Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

Карпова Яна Александровна

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

НАЗЕМНОГО И ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В

УСЛОВИЯХ АКТИВНОГО ТЕХНОГЕНЕЗА КОМПОНЕНТОВ

ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИМОРСКОГО РАЙОНА

САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Дашко Регина Эдуардовна Санкт-Петербург –

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПРИМОРСКОГО

РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА (ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ,

БУДУЩЕЕ)……………………………………………………………………. 1.1 Этапы использования и контаминации территории, занимаемой Приморским районом, в историческом аспекте…………………….. 1.2 Перспективы освоения территории и использования подземного пространства Приморского района до 2025 г………………………. 1.3 Выводы по главе 1……………...……………………………………….

ГЛАВА 2 СПЕЦИФИКА ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИМОРСКОГО

РАЙОНА………………………………………………………………………. 2.1. Особенности структурно-тектонических условий Приморского района и развитие погребенных долин……………………………….. 2.2. Влияние болот и заболоченных территорий на состав, состояние и физико-механические свойства четвертичных песчано-глинистых грунтов………..………………………………………………………………. 2.3 Моренные отложения как несущий горизонт для свайных фундаментов и среда размещения подземных сооружений различного назначения………………………………………………… 2.4 Инженерно-геологическая характеристика верхнекотлинских глин как трещиновато-блочной среды……………………………………… 2.5 Специфика воздействия гидрогеологических условий района на строительство и эксплуатацию наземных и подземных сооружений различного назначения………………………………………………… 2.6 Выводы по главе 2………………………………………………………

ГЛАВА 3 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ В

ПРИМОРСКОМ РАЙОНЕ…………………………………………..……….. 3.1 Общие положения о строительстве высотных зданий………………. 3.2 Основные инженерно-геологические и гидрогеологические факторы, определяющие безопасность строительства высотных зданий…………………………………………………………………… 3.3 Принципы изучения инженерно-геологических условий территорий для высотного строительства……………………………. 3.3.1 Существующая нормативная база для проведения инженерно-геологических исследований под высотные здания…………………………………………………………… 3.3.2 Анализ и принципы изучения инженерно-экологических условий территории предполагаемого высотного строительства…………………………………………………… 3.3.3 Принципы изучения инженерно-геологических особенностей территории высотной застройки……………… 3.4 Трещиноватые верхнекотлинские глины верхнего венда как несущий горизонт для высотных зданий …………………………… 3.4.1 Особенности развития деформаций трещиноватой толщи глинистых отложений в соответствии с их природой прочности………………………………………………………. 3.5 Инженерно-геологические подходы к типизации территории Приморского района по сложности освоения и использования его подземного пространства для наземного строительства…………….. 3.5.1 Обоснование принципов инженерно-геологической типизации

ГЛАВА 4 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ

4.1 Анализ действующих нормативов по инженерным изысканиям для 4.2 Сравнительный анализ длительной устойчивости подземных сооружений метрополитена в четвертичных и дочетвертичных 4.2.1 Основные положения и краткие сведения о существующих технологиях проходки тоннелей метрополитенов…………… 4.2.2 Анализ эксплуатационной надежности перегонных тоннелей, приуроченных к верхнекотлинским глинам верхнего венда, по результатам их обследования…………… 4.2.3 Условия эксплуатации трассы «Автово-Ленинскийпр. Ветеранов» в четвертичных отложениях…………………. 4.3 Инженерно-геологические факторы, определяющие безопасность строительства и эксплуатации перегонных тоннелей в Приморском 4.4 Инженерно-геологические подходы к типизации территории Приморского района по сложности освоения и использования его подземного пространства для подземного строительства…………... 4.4.1 Обоснование принципов инженерно-геологической типизации территории Приморского района для подземного строительства…...

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Приморский район, расположенный в северо-западной части Санкт-Петербурга, является одним из самых крупных, динамично развивающихся районов города, в пределах которого размещается природоохранная территория - Юнтоловский региональный комплексный заказник. В состав Юнтоловского заказника входит Лахтинское болото площадью 7,1 км2. Следует отметить, что до начала освоения территорию современного Приморского района покрывали болота различного типа, которые при развитии строительства частично снимались, либо засыпались (намывались) глинисто-песчаными грунтами. Наличие болотных отложений предопределяет специфичность физико-химических и биохимических условий в подземном пространстве - формирование восстановительной обстановки и активизацию деятельности микроорганизмов в подстилающих отложениях.

Согласно генеральному плану освоения и использования территории города Санкт-Петербурга в пределах Приморского района, наряду с массовым строительством жилых зданий, ведется возведение уникального 86-ти этажного высотного здания «Лахта центра», местом расположения которого выбран западный берег Лахтинского разлива Невской губы.

Планируется проходка трёх веток метрополитена, две из которых являются продолжением 5-ой и 2-ой линий, а третья - новая трасса, которая будет располагаться вдоль западного побережья Лахтинского разлива. Кроме того, в рассматриваемом районе осуществляется прокладка сети тоннельных канализационных коллекторов средней глубины заложения, ведется строительство центрального участка скоростной автодорожной трассы Западного скоростного диаметра (ЗСД), а также новых транспортных магистралей.

Инженерно-геологические условия Приморского района характеризуются наличием региональных тектонических разломов различного направления, определяющих степень трещиноватости верхнекотлинских глин и нижнекотлинских песчаников. Субширотный тектонический разлом трассирует положение глубокой палеодолины с эрозионным врезом в коренные глины более 90 м. В тальвеге этой погребенной долины вскрывается высоконапорный вендский водоносный комплекс, содержащий воды с повышенной минерализацией, и отмечается их восходящее перетекание через трещиноватую толщу глин, что следует учитывать, в первую очередь, при проходке перегонных тоннелей метрополитена под глубокими палеодолинами.

Кроме того, необходимо также рассматривать экологическое состояние района, в пределах которого располагается большое количество свалок различного состава и возраста, оказывающих негативное влияние на все компоненты подземного пространства до глубины 50-70 м, прежде всего, на состояние и свойства песчано-глинистых грунтов и подземных вод, а также на развитие инженерно-геологических процессов.

Проблемами инженерно-геологического повышения безопасности строительства и эксплуатации наземных и подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях занимались Е.М. Сергеев, В.И. Осипов, Р.С. Зиангиров, В.Т. Трофимов, Ф.В. Котлов, В.А. Королев, В.М. Кнатько, Г.С. Голодковская, В.Д. Ломтадзе, И.П. Иванов, Р.Э. Дашко, Ю.А. Норватов, Е.М. Пашкин, А.Г. Протосеня, В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин, и др.

Инженерно-геологическое обеспечение безопасного строительства и длительной эксплуатации наземных и подземных сооружений в пределах рассматриваемого района является весьма важной задачей в связи со строительством объектов различного уровня сложности и ответственности в условиях развития слабых водонасыщенных глинистых грунтов.

Цель работы. Повышение безопасности строительства и длительной устойчивости наземных и подземных сооружений на основе комплексного анализа и оценки инженерно-геологических условий с учетом широкого развития болотных отложений и свалок различного состава, негативное воздействие которых отражается на состоянии и физико-механических свойствах песчано-глинистых грунтов, составе подземных вод и развитии инженерно-геологических процессов.

Основные задачи исследований Оценка влияния болот и контаминации подземной среды на водонасыщенных песчано-глинистых грунтов и их микробной пораженности в разрезе четвертичной и дочетвертичной толщи.

Обоснование инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических факторов для оценки длительной устойчивости наземных и дочетвертичными отложениями в разрезе подземного пространства Приморского района Санкт-Петербурга.

сооружений различного назначения.

Инженерно-геологическое обеспечение расчетов длительной многокомпонентного подземного пространства.

Фактический материал и личный вклад автора Диссертация является продолжением научных исследований кафедры гидрогеологии и инженерной геологии инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга, в том числе Приморского района. Автором работы выполнен анализ большого объема фондовых материалов по инженерногеологическим условиям Приморского района Санкт-Петербурга, включая его структурно-тектонические, гидрогеологические и геоэкологические условия. Кроме того, автором производилась полевая документация скважин, а также экспериментальные исследования состава, состояния и физикомеханических свойств грунтов четвертичной толщи и верхнекотлинских глин верхнего венда с целью установления влияния болотных отложений на Приморского района, а также прогнозирования развития опасных инженерно-геологических процессов в подземной среде, в том числе под влиянием деятельности микроорганизмов. Выполнена инженерногеологическая оценка условий строительства для обеспечения эксплуатационной надежности перегонных тоннелей метрополитена в Приморском районе Санкт-Петербурга при различной глубине их заложения (в четвертичных грунтах и в верхнекотлинских глинах) с использованием метода аналогий функционирующих подземных выработок Петербургского метрополитена.

формирования и изменения инженерно-геологических условий территории, экспериментальные исследования состава, состояния и физико-механических свойств четвертичных и верхнекотлинских глин верхнего венда с применением современного оборудования, исследование компонентного состава подземных вод в полевых и лабораторных условиях в разрезах отдельных участков Приморского района с установлением микробной составляющей; прямые методы микробиологических исследований для установления численного и видового состава аэробных, факультативных и биохимические газы, а также косвенный биохимический метод М.Бредфорд при определении закономерностей изменения содержания микробной массы по глубине разреза; расчетно-теоретические методы по обоснованию устойчивости наземных и подземных сооружений в водонасыщенных и трещиноватых глинистых грунтах при широком использовании в качестве расчетной модели квазипластичной либо трещиновато-блочной среды.

Научная новизна работы преобразования моренных отложений и выполненных экспериментальных исследований установлены закономерности их деформационного поведения для анализа изменения несущей способности грунтов в основании сооружений.

микроорганизмов в разрезе Лахтинского болота (краевая зона) и установлены особенности изменения их численности по глубине в различных типах грунтов с использованием прямых и косвенных методов, а также изучено влияние микробиоты на состояние и физико-механические свойства песчаноглинистых разностей.

инженерно-геологическая типизация территории Приморского района для оценки взаимодействия наземных объектов различного класса капитальности и ответственных подземных сооружений с учетом особенностей структурнотектонических условий, определяющих рельеф кровли верхнекотлинских глин верхнего венда и степень их трещиноватости, гидродинамический и гидрохимический режимы водоносных горизонтов, а также специфику контаминации подземной среды.

Защищаемые положения Безопасность строительства и эксплуатации подземных и наземных сооружений различного уровня сложности в Приморском районе должна базироваться на комплексном подходе к оценке взаимодействия сооружений с многокомпонентным подземным пространством при обязательном учете влияния природных и техногенных контаминантов на подстилающие грунты и подземные воды.

2. Наличие органической компоненты в верхней части разреза природного и техногенного генезиса (торфяных отложений, свалок различного состава и других контаминантов) предопределяет глубокую трансформацию окислительно-восстановительных и биохимических условий в подземной среде, что приводит к развитию опасных инженерногеологических процессов, в том числе плывунов, биохимической газогенерации и биокоррозии конструкционных материалов во вмещающей среде.

3. Инженерно-геологическая типизация территории Приморского района с учетом сложности его природных условий и контаминации водоносных горизонтов дает возможность повысить уровень надежности и достоверности инженерно-геологической информации для проектирования, строительства и обеспечения длительной устойчивости конкретных наземных и подземных сооружений.

Практическая значимость работы инженерно-геологических исследований в пределах территорий с широким развитием болот и заболоченных участков для строительства и эксплуатации наземных сооружений.

определяющие эксплуатационную надежность перегонных тоннелей в четвертичных и дочетвертичных песчано-глинистых отложениях.

Учтена специфика инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических условий для обоснования типизации подземного пространства Приморского района с целью его освоения и использования при строительстве сооружений различного назначения.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, базируется на анализе большого объема фондовых материалов по изучению инженерно-геологических, гидрогеологических и геоэкологических особенностей разреза территории Приморского района, а также полевых и лабораторных исследованиях прочности и деформационной диссертационной работе широко применялись теоретические, научнопрактические и экспериментальные исследования по техногенному воздействию абиотической органической компоненты и микроорганизмов на свойства песчано-глинистых грунтов в разрезе Санкт-Петербурга, Ленинградской области и других регионов России. В диссертационной работе также использованы результаты, полученные в ходе проведения научно-исследовательских работ при непосредственном участии автора:

«Разработка инновационных технологий по приоритетному направлению научной школы «Инженерная геология» (2011 г.), «Геотехническое прогнозирование влияния микробиотической деятельности на безопасность освоения и использования подземного пространства мегаполисов и горнопромышленных регионов» (2012 г.), «Научно-методическое и информационное обеспечение специализированной лаборатории инженерногеологической диагностики компонентов подземного пространства мегаполисов и горнопромышленных регионов» (2013-2014 гг.), а также при поддержке персональных грантов для студентов и аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга (2012, 2013 гг.).

Реализация результатов исследований. Результаты, полученные при подготовке диссертации, рекомендуются к применению при проектировании подземных и наземных сооружений не только в пределах территории Приморского района Санкт-Петербурга, но и в сходных инженерногеологических условиях. Полученные результаты работы будут проведению инженерных изысканий и территориальных строительных норм градостроительного проектирования, ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ», ЗАО ООО «ГК Геореконструкция». Кроме того, разработки по обеспечению эксплуатационной надежности перегонных тоннелей могут быть использованы ГУП «Петербургский метрополитен», ОАО «Метрострой».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» («Горный университет», Санкт-Петербург, 2012, 2013, 2014 гг.), «Науки о Земле: устойчивое развитие территорий – теория и практика» (ЧувГУ, г. Чебоксары, 2012 г.), Международная конференция во Фрайбергской горной академии (Фрайберг, Германия, 2013 г.), «Пятнадцатые Сергеевские чтения. Устойчивое развитие: задачи геоэкологии (инженерногеологические, гидрогеологические и геокриологические аспекты)»

(Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Москва, 2013 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в рекомендованный ВАК Минобрнауки России.

Структура работы. Диссертация изложена на 271 страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 125 наименований, содержит 96 рисунков, 35 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность за постоянную помощь и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы научному руководителю д.г.-м.н., проф. Р.Э.Дашко. Автор благодарит всех сотрудников и членов кафедры гидрогеологии и инженерной геологии за обсуждение материалов диссертации. Автор выражает благодарность д.б.н., проф., заведующему лабораторией микологии и альгологии СПбГУ Д.Ю. Власову за помощь в проведении микробиологических исследований.

ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПРИМОРСКОГО

РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Приморский район располагается в северо-западной части города Санкт-Петербурга и является одним из самых крупных, наиболее молодых и динамично развивающихся районов города.

Образование Приморского района относится к 1936 году, в своих современных границах он закреплен с 1994 года. Согласно административнотерриториальному делению южная часть Приморского района проходит по береговой линии Невской губы Финского залива, западная – граничит с Курортным районом, на северо-востоке – с Выборгским районом. Район включает в себя 8 муниципальных округов: № 69 «Юнтолово», № 70 «Коломяги», № 64 Лахта-Ольгино, «п. Лисий Нос», № 65 «Старая Деревня», № 68 «Озеро Долгое», № 67 «Комендантский аэродром», № 66 «Черная речка» (рисунок 1.1) [93].

Рисунок 1.1 – Муниципальные округа Приморского района Площадь Приморского района составляет 109,87 км2 и вмещает более, чем полумиллионное население. Зеленые насаждения занимают 25 % от общей площади района, наиболее крупными из которых являются: Удельный парк (площадь 1,5 км2), Юнтоловская лесная дача с северной стороны от Лахтинского разлива (7,0 км2), Парк им. 300-летия Санкт-Петербурга (0,9 км2) и Северо-Приморский лесопарк (6,0 км2) [32]. Кроме того, на территории Приморского района расположено большое количество поверхностных водотоков (рек, прудов и озер) (рисунок 1.2).

2– р.Черная 10 – пруд (ул.Парашютная –ул. Мартыновская) 3– р. Юнтоловка 11 – пруд (Коломяги, ул. Березовая) 5– восточный канал 13 – пруд (ул Сердобольская) Юнтоловской лесной дачи 14 – Петровский пруд 6– Черная речка 15 – пруды Северо-Приморского парка 7– пруды (п. Лисий Нос, Поляны) 8– Лахтинская гавань 16 – пруд (Коломяги, ул. Главная) Рисунок 1.2 – Действующие водотоки и водоемы в Приморском районе Уникальной особенностью района является расположение на его территории Государственного природного комплексного заказника «Юнтоловский», в состав которого входит Лахтинское болото и Лахтинский разлив.

В районе размещено более 55 крупных предприятий, в том числе 31 промышленное, 17 строительных, 7 транспортных; кроме них функционируют также несколько тысяч мелких предприятий (розничная торговля, автосервис, бытовое обслуживание и т.п.) (рисунок 1.3) [92].

Основная часть индустриальных предприятий располагается в пределах пяти промышленных зон: Чернореченской, Коломяжской, Северо-западной, Конно-Лахтинской, Горской. Наиболее развитой в промышленном отношении является Чернореченская промзона. Здесь размещаются одни из самых старых и наиболее крупных заводов Санкт-Петербурга:

ГП «Ленинградский Северный завод», АООТ «Абразивный завод «Ильич», АООТ Лакокрасочный завод «Кронос», АООТ «Завод прецизионного станкостроения», АООТ «Завод художественных красок» и др [121].

Рисунок 1.3 – Схема расположения промышленных зон на территории Транспортные коммуникации района играют особую роль в масштабах города. Помимо обеспечения районных и внутригородских нужд, они связывают город с приграничными областями Российской Федерации, обеспечивают грузо- и пассажиропотоки между Россией и Европой.

Наиболее значимыми транспортными коммуникациями являются Приморское шоссе и железная дорога на Выборг.

перспективным для строительства уникальных объектов наземного и подземного строительства, характеризующихся нетрадиционными архитектурно-планировочными решениями. В связи с этим, при разработке стратегии освоения и использования его подземного пространства, принципиальное значение имеет анализ геоэкологических условий подземной среды, связанный с историческим аспектом контаминации рассматриваться как один из критериев оценки формирования и изменения инженерно-геологических условий [29].

1.1 Этапы использования и контаминации территории, занимаемой Приморским районом, в историческом аспекте Как известно, до начала освоения территорию современного СанктПетербурга, в том числе Приморского района, покрывали болота и заболоченные леса, образованию которых способствовали: 1) морской климат с высокой среднегодовой влажностью воздуха (более 80 %);

2) количество осадков, превышающее испарение; 3) близкое к поверхности залегание водоупорного слоя; 4) высокий уровень стояния грунтовых вод;

5) низкие абсолютные отметки дневной поверхности; 6) понижения в рельефе; 7) периодическое затопление и подтопление территории за счет наводнений [35].

Согласно данным карты Ф.Ф. Шуберта 1698 года, на территории современного Санкт-Петербурга располагались болота преимущественно низинного (евтотрофного) типа, реже переходного (мезотрофного) и верхового (олиготрофного) (рисунок 1.4).

В это же время более 25 км2 территории района занимали открытые болотные массивы и заболоченные леса, в том числе Лахтинское и СтароДеревенское болото, площадью 13,1 км2 и 12 км2 соответственно, а также Коломяжское болото (0,34 км2) [10,99,122].

Рисунок 1.4 – План местности Санкт-Петербурга 1698 г. (Ф.Ф. Шуберт) Болота представляют собой сложную биогеоценозную систему, условия образования и стадии развития которой определяют формирование основных характеристик торфяных отложений, таких как: ботанический состав, степень разложения, влажность, химический состав, зольность.

Главной особенностью процесса болотообразования является накопление органических отложений, увеличение содержания быстроразлагающихся органических веществ и прирост биомассы. Болотным комплексам присуще обилие влаги, застойность вод, а также постоянное нарастание сфагновой дернины, торфа и сапропелей [35].

Торфяные отложения в разрезе Приморского района характеризовались значительным разнообразием. Так, в разрезе Лахтинского болота были выделены [99] (рисунок 1.5):

- Сфагновый торф - высокоминерализованный темно-желтый или буровато-желтый до коричнево - черного цвета, в верхней части рыхлый, с глубиной более плотный [99].

- Осоково-сфагновый – представлен смесью осоки и сфагнума коричнево-черного цвета.

- Осоковый – прослеживается в основании торфяника имеет высокую степень разложения, черного цвета, бесструктурный.

- Травяно-древесный - состоит из остатков древесины (березы и ольхи) в смеси с остатками разнотравья, черного цвета, сильно разложившийся.

- Осоково - политриховый - состоит из двух компонентов: осоки и политрихума (моха).

Формирование болот происходит по двум основным вариантам:

первый – связан с постепенным зарастанием дна водоема ввиду его небольшой глубины и застойности режима; второй – в результате образования сплавин (не коренящихся растений), с постепенным увеличением их мощности (рисунок 1.6).

Источником питания низинных болот служат грунтовые воды совместно с атмосферными осадками. Вне зон техногенного воздействия воды низинных болот характеризуются как слабокислые-околонейтральные, пресные, с повышенной для болотных ландшафтов минерализацией до 300 мг/дм3. Воды содержат соединения калия, азота, фосфора и другие компоненты органической и неорганической природы, необходимые для питания и развития растений, а также микроорганизмы. Состав вод гидрокарбонатный кальциевый, реже натриевый с низкой кислотностью.

Абс. отм., м Абс. отм., м Рисунок 1.5 – Разрезы торфяной залежи Лахтинского болота [91] Стадия I – осоковое болото; стадия II – плоское переходное болото; стадия III – слабовыпуклое верховое болото; стадия IV – резковыпуклое верховое болото; стадия V – пологовыпуклое верховое болото; стадия VI – плосковыпуклое верховое болото.

Рисунок 1.6 – Развитие болотных массивов (по В.П. Денисенкову, 2000) [33] Болота верхового типа питаются за счет атмосферных осадков, поэтому имеют более низкую минерализацию, редко превышающую 40 мг/дм3, содержат пониженное количество калия, фосфора и азота, по своему составу преимущественно гидрокарбонатные натриевые. Следует отметить, что переходные болота сочетают в себе признаки низинных и верховых [8,40].

Изучение компонентного состава вод в пределах болотных массивов, распространенных на территории Петербургского региона, не производилось, поэтому приведены данные химического состава вод болотного массива «Васюганье» (Западная Сибирь), расположенного вне зон техногенного загрязнения (таблица 1.1) [40].

Таблица 1.1 – Содержание различных элементов в болотных водах [40] окисляемость, мгО2/дм Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что содержание легко- и трудноокисляемых органических соединений снижается по мере перехода от верховых болот к низинным (см. таблицу 1.1), а величина рН наоборот возрастает, что связано с увеличением органических кислот.

Как известно, в преобразовании растительных остатков болотных отложений непосредственное участие принимают микроорганизмы. В соответствии с исследованиями, выполненными проф. Л.И. Рубенчиком, установлено наличии богатого природного микробиоценоза в торфах различных типов, в которых были выделены анаэробные формы, клеток/г:

факультативные - денитрифицирующие – 106; аэробные – нитрифицирующие – 104, тионовые – 104-105, целлюлозообразующие – 102. Наибольшее содержание микроорганизмов характерно для торфов средней степени разложения, которое снижается при увеличении степени разложения органического вещества.

Высокая величина биомассы в торфах и разнообразие различных типов А.В. Головченко в конце ХХ века (таблица 1.2).

Таблица 1.2 – Вес микробной биомассы и соотношение ее компонентов в различных торфяниках (А.В. Головченко, 1993) [20,21] высоко зольный нормально зольный Верховой Примечание: пересчет сухой биомассы: а) на 1,0 м; б) на всю указанную толщу торфов.

численности и видового разнообразия микроорганизмов болотных экосистем закономерности ее изменения можно проследить только на примере исследований конкретных болотных массивов.

Сравнительный анализ таксономического состава микромицетных комплексов торфяников низинных и верховых болот Западной Сибири и Восточно-Европейской равнины вне зон техногенного загрязнения показал, микроскопических грибов. Максимальное видовое разнообразие было характерно для низинных торфов (43-93 вида), тогда как в верховых обнаруживалось от 11 до 55 видов. Наибольшее количество видов прослеживалось в верхнем слое до 50 см. Во всех образцах низинного торфа Cladosporium. В верховых болотах наиболее распространены микромицеты рода Pеnicillium (таблица 1.3) [38, 70]. Численность микромицетов в болотах различных типов Тульской области с глубиной изменялась: от 0,2 до 9,5*103 КОЕ/г торфа в пределах верховых и 0,1-38,7*103 КОЕ/г торфа – в низинных торфяниках, что связано с особенностями физико-химических условий и его ботаническим составом (таблица 1.4) [38].

Таблица 1.3 – Таксономическая структура микромицетных сообществ [38] Классы обилия по ЧВ* Редкие (10-30%) Phialophora, Fusarium Случайные ( 0,150,32 МПа На территории Приморского района морены первого типа развиты локально, в частности в пределах участка Каменка. Следует сказать, что при обосновании расчетных показателей морен такого типа необходим учет влияния крупных включений различного диаметра и локальных песчаных линз, к которым приурочены напорные воды.

Следующий тип осташковской (лужской) морены сформировался под толщей озерно-ледниковых ленточных отложений в пределах верхней Варьирование мощности озерно-ледниковых отложений определяет окислительно-восстановительные условия – постепенный переход к восстановительной обстановке. Для таких морен цементационные связи мягкопластичная консистенции. Показатели прочности и деформационной способности имеют следующие значения:

Интенсивность нетектонической трещиноватости, прослеживается в верхней части вендских глин и связана с действием также экзогенных факторов, выветривания и морозобойного растрескивания, а также давления ледника в четвертичное время способствующее формированию клиновидных трещин (до глубины 20-25 м).

Таким образом, длительный этап формирования верхнекотлинских глин под действием различных факторов предопределил особенности их состава и физико-механических свойств с определенными закономерностями по глубине.

Анализ физических свойств глин показал, что они непостоянны по глубине. В связи с изменением величины влажности и плотности можно выделить несколько зон (рисунок 2.29). Первая зона (I) характеризуется высокой степенью изменчивости показателя влажности и плотности и прослеживается на глубину 40-50 м от кровли глин. В этой зоне наблюдается снижение величины влажности с 23 % до 15 %, реже ниже, плотность увеличивается с 2,00 до 2,12 г/см3. Для второй зоны (II) характерно постоянство влажности и плотности, значения которых изменяются в интервале от 10 до 15 % и 2,18 – 2,24 г/см3, соответственно, и прослеживается до глубины 100 м. Третья зона (III) ограничена кровлей нижнекотлинских песчаников. Здесь происходит рост влажности от 10 до 15 % при варьировании плотности 2,17 – 2,25 г/см3.

Влияние трещиноватости на прочность вендских глин изучалось на кафедре Гидрогеологии и инженерной геологии Горного университета еще в конце 60-х годов прошлого века в связи со строительством метрополитена.

Результаты исследований параметров сопротивления сдвигу вендских глин с учетом их трещиноватости (блочности) приведены в таблице 2.12. При этом каждая выделенная зона и подзона характеризуется определенным диапазоном изменения параметров прочности.

Рисунок 2.29 – Изменение содержания глинистой фракции и физических свойств верхнекотлинских глин верхнего венда по глубине разреза а – глинистой фракции; б - влажности, в – плотности на территории Приморского района СанктПетербурга по данным фондовых материалов с дополнениями автора Таблица 2.12 – Параметры сопротивления сдвигу верхнекотлинских глин в различных зонах по глубине с учетом интенсивности их трещиноватости (проф. Р.Э. Дашко, 2001) глубине подзон, м трехосных испытаний) Примечание: в числителе приведены значения с и для пород вне зон, а в знаменателе - в зонах тектонических разломов; * - квазипластичные, ** - непластичные разности с различными параметрами с и Из анализа данных таблицы 2.12 следует, что в коренных глинах венда рост трещиноватости определяет снижение параметров сцепления на 50% и более.

Необходимо отметить, что верхнекотлинские глины в верхней части разреза меняют свое состояние под воздействием всестороннего давления.

При испытании образцов глин верхней зоны в условиях всестороннего давления близкого к естественному, верхнекотлинские глины ведут себя как квазипластичные разности. Далее по глубине образцы глины имеют хрупкопластический характер деформирования, с глубиной переходящий в хрупкое разрушение. Однако установленная закономерность изменения состояния и свойств глин нарушается в зонах тектонических разломов. Кроме того, в зоне постоянной влажности и плотности при определении прочности и деформационной способности верхнекотлинских глин следует, наряду с макротрещиноватостью, учитывать микротрещины, которые не видны вооруженным глазом, но сказываются на результатах при определении прочности и деформационной способности образцов в условиях трехосного сжатия.

В качестве примера влияния интенсивности трещиноватости на параметры прочности и деформационной способности следует привести изменение модуля общей деформации, сцепления и угла внутреннего трения в пределах площадки строительства «Охта центр» и «Лахта центр»

(таблица 2.13).

Таблица 2.13 – Сравнительная характеристика прочности и деформационной способности вендских глин в зонах и вне зон тектонических разломов по результатам трехосных испытаний Положение точек отбора Глубина от В 2012-2013 гг. автором были выполнены исследования прочности образцов верхнекотлинских глин верхнего венда в приборе одноосного сжатия, отобранных в интервале глубин от 20 до 50 м в исторической части города и на территории Приморского района. Серия лабораторных экспериментов, проведенная на образцах глин венда, позволила получить дополнительные данные, характеризующие их параметры прочности (таблица 2.14, рисунки 2.30, 2.31).

Таблица 2.14 – Параметры прочности верхнекотлинских глин в пределах Приморского района (вне зоны палеодолины) Примечание: исследования прочности производились на 20 образцах.

Рисунок 2.30 – Изменение прочности и влажности верхнекотлинских глин верхнего венда вне зон влияния тектонических разломов и палеодолин по Таким образом, с глубиной вне зон палеодолин наблюдается снижение влажности трещиноватой толщи при возрастании прочности на одноосное сжатие.

Большое внимание для обеспечения надежности строительства и эксплуатации несущих конструкций перегонных тоннелей метрополитена на различной глубине должно уделяться изменению деформационных свойств верхнекотлинских глин по длине трассы. При этом необходимо выделять участки в пределах тектонических разломов, где толща верхнекотлинских глин имеет наибольшую дезинтегрированность.

Рисунок 2.31 – Определение показателей прочности верхнекотлинских глин в В связи с этим, можно предположить, что при эксплуатации перегонов метрополитена, приуроченных к вендским глинам, деформации несущих конструкций по трассе будут иметь различные величины, способствующие неравномерности оседания тоннельных конструкций, что и наблюдается в реальности. Кроме того, при использовании вендских глин в качестве основания тяжелых зданий при их дезинтегрированности будет наблюдаться развитие неравномерных деформаций в основании, что может привести к их крену.

2.5 Специфика воздействия гидрогеологических условий района на строительство и эксплуатацию наземных и подземных сооружений Анализ влияния гидрогеологических условий на строительство и эксплуатацию сооружений различного назначения в пределах Приморского района должен базироваться на особенностях взаимодействия подземных вод конструкционными элементами по двум направлениям. Первое – связано с особенностями гидродинамического режима подземных вод, нестабильность которого определяется интенсивностью эксплуатацией водоносных горизонтов, второе – учитывает влияние их химического состава и агрессивность по отношению к фундаментам и несущим обделкам, выполненным из различных конструкционных материалов.

надежности несущих обделок подземных сооружений и фундаментов наземных зданий вышеперечисленные факторы не принимаются во внимание. Такое упущение, зачастую, приводит к необходимости частого проведения ремонтных работ и/или усиления несущих конструкций.

В пределах Приморского района первым от поверхности водоносным супесчаным, песчаным и песчано-гравийным разностям, а также торфяным и техногенным отложениям. Основное питание водоносного горизонта осуществляют атмосферные осадки. Дополнительной подпиткой служат утечки из систем внешнего водоотведения неглубокого заложения, а также промышленных предприятий, работающих с мокрым технологическим режимом.

окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий в пределах района происходит под действием природных факторов (болотные отложения, наличие литологических разностей, обогащенных органикой) или за счет техногенных источников (промышленные объекты, автодороги, утечки из систем водоотведения, жидкой фазы свалок различного состава, а также действие кладбищ). В пределах района грунтовые воды вне зон техногенного воздействия имеют гидрокарбонатный натриевый состав с минерализацией 0,1-0,5 г/дм3 (пресные). Величина рН изменяется от 7 до 7,5, однако в зонах развития болот часто не превышает 6,8. Следует отметить, что в пределах освоенной части района в связи с интенсификацией загрязнения величина минерализации может возрастать до 3 г/дм3. Кроме того, активное загрязнение органическими соединениями приводит к формированию