«УДК ГРНТИ Инв. № УТВЕРЖДЕНО: Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный горный университет От имени Руководителя организации /Н.Г. Валиев/ ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

УДК

ГРНТИ

Инв. №

УТВЕРЖДЕНО:

Исполнитель:

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский государственный горный

университет»

От имени Руководителя организации

/Н.Г. Валиев/

М.П.

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ

ОТЧЕТ о выполнении 2 этапа Государственного контракта № 16.740.11.0677 от 07 июня 2011 г. и Дополнению от 20 июля 2011 г. № 1 Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.3. Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук.

Проект: Прогноз изменения инженерно-геологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири Руководитель проекта:

/Емельянова Ирина Андреевна (подпись) Екатеринбург 2011 г.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

по Государственному контракту 16.740.11.0677 от 07 июня 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд Организация-Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

Руководитель темы:

кандидат геолого- Емельянова И. А.

минералогических наук подпись, дата Исполнители темы:

доктор геолого- Грязнов О. Н.

минералогических наук, подпись, дата профессор кандидат геолого- Абатурова И. В.

минералогических наук, подпись, дата доцент кандидат геолого- Стороженко Л. А.

минералогических наук подпись, дата кандидат геолого- Петрова И. Г.

минералогических наук подпись, дата аспирант Савинцев И. А.

подпись, дата аспирант Тактуев Е. М.

подпись, дата студент Поздеева А. И.

подпись, дата Реферат Отчет 110 с., 3 ч., 50 рис., 2 табл., 63 источн., 0 прил.

ДЕГРАДАЦИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД, ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И

СООРУЖЕНИЙ, КОМПОНЕНТЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ,

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОЦЕНКИ

Государственного контракта № 16.740.11.0677 «Прогноз изменения инженерно-геологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири» (шифр «2011-1.3.1-220от 07 июня 2011 по направлению «Проведение научных исследований молодыми кандидатами наук в следующих областях:- мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы; - оценка ресурсов и прогнозирование состояния литосферы и биосферы; переработка и утилизация техногенных образований и отходов; - снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф; - экологически безопасные разработки месторождений и добычи полезных ископаемых;- экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» в рамках мероприятия 1.3.1 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук», мероприятия 1.3 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах», направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Цель работы - разработка методики прогноза изменения инженерно-геологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири на базе интегральной оценки природных компонентов.

В процессе работы использован комплекс методов, включающий изучение, анализ и обобщение геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических материалов по изучаемой тематике; маршрутные наблюдения и визуальное обследование зданий; инженерногеологические изыскания и опробование грунтов; лабораторные исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам; методы математического моделирования с использованием компьютерных технологий.

Результаты исследований могут быть использованы проектными и изыскательскими организациями в качестве базовых положений для организации мониторинга литотехнической системы городской инфраструктуры в сходных природно-техногенных условиях.

Результатом работ является отчет о ПНИР за 2 этап. Установление закономерностей пространственной изменчивости природных компонентов. Отчет о проведении патентных исследований.

Содержание и результаты проведенных работ соответствуют требованиям Технического задания и календарного плана. Заданные техническим заданием индикаторы и показатели выполнены в полном объеме.

1 Выявление закономерностей изменения инженерно-геологических условий г. Надыма 1.1 Рассмотрение принципов строительства, вида и характера деформаций зданий и сооружений, установление причин их развития………………………………………….. 1.2 Обоснование набора компонентов инженерно-геологических условий, определяющих устойчивость зданий и сооружений………………………………………………………... 1.2.1 Компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий 1.2.1.1 Геологическое строение территории………………………………………………………. 1.2.1.2 Геокриологические условия………………………………………………………………... 1.2.1.3 Физико-механические свойства грунтов…………………………………………………... 1.2.1.4 Гидрогеологические условия……………………………………………………………….. 1.2.1.5 Экзогенные геологические процессы……………………………………………………… 1.2.2 Выбор параметров оценки компонентов инженерно-геологических условий………….. 1.2.3 Закономерности пространственной изменчивости компонентов инженерногеологических условий……………………………………………………………………… 1.3 Проведение патентных исследований по теме ПНИР……………………………………. Заключение…………………………………………………………………………………... Список использованных источников………………………………………………………. Приложение А. Отчет о патентных исследованиях………………………………………. В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями.

I ПРИНЦИП СТРОИТЕЛЬСТВА – многолетнемерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения [1].

II ПРИНЦИП СТРОИТЕЛЬСТВА – многолетнемерзлые грунты основания используются в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе эксплуатации здания или сооружения), или с их оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения [1].

ЛИТОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ЛТС) – это часть (или подсистема) природнотехнической системы (ПТС), включающая подсистему инженерных сооружений (объектов техносферы) и взаимодействующую с ней часть литосферы (геологическую подсистему) [2].

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ – такие свойства геологической среды и такие происходящие в ней процессы, которые оказывают влияние на принятие тех или иных решений, определяющих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, способов строительства (методов ведения горных работ), методов эксплуатации, способов оптимального управления геологической средой [3].

МЕРЗЛЫЕ ПОРОДЫ, ГРУНТЫ, ПОЧВЫ – это породы, грунты, почвы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды перешла в кристаллическое состояние [1].

Перечень сокращений ИГУ – инженерно-геологические условия.

ММП – многолетнемерзлые породы.

СП – сезонное промерзание.

СО – сезонное оттаивание.

УГВ – уровень грунтовых вод.

ЭГП – экзогенные геологические процессы.

ЛТС – литотехническая система.

НИР – научно-исследовательская работа.

Актуальность темы В последние годы резко возрос уровень хозяйственного освоения районов со сложными инженерно-геологическими условиями (ИГУ) и интенсифицировалось развитие инфраструктуры уже освоенных территорий развития многолетнемерзлых пород (ММП).

Геологическая среда городской инфраструктуры в криогенной зоне является чрезвычайно чувствительной и неустойчивой к техногенным воздействиям и за всю историю развития претерпевает серьезные нарушения, которые выражаются в уничтожении древесной и кустарниковой растительности, подрезке склонов, проходке горных выработок, подсыпке песчаным грунтом строительных площадок и проезжих частей улиц, снегозаносимости территории и т.д. Все это приводит к существенному изменению температурно-влажностных условий, глубин сезонного промерзания и оттаивания, увеличению глубины залегания кровли ММП, формированию новообразований мерзлоты (перелетков).

В связи с этим возникает необходимость объективной оценки и прогноза изменения ИГУ, базирующихся на установлении основных природных компонентов и закономерностей их пространственной изменчивости, выполнении специального инженерно-геологического районирования, разработке структуры мониторинга литотехнической системы (ЛТС) и создании постоянно действующей инженерно-геологической модели городской территории, с целью обеспечения оптимального функционирования зданий.

Цель исследований Цель выполнения научно-исследовательской работы – разработка методики прогноза изменения инженерно-геологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири на базе интегральной оценки природных компонентов.

Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.

Основные задачи исследований 2 этапа:

– анализ особенностей инженерно-геологических условий территорий в криогенной зоне Западной Сибири;

– обоснование набора компонентов инженерно-геологических условий, определяющих устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме;

– выявление основных закономерностей пространственной изменчивости компонентов ИГУ;

– проведение патентных исследований по теме ПНИР.

Состояние проблемы, оценка новизны проводимых исследований Предлагаемая методика позволяет выполнить оценку и прогноз изменения ИГУ городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири. Основные положения методики апробированы Комитетом по архитектуре и градостроительству администрации Муниципального образования г. Надым при планировании вновь осваиваемых территорий, а также при совершенствовании генерального плана развития города.

Результаты исследований могут быть использованы проектными и изыскательскими организациями в качестве базовых положений для организации мониторинга ЛТС городской инфраструктуры в сходных природно-техногенных условиях, обоснования технических методов защиты зданий и сооружений, позволят разработать методы минимизации воздействия на ЛТС, а для вновь осваиваемых территорий – учесть негативный опыт эксплуатации зданий и сооружений.

Полученные материалы по изучению, оценке и прогнозу инженерно-геологических условий в криогенной зоне Западной Сибири будут использоваться на кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «Инженерное мерзлотоведение».

1. Выявление закономерностей изменения инженерно-геологических условий г. Надыма и его окрестностей 1.1 Рассмотрение принципов строительства, вида и характера деформаций зданий и сооружений, установление причин их развития В период 70-80-х гг. XX века началось активное освоение территории Западной Сибири, связанное с разработкой месторождений нефти и газа. В непосредственной близости от месторождений создавалась жилая инфраструктура, представителями которой являлись гг. Надым, Новый Уренгой, пос. Старый Надым, пос. Пангоды, пос. Ныда и др.

В связи с освоением крупнейшего месторождения газа «Медвежье» в 1972 г. началось строительство г. Надыма с центральной части, где основаниями зданий являются аллювиальные отложения I надпойменной террасы, представленные песками разной крупности преимущественно в талом состоянии.

Изначально возводились пятиэтажные железобетонные здания на ленточных фундаментах по II принципу строительства [4]. В конструкциях предусмотрено наличие подвальных помещений и вентиляционных отверстий, последние были ликвидированы в виду снегозаносимости и затопления подвальных помещений поверхностными стоками.

По мере промышленного освоения района, возникла необходимость дальнейшего развития города, стали осваиваться краевые участки территории, сложенные отложениями высокой поймы, представленными с поверхности в основном мерзлыми торфами. Здесь строительство велось на свайных основаниях с сохранением мерзлого состояния грунтов (I принцип). Инфраструктура представлена двухэтажными деревянными и железобетонными инженерными сооружениями (жилые, административные и производственные здания, школы, детские сады).

Первые деформации начались в конце 70-х годов и проявлялись в виде трещин в штукатурке, стенах, однако при своевременно принятых мерах они были приостановлены, либо затухали во времени.

В настоящее время на территории города сформировалась сложная литотехническая система (ЛТС), функционирование которой определяется взаимосвязью природных компонентов и техногенных воздействий [5]. Согласно официальным данным БТИ (бюро технической инвентаризации) администрации г. Надыма состояние около 60 % зданий характеризуется как неудовлетворительное, около 20 % – требуют принятия срочных мер по укреплению и спасению от разрушения.

Большинство аварий зданий и сооружений связано с фундаментами и основаниями.

Недопустимые осадки, трещины и прогибы в элементах зданий и сооружений зачастую возникают при ослаблении основания в процессе эксплуатации.

Для выяснения пути устойчивого развития городской инфраструктуры Западной Сибири и установления причин деформаций зданий и сооружений в г. Надыме в сложных ИГУ была разработана методика наблюдений, которая заключается в: визуальном обследовании зданий и сооружений; инструментальных наблюдениях за деформациями несущих конструкций (нивелирование); дополнительных инженерно-геологических изысканиях; видеосъемке за изменением положения гипсовых маяков; режимных термометрических наблюдениях.

При инженерно-геологическом обследовании было выявлено, что более 90 зданий городской застройки в той или иной мере деформированы (таблица 1.1, рисунки 1.1-1.9).

Таблица 1.1 – Виды и характер деформаций зданий и сооружений в г. Надыме п.п.

Сквозные трещины в стене; сильное повреждение Повреждения штукатурки стен и потолка, требующие ежегодного ремонта Смещение плит перекрытий в квартирах, нарушение кирпичной кладки Отклонение стен от вертикали, в том числе и выпучивание посредине Рисунок 1.1 – Разрыв кирпичной кладки, смещение блоков по горизонтали Рисунок 1.2 – Демонтаж здания (северо-западная окраина г. Надым) (Проезд 5, восточная окраина г. Надыма) Рисунок 1.4 – Трещины в стенах с внутренней стороны дома Рисунок 1.7 – Субвертикальная трещина блока (ул. Строителей, 1) Установлено, что у большинства зданий не обустроены либо нарушены водостоки и отмостки (рисунок 1.10) и сброс ливневых вод происходит под жилые дома. У большинства деревянных зданий нарушена система водопроводящих коммуникаций, в результате чего происходят утечки и вблизи зданий формируются «техногенные озера».

Следует также отметить, что в городе отсутствует система отвода ливневых и паводковых вод.

Рисунок 1.10 – Отрыв отмостков (пос. Солнечный, г. Надым) Все эти неблагоприятные факторы привели к нарушению температурного режима грунтов, деградации ММП, изменению состояния и свойств грунтов, потере их несущей способности, что повлекло неравномерные осадки поверхности и фундаментов, изгибы и коррозии свай, активизацию таких процессов как суффозия, подтопление, морозное пучение, интенсивные разрушения несущих конструкций зданий, что в отдельных случаях привело к невозможности их дальнейшей эксплуатации и выселению жильцов [6, 7]. К настоящему моменту пять зданий пришлось демонтировать из-за опасности обрушения (рисунок 1.11), еще около десяти находятся в аварийном и предаварийном состоянии [8].

Примером может послужить ряд жилых домов в г. Надыме, которые начали испытывать значительные деформации в течение первых 10-12 лет эксплуатации.

Рисунок 1.11 – Демонтаж жилого дома (г. Надым, ул. Таежная, 7) Наиболее показательным является жилое 9-ти этажное кирпичное здание с техническим этажом и подвалом (бульвар Стрижова, 1). В процессе эксплуатации (1997гг.) сооружение претерпело значительные деформации, которые выражаются в многочисленных трещинах на фасадах с раскрытием от волосных до нескольких миллиметров, в уровне первого-второго этажа кирпичная кладка стены фасада имеет вертикальную трещину высотой до 4,0 м с раскрытием до 8 см, отмечается расслоение кладки в глубину в направлении вдоль стены составляя около 4,0 м. В парапетах несущих стен обнаружены сквозные трещины с раскрытием от 1 до 3 мм, образование трещин в фундаментных блоках, просадки полов подвала на величину до 100 мм (в тепловом узле и некоторых других помещениях), сопровождающиеся растрескиванием цементной стяжки.

Инструментальные измерения показали, что здание получило крен (рисунок 1.12), отклонение от вертикали на уровне парапета крыши изменяется от 54 до 124 мм. Отмечается смещение плит перекрытий относительно стен-перегородок квартир. В коридорах 6-9 этажей и на лестничных площадках в зоне развития трещин в перекрытиях отмечается отрыв силикатной плитки от пола. Ряд гипсовых маяков, оборудованных на трещинах между плитами перекрытий и на несущих стенах в январе-марте 2001 г., к началу мая был прорван, что свидетельствует о продолжающемся развитии деформаций [9].

Рисунок 1.12 – Субвертикальные трещины на фасадах здания, крен здания На момент строительства здания было установлено, что грунтовое основание отличается неоднородностью литологического состава пород до глубины 9,5 м, наличием прослоев торфа мощностью от 0,2 до 1,2 м, разным криогенным строением пород при суммарной мощности многолетнемерзлых пород (ММП) на разных участках здания перед началом строительства от 8,0 до 10,0 м (рисунок 1.13). Несмотря на то, что особенности природных условий характеризовались, как неблагоприятные строительство здания провели по II принципу на ленточном фундаменте. Таким образом, причинами деформаций здания являются непредусмотренные проектом изменения ИГУ.

Выполненные инженерно-геологические изыскания, проведенные в 2000-2001 гг. на период существования здания 3 года показали, что в разрезе произошли изменения, выраженные в уплотнении торфа, оттаивании верхнего горизонта ММП (рисунок 1.14). При этом отмечалось значительное количество перелетков, температуры ММП изменились и в настоящее время составляют (-0,1) – (-0,2)°С до глубины 21,0 м [10].

Условные обозначения: 1 – торф, заторфованные грунты; 2 – песок пылеватый; 3 – песок мелкий; 4 – песок средней крупности; 5 – мерзлые грунты; 6 – граница литологических разностей; 7 – граница многолетнемерзлых пород; 8 – уровень грунтовых вод, м (установившийся); 9 – скважина: внизу – глубина, м; справа – глубина подошвы слоя, м; 10 – водонасыщенные грунты.

Рисунок 1.13 – Инженерно-геологический разрез по линии 8- Условные обозначения: 1 – насыпные грунты; 2 – торф, заторфованные грунты; 3 – песок пылеватый; 4 – песок мелкий; 5 – песок средней крупности; 6 – супесь; 7 – мерзлые грунты; 8 – граница литологических разностей; 9 – граница многолетнемерзлых пород; 10 – уровень грунтовых вод, м (установившийся); 11 – скважина: внизу – глубина, м; справа – глубина подошвы слоя, м; 12 – консистенция: а) пластичная, б) водонасыщенные.

Рисунок 1.14 – Инженерно-геологический разрез по линии 5-8 (Бульвар Стрижова, 1) (изыскания выполнены НТЦ «Надымгазпром», 2000-2001 гг.) Другим ярким примером разного вида деформаций является микрорайон 3а (жилые дома № 7, 9, 10) – 5-ти этажные блочные здания, с теплым подпольем, закрытыми продухами. Обследования состояния конструкций зданий за 1998-2000 гг. [11] показали, что в жилом доме №10 все секции приобрели крен, в подвалах обнаружены провалы полов глубиной до 2,0 м (рисунок 1.15), зафиксированы трещины в монолитном ростверке с раскрытием до 1 см, которые распространяются на вышележащие этажи, отрыв стеновых блоков цокольного этажа от перекрытий и стеновых панелей первого этажа до 20-30 мм, раскрытие вертикальных трещин по цоколю и наружным стенам здания достигало 10 мм. В процессе мониторинговых исследований выполняемых ООО «Стройаркос» за период 2000гг. были установлены дальнейшие деформации, что привело к потере пространственной целостности и структурной жесткости здания.

Рисунок 1.15 – Подвальное помещение: изгиб свай основания, просадка полов Выполненное в 2002 г. визуальное обследование дома №7 («законсервированного» в 1998 г.), показало: формирование просадок глубиной 0,7-1,0 м, образование «техногенного озера» в цокольном помещении, также обнаружены отрывы части балконов от плоскости стен, трещины в стыковых швах [12].

На период изысканий (1988-1989 гг.) территория микрорайона почти сплошь была занята болотами низинного типа с мощностью торфяных отложений от 1,2 до 6,4 м.

Минеральное дно болота представлено суглинками заторфованными, мощностью 0,2-2,2 м, далее аллювиальными песками.

Выполненные в 1993 г. инженерно-геологические изыскания «ТюменНИИГипрогаз»

для строительства жилых домов № 9, 10 установили, что площадка представлена мерзлыми грунтами сливающегося типа, наличия таликов не выявлено, мощность насыпного слоя 1,5м, подтвердилось наличие в грунтах основания слоя торфа мощностью до 4,0 м.

В 2000 году в рамках проведения работ по инженерно-геокриологическому мониторингу жилых домов № 9, 10 выполнены работы по оборудованию сети термометрических скважин (рисунок 1.16).

В ходе инженерно-геологических изысканий в основании здания № 9 было отмечено, что граница ММП установилась на глубине 2,2 м, а под центром здания – 3,9 м; грунтовые воды вскрыты на глубине 1,0 м. По результатам работ по зданию № 10 установлено, что грунты основания, со стороны жилого дома № 9, характеризуются талым состоянием, в пределах остальной части здания граница ММП находится в интервале глубин 3,8-4,4 м (рисунки 1.17, 1.18). Полученные результаты работ говорят о том, что в ходе эксплуатации зданий произошла деградация ММП, которая выразилась в оттаивании грунтов основания и привела к деформациям зданий (рисунок 1.19).

Третьим примером развития деформаций является «Трест ЯСГД» – каркасное здание (каркас из металлического проката, оштукатуренного по сетке), наружные стены из легкобетонных панелей, внутренние перегородки кирпичные, расположено в северной части г. Надыма на участке со сложными ИГУ [13].

При визуальном обследовании здания отмечены многочисленные сквозные трещины в стенах, с шириной раскрытия от волосных до 5 мм, а также осадка грунта вокруг здания. В районе санузла наблюдается сброс воды непосредственно в подполье.

Результаты режимных наблюдений подтверждают, что перепады высоты пола первого этажа превышают 20 см, неравномерные осадки фундамента и всего здания составляют от 0,3 до 5,8 см, свидетельствуют о развитии трещин на внутренних поверхностях стен здания.

При обследовании здания выявлено, что из 193 свай фундамента несущими являются только 122.

На участке предполагаемого строительства инженерно-геологические изыскания не проводились [14]. Строительство здания провели по II принципу на свайном фундаменте, выторфовка участка не предусматривалась. В период обследования уже построенного здания в 1999-2000 гг. был установлен разрез площадки, который слагают насыпные грунты мощностью 2,2-3,8 м, представленные песком мелким, твердомерзлым.

Рисунок 1.17 – Геологическое строение участка в разрезе (скв. 1 и 2) Рисунок 1.18 – Геологическое строение участка в разрезе (скв. 4 и 9) Рисунок 1.19 – Трещины в квартире с раскрытием 2,5 см (ул. Топчева, 10) Далее по разрезу залегают торфяные отложения мощностью 0,6-3,6 м, мерзлые, базальной криогенной текстуры, которые подстилаются аллювиальными отложениями, представленными песками разной крупности, мерзлыми.

Таким образом, можно сделать вывод, что невыполненные инженерно-геологические изыскания, недоучет сложных ИГУ, несущей способности грунтов привели к деформациям несущих конструкций и всего здания.

Еще одним примером деформаций зданий является пос. ПСО-35 (ряд деревянных 2-х этажных зданий, на свайных основаниях) [15]. В результате обследования зданий по ул. Северной под домами 2, 4, 7 было выявлено заболачивание территории (рисунок 1.20), которое сформировалось вследствие сброса ливневых и канализационных вод под жилые дома из-за отсутствия водостоков и не функционирующей сети канализации. Заболачивание территории привело к деградации ММП, формированию чаши оттаивания, что объясняет неравномерную осадку грунтов, изгибы и коррозии свай (рисунок 1.21), перекашивание полов, прогибы крыш (рисунок 1.22), образование трещин, крен зданий (рисунок 1.23).

Таким образом, анализ инженерно-геологической обстановки, условия строительства и эксплуатации, позволяют утверждать, что основными причинами деформаций зданий и сооружений являются:

1) инженерно-геологические особенности, такие как: неоднородность литологического состава грунтов в пределах одного здания (бульвар Стрижова, пос. ПСОналичие в основании сооружений торфов различной мощности, залегающих либо с поверхности, либо погребенных (пос. ПСО-35, микрорайон 3а); значительная разница физико-механических свойств мерзлых и талых грунтов; сложное мерзлотное строение участков строительства не только в плане, но и в разрезе. Часто в пределах одного и того же здания мерзлотные условия меняются несколько раз.

Температуры мерзлых пород составляют (-0,1) – (-0,3)°С; формирование перелетков (центральная часть города) на разных глубинах, разной мощности; высокое залегание уровня грунтовых вод: 0,8-4,0 м;

2) планировка территории насыпными грунтами; нарушение естественного стока поверхностных и подземных вод;

3) деградация ММП, которая является следствием эволюции природных ландшафтов и многочисленных нарушений в эксплуатации подполий и других охлаждающих геотехнических систем. В конструкциях зданий не предусмотрены отмостки, отсутствуют водостоки, вентиляционные окна подвалов заколочены, вовремя не проводится замена изношенных канализационных труб, что приводит к многочисленным их прорывам и высокоминерализованные немерзлые толщи с отрицательными значениями температур, которые являются достаточно агрессивными к различным элементам фундаментов [7].

Утечки из канализационных систем современных зданий, отсутствие надежных систем деаэрации воды приводят к катастрофически быстрым износам трубопроводов и как результат формированию под зданиями «техногенных озер», приводящих к увеличению глубины слоя сезонного оттаивания;

Рисунок 1.20 – Заболачивание территории (ул. Топчева, 2а) Рисунок 1.21 – Изгиб свай и отклонение свай от оси (пос. ПСО-35) Рисунок 1.22 – Просадка здания, прогиб крыши (ул. Северная, 2) Рисунок 1.23 – Крен здания (ул. Северная, 2) 4) нерешенность в городе проблемы отвода ливневых, паводковых вод приводит к вымыванию грунтовых частиц оснований и развитию суффозионных процессов [16];

5) недоизученность ИГУ в процессе проектирования и изысканий: отсутствие выторфовывания под некоторыми зданиями; неточности допущенные при выполнении расчетов проектируемых сооружений при завышенных значениях физико-механических свойств грунтов; отсутствие прогнозирования изменения компонентов ИГУ.

Таким образом, установлено, что в основе деформаций зданий и сооружений лежит комплекс причин как геологического, так и технического плана, которые привели к изменению мерзлого состояния грунтов, их температуры, физико-механических свойств, формированию чаши оттаивания глубиной от 3-5, а иногда до 14-20 м, неконтролируемой неравномерной осадке мерзлых грунтов, перешедших в категорию талых, формированию перелетков в слое сезонного оттаивания, увеличению степени пучинистости грунтов, подтоплению территории.

Приведенные данные с достаточной убедительностью говорят о том, что деформации зданий, вызванные мерзлотными процессами, не являются единичными случаями, а имеют очень широкое распространение и носят массовый характер. Часто эти деформации не только протекают довольно интенсивно, но и возникают в короткие сроки после ввода зданий в эксплуатацию.

На основании анализа различных причин деформаций, можно говорить о том, что при строительстве в районах развития ММП и торфяных отложений необходимо учитывать целый ряд особенностей в ходе инженерно-геологических изысканий, исследований свойств грунтов, подготовки территории, выборе принципа строительства и проектирования оснований и фундаментов зданий, в том числе осушение, намыв (подсыпка), выторфовывание или их комбинирование, искусственное замораживание (рисунок 1.24).

Анализируя возможность их реализации необходимо учитывать литологический состав, строение и физико-механические свойства грунтов.

Для принятия архитектурно-планировочных решений по укреплению существующих и проектированию вновь возводимых зданий, необходимо установить закономерности изменения компонентов ИГУ, выполнить их прогноз на базе интегральной оценки. В дальнейшем это позволит выполнить специальное инженерно-геологическое районирование территории города с целью выделения участков благоприятных для строительства зданий и сооружений, которое может стать главным основанием при отводе земельных участков, выборе принципа строительства и типа фундамента здания.

Рисунок 1.24 – Использование метода технической мелиорации (замораживание основания зданий с помощью термостабилизаторов, г. Надым, ул. Топчева, 9) 1.2 Обоснование набора компонентов инженерно-геологических условий, определяющих устойчивость зданий и сооружений Под инженерно-геологическими условиями понимают такие свойства геологической среды и такие происходящие в ней процессы, которые оказывают влияние на принятие тех или иных решений, определяющих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, способов строительства (методов ведения горных работ), методов эксплуатации, способов оптимального управления геологической средой [17]. Свойства геологической среды – компоненты инженерно-геологических условий, которые характеризуют некоторую территорию, взаимосвязаны. Взаимосвязь и взаимообусловленность компонентов инженерно-геологических условий предопределены геологическими процессами их развития, современными геологическими и физико-географическими процессами.

Район исследований расположен в самой северной части Западно-Сибирской низменности, в бассейне р. Надым. В административном отношении г. Надым принадлежит Ямало-Ненецкому автономному округу Тюменской области, Надымского района (рисунок 1.25).

По характеру климатических особенностей территория относится к подзоне северной тайги с суровым климатом: долгая холодная зима с постоянными сильными ветрами и короткое прохладное лето. Самый теплый месяц года – июль, среднемесячная температура которого составляет 14,7°С. Среднемесячная температура самого холодного месяца января – (-23,6)°С. Среднемноголетняя температура воздуха составляет (-6,6)°С.

Распределение осадков в течение года неравномерно – максимальное количество (более 70 %) приходится на август-сентябрь. Летом осадки выпадают в виде длительных моросящих дождей, а в августе и сентябре – иногда со снегом. Среднегодовое количество осадков составляет 482-546 мм, в том числе осадки холодного времени года 225 мм. Снег выпадает в октябре-ноябре и сохраняется 6-7 месяцев. Наибольшей мощности снежный покров достигает в марте начале апреля, составляя в среднем на открытых участках 0,5 м, а на защищенных от ветра от 0,8 до 1,0 м. Нарушение устойчивости снежного покрова обычно происходит во второй декаде мая, а сход снега – в конце мая. Плотность снега в течение зимы увеличивается от 0,1-0,18 г/м3 в октябре, до 0,3-0,33 г/м3 в апреле-мае.

Одним из главных факторов, определяющих суровость территории, являются ветры, которые, сочетаясь с низкими температурами и неся с собой пургу, создают серьезные трудности для строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

В годовом цикле господствующими являются ветры северной и южной половины горизонта. Наибольшую повторяемость в году (7,9-8,0 %), имеют юго-западные и северозападные ветры. В холодный период года, с сентября по март, преобладают ветры югозападного и юго-восточного направлений.

Главной водной артерией и базисом эрозии для всей гидрографической сети является река Надым. Русло реки в среднем течении имеет косы, острова, протоки. Ширина русла в районе исследований до 500-700 м, глубина 1,5-3,0 м. Питание происходит весной и летом за счет осадков, а также болотных вод. Течение реки спокойное со скоростью 0,3-0,5 м/сек.

Характерной гидрологической особенностью территории является большое количество озер и болот, которые распространены не только по долине р. Надым, но и на междуречных пространствах. Обилие озер связано с плоским рельефом, незначительными уклонами поверхности водоразделов, большим количеством осадков и малой испаряемостью, близким залеганием к поверхности водоупорных горизонтов и широким распространением многолетнемерзлых пород, а, следовательно, слабой дренированностью территории. Озера в большинстве своем неглубокие, сточные и проточные, соединяются между собой ручьями, имеют округлые или вытянутые очертания. Основная масса озер имеет термокарстовое происхождение.

Среди болот развиты как талые, так и мерзлые участки. Первые из них приурочены к понижениям, заполненным, как правило, разжиженным торфом, вторые – к торфяным буграм. Питание болот смешанное – за счет атмосферных осадков и подтока грунтовых вод.

В неотектоническом плане область расположена частично на южной окраине ЯмалоНенецкой крупной моноклинали, площадь которой почти целиком совпадает с ОбьНадымской впадиной и частично расположена в пределах Северо-Ненецкого сводоподобного поднятия, испытывающего в новейший этап устойчивые положительные движения.

1.2.1 Компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме Климатические и природные условия, история геологического развития, многообразие геологических особенностей, сложные мерзлотные условия территории, особенности техногенного воздействия (нарушение условий эксплуатации и строительства зданий) предопределили комплекс наиболее важных компонентов ИГУ, влияющих на условия строительства и особенности функционирования зданий и сооружений. К ним относятся: геологическое строение, геокриологические и гидрогеологические условия, физико-механические свойства грунтов, природно-техногенные геологические процессы.

1.2.1.1 Геологическое строение территории В геологическом строении территории участвуют аллювиальные отложения поймы, I, II и III надпойменных террас неоплейстоцен-голоценового возраста, которые подстилаются аллювиально-морскими отложениями марресальской свиты (рисунок 1.26).

Аллювиально-морские отложения марресальской свиты (am, lm mr) представлены песками с пропластками алевролитов, суглинков и супесей, местами с гравием и галькой.

Мощность отложений составляет 20-22 м.

В разрезе третьей надпойменной террасы (am3III) выделяется русловый и эстуарный аллювий представленный песками, с прослоями связных пород (супесей, суглинков) маломощных (до 10-15 см) и приуроченных в основном к верхней половине толщи. Для всего разреза осадков террасы присущи повсеместные проявления криогенных текстур:

криотурбаций, инволюций, псевдоморфоз по ледяным жилам и т.п.

Озерно-аллювиальные (лиманные) отложения второй надпойменной террасы (la2III) с абс. отметками поверхности 16-32 м. Терраса прислонена к третьей надпойменной, имеет цокольное (эрозионно-аккумулятивное) строение. В разрезе террасы выделяются две пачки:

русловый и лиманный аллювий. Русловый аллювий представлен мелко- и среднезернистыми, хорошо промытыми косослоистыми песками. Лиманный сложен мелко- и тонкозернистыми, часто пылеватыми кварцевыми песками, слойками глинистых песков, супесей или линзочек разнозернистого песка, с тонкой параллельной или пологоволнистой слоистостью.

Мощность отложений террасы изменяется в пределах от 5-6 до 22 м.

Рисунок 1.26 – Геологическая карта г. Надыма и его окрестностей [18] Окончание рисунка 1. Аллювиальные отложения первой надпойменной террасы (a1III-H) относительной высотой 6-8 м имеют широкое распространение. Терраса имеет аккумулятивное строение, вложена во вторую надпойменную террасу. Разрез представлен русловой, старичной и пойменной субфациями. Русловая субфация сложена хорошо промытыми мелко- и среднезернистыми песками с косой слоистостью и базальным слоем гравийно-галечникового песка.

В составе старичных отложений наряду с песками присутствуют крупные (мощностью до 4-6 м) линзовидные прослои иловатых суглинков и супесей, насыщенных органическими и древесными остатками, с линзами аллохтонного торфа. Пойменные отложения имеют незначительную мощность (до 2-3 м), в их составе преобладают суглинки, реже супеси, с прослоями пылеватых песков. Мощность аллювиальных отложений составляет 15-16 м.

Аллювиальные отложения высокой поймы (aH1) высотой 5-6 м представлены русловой, старичной и пойменной сублитофациями, мощностью 10-15 м. Русловые накопления нередко слагают весь разрез толщи, представлены косослоистыми песками мелкими и средней крупности, прослоями пылеватыми, с участием линз слоистых супесей и суглинков. Базальный слой обогащен линзами гравийно-галечникового материала с включениями валунов. В составе старичных накоплений участвуют линзовидные прослои супесчано-суглинистых илов с большим количеством органических остатков и слойками аллохтонного торфа.

Аллювиальные отложения низкой поймы (aH 2 ) высотой до 2-3 м представлены преимущественно русловым аллювием с включениями крупных фрагментов старичных накоплений. К низкой пойме относятся пляжевые фации – мелкие и средней крупности пески, с включениями крупнозернистых, гравия и мелкой гальки. Мощность пойменных накоплений достигает 20-22 м.

Озерно-болотные отложения приурочены к понижениям в современном рельефе, в том числе к термокарстовым западинам и акваториям современных и древних остаточных озер. Озерный комплекс представлен иловатыми песками, супесями и суглинками, с присутствием илов сапропелевого типа и линз погребенного илистого торфа.

Наиболее крупные массивы торфяников (преимущественно верхового типа) приурочены к поверхности первой, частично второй надпойменных террас и высокой поймы. Нижняя граница озерно-болотной толщи имеет в районе скользящий возраст – от конца казанцевского века до голоцена включительно.

Территория города расположена в пределах аккумулятивной аллювиальной равнины на останце первой надпойменной террасы и отчасти высокой поймы р. Надым. Останец вытянут в меридиональном направлении, и характеризуется плоским однообразным рельефом с незначительным уклоном на восток, к р. Надым и отметками рельефа, не превышающими, в основном, 10-18 м.

Отложения высокой поймы представлены сложным переслаиванием песков мелких и пылеватых с прослоями суглинков, супесей и торфов. Известно, что к моменту возведения города, территория была сильно заболочена, поэтому в разрезе встречаются торфа, залегающие с поверхности, а также погребенные, в виде прослоев и линз, мощностью 1-3 м, местами до 5-6 м.

Аллювиальные отложения I надпойменной террасы сложены песками разной крупности, с некоторой дифференциацией – ближе к дневной поверхности преобладают пылеватые разности, с маломощными прослойками суглинков и супесей. Мощность отложений составляет 10-16 м.

Необходимо отметить, что режим осадконакопления, геоморфологические условия территории предопределили особенности геологического строения, которые выражаются в сложном фациальном замещении грунтов различного литологического состава и генезиса, что проявляется даже в пределах одного здания.

Строительное освоение территории привело к появлению в разрезе техногенных отложений, представленных песками мелкими и средней крупности, с тонкими прослоями супесей, суглинков и строительным мусором.

1.2.1.2 Геокриологические условия Согласно схеме общего геокриологического районирования Западно-Сибирской плиты изучаемая территория расположена в северной части зоны совместного распространения многолетне- и сезонномерзлых пород [19]. Специфической особенностью распространения ММП является массивно-островной характер в пределах поймы и низких террас и островной и редкоостровной – в пределах высоких геоморфологических уровней.

Вертикальное строение толщи ММП территории двухслойное. Реликтовый слой залегает на глубинах 100-200 м, а кровля верхнего слоя ММП находится либо на поверхности (подзона сплошного развития ММП), либо опущена до глубин 50 м и более (подзона несквозного талика) (рисунок 1.27).

заслуживает особого внимания и характеризуется широким диапазоном изменения среднегодовых температур пород: от 0 до (-3)°С – для промороженных участков и от 0 до 8°С – для таликовых зон. Самыми низкими температурами (-2) – (-3)°С характеризуются торфа.

Рисунок 1.27 – Геокриологическая карта г. Надыма и его окрестностей [18] Важное значение имеют глубины сезонного промерзания (СП) и сезонного оттаивания (СО), которые определяются сочетанием природных факторов, таких как среднегодовая температура грунтов, литологический состав и естественная влажность.

Максимальные глубины СО формируются в маловлажных (5-15 %) песках, развитых на относительно дренированных участках, покрытых маломощным лишайниковым покровом или вообще лишенных растительного покрова.

Минимальные значения глубины СО фиксируются в сильнольдистых породах на заболоченных территориях и в густых замшелых лесах.

Максимальная глубина СП характерна для песчаных пород с естественной влажностью 5-10 % на обнаженных участках. Минимальные глубины СП формируются в суглинистых породах при большой влажности и торфах, занесенных снежным покровом.

Глубина слоя сезонного оттаивания (СО) на площади распространения ММП составляет для песков средней крупности – 3,0 м; мелких песков – 2,6 м; торфов – 0,5 м; для супесей – 1,95 м; суглинков – 1,56 м.

Слой сезонного промерзания (СП) грунтов распространен в местах развития несливающейся мерзлоты, глубина слоя СП обычно больше глубины слоя СО и составляет для песков средней крупности – 3,6 м; песков мелких – 3,2 м; торфов – 0,9 м. Расчетные глубины слоя СП составили: для песков средней крупности 4,12 м; для мелких и пылеватых песков – 3,99 м; для супесчано-суглинистых пород – 1,66-1,92 м; для торфов –1,05 м.

В пределах городской территории толща ММП имеет сложное строение как в плане, так и в разрезе. Центральная часть города расположена в подзоне развития несквозного талика, характеризующейся заглублением кровли ММП, положительными значениями температур грунтов на подошве слоя годовых колебаний (0-8°С). При этом в талой части на разных глубинах встречаются новообразования мерзлоты мощностью от нескольких десятков сантиметров до 5-6 м.

Окраины города приурочены к подзоне развития ММП и лишь локально отмечены участки с заглублением кровли на 5-10 м и более. Здесь значения температур грунтов составляют (-0,5) – (-2)°С, что способствует быстрому переходу грунтов в талое состояние.

Дифференциация температур определена условиями теплообмена, которые формируются под влиянием техногенных воздействий.

В пределах затененных участков температура грунтов на 1-3°С ниже, по сравнению с открытыми хорошо освещенными. Постоянное изменение мощности снегового покрова, использование реагентов приводят к тому, что в местах его уборки температура уменьшается на 0,6-1,2°С, а в местах искусственного скопления снега увеличивается на 0,9-1,8°С.

На формирование глубины СП и СО в пределах городской территории большое влияние оказывают степень инженерной подготовки и интенсивность техногенных воздействий, к которым относятся утечки из коммуникаций, перераспределение снегового покрова, уничтожение растительности, планировка территории, тепловое воздействие зданий. В результате тепловых изменений происходит как увеличение, так и уменьшение глубины СП-СО в среднем на 1-3 м, что влечет неравномерные осадки грунтов и величины пучения, которые вызывают деформации строительных конструкций и серьезно осложняют эксплуатацию инженерных сооружений.

1.2.1.3 Физико-механические свойства грунтов Мощный осадочный чехол по генетическим особенностям, физико-механическим свойствам подразделяется на породы коренной основы и поверхностные отложения.

Поверхностным отложениям, представленным породами верхнего звена плейстоцена и голоцена уделяется особое внимание, поскольку они являются основаниями инженерных сооружений, и от их специфики зависит устойчивость последних.

Озерно-эстуарные отложения III надпойменной террасы, мощностью от 15,0 до 18,0 м. Разрез представлен переслаиванием песков мелких и средней крупности, с частыми линзовидными прослоями мощностью от 1 до 25 см супесей, суглинков и глин. Общая доля песчаных и супесчаных отложений в разрезе террасы – 85-90 %, суглинков и глин – 10-15 %.

Пески кварцевые, с природной влажностью от 0,049 до 0,291 д.ед., пористостью 37,2Деформационно-прочностные свойства песков определяются средними значениями угла внутреннего трения – 38° и удельного сцепления – 0,004 МПа. Пески неоднородные, сильноводопроницаемые, однако за счет частого чередования глинистых прослоев отмечается уменьшение коэффициента фильтрации. Таким образом, в массиве породы ведут себя как слабоводопроницаемые, что приводит к заболачиванию территории. Содержание фракции > 0,1 мм в песках мелких составляет 74-76 %, содержание фракции > 0,25 мм в песках средней крупности – более 64 %; слабопучинистые.

Супеси от твердой до пластичной консистенции. Для твердых супесей значения естественной влажности составляют 0,146-0,199 д.ед., средние значения угла внутреннего трения – 22°, удельного сцепления – 0,014 МПа, модуля деформации – 6,1 МПа. Супеси пластичной консистенции отвечают значениям естественной влажности 0,19-0,29 д.ед., угла внутреннего трения 18°, удельного сцепления – 0,010 МПа, модуля деформации – 5,4 МПа.

По гранулометрическому составу супеси легкие пылеватые, по показателю дисперсности средне- и сильнопучинистые.

Озерно-аллювиальные отложения II надпойменной террасы представлены песками мелкими и средней крупности, с редкими прослоями и линзами песков пылеватых, супесей и суглинков.

Для песков мелких и средней крупности характерны средние значения природной влажности 0,24 д.ед., плотности минеральной части 2,65 г/см3, угла внутреннего трения – 40°, удельного сцепления – 0,006 МПа. Деформационно-прочностные свойства пылеватых песков характеризуются значениями угла внутреннего трения – 35° и удельного сцепления – 0,011 МПа. Пески преимущественно кварцевого состава, содержание фракции > 0,1 мм в песках мелких составляет 79 %, содержание фракции > 0,25 мм в песках средней крупности – более 55-82 %. Пески неоднородные сильноводопроницаемые (Кф = 4,5 м/сут), пески средней крупности относятся к слабопучинистым, пески мелкие и пылеватые – к средне- и сильнопучинистым.

Супесчаные отложения от твердой до пластичной консистенции характеризуются плотностью минеральной части 2,71 г/см3, естественной влажностью от 0,154 до 0,232 д.ед.

По гранулометрическому составу супеси легкие пылеватые, по показателю дисперсности средне- и сильнопучинистые (D>5).

Суглинки с маломощными прослоями глины горизонтально слоистые от твердой до текучей консистенции. Естественная влажность изменяется от 0,21 до 0,309 д.ед., плотность минеральной части составляет 2,72 г/см3, пористость 44 %. По гранулометрическому составу суглинки и глины легкие пылеватые, по показателю дисперсности средне- и сильнопучинистые.

Аллювиальные отложения I надпойменной террасы представлены песками от средней крупности до пылеватых, с линзами и прослоями суглинков и супесей, часто заторфованных как в талом, так и в мерзлом состоянии.

Пески мелкие и средней крупности характеризуются значениями естественной влажности 0,12-0,16 д.ед., плотности минеральной части – 2,67 г/см3, пористости – 39 %, угла внутреннего трения – 38° и удельного сцепления – 0,004 МПа.

проницаемые (Кф составляют 6,6 и 4,3 м/сут). Содержание фракции > 0,1 мм в песках мелких составляет более 76-83 %, содержание фракции > 0,25 мм в песках средней крупности составляет более 52-97 %. По показателю дисперсности пески мелкие и средней крупности слабопучинистые. Пески пылеватые с содержанием фракции < 0,25 мм – 96-98 %, однородные. По показателю дисперсности пески средне- и сильнопучинистые.

Для супесей твердой консистенции значения физико-механических свойств составляют: естественная влажность 0,16 д.ед., плотность минеральной части 2,72 г/см3, пористость 40 %, угол внутреннего трения 34°, удельное сцепление 0,011 МПа, модуль общей деформации 5,0 МПа. По гранулометрическому составу супеси легкие пылеватые, по показателю дисперсности средне- и сильнопучинистые.

Суглинки от полутвердой до текучей консистенции, со значениями естественной влажности 0,24 д.ед., угла внутреннего трения 18°, удельного сцепления 0,058 МПа, модуля деформации 6,0 МПа. По гранулометрическому составу суглинки характеризуются как легкие пылеватые, средне- и сильнопучинистые.

Грунты, находящиеся в мерзлом состоянии заслуживают особого внимания, так как имеют характерные особенности строения, состава и свойств и представляют собой опасность проявления неблагоприятных процессов при оттаивании.

Для песчаных грунтов характерны массивные, реже линзовидные криогенные текстуры, а для глинистых – шлировые, линзовидные, сетчатые, слоистые. Плотность изменяется от 1,81 до 1,99 г/см3, при среднем значении 1,94 г/см3, суммарная льдистость 0,34-0,40 д.ед. Плотность суглинка равна 1,50 г/см3, суммарная льдистость – 0,51 д.ед.

Причем основная доля льдистости песков приходится на льдистость за счет льда цемента, суглинков – льдистость за счет ледяных включений.

Аллювиальные отложения высокой поймы представлены песками мелкими и средней крупности с прослоями и линзами пылеватых песков, супесей и суглинков. Плотность минеральной части составляет 2,67 г/см3, естественная влажность – 0,11 д.ед., угол внутреннего трения – 37°, удельное сцепление – 0,007 МПа [20-23]. Содержание фракций > 0,1 мм для песков мелких составляет более 75-87 %. Содержание фракций > 0,25 мм для песков средней крупности составляет более 59-76 %. Пески мелкие и средней крупности относятся к неоднородным, сильноводопроницаемым, слабопучинистым.

Пески пылеватые характеризуются средними значениями угла внутреннего трения – 36°, удельного сцепления – 0,006 МПа и модуля деформации – 14,2 МПа. Пески пылеватые с содержанием фракций < 0,25 мм – 54-93 %, неоднородные, сильноводопроницаемые, среднеи сильнопучинистые.

Супеси от твердой до пластичной консистенции, с естественной влажностью от 0, до 0,280 д.ед., углом внутреннего трения – 16°, удельным сцеплением 0,013 МПа и модулем деформации – 5,1 МПа. По гранулометрическому составу легкие пылеватые, по показателю дисперсности средне- и сильнопучинистые.

В отложениях высокой поймы вскрыты ММП представленные песками мелкими и средней крупности сыпуче- и твердомерзлыми. Плотность песков в мерзлом состоянии изменяется от 1,91 до 2,04 г/см3, при среднем 1,95 г/см3. Суммарная льдистость песков составляет 0,25-0,42 д.ед., при среднем 0,33 д.ед. Коэффициент оттаивания песков равен 0,008-0,009 МПа.

Аллювиальные отложения низкой поймы представлены песками мелкими и средней крупности с маломощными прослоями песков пылеватых, супесей и суглинков. Плотность минеральной части для песков мелких и средней крупности составляет 2,66 и 2,67 г/см соответственно, естественная влажность – 0,19 и 0,12 д.ед., угол внутреннего трения – 38° и удельное сцепление – 0,005 МПа. Пески неоднородные, сильноводопроницаемые (Кф=8, м/сут). Пески мелкие (содержание фракции > 0,1 мм более 76-85 %), пески средней крупности (содержание фракции более 0,25 мм более 58-90 %). По показателю дисперсности слабопучинистые и непучинистые.

Пески пылеватые характеризуются средними значениями естественной влажности 0,22 д.ед., угла внутреннего трения – 37°, удельного сцепления – 0,005 МПа, По гранулометрическому составу, с содержанием фракций < 0,25 мм от 54 до 89 %, неоднородные, сильноводопроницаемые, слабопучинистые.

Супеси от твердой до текучей консистенции, легкие пылеватые. Плотность минеральной части 2,70 г/см3, естественная влажность супесей твердой консистенции составляет 0,149-0,150 д.ед., супесей текучих – более 0,30 д.ед. Содержание глинистой фракции в супесях достигает 12 %, фракции крупной пыли – 13 %.

Суглинки характеризуются значениями естественной влажности 0,36 д.ед., плотности минеральной части 2,72 г/см3, пористости 42 %.

Геолого-генетический комплекс озерно-болотных отложений приурочен к понижениям в современном рельефе. Отложения представлены торфом от слабо- до сильноразложившегося, с маломощными прослоями заторфованных суглинков и глин.

Мощность отложений составляет до 8-9 м, отмечаются участки погребенных торфов, глубина залегания кровли которых составляет 5,8-6,0 м.

Естественная влажность торфов составляет 3,85-7,46 д.ед., при среднем 5,49 д.ед., плотность торфов изменяется от 0,76 до 0,89 г/см3; при среднем 0,81 д.ед. Плотность минеральной части равна 1,33-1,38 г/см3, при среднем 1,36 г/см3, пористость торфов составляет 86,9-93,3 %, при среднем 90 %. Относительное содержание растительных остатков более 0,7 д.ед. По степени зольности торфа характеризуются как нормальнозольные, т.к. их зольность не превышает 0,2 д.ед.

По данным исследований прошлых лет [4] в ряде скважин проводилось опробование торфов в мерзлом состоянии. Торфа пластично- и твердомерзлые слоисто-сетчатой и базальной текстуры, характеризуются значениями суммарной влажности от 2,98 до 14, д.ед., суммарной льдистости – 0,55-0,87 д.ед., при среднем значении 0,77 д.ед., плотности – 0,85-1,03 г/см3, коэффициента пористости – 5,11-26,67 д.ед. Коэффициенты оттаивания и сжимаемости равны 0,94 и 1,26 МПа соответственно (таблица 1.2).

Стоит отметить, что торфяные отложения отличаются крайне высокой сжимаемостью, даже при малых нагрузках (до 0,05 МПа), что характеризует их как самые неблагоприятные грунты для использования их в качестве основания зданий и сооружений.

1.2.1.4 Гидрогеологические условия геокриологической обстановки имеет верхний водоносный комплекс, сложенный породами плейстоцен-четвертичного возраста. Условия и время существования, водообильность, динамика подземных вод и другие характеристики комплекса полностью определяются существующими мерзлотными условиями [25, 26, 27]. По положению водовмещающих пород относительно многолетнемерзлых в районе исследований выделяются следующие основные типы подземных вод:

- надмерзлотные, среди которых выделены воды сезонно-талого слоя и многолетних несквозных таликов (подозерных и несливающейся мерзлоты);

- таликовых зон, т.е. сквозных таликов, ограниченных мерзлыми породами по боковым поверхностям;

- межмерзлотные – в немерзлых и талых слоях, ограниченных сверху и снизу ММП.

Согласно принципам гидрогеологической стратификации нами выделены следующие гидрогеологические подразделения (рисунок 1.28):

- сезонно-водоносный четвертичный различного генезиса горизонт;

- водоносный криогенно-таликовый четвертичный различного генезиса комплекс;

- водоносный таликово-криогенный четвертичный различного генезиса комплекс;

- водоупорный криогенный четвертичный различного генезиса комплекс.

распространен повсеместно. Водовмещающие породы – аллювиальные, озерные, озерноаллювиальные, озерно-болотные, болотные отложения, представленные песками, супесями, суглинками, торфами в границах слоя сезонного оттаивания. Мощность горизонта определяется величиной слоя сезонного оттаивания, которая изменяется от 0,5 до 3,0 м.

Подземные воды горизонта безнапорные, но при зимнем промерзании происходит распучивание грунтов, образуются местные напоры, приводящие к формированию однолетних бугров пучения. Уровни подземных вод близки к поверхности, глубины их залегания 0,1-0,3 м, иногда до 1,0 м.

Таблица 1.2 – Физико-механические свойства грунтов в мерзлом состоянии Влажность за счет ледяных включений, д.ед.

Влажность за счет незамерзшей воды, Плотность минеральной части грунта, Льдистость за счет ледяных включений, д.ед.

Содержание органических веществ, Угол естественного откоса, град.

Рисунок 1.28 – Гидрогеологическая карта г. Надыма и его окрестностей [18] Окончание рисунка 1. Питание подземных вод сезонно-водоносного горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и снеготалых вод. Разгрузка подземных вод происходит во все понижения рельефа, приводя к их обводнению и заболачиванию.

Водоносный криогенно-таликовый четвертичный различного генезиса комплекс приурочен к аллювиальным, озерно-аллювиальным отложениям террас. Комплекс представлен надмерзлотными и межмерзлотными водоносными горизонтами.

Водовмещающие породы надмерзлотного горизонта представлены песками мелкосреднезернистыми нередко с включениями гравия и гальки, супесями, алевритами. Мощность горизонтов изменяется от первых метров до нескольких десятков метров.

Уровни подземных вод устанавливаются на глубинах от 3-5 до 10-13 м, имеют слабый напор, но в зимний период возникают местные напоры.

Питание надмерзлотных водоносных горизонтов осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и подтока вод с междуречий к долинному комплексу. Разгрузка подземных вод происходит в речную сеть р. Надым.

Межмерзлотные водоносные горизонты распространены на междуречных пространствах, в зоне островного распространения многолетнемерзлых пород. Водовмещающими породами являются супеси, пески различной зернистости с гравием и галькой. Мощности горизонтов изменяются от 10 до 100 м.

Глубина залегания уровня подземных вод от первых метров до 10-15 м. Воды в основном субнапорные.

По химическому составу воды преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые или магниево-кальциевые с минерализацией от 0,03 до 0,28 г/дм3.

Питание межмерзлотных водоносных горизонтов обусловлено связью через таликовые зоны из вышезалегающих отложений и подтока вод из русловых таликов. Разгрузка происходит в речную сеть.

Питание комплекса происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, снеготалых и паводковых вод. Разгрузка осуществляется в русла рек, а в зонax распространения сквозных таликов – в нижезалегающие водоносные отложения.

Водоносный таликово-криогенный четвертичный различного генезиса комплекс выделен в пределах поймы, I, II, III надпойменных террас р. Надым. Эти площади отличаются прерывистостью распространения многолетнемерзлых пород. Комплекс представлен надмерзлотными и межмерзлотными водами. Водовмещающие отложения – пески, супеси, суглинки с гравием и галькой.

Глубина залегания уровня подземных вод близка к поверхности (до 1 м). Зимой воды несквозных таликов приобретают напор за счет стеснения водотока или водоема льдом и могут, разгружаясь на отдельных участках, формировать сезонные наледи и бугры пучения.

Уровень межмерзлотных подземных вод устанавливается на глубинах от 2 до 5 м, иногда 9м. Воды субнапорные. Водовмещающие отложения – пески разнозернистые с гравием и галькой и пески тонко - и мелкозернистые.

Межмерзлотные воды по химическому составу преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые, реже хлоридно-гидрокарбонатные магниево-кальциевые. Содержание основных компонентов не превышает их нормативных значений. Кислотно-щелочное состояние межмерзлотных вод комплекса характеризуется нейтральной реакцией среды при преобладающих значениях рН 6,6-7,8.

Питание водоносного комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации паводковых вод, а также за счет перетекания из таликовых зон. Разгрузка происходит в речную сеть.

Отложения комплекса представлены песками, глинами, суглинками, торфом, содержат включения сегрегационных льдов, особенно многочисленных в приповерхностных слоях. Наиболее льдистыми являются торфяники и озерные супесчаные и песчано-глинистые отложения.

Гидрогеологические условия играют важную роль, так как подземные воды осложняют инженерно-строительную деятельность. Прежде всего, это касается дисперсных грунтов, которые при обводнении резко теряют несущую способность. В водонасыщенных дисперсных породах наиболее интенсивно проявляется процесс сезонного пучения. Очень серьезные проблемы связаны с подтоплением территории.

1.2.1.5 Экзогенные геологические процессы Широкое распространение рыхлых, слаболитифицированных отложений четвертичного возраста, приуроченных к толще многолетнемерзлых пород, периодичность процессов промерзания и оттаивания, охлаждение и нагревание верхних горизонтов отложений, специфика свойств промерзающих и оттаивающих пород, временная периодическая изменчивость их напряженного состояния, а также избыточное увлажнение территории обусловило развитие комплекса экзогенных геологических процессов (ЭГП) и явлений [25] (рисунок 1.29).

Рисунок 1.29 – Карта развития экзогенных геологических процессов [18] В соответствии с существующими классификациями [28] на основе анализа механизма процессов, причин их развития можно выделить основные группы ЭГП, с основными формами проявления этих процессов в рельефе:

• собственно криогенные (мерзлотно-геологические) процессы, обусловленные сезонными и многолетними колебаниями теплообмена на земной поверхности и в подстилающих горных породах: морозобойное растрескивание (полигональный рельеф), морозное пучение пород (бугры пучения), термокарст (термокарстовые озера, воронки, блюдца);

• флювиальные, абразионные и водно-балансовые процессы, развитие которых вызвано механическим и тепловым воздействием водных масс на мерзлые и оттаивающие породы, годовыми колебаниями теплообмена на поверхности почвы и многолетними колебаниями водного баланса поверхности: заболачивание (грядово-мочажинные, кочковатые и низинные травянистые и травянисто-моховые болота);

• эоловые, обусловленные деятельностью ветра: ветровая эрозия и аккумуляция (котловины, барханы);

• природно-техногенные, обусловленные сочетанием природных и техногенных факторов.

Рассмотрим более детально преобладающие в г. Надыме и его окрестностях геологические процессы и явления.

Собственно криогенные процессы проявляется на участках торфяников I надпойменной террасы. Причиной является изменение напряженного состояния пород в массиве под воздействием сезонных колебаний температуры.

Размеры морозных полигонов варьируют от 1-4 до 20-30 м в поперечном сечении (рисунок 1.30).

Крупные полигоны четырехугольной формы, мелкие в большинстве случаев многоугольные и бесформенные, развиты в основном на суглинисто-песчаных грунтах. Трещины, ограничивающие полигоны, имеют форму узкого клина глубиной 0,1-0,2 м при ширине 5-25 см.

Морозное пучение связано с составом грунтов и режимом влажности, условиями их промерзания, характером залегания многолетнемерзлых пород. Морозное пучение пород приводит к образованию сезонных, многолетних бугров пучения и бугристых торфяников.

Сезонные бугры развиваются в слое сезонного промерзания и разрушаются в течение весенне-летнего периода как в минеральных, так и в органоминеральных грунтах. Имеют округлую форму и незначительные размеры (30-40 см в диаметре и высотой до 15 см) [29].

Многолетние бугры пучения образуются как на минеральных песчано-глинистых грунтах, так и на торфяных. Торфяные бугры приурочены к сильнозаболоченным территориям, имеют округлую форму, высоту до 6 м, диаметр 3-30 м (рисунок 1.31).

Минеральные бугры имеют овальную и круглую форму, высота не превышает 3 м, диаметр изменяется от 1-2 до 170-200 м) [18] (рисунок 1.32).

Бугристые торфяники формируют мелкобугристый и крупнобугристый рельеф.

Мелкобугристые торфяники – это чередование бугров пучения овальной формы высотой до 1,5 м и заболоченных западин. Бугры имеют округлую или овальную форму, размеры в диаметре от 0, до 10 м, высоту – 0,8-1,0 м. Крупнобугристые торфяники приурочены к ровной заболоченной поверхности III надпойменной террасы, имеют округлую или овальную форму. Размеры бугров в диаметре – 40-50 м, максимальные до 120 м, высота – 3,0-3,5 м, редко – 6-7 м (рисунок 1.33).

Доминирующей формой являются термокарстовые озера, овальной и круглой формы. Диаметр озер изменяется от 20-30 м до 1,5-2,0 км (рисунок 1.34). По периферии наблюдаются бугры пучения разных размеров.

Рисунок 1.31 – Торфяные бугры пучения Рисунок 1.32 – Минеральные бугры пучения Рисунок 1.33 – Бугристые торфяники Рисунок 1.34 – Термокарстовые озера Термокарстовые воронки и блюдца округлой формы диаметром от 3 до 20-25 м, глубиной до 2 м встречаются значительно реже. Дно воронок заболочено, на поверхности открытые зеркала воды. В пределах таких форм рельефа развита болотно-луговая растительность (осока, пушица и др.).

Флювиальные, абразионные и водно-балансовые процессы Процесс заболачивания развит на всех геоморфологических уровнях от низкой поймы до III надпойменной террасы. Заболоченная территория – это система болотных комплексов со своеобразным микрорельефом поверхности, состоящим из ряда бесформенных выпуклостей и гряд, в понижениях между которыми образовались межозерные болота и топи. Здесь выделяются грядово-мочажинные, кочковатые, травянисто-моховые болота.

Грядово-мочажинные болота представляют собой сложную сеть мелких гряд и мочажин.

Чуть волнистые гряды перпендикулярны оси ложбин стока. Высота гряд 0,6-0,7 м, реже до 1 м.

Поверхность гряд неровная, кочковатая, покрыта сфагновыми мхами и кустарниковой растительностью (рисунок 1.35). Площадь мочажин достигает первых десятков м2. Нередко на поверхности мочажин наблюдаются пятна голого торфа. Кочковатые болота развиты на ровных, слабо дренируемых поверхностях, на участках заболоченных долин мелких рек и ручьев, где скорость течения воды минимальна. Для них характерен хорошо выраженный кочковатый микрорельеф (рисунок 1.36). Высота кочек до 30-40 см, реже до 0,8-0,9 м [18]. Отличительной особенностью данного типа болот является малая мощность (до 40-50 см) торфяного покрова, и его прерывистость. Низинные травянистые и травянисто-моховые болота приурочены к пониженным сильно обводненным участкам рельефа (рисунок 1.37).

Для них характерно наличие мелких озер, которые зарастают болотно-луговой растительностью, здесь же встречаются небольшие топи с открытыми зеркалами воды.

Поверхность болот ровная, по периметру они облесены древесной растительностью (сосна, реже кедр).

Встречается локальное заболачивание (рисунок 1.38), которое формирует разнородную по растительности и положению в рельефе группу болот: мочажин, логов, приозерных понижений, стариц, размерами в плане от 1,52,5 м до 300400 м. Для них характерно наличие маломощного торфяного покрова или его полное отсутствие.

Эоловые процессы развиты на песчаных участках с отсутствием растительного покрова (береговые и овражные склоны) (рисунок 1.39).

Рисунок 1.35 – Грядово-мочажинные болота Рисунок 1.36 – Кочковатые болота Рисунок 1.37 – Комплекс низинных травянистых и травянисто-моховых болот На склонах процессы дефляции и корразии приводят к образованию причудливых волнистых поверхностей (рисунок 1.40). Углы наклона склонов, составляют не менее 40-45°. При этом крупные зерна песка остаются на месте, а пылеватые частицы выдуваются и накапливаются у подножия склонов в виде плащеобразной формы. Мощность таких отложений составляет до 0,5 м.

На поверхности таких отложений хорошо видны волнообразные следы перевевания.

К природно-техногенным процессам, развитым в пределах городской территории относится подтопление (рисунок 1.41), морозное пучение и суффозия (рисунок 1.42).

Наибольшее распространение имеет процесс подтопления, инициированный техногенным воздействием, а именно, нарушением поверхностного стока при отсыпке насыпей автомобильных дорог, асфальтировании, изменением условий тепловлагопереноса в процессе застройки, утечками из водопроводящих коммуникаций, вызывающими деградацию ММП.

Основные изменения компонентов ИГУ в пределах городской инфраструктуры г. Надыма происходят в результате техногенных воздействий, которые выражаются в механических нарушениях геологической среды, деградации ММП, изменении физико-механических свойств грунтов и режима подземных вод, а также развитии природно-техногенных геологических процессов.

В совокупности с инженерными объектами данные преобразования геологической среды приводят к формированию новой литотехнической системы (ЛТС) города.

Глубина проникновения техногенных воздействий зависит от уровня тепловыделения инженерных сооружений, теплового взаимодействия сооружений с грунтами оснований, среднегодовой температуры грунтов, особенностей гидрогеологических условий и др. Она может существенно изменяться для различных видов инженерных сооружений.

Техногенные нарушения приводят к изменению условий теплообмена на поверхности, что в свою очередь сопровождается изменением температурного режима грунтов (среднегодовой температуры и амплитуды колебаний температур на поверхности грунта), глубины СО и СП грунтов, физико-механических свойств грунтов и характера развития природно-техногенных геологических процессов.

Рисунок 1.39 – Ветровая эрозия («волноприбойные» знаки) Рисунок 1.40 – Эоловая деятельность Рисунок 1.41 – Подтопление территории (ул. Топчева 7) Рисунок 1.42 – Просадка дорожного полотна в результате суффозионного выноса 1.2.2 Выбор параметров оценки компонентов инженерно-геологических условий Особенности геологического строения, климатических, геокриологических и гидрогеологических условий, развития природно-техногенных процессов явились предпосылкой для установления закономерностей пространственной изменчивости компонентов ИГУ городской инфраструктуры г. Надыма.

С целью установления этих закономерностей необходимо полученную информацию перевести из качественной формы в количественную [30]. Предпочтение при этом отдается численному выражению характеристик компонентов ИГУ, через параметры, которые прямо или косвенно их отражают.

Содержательный анализ выбранных компонентов показал, что в качестве геологических параметров могут быть использованы показатель дисперсности песчаных грунтов ( C d ), мощность торфа ( mt ), глубина подошвы торфа ( ht ), мощность мерзлых перелетков ( m пер. ), глубина залегания кровли многолетнемерзлых пород ( К ММП ), плотность мерзлого грунта ( мерз. ), плотность сухого грунта ( d ), суммарная влажность ( W c ), влажность за счет незамерзшей воды ( W н ), суммарная льдистость ( Л с ), глубина сезонного промерзания ( hСП ), глубина сезонного оттаивания ( hСО ).

Выбор этих параметров в методике интегральной оценки ИГУ городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири обусловлен тем, что методика рассматривается для условий г.

Надыма. Для городских территорий с иными ИГУ комплекс геологических параметров должен быть скорректирован.

Принципиально важно, чтобы комплекс построенных аналитических карт позволил получить обобщенную целостную инженерно-геологическую ситуацию города.

Сравнительный анализ полученных карт и других данных позволит составить модель поля интегрального показателя, отражающую закономерности изменения компонентов ИГУ. Такая оценочная карта, основанная на априорных теоретических знаниях, представляет собой концептуальную базу специального инженерно-геологического районирования территории города по степени устойчивости, с выделением участков благоприятных для строительства.

1.2.3 Закономерности пространственной изменчивости компонентов инженерногеологических условий Построение моделей полей геологических параметров выполнено методами математического моделирования с применением компьютерных технологий с использованием программного обеспечения ArcGis на основе результатов инженерно-геологических исследований.

При построении экспериментальной основы моделируемая территория разбита на квазиоднородные области (квадраты сетки), каждой из которых присвоено одно значение геологического параметра ИГУ: показателя дисперсности, мощности торфа, глубины залегания торфа, глубины слоя сезонного промерзания и оттаивания, мощности мерзлых перелетков, кровли ММП, плотности мерзлого и сухого грунта, суммарной влажности, влажности за счет незамерзшей воды и суммарной льдистости. Модели полей параметров строились в пределах границ Муниципального образования г. Надым. Для г. Надыма выбрана сетка размерами 100100 м [31].

Далее мы остановимся на содержательном анализе структур полученных моделей полей геологических параметров для выявления закономерностей пространственной изменчивости компонентов ИГУ.

Модель поля показателя дисперсности отражает литологический состав пород с учетом стратиграфо-генетической принадлежности (рисунок 1.43). Анализ структуры поля показал, что в разрезе центральной части города преобладают значения показателя дисперсности от 0 до 1, что связано с наличием песков мелких и средней крупности. Локально отмечается увеличение значений от 1 до 5, что свидетельствует о наличии в разрезе пылеватых песков, или песков с прослоями и линзами глинистых пород.

Модель поля глубины залегания подошвы торфа отражает характер и условия залегания торфа (с поверхности или погребенных). Анализ структуры модели поля, приведенной на рисунке 1.44 позволил установить закономерности пространственной изменчивости глубины залегания подошвы торфа и выделить участки с погребенным слоем озерно-болотных отложений под фундаментами зданий. Торфа развиты на всех геоморфологических уровнях и фиксируются в обрамлении центральной части города.

Наибольшую глубину залегания имеют торфа в краевых частях города (7,5 м), приуроченных к высокой пойме р. Надым, по мере приближения к центральной части города (I надпойменная терраса), глубина закономерно уменьшается до 1 м и торфа практически исчезают в разрезе.

Увеличение глубины залегания торфа на краевых участках по сравнению с центральной частью города тесно связано с геоморфологическим строением территории, степенью дренированности.

Рисунок 1.43 – Модель поля показателя дисперсности Рисунок 1.44 – Модель поля глубины подошвы торфа Модель поля глубины залегания кровли ММП (рисунок 1.45) отражает характер распространения кровли верхнего слоя ММП. Анализ структуры модели поля позволил установить, что главное направление изменчивости глубины залегания ММП обусловлено литологическим составом, генезисом грунтов и техногенным воздействием.

Краевые участки города характеризуются залеганием кровли ММП с поверхности, и лишь локально прослеживается заглубление кровли, что объясняется тепловым влиянием сооружений.

Для центральной части характерным является залегание кровли ММП на глубинах более м, но при этом отмечаются участки с глубиной залегания от 1 до 5-10 м, что характеризует сложность условий и говорит о наличии новообразований мерзлоты.

Модели полей физических свойств грунтов (рисунки 1.46-1.48) Анализ полей геологических параметров ( мерз., W c, Л с ) отражающих физические свойства пород, показал, что рисунок изолиний обнаруживает их сходство, выраженное в общей тенденции – закономерного изменения показателей в зависимости от литологического состава и состояния грунтов, а также техногенных воздействий. Изолинии показателей свойств характеризуются общей закономерностью изменения, которая нарушается образованием локальных замкнутых аномалий, характеризующих увеличение или уменьшение значений показателей. Причем нарушение общей структуры поля изолиний развито преимущественно в центральной части города, что связано с неоднородностью литологического состава, криогенного строения и техногенными воздействиями.

Из полученных данных видно, что максимальные значения геологических параметров (Wc, Лс) принадлежат торфам и составляют: значения льдистости 0,42-0,75 д.ед.; влажности – 0,50-1, д.ед. и более, а у песков – льдистости от 0,30 до 0,41 д.ед.; влажности – 0,20-0,40 д.ед. Значения плотности в целом уменьшаются от 1,8-2,0 г/см3 в центральной части до 0,7-1,2 г/см3 в западной, восточной и южной частях города.

Модель поля гидрогеологических условий городской территории не строилась в виду разновременных замеров уровня грунтовых вод (УГВ). Городская территория расположена в зоне островного распространения ММП, где грунтовые воды встречаются лишь спорадически.

Положения УГВ на разные периоды времени нашли свое отражение на карте инженерногеологических условий.

Сравнительный анализ аналитических карт, позволил установить общие и локальные закономерности изменения ИГУ, а также, путем совмещения полей геологических параметров ИГУ построить две синтетические результирующие карты: инженерно-геологических (рисунок 1.49) и геокриологических условий (рисунок 1.50).

Рисунок 1.45 – Модель поля кровли многолетнемерзлых пород Рисунок 1.46 – Модель поля суммарной влажности Рисунок 1.47 – Модель поля суммарной льдистости Рисунок 1.48 – Модель поля плотности мерзлого грунта Рисунок 1.49 – Карта инженерно-геологических условий территории г. Надыма Окончание рисунка 1. Рисунок 1.50 – Карта геокриологических условий территории г. Надыма Окончание рисунка 1. 1.3 Проведение патентных исследований по теме ПНИР На данном этапе выполнения научно-исследовательских работ были проведены патентные исследования в области прогноза изменения инженерно-геологических условий в криогенной зоне. Соответствующий отчет приведен в Приложении А.

Основные результаты работ 2 этапа – Изучены и проанализированы материалы бюро технической инвентаризации (БТИ), предоставленные администрацией г. Надым. Установлено, что строительство зданий и сооружений в г. Надыме проведено по двум принципам: I принцип – ММП основания используются в мерзлом состоянии; II принцип – ММП используются в оттаявшем состоянии.

– Проведено визуальное обследование зданий и сооружений, инструментальные наблюдения за деформациями несущих конструкций. Характерными видами деформаций зданий и сооружений являются: тонкие ветвящиеся трещины в штукатурке, зияющие трещины блоков, нарушения сплошности фундаментов, коррозия и изгиб свай, прогибы крыш, перекашивания оконных и дверных блоков, смещения плит, перекрытий в квартирах, деформации полов, крены зданий. Установлено, что в основе деформаций зданий и сооружений лежит комплекс причин как геологического, так и технического плана.

– Выполнены дополнительные инженерно-геологические изыскания и термометрические наблюдения.

– Установлены инженерно-геологические особенности городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири. К ним принадлежат: геологическое строение, геокриологические и гидрогеологические условия, характер развития экзогенных геологических процессов.

– Обоснованы основные компоненты инженерно-геологических условий, определяющие устойчивость зданий и сооружений в г. Надыме, и выбраны оценочные параметры, их отражающие.

– Выявлены основные закономерности пространственной изменчивости компонентов инженерно-геологических условий. Установлено, что изучаемая территория имеет сложное строение. Наблюдается фациальное замещение грунтов различного литологического состава и генезиса, наличие в основании сооружений торфов, приуроченность к зоне островного развития ММП со значениями температур мерзлых грунтов (-0,1) – (-2) °С. Построены модели полей геологических параметров и выяснены их общие и локальные закономерности изменчивости.

Содержание и результаты проведенных работ соответствуют требованиям Технического задания и календарного плана. Заданные техническим заданием индикаторы и показатели выполнены в полном объеме.

Полученные результаты работ будут являться основой для выполнения задач 3 этапа таких как:

– обоснование методики прогноза изменения ИГУ на базе интегральной оценки природных компонентов (на примере г. Надыма);

– выполнение прогноза изменения ИГУ на базе интегрального показателя;

– проведение специального (прогнозного) инженерно-геологического районирования территории г. Надыма.

За отчетный период были проведены патентные исследования (Отчет о проведении патентных исследований), которые показали, что тема работы «Прогноз изменения инженерногеологических условий городской инфраструктуры в криогенной зоне Западной Сибири» является актуальной и востребованной. Создаваемые технические решения обладают новизной и эффективностью и обладают более высокими показателями технико-экономической эффективности в сравнении с патентами аналогами.

1 Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. – М.: Высш. шк., 1973. – 448 с.

2 Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем: учебное пособие. – М.: КДУ, 2007. – 416 с.

3 Бондарик Г.К. Инженерно-геологические изыскания: учебник / Г.К. Бондарик, Л.А. Ярг. – М.: КДУ, 2007. – 424 с.

4 Севергина Н.А., Пшеничников К.Г., Сюксина О.Г. Систематизация материалов инженерногеологических изысканий и мерзлотное районирование г. Надыма (включая промрайон и отдельные объекты): Отчет, УралТИСИЗ. – Свердловск, 1984.

5 Абатурова И.В., Емельянова И.А., Стороженко Л.А. Мониторинг литотехнической системы северных городов (на примере г. Надыма) // Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем: труды Междунар. науч. конф. (г. Москва, геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 24-25 мая 2007 г.). – М., 2007. – С. 151-152.

6 Абатурова И.В., Емельянова И.А. Особенности инженерно-геологических условий территории г. Надыма // Уральская горнопромышленная декада: материалы науч.-практ.

конф. (г. Екатеринбург, 14-23 апреля 2008 г.). – Екатеринбург, 2008. – С. 51-52.

7 Абатурова И.В., Селезнев В.С., Емельянова И.А. Техногенная активизация геологических процессов в условиях криолитозоны // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. (г. Екатеринбург, 19-20 декабря, 2006 г.).

– Екатеринбург, 2006. – С. 143-145.

8 Ремизов В.В. Надымгазпром: геотехномониторинг в криолитозоне / В.В. Ремизов, В.И.

Кононов, А.Б. Осокин/ отв. ред. О.Я. Ульрих. – М.: ИРЦ Газпром, 2001. – 148 с.

9 Попов А.П., Осокин А.Б. Инженерно-геокриологический мониторинг жилого здания по адресу бульвар Стрижова, 1: Отчет, “НТЦ ООО” Надымгазпром. – Надым, 2001.

10 Дубина М.М. Научно-техническое обоснование изменения принципа использования грунтового основания здания по Бульвару Стрижова, дом 1, в г. Надым: Отчет, ТюмГАСА. – Тюмень, 2001.

11 Окунев С.Н. Техническое заключение о состоянии оснований и фундаментов жилых домов №№ 9, 10 в микрорайоне “3a” г. Надым: Отчет, Стройаркос. – Тюмень, 2003.

12 Окунев С.Н. Техническое заключение о состоянии фундамента и основания строящегося жилого дома №7 в микрорайоне 3а г. Надым: Отчет, Стройаркос. – Тюмень, 2003.

13 Решетников Л.Н. Инженерно-геокриологический мониторинг здания треста ЯСГД г.

Надыма: НТЦ ООО “Надымгазпром”. – Надым, 2001.

14 Стебай И.Г., Решетняк Л.В., Федоров Г.Е. База УПТК треста «ЯМБУРГГАЗСТРОЙ»:

Технический отчет об инженерных изысканиях, ЮЖНИИГИПРОГАЗ. – Донецк, 1989.

15 Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на объекте: 3 этажный жилой дом в пос. ПСО-35 в г. Надым: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1976.

16 Абатурова И.В., Емельянова И.А. Факторы, определяющие аварии зданий и сооружений в криолитозоне // Оценка и управление природными рисками: материалы Всерос. конф.

“РИСК-2006” (г. Москва, МЧС РФ, 20 апреля 2006 г.). – М., 2006. – С. 112-114.

17 Бондарик Г.К. Инженерно-геологические изыскания: учебник / Г.К. Бондарик, Л.А. Ярг. – М.: КДУ, 2007. – 424 с.

18 Грязнов О.Н., Абатурова И.В. и др. Комплексные гидрогеологические, инженерногеологические и геоэкологические исследования масштаба 1:50000 территории г. Надым. – Екатеринбург, 2006.

19 Трофимов В.Т. Геокриологическое районирование Западно-Сибирской плиты / В.Т.

Трофимов, Ю.Б. Баду, Ю.К. Васильчук, П.И. Кашперюк, В.Г. Фирсов. – М.: Наука, 1987. – 20 Беломаз Н.Н. Инженерно-геологические работы для проектирования на стадии ТРП на объекте «Застройка зданий в ЖК IХ г. Надыма; площадки домов № 5-13, 40, 41-46»: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1979.

21 Беломаз Н.Н. Комплексные работы на объекте «Разработка ТЭО инженерной подготовки территории г. Надыма Тюменской области»: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1979.

22 Беломаз Н.Н. Комплексные изыскания на территории юго-восточной части г. Надыма примыкающей к берегу озера. Часть II. Инженерно-геологические работы. Стадия ПДП:

Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1981.

23 Беломаз Н.Н., Молчанова И.И. Инженерно-геологические работы для проектирования на стадии ТРП на объекте «Застройка зданий в ЖК IХ г. Надыма; площадки домов №14-33, 39, 42-46»: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1979.

24 Баулин В.В. Геокриологические условия Западно-Сибирской низменности / В.В. Баулин, Е.Б. Белопухов, Г.Н. Дубиков и др. – М.: Недра, 1967. – 205 с.

25 Бешенцев В.А. Гидрогеология и техногенез природных вод Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона / В.А. Бешенцев, Ю.К. Иванов, О.Г. Бешенцева. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2004. – 124 с.

26 Гвоздецкий Н.А. Физико-географическое районирование Тюменской области. – М.: Изд-во 27 Баранов И.Я. Принципы геокриологического районирования области многолетнемерзлых горных пород. – М.: Наука, 1965.

28 Малышев А.М., Маковецкий В.М., Нечаева Л.П. Комплексные изыскания на объекте:

«Обустройство Медвежьего газового месторождения Тюменской области» (проектирование под строительство 1 очереди застройки г. Надым). Том II: Отчет, УралТИСИЗ. – Свердловск, 1972.

29 Пендин В.В. Комплексный количественный анализ информации в инженерной геологии:

учебное пособие. – М.: КДУ, 2009. – 350 с.

30 Абатурова И.В., Емельянова И.А. Использование ГИС-технологий при инженерногеокриологическом районировании урбанизированных территорий // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий: материалы Второй Всерос. науч.-практ. конф.

(г. Екатеринбург, УГГУ, 26-27 ноября 2009 г.). – Екатеринбург, 2009. – С. 173-177.

31 Емельянова И.А., Стороженко Л.А. Оценка инженерно-геокриологических условий городских территорий // Многообразие современных геологических процессов и их инженерно-геологическая оценка: труды Междунар. науч. конф. (г. Москва, геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 29-30 января 2009 г.). – М., 2009. – С. 139-140.

32 Аксенова Т.И., Свинарев Н.И. Механизированные причалы баз снабжения общего пользования в г. Надыме. Технический проект. Внешние сети инженерных коммуникаций на левом берегу р. Надым: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1979.

33 Белова Т.А., Клековкина Т.Н. Инженерно-геологические изыскания для проекта застройки ЖК Х в г. Надым Тюменской области». – Надым, 1982.

34 Беломаз Н.Н. Инженерно-геологические работы на объекте «Автогараж и очистные сооружения в г. Надыме». Отчет, УраТИСИЗ, Тюмень, 1979 г.

35 Беломаз Н.Н. Инженерно-геологические работы на площадке общегородской котельной № промузла г. Надыма: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1979.

36 Беломаз Н.Н., Федорова О.В. Инженерно-геологические изыскания на площадке административного здания (Дом Советов) г. Надыма: Отчет, УралТИСИЗ. – Тюмень, 1980.

37 Беломаз Н.Н., Федорова О.В. Комплексные изыскания на объекте «Благоустройство территории, прилегающей к озеру (вдоль VII, IX, XI жилых комплексов) в г. Надыме».

Стадия проектирования: Отчет, УралТИСИЗ – Тюмень, 1980.

38 Вирнин Э.О., Вестель А.В. Инженерно-геологические изыскания на промплощадке. База мехколонны 108 треста «Надымэлектросетьстрой» в г. Надым: Отчет, Оргэнергострой. – Одесса, 1986.

39 Каменев В.М. Инженерные изыскания на объекте «Кислородная станция в г. Надыме Тюменской области»: Отчет, СИБНИПИГАЗ. – Тюмень, 1972.

40 Клековкина Т.А. Инженерно-геологические работы по объекту «Застройка зданий горпищекомбината в коммунально-складской зоне г. Надыма»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1980.

41 Клековкина Т.А. Стационарные режимные наблюдения на объекте «Жилой комплекс XI в г.

Надыме»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1983.

42 Крупенников В.Г. Механизированные причалы баз снабжения общего пользования в г. Надыме. Здания и сооружения на левом берегу. Рабочие чертежи, ГИПРОРЕЧТРАНС. – 43 Магистральный газопровод Надым-Пунга-Нижняя Тура (3 очередь), Надымская компрессорная станция. Проект водозабора подземных вод из скважин, пояснительная записка. «Южниигипрогаз», 1974.

44 Малышев А.И. Комплексные изыскания на объекте: «Площадка комплекса 1 очереди жилищно-промышленной зоны г. Надым»: Отчет, УралТИСИЗ. – Свердловск, 1970.

45 Мельников Е.С., Андреев А.Н. Опытная инженерно-геокриологическая съемка масштаба 1:100 000 бассейна среднего течения р. Надым и Надым-Пурского междуречья: Отчет, ВСЕГИНГЕО. – М., 1974.

46 Мерзлотные инженерно-геологические изыскания на площадке котельной №3 в г. Надым Тюменской области»: Отчет, Фундаментпроект. – М., 1991.

47 Михеев Л.П. Инженерно-геологические изыскания на объекте «Жилкомплекс Севергазстрой по ул. Полярной в г. Надым Тюменской обл.» Стадия РП: Отчет, Главтюменнефтегазстой. – Надым, 1989.

48 Пугачев В.И. Механизированные причалы баз снабжения общего пользования в г. Надыме.

Подводный переход газопровода через р. Надым: Отчет, ГИПРОРЕЧТАНС. – М., 1981.

49 Сергиенко О.В. Комплексные изыскания на объекте: «Магистральные сети канализации в г.

Надым»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1988.

50 Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на объекте: «ЖК ХVI». Стадия РД:

Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1989.

51 Сергиенко О.В. Комплексные изыскания на объекте: «Аптечные склады площадью кв.м в г. Надым»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1989.

52 Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на объекте: «Детальная разведка карьера песка №10 для инженерной подготовки территории»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1990.

53 Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на объекте: «Открытый полигон для изготовления железобетонных изделий. Завод КПД»: Отчет, Главтюменнефтегазстрой. – Надым, 1990.

54 Сергиенко О.В. Комплексные изыскания на объекте: «Группа домов для многосемейных в финском комплексе г. Надым». Часть II Инженерно-геологические изыскания. Стадия РП:

Отчет, Главтюменнефтегазстой, Надым, 1991.

55 Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на объекте: «Индивидуальный рабочий проект гаража ГОВД на 27 машино-мест в г. Надым (ЖК IVа)». Стадия РД: Отчет, Главтюменнефтегазстой. – Надым, 1992.

56 Ставрова Л.А. Инженерно-геологические изыскания на объекте 3-й МКР в г. Надыме Тюменской области»: Отчет, ТюменьНИИГИПРОГАЗ. – Надым, 1989.

57 Сюксина О.Г. Систематизация материалов изысканий левобережного и восточного (южнее аэропорта) промрайонов г. Надым: Отчет, УралТИСИЗ. – Свердловск, 1988.

58 Ткачук Ю.Л., Сергиенко О.В. Комплексные изыскания на объекте «Общественный центр МКР Х в г. Надым Тюменской обл.» Стадия РП: Отчет, НИПИинженефтегазстрой. – Надым, 59 Трушков Н.В., Сергиенко О.В. Инженерно-геологические изыскания на участках строительства зданий в жилом комплексе IX в г. Надыме. Стадия РЧ: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 1983.

60 Фролов А.В., Нартов Е.М. Разработка ПСД на ремонтно-восстановительные работы по гаражу на 70 автобусов в г. Надым. Стадия РД: Отчет, ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ. – Тюмень, 61 Шептулина К.Ф. «Жилой комплекс ГП-9 в МКР IIIа в г. Надым Тюменской области»: Отчет, УралТИСИЗ. – Свердловск, 1993.

62 Ширинкина Г.А. Инженерно-геологические изыскания на объекте: «Корректировка жилого комплекса в г. Надым Тюменской области»: Отчет, УралТИСИЗ. – Каменск-Уральский, 63 Шумаков Н.М. Инженерные изыскания на объекте: «Дизельная электростанция «Главтюменгазпрома» в г. Надым». Часть I. Инженерно-геологические работы: Отчет, ТюменНИИГИПРОГАЗ. – Тюмень, 1973.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

по теме: «ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ В КРИОГЕННОЙ ЗОНЕ ЗАПАДНОЙ

канд. геол.-мин. наук _ изобретательской работе, _ 1. Обозначения и сокращения…………………………………………………………... 2. Общие данные об объекте исследований……………………………………………. 3. Основная (аналитическая) часть……………………………………………………... 1 Обозначения и сокращения ИГУ – инженерно-геологические условия ММП – многолетнемерзлые породы ЛТС – литотехническая система 2 Общие данные об объекте исследований Начало выполнения работ – 15.09. Окончание работ – 29.09. В последние годы резко возрос уровень хозяйственного освоения районов со сложными инженерно-геологическими условиями (ИГУ) и интенсифицировалось развитие инфраструктуры уже освоенных территорий развития многолетнемерзлых пород (ММП).