом случае нижняя часть склона закреплена от эрозии, во втором - нет. Первый участок (от ул. Грушевской до зернопричала) находится в центральной части города, давно застроен и периодически покрывался крупномасштабной топографической съемкой, по которой можно наблюдать за развитием реологических процессов, второй - не был закреплен и застроен, детальная съемка его не выполнялась и никем не анализировалась, а интенсивная эрозия правого берега Волги приводила к быстрому переходу деформаций ползучести в катастрофические деформации срезания, затеняя или совсем скрывая первые.
На этом же отрезке волжского берега (см. рис. 1, участок В - Г) периодически происходят оползни, вызванные подвижностью песков-плывунов хазарского горизонта. Такие оползни очень редки, но это, как правило, катастрофические по размаху и последствиям явления, которые на локальных участках иногда разрушают всю аккумуляционную часть террасы.
Природа этого явления напрямую связана с геологическими и гидрогеологическими особенностями данного отрезка берегового склона и его геологической историей. К моменту начала раннехвалынской трансгрессии правый берег Волги был подвержен речной эрозии, как все правые берега Северного полушария. Здесь на нижней части коренного склона, сложенного палеогеновыми породами, отлагался тонкий слой аллювиальных песков, который впоследствии, во время трансгрессии моря, был перекрыт морскими глинами хвалынского горизонта, заполнившими практически все древнее (дохвалынское) волжское русло. После отступления моря эти глины, как плотина или барраж, перегородили поток подземных вод, стекающих со стороны Приволжской возвышенности, снизив скорость его фильтрации и укрыв его от свободного контакта с атмосферой. Это привело к возникновению восстановительной среды в водонасыщенных песках хазарского горизонта, в результате чего микробиологические процессы в песках привели к формированию «истинных» плывунов [11].
Таких «плывунных» оползней на территории Волгограда достоверно выявлено три. Наиболее известный произошел в 1941 г. на 10-м километре железной дороги Волгоград - Сальск вблизи нынешней обувной фабрики [15]. Там в начале спада паводка в результате вскрытия эрозией хазарского напорного водоносного горизонта и под некоторым воздействием динамических нагрузок от прохождения по железной дороге тяжелого нефтеналивного состава пришли в движение «истинные» плывуны. Вместе с ними в русло Волги за 1 час «вытекли» также перекрывающие их глины хвалынского горизонта общим объемом около 5 млн м3. При этом была разрушена железная дорога, а бровка террасы отступила от реки на 270 м.
Такой же по природе, но несколько меньший по объему, произошел оползень 19 сентября 1971 г. у Иркутского оврага, вызванный строительной подрезкой склона с удалением естественной удерживающей призмы, состоявшей из аллювиальных песков. Тем самым были вскрыты пески - «истинные» плывуны хазарского горизонта, в которых были заключены напорные воды [9]. Здесь на участке 250x250 м через горловину шириной 120 м оползень за 1 час вынес в Волгу около 400 тыс. м3 грунта.
Рис. 8. Эрозионно-обвальный уступ от хвалынской террасы к руслу Волги в Красноармейском районе, Необводненные «шоколадные» глины образуют крутые склоны
Предположительно такую же природу имел и гигантский, площадью 10,2 га, древний оползень на правом борту долины р. Царицы между кондитерской фабрикой и железнодорожной дамбой. По размеру его гигантского цирка можно предположить, что оползень вынес в русло Царицы не менее 3,8 млн м3 грунта. Произошел он, видимо, еще до возникновения Царицына (язык его почти полностью размыт и унесен в Волгу), исторических сведений об этой катастрофе не сохранилось.
Оползни плывунного типа (оползни «вытекания»), обусловленные наличием «истинных» плывунов в разрезе склона, к тому же содержащих напорные воды, могут произойти на любом отрезке участка В - Г на правом берегу Волги, а также на правых бортах долин Сухой и Мокрой Мечеток и Царицы в случае эрозионного или строительного вскрытия водонасыщенных песков-плывунов в основании склона.
Участок берега от устья Букатинской балки до устья Сарпы (Г - Е) сложен в нижней части песками хазарского горизонта, а самые верхние 5 - 12 м надстроены «шоколадными» глинами хвалынского горизонта. Глины здесь после ухода моря в условиях воздействия жаркого и сухого климата были высушены, подверглись усадке, стали твердыми и прочными, коэффициент их пористости снизился до значения 0,7 - 0,9. Они образуют довольно крутые склоны (см. рис. 8). Эволюция берега происходила здесь под воздействием процессов интенсивной эрозии в сочетании с обрушением. После освоения территории в результате локального техногенного увлажнения и подтопления глины стали набухать, терять прочность, в их слоях на береговом склоне местами происходят небольшие оползни срезания, как и севернее устья Царицы, с той разницей, что глины на этом участке слагают верхнюю часть склона не в пределах локальных «островков», а на всем его протяжении, следовательно, в случае обводнения глин оползни в верхней части склона здесь могут произойти в любой точке берега.
Кроме того, именно южнее устья балки Букатинской, на участке Г - Д, в настоящее время наиболее интенсивно в пределах агломерации на правый берег воздействует речная эрозия. Пески хазарского горизонта, залегающие в нижней части склона, легко размываются, особенно во время паводков, незакрепленный берег здесь отступает со скоростью до 2 м в год. Таким образом, при различном геологическом строении и совершенно не схожих особенностях разрушения участки В - Г и Г - Д, так же как и участок Д - Ж в Красноармейском районе, интенсивнее других в пределах агломерации разрушаются и гораздо больше других нуждаются в закреплении.
При выполнении изысканий или строительных работ на территории Волгограда периодически выявляются древние оползни, погребенные под более молодыми отложениями. В рельефе они не прослеживаются. Один из таких оползней обнаружен при строительстве Волго-Донского канала вблизи третьего шлюза [1]. Здесь у подножия Приволжской возвышенности в толще верхнечетвертичных отложений хвалынского горизонта вскрыт слой частично перемятых косослоистых глин майкопской серии палеогена. Такая необычная последовательность отложений объясняется сползанием блока глин майкопской серии, слагавших береговой склон Хвалынского моря, в результате подрезки его абразией.
Несколько погребенных оползней обнаружено в Дзержинском районе вблизи п. Разгуляевка. Там косослоистые, иногда даже с вертикальной слоистостью, майкопские глины залегают в толще средне- и верхнечетвертичных лессовидных суглинков, заполняющих глубокие древние врезы, открывавшиеся в долину р. Мокрой Мечетки. Такой же древний оползень со смещением глин майкопской серии обнаружен в микрорайоне 104 в древнем отвершке Долгого оврага. Все эти погребенные оползни полностью стабилизированы, влияние их на инженерно-геологические условия строительства выражается только в усложнении геологического разреза и повышении неоднородности состава и свойств грунтов в основаниях сооружений.
Кроме перечисленных, иногда встречаются оползни в насыпных грунтах (например, на территории гаражного кооператива на склоне Вишневой балки в Краснооктябрьском районе), оползни по контакту насыпных грунтов и глин хвалынского горизонта. Любопытный техногенный оползень произошел 3 декабря 1971 г. на склоне у консервного завода в Ворошиловском районе. Здесь по дну небольшого овражка была
Рис. 9. Оползень 3 декабря 1971 г. у консервного завода. Борозды от включений в насыпных грунтах на поверхности глин хвалынского горизонта
проложена стальная труба для сброса отработанной воды в Волгу, после чего овражек вместе с трубой был полностью завален мусором. Через несколько лет в трубе появилась течь, вода стала поступать в насыпные грунты, но т.к. это происходило на склоне высотой около 25 м, вода из насыпных грунтов высачивалась на поверхность нижней части склона и стекала к руслу, почти не накапливаясь в грунтах. В начале декабря 1971 г. случилось резкое похолодание. Вода в местах высачивания быстро замерзала, образуя на склоне непроницаемую ледяную корку, под прикрытием которой насыпные грунты быстро, как в мешке, стали насыщаться водой. Вес насыпных грунтов быстро возрастал, и уже через сутки они вместе с обломками трубы соскользнули с поверхности размягченных хвалынских «шоколадных» глин более чем на 100 м в сторону реки, а глины остались на месте, только покрылись царапинами от включений в насыпных грунтах (рис. 9).
В Волгограде накоплен значительный опыт изучения оползней различного типа [4; 9; 14] и др. и борьбы с этим опасным явлением, причем последний включает не только устранение последствий произошедших оползней, но и предотвращение реальной угрозы аварийных деформаций склонов.
Исключительно своевременными оказались мероприятия по ликвидации оползневых проявлений при строительстве зала Воинской Славы и особенно по предотвращению опасного крена главного монумента - фигуры Родины-матери на Мамаевом кургане. Установленная на железобетонной стойке высотой 12 м и опирающаяся на железобетонную плиту размером 23x23 м, фигура уже в процессе возведения в 1964 г. пришла в движение, начала запрокидываться с некоторым разворотом. Пришлось срочно выполнять инженерно-геологические изыскания в необходимом объеме (до строительства они были проведены без учета фактических нагрузок от сооружения, а свойства глин, залегающих под фундаментом фигуры, практически не были изучены) и искать спасительное проектное решение. В итоге оказалось необходимым, по предложению Т.С. Ка-веева, восстановить срезанный перед этим участок склона, а саму 12-метровую стойку обсыпать песчаным конусом, предотвратив опасное развитие ее крена в любом направлении. Высокоточные инструментальные геодезические наблюдения, организованные еще до завершения возведения главного монумента и продолжавшиеся до начала 1990-х годов, показали, что его крен удалось сначала замедлить, а затем практически остановить. Сейчас можно утверждать, что решающей оказалась отсыпка песчаного конуса вокруг железобетонной стойки, на которую установлена фигура. Однако в сложных инженерно-геологических условиях площадки отнюдь не исключается возможность очень медленной деформации склона в целом вместе с расположенными на нем сооружениями в процессе проявления ползучести глин майкопской серии. Прекращение инструментальных наблюдений может привести к полной утере исходной геодезичес-
кой сети, с которой ведется контроль пространственного положения фигуры, и, соответственно, возможности управления состоянием памятника как уникального инженерного сооружения.
После 1970 г., когда было создано управление противооползневых и берегоукрепительных работ, удалось закрепить и защитить от речной эрозии отдельные участки берега Волги суммарной протяженностью 20,25 км, а также частично выполнить планировку верхней части берегового откоса для уменьшения его крутизны. Тем самым в пределах большинства закрепленных участков существенно снижена, но не везде полностью устранена угроза развития оползневых процессов. Как отмечено выше, не удалось остановить деформации склона, где имеет место вязкопластическое «течение» водонасыщенных глин.
Существенным минусом в организации берегоукрепительных и противооползневых мероприятий оказалось разделение в свое время берега Волги на участки, подведомственные различным министерствам, в зависимости от расположенного на берегу (и даже вдали от него) промышленного предприятия, которому вменялись в обязанность противооползневые работы. Такое разделение с целью ведомственного финансирования этих работ было выполнено без учета особенностей геологического строения и «оползневой напряженности» выделенных участков, т. е. без обоснования их границ. Это существенно снизило эффективность проведенной работы, т. к. не все ведомства своевременно приступили к ней, в итоге укрепление берега нередко было выполнено там, где с этим можно было подождать, зато многие участки, требующие срочной стабилизации, так и остались не закрепленными и продолжают разрушаться.
При разработке противооползневых мероприятий в настоящее время возникает целый ряд проблем - как организационных, так и технических. В частности, при изысканиях для размещения зданий на хвалынской террасе приходится выполнять буровые и испытательные работы на береговом откосе на землях других владельцев, не заинтересованных в реализации таких проектов.
Отдельно следует рассмотреть проблему количественной оценки устойчивости склонов, которая стала особо актуальной в последние годы в связи с обострившейся потребностью застройки жильем привлекательной и престижной береговой полосы вдоль Волги. Великолепные виды делают эти оползнеопасные участки конкурентоспособными. Не освоенные в послевоенные годы из-за дороговизны, ныне они начинают застраиваться.
Проблема количественной оценки оползневой опасности склонов порождена недостаточной проработанностью методики исследования прочностных свойств грунтов (особенно глин с их изменяющимися характеристиками при сезонных, многолетних и техногенных колебаниях влажности), отсутствием общепризнанного взгляда на природу прочности, особенно длительной (реологической), многообразием расчетных моделей, не всегда корректных и признанных российской и мировой научной общественностью. До настоящего времени не существует надежной нормативной базы, а в связи с перестройкой за последние полтора десятилетия в дополнение к существовавшим проблемам прибавилось фактическое разрушение высококвалифицированной государственной консультации и экспертизы проблемных направлений проектирования, которые олицетворял в свое время технический совет Госстроя.
Если для оценки прочности оснований зданий и сооружений имеется четкая нормативная база в виде методических указаний пп. 2.60-2.61 СНиП 2.02.01-83 [12], п. 5.11 СП 11-105-97 [13] и п. 5.1 ГОСТ 12248-96 (2), то с оценкой оползневой устойчивости все обстоит намного хуже. В п. 2.3 СНиП 2.02.01-83 есть требование выполнять расчеты по первому предельному состоянию, если сооружение расположено на откосе или вблизи откоса либо основание сложено грунтами, указанными в п. 2.61, т. е. предельное сопротивление основания должно определяться с учетом возможного нестабильного состояния грунтов за счет избыточного давления в поровой воде. Однако как могут и должны быть получены соответствующие частные значения характеристик, по каким методикам следует их определять — четких указаний нет. В частности, в п. 2.4 СНиП 2.02.01-83 [12] имеется указание, что «рекомендуется учитывать реоло
гические свойства материалов и грунтов», но в «Пособии» [7] в п. 2.10 по этому поводу только и сказано, что «развитие деформаций во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть) следует, как правило, учитывать при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами и илами». Даже в СП 11-105-97, часть II, п. 4.2.10 [13] в разделе «Инженерно-геологические изыскания в районах развития склоновых процессов» описание трех основных схем определения прочностных свойств грунтов изложены без четкого обозначения соотношения их с п. 5.1.1.4 ГОСТ 12248-96, есть только оговорка о необходимости учета типа сущест-вующего или прогнозируемого оползня и проведения испытаний при различной влажности грунта и разных скоростях приложения нагрузки, моделирующих оползневой процесс.
Таким образом, изыскатель вынужден выбирать методику исследования прочности грунтов, слагающих склон, исходя только из собственного опыта, помня, что значения характеристик сопротивления срезу глинистых грунтов не являются инвариантными и существенно зависят от методики и особенностей проведения испытаний [3]. Не дают однозначного ответа и многие обратные расчеты оползневых склонов на территории Волгограда [4; 14], что вполне логично и вытекает из природного и геолого-историче-ского многообразия причин и условий возникновения оползневых деформаций в тех же глинах хвалынского горизонта, о чем сказано выше.
При выполнении нами изысканий на оползневых склонах на территории Волгограда выбор расчетных значений характеристик прочности грунтов осуществлялся следующим образом. Если склон не подвержен эрозии или не предполагается его пригрузка при освоении или интенсивное (аварийное) его обводнение, выполнялся консолидированный дренированный срез образцов при естественной влажности и после водонасы-щения, затем - повторный консолидированный срез по заготовленной плоскости после получасовой выдержки совмещенных «плашек» под нагрузкой среза. Затем вычислялись нормативные значения характеристик сопротивления срезу в природном сложении и по заготовленной плоскости, и в соответствии с рекомендациями Н.Н. Маслова [6] определялась доля структурного сцепления в суммарном сцеплении (коэффициент, учитывающий только структурную прочность). Оценка кратковременной устойчивости склона велась с использованием расчетных значений угла внутреннего трения и суммарного сцепления без введения поправки, а длительной (реологической) прочности - с умножением расчетного значения суммарного сцепления на этот снижающий коэффициент.
Если, согласно проектному замыслу, предполагалась возможность эрозионной подрезки склона, его быстрая пригрузка сооружением или временным складированием материалов, либо при освоении склона планировалось его интенсивное (аварийное) обводнение, т. е. предполагалась реальная опасность дестабилизации грунтов, кроме консолидированных срезов выполнялись в статистически корректном объеме также и неконсолидированные недренированные срезы при природном сложении и по заготовленной поверхности. Выбор расчетных значений характеристик сопротивления срезу выполнялся, как и при консолидированном срезе. Дополнительное смачивание заготовленной поверхности не применялось, т. к., на наш взгляд, оно не моделирует возможную природную или техногенную обстановку.
Но и к такой методике оценки устойчивости склона следует относиться с большой осторожностью. Следует учитывать также достоверность опробования грунтов, поскольку на практике легче и фактически в подавляющем объеме опробуются более прочные разности грунтов, а «слабые» нередко остаются вовсе вне поля зрения геотехника. Поэтому параллельно с техническими скважинами в обязательном порядке на оползнеопасных склонах следует выполнять статическое зондирование, а после корреляции результатов лабораторных исследований и результатов зондирования надо вводить соответствующую поправку на недостаточную полноту и достоверность опробования [9; 10].
Следует признать, что, несмотря на кажущийся полным учет всех природных и техногенных факторов, при оценке оползневой опасности наиболее надежным и досто-
верным остается метод аналогий. Очень важно при этом подобрать более-менее достоверный аналог, а это возможно при знании природной обстановки не только на небольшом исследуемом участке, но и на всей прилегающей территории.
Литература
1. Галактионов, В.Д. Инженерно-геологические условия районов сооружений Волга-Донского водного пути / В.Д. Галактионов // Геология района сооружений Волго-Дона. М. — JI., 1960. С. 95-196.
2. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М., 1997.
3. Егоров, С.Н. Нормативные и расчетные показатели сопротивления сдвигу некоторых типов грунтов Волгоградского региона / С.Н. Егоров // Известия вузов. Геология и разведка. №1. М., 1964. С. 95-98.
4. Емельянова, Е.П. Основные закономерности оползневых процессов / Е.П. Емельянова. М.: Недра, 1972.
5. Гулакян, К.А. Классификация оползней по механизму их развития / К.А. Гулакян,
B.В. Кюнтцель // Труды ВСЕГИНГЕО. Вып. 29. М., 1970. С. 58-65.
6. Маслов, H.H. Реологические свойства и длительная прочность глинистых грунтов, их значение в развитии оползневых явлений / H.H. Маслов // Материалы совещания по вопросам изучения оползней и мер борьбы с ними. Киев, 1964. С. 26 - 41.
7. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). М.: Стройиздат, 1986.
8. Рзаева, М.К. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития оползней / М.К. Рзаева, Н.И. Дьяконова, A.C. Спиридонова. М., 1969.
9. Самусь, H.A. К вопросу о природе оползней у Иркутского оврага / H.A. Самусь // Вопросы инженерной геологии, проектирования и строительства оснований и фундаментов в Нижнем Поволжье. Волгоград, 1973. С. 122 - 128.
10. Самусь, H.A. Опыт применения статического зондирования для оценки устойчивости оползневых склонов / H.A. Самусь, В.Н. Синяков // Тезисы докладов республиканского совещания по инженерно-строительным изысканиям. Свердловск, 1974. С. 64-66.
11. Самусь, H.A. «Истинные» плывуны на территории Волгоградской агломерации / H.A. Самусь // Вопросы инженерной геологии, проектирования и строительства оснований и фундаментов в Волгоградском Поволжье. Волгоград, 1978. С. 49-53.
12. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. М.,1985.
13. СП 11-105-97. Ч. II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. М., 2000.
14. Тихвинский, И.О. О факторах, определяющих формирование блоковых оползней в Ульяновске, Саратове и Волгограде / И.О. Тихвинский //Труды ПНИИИС. Вып. 47. М., 1977.
C. 85-101.
15. Чепрасов, А.Ф. Оползни и опыт борьбы с ними / А.Ф. Чепрасов. Волгоград, 1972.
