Игэ 2

Инженерно-геологическое обоснование градостроительной деятельности на территории г. Кисловодска

Кузнецов Роман Сергеевич
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Глава 4. Инженерно-геологические факторы, влияющие на развитие г. Кисловодска

Рельеф как градостроительный фактор

Для характеристики территории Кисловодска автором была составлена схема благоприятности рельефа для строительства. Градостроители (СНиП 11-02-96) считают благоприятными территории с уклонами до 15o, неблагоприятными — с уклонами от 15o до 30o и непригодными — с уклонами более 30o. На большей части городской территории (70 % площади) рельеф умеренно крутой. Территории с уклоном рельефа 15-30o занимают около 20 % города. Рельеф с уклоном более 30 o занимает около 10 % площади города в его западной, южной и восточной частях города, а также локально в центральной части. В центре города наблюдается резкая смена уклонов, что заставляет проектировать подпорные стенки, часто испытывающие аварийные деформации из-за оползневых подвижек.

Грунты как градостроительный фактор г. Кисловодска

В результате статистической обработки 889 паспортов грунтов была составлена (табл. 2).

В таблице выделено одиннадцать инженерно-геологических элементов: первые 10 — природные образования, а ИГЭ-11 — грунт, образующийся при замачивании размягчаемых глинистых песчаников. Супеси ИГЭ-1 и суглинки ИГЭ-3 просадочные лессовидные vQIII; супеси ИГЭ-2 и суглинки ИГЭ-4 непросадочные (vQIII); ИГЭ-5 — дресвяно-щебенистые грунты с суглинистым заполнителем (p-dQIII); ИГЭ-6 — гравийно-галечниковые грунты с песчано-супесчаным заполнителем (aQIV, aQIII, aQII); ИГЭ-7 — песчаники нижнемеловые сильно выветрелые (еQIII); ИГЭ-8 — песчаники нижнемеловые слабо выветрелые и монолитные размягчаемые; ИГЭ-9 — песчаники нижнемеловые слабовыветрелые и монолитные неразмягчаемые; ИГЭ-10 — известняки нижнемеловые слабовыветрелые и монолитные. ИГЭ-11 — суглинок (редко супесь) элювиальный мягкопластичный с включениями дресвы и щебня песчаников.

Таблица 2 Сводная инженерно-геологическая колонка и таблица нормативных значений физико-механических свойств грунтов территории г. Кисловодска (Кузнецов Р.С., 2007)

В большинстве случаев распределение частных показателей свойств соответствовало нормальному закону или было близким к нему. Коэффициенты вариации для физических показателей не превышают V при выделении инженерно-геологических элементов. Составленная автором таблица рекомендуется для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений всех классов.

Специфические грунты

К специфическим относятся грунты, которые изменяют свою структуру и свойства в результате внешних воздействий, обладают неоднородностью, имеют склонность к длительным изменениям структуры и свойств во времени> (СП 11-105-97, ч. III).

Лессовидные супеси ИГЭ-1 и суглинки ИГЭ-3 занимают 47 % площади города. Для характеристики распространения и залегания этих пород на основе данных 623-х выработок методом интерполяции (триангуляция Делоне) составлены схематические карты мощностей просадочной толщи города (рис. 1) и типов грунтовых условий по просадочности.

Главной особенностью лессовых грунтов является их просадочность, которая подтверждается лабораторными испытаниями и деформациями многих зданий и сооружений. В настоящее время основное строительство ведется на лессовых грунтах с благоприятным для строительства ровным рельефом.

Глинистые нижнемеловые песчаники (ИГЭ-7, ИГЭ-8) распространены на 43 % территории города. Выполненные автором полевые и лабораторные исследования показали, что песчаники размягчаются при замачивании и часто полностью размокают, превращаясь в текучие супеси. Суффозионные процессы в толще выветрелых глинистых песчаников вызывают деформации зданий, которые не могут объяснить местные изыскатели и проектировщики. При этом особое внимание было уделено коре выветривания песчаников, мощность которой достигает 10 м. На основе анализа 623-ти выработок методом интерполяции автор составил схематическую карту коры выветривания песчаников (рис. 2). Мощные (> 8 м) накопления элювия подвержены оползневым процессам.

Рис. 1. Схематическая карта мощности просадочной толщи лессовых грунтов территории г. Кисловодска (Кузнецов Р.С., 2008)	Рис. 2. Схематическая карта мощности мелкообломочной зоны коры выветривания нижнемеловых глинистых песчаников на территории г. Кисловодска (Кузнецов Р. С., 2007)

Подземные воды как градостроительный фактор

В выполненных ранее работах почти не охарактеризованы химический состав, агрессивность грунтовых вод и гидродинамические характеристики поверхностных водоносных горизонтов.

На основе анализа 286-ти изыскательских отчетов автор выделил водоносные горизонты и рассчитал для них средние значения содержания химических компонентов и коэффициенты фильтрации. Дана оценка сульфатной и хлоридной агрессивности грунтовых вод. Показана неагрессивность грунтовых вод к арматуре железобетонных конструкций и агрессивость к обычным бетонам. Составлена схематическая карта сульфатной агрессивности грунтовых вод на территории города. Определены участки, подверженные подтоплению и затоплению.

Опасные геологические процессы как градостроительный фактор

На территории Кисловодска автор обнаружил следующие опасные геологические процессы: подтопление застроенных участков, оползни, обвально-осыпные, овраги, речная эрозия, грязекаменные потоки, выветривание песчаников, затопление пойменных участков, просадка лессовых грунтов. В связи с ростом техногенной нагрузки некоторые из них активизировались за последние годы. Увеличилось количество оползней с 3 до 22, глубина и протяженность оврагов, площадь подтопленной территории. Автор составил схематическую карту их распространения. Обзор ОГП показывает, что основным агентом их активизации являются поверхностные и грунтовые воды.

Сейсмичность как градостроительный фактор г. Кисловодска

На основе анализа 28-ми объектов и 170 зондирований (МПВ) методом сейсмических жесткостей автором были рассчитаны приращения сейсмической интенсивности. За эталонные приняты грунтовые условия: дресвяно-щебенистые грунты со средними сейсмическими характеристиками по расчетам автора: Vp = 700 м/с, Vs = 350 м/с, ρ = 1,97 т/м3, а на участках XIII-1-A и XIII-1-Б — размягчаемые малопрочные песчаники с характеристиками Vp = 2000 м/с, Vs = 1000 м/с, ρ = 2,1 г/дм3. Глубина эталонной толщи принята 10 м.

На основе анализа инженерно-геологических условий, расчета приращений сейсмической интенсивности и в соответствии с требованиями строительных нормативов автор составил схематическую карту сейсмического микрорайонирования города с учетом распространения специфических грунтов (рис. 3). Сравнение карт (1983) и автора (2007) дано в таблице 3.

Рис. 3. Схематическая карта сейсмического микрорайонирования территории г. Кисловодска (Кузнецов Р.С., 2007)

Таблица 3. Изменение сейсмической интенсивности территории г. Кисловодска по карте СМР (1983) и схематической карте автора (2007)
Сейсмическая интенсивность микрорайонов	6	7	8	9	Территории, непригодные для строительства
Занимаемая площадь на картах, в % от площади городской застройки
Карта СМР (1983)	10	70	18	—	2
Схематическая карта автора (2007)	—	2	20	75	3

Из таблицы видно, что основная часть города (75 %) имеет сейсмическую интенсивность 9 баллов за счет распространения специфических грунтов, подтопления застроенных участков и поднятия нормативной сейсмичности до 8 баллов.

<< пред.

след. >>

Полные данные о работе

И.С. Фомин/Геологический факультет МГУ

Для грунтов с промежуточными значениями е, не указанными в таблицах Б.1–Б.8, значения с, φ и Е определяют интерполяцией.

Если значения е, I L и Sr грунтов выходят за пределы, предусмотренные таблицами Б.1–Б.8, характеристики с, φ и Е следует определять по данным непосредственных испытаний этих грунтов. Допускается в запас надежности принимать характеристики с, φ и Е по соответствующим нижним пределам е, I L и Sr, если грунты имеют значения е, I L и Sr меньше этих предельных значений.

Для определения значений с, φ и Е по таблицам Б.1–Б.8 используют нормативные значения е, I L и Sr.

Таблица Б.1

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ, град., и модуля деформации Е, МПа, песков четвертичных отложений

Пес­ки	Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
		0,45	0,55	0,65	0,75
Гра­ве­ли­стые и круп­ные	с φ Е	2 43 50	1 40 40	— 38 30	— — —
Сред­ней круп­но­сти	с φ Е	3 40 50	2 38 40	1 35 30	— — —
Мел­кие	с φ Е	6 38 48	4 36 38	2 32 28	— 28 18
Пы­ле­ва­тые	с φ Е	8 36 39	6 34 28	4 30 18	2 26 11

Таблица Б.2

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ, град., глинистых нелессовых грунтов четвертичных отложений

На­име­но­ва­ние грун­тов и пре­де­лы нор­ма­тив­ных зна­че­ний их по­ка­за­те­ля те­ку­че­сти I L		Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
			0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05
Су­песи	0 ≤ I L ≤ 0,25	с φ	21 30	17 29	15 27	13 24	— —	— —	— —
	0,25 < I L ≤ 0,75	с φ	19 28	15 26	13 24	11 21	9 18	— —	— —
Су­глин­ки	0 ≤ I L ≤ 0,25	с φ	47 26	37 25	31 24	25 23	22 22	19 20	— —
	0,25 < I L ≤ 0,5	с φ	39 24	34 23	28 22	23 21	18 19	15 17	— —
	0,5 < I L ≤ 0,75	с φ	— —	— —	25 19	20 18	16 16	14 14	12 12
Гли­ны	0 ≤ I L ≤ 0,25	с φ	— —	81 21	68 20	54 19	47 18	41 16	36 14
	0,25 < I L ≤ 0,5	с φ	— —	— —	57 18	50 17	43 16	37 14	32 11
	0,5 < I L ≤ 0,75	с φ	— —	— —	45 15	41 14	36 12	33 10	29 7

Таблица Б.3

Нормативные значения модуля деформации Е, МПа, глинистых нелессовых грунтов

Про­ис­хож­де­ние и воз­раст грун­тов		На­име­но­ва­ние грун­тов и пре­де­лы нор­ма­тив­ных зна­че­ний их по­ка­за­те­ля те­ку­че­сти I L		Мо­дуль де­фор­ма­ции грун­тов Е, МПа, при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
				0,35	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,2	1,4	1,6
Чет­вер­тич­ные от­ло­же­ния	Ал­лю­ви­аль­ные, де­лю­ви­аль­ные, озер­ные, озер­но-ал­лю­ви­аль­ные	Су­песи	0 < I L ≤ 0,75	—	32	24	16	10	7	—	—	—	—	—
		Су­глин­ки	0 < I L ≤ 0,25	—	34	27	22	17	14	11	—	—	—	—
			0,25 < I L ≤ 0,5	—	32	25	19	14	11	8	—	—	—	—
			0,5 < I L ≤ 0,75	—	—	—	17	12	8	6	5	—	—	—
		Гли­ны	0 ≤ I L ≤ 0,25	—	—	28	24	21	18	15	12	—	—	—
			0,25 < I L ≤ 0,5	—	—	—	21	18	15	12	9	—	—	—
			0,5 < I L ≤ 0,75	—	—	—	—	15	12	9	7	—	—	—
	Флю­вио­гля­ци­аль­ные	Су­песи	0 ≤ I L ≤ 0,75	—	33	24	17	11	7	—	—	—	—	—
		Су­глин­ки	0 ≤ I L ≤ 0,25	—	40	33	27	21	—	—	—	—	—	—
		Су­глин­ки	0,25 < I L ≤ 0,5	—	35	28	22	17	14	—	—	—	—	—
			0,5 < I L ≤ 0,75	—	—	—	17	13	10	7	—	—	—	—
	Мо­ре­ные	Су­песи Су­глин­ки	I L ≤ 0,5	60	50	40	—	—	—	—	—	—	—	—
Юр­ские от­ло­же­ния окс­форд­ско­го яру­са		Гли­ны	0,25 ≤ I L ≤ 0	—	—	—	—	—	—	27	25	22	—	—
			0 < I L ≤ 0,25	—	—	—	—	—	—	24	22	19	15	—
			0,25 < I L ≤ 0,5	—	—	—	—	—	—	—	—	16	12	10

Таблица Б.4

Нормативные значения модуля деформации Е, МПа, угла внутреннего трения φ, град., и удельного сцепления с, кПа, глинистых заторфованных грунтов при степени заторфованности 0,05 ≤ Ir ≤ 0,25

Пре­де­лы нор­ма­тив­ных зна­че­ний по­ка­за­те­ля те­ку­че­сти I L	Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки гли­ни­стых грун­тов при сте­пе­ни за­тор­фо­ван­но­сти Ir и ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ных
		Ir = 0,05–0,1				Ir = 0,1–0,25
		0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,15	1,25	1,35
0 ≤ I L ≤ 0,25	Е	13,0	12	11	10	8,5	8	7	5,0
	φ	21	20	18	16	15	—	—	—
	с	29	33	37	45	48	—	—	—
0,25 < I L ≤ 0,5	Е	11	10	8,5	7,5	7	6	5,5	5
	φ	21	20	18	16	15	14	13	12
	с	21	22	24	31	33	36	39	42
0,5 < I L ≤ 0,75	Е	8,0	7	6,0	5,5	5	5	4,5	4
	φ	21	20	18	16	15	14	13	12
	с	18	19	20	21	23	24	26	28
0,75 < I L ≤ 1	Е	6	5	4,5	4,0	3,5	3	2,5	—
	φ	—	—	—	18	18	18	17	—
	с	—	—	—	15	16	17	18	—

Таблица Б.5

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ град., и модуля деформации Е, МПа, элювиальных песков

Пес­ки	Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
		0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	1,0	1,2
Дре­свя­ни­стые	с	45	41	39	37	35	34	—
	φ	34	31	28	25	23	21	—
	Е	44	33	24	18	15	14	—
Круп­ные и сред­ней круп­но­сти	с	41	35	29	23	19	—	—
	φ	32	30	27	24	22	—	—
	Е	44	31	22	14	13	—	—
Пы­ле­ва­тые	с	58	51	44	39	33	29	24
	φ	32	30	27	24	22	20	18
	Е	48	38	29	21	16	12	10

Таблица Б.6

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ, град., и модуля деформации Е, МПа, элювиальных глинистых грунтов магматических и метаморфических пород

На­име­но­ва­ние грун­тов и пре­де­лы нор­ма­тив­ных зна­че­ний их по­ка­за­те­ля те­ку­че­сти I L		Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
			0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,2
Су­песи	I L < 0	с	47	44	42	41	40	39	—
		φ	34	31	28	26	25	24	—
		Е	37	30	25	20	15	10	—
	0 ≤ I L ≤ 0,75	с	42	41	40	39	38	—	—
		φ	31	28	26	25	24	—	—
		Е	25	18	14	12	11	—	—
Су­глин­ки	0 ≤ I L ≤ 0,25	с	57	55	54	53	52	51	50
		φ	24	23	22	21	20	19	18
		Е	27	25	23	21	19	17	14
	0,25 < I L ≤ 0,5	с	—	48	46	44	42	40	37
		φ	—	22	21	20	19	18	17
		Е	—	19	16	14	13	12	11
	0,5 < I L ≤ 0,75	с	—	—	41	36	32	29	25
		φ	—	—	20	19	18	17	16
		Е	—	—	15	13	11	10	9
Гли­ны	0 I ≤ I L ≤ 0,25	с	—	62	60	58	57	56	—
		φ	—	20	19	18	17	16	—
		Е	—	19	18	17	16	15	—
	0,25 < I L ≤ 0,5	с	—	54	50	47	44	—	—
		φ	—	17	15	13	12	—	—
		Е	—	14	12	10	9	—	—

Таблица Б.7

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ, град., и модуля деформации Е, МПа, элювиальных глинистых грунтов осадочных аргиллито-алевролитовых пород

Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85
с	58	48	40	35	31
φ	29	24	21	19	17
Е	25	21	17	13	10

Таблица Б.8

Нормативные значения удельного сцепления с, кПа, угла внутреннего трения φ, град., и модуля деформации E, МПа песчаных намывных грунтов

Пес­ки	Обо­зна­че­ние ха­рак­те­ри­стик грун­тов	Ха­рак­те­ри­сти­ки грун­тов при ко­эф­фи­ци­ен­те по­ри­сто­сти е, рав­ном
		0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95
Сред­ней круп­но­сти	с	8	4	3	2	—	—
	φ	39	37	33	30	—	—
	Е	45	32	25	17	—	—
Мел­кие	с	10	6	4	3	1	—
	φ	36	33	30	27	25	—
	Е	35	27	19	15	12	—
Пы­ле­ва­тые	с	—	10	7	5	3	2
	φ	—	33	29	25	23	20
	Е	—	20	16	10	8	5

В строительных работах связанных с возведением фундаментов в местах с большим количеством подземных водяных потоков, крайне важным строительным материалом является суглинок. Этот вид материалов популярен благодаря своим отличным свойствам поглощать и удерживать воду. Даже полностью высыхая, этот вид почвы продолжает удерживать воду, преобразуя ее в кристаллы льда.

Также суглинок обладает высокой пористостью, что наделяет его не менее важным свойством расширяться, увеличивая объемы почвы. Поэтому, крайне важно перед началом строительства более-менее точно определить вес суглинка.

Для начала правильного проведения расчетов, необходимо определится что означает понятие удельный вес. Удельный вес суглинка – это соотношение веса твердых частиц к их занимаемому объему. Так как суглинок имеет высокую пористость, основным фактором, влияющим на удельный вес этого материала, будет иметь его состав.

Таблица объемного веса 1м3 суглинка.

Из вышесказанного следует, что, правильный и точный расчет такого параметра, как удельный вес куба суглинка провести без необходимой информации невозможно. Однако, среднее значение достаточно просто рассчитать. Средний вес суглинка 1 м3 в общем составляет от 2580 до 2730 кг.

Для большинства строительных работ, этого параметра вполне достаточно. Но, иногда, требуется более точный расчет. Для этих целей ниже представлена таблица удельного веса суглинки:

Удельный вес и количество килограмм в кубе суглинка в зависимости от состава

Состав суглинка	Объемный вес суглинка	Насыпная плотность	Количество килограмм в кубе
Пластичный, мягкий без примесей	1.70	1.5-1.6	1700
Пластичный, мягкий с примесями щебня, строительного мусора (до 10%) и гальки, а также пластичный тугой без примесей	1.70		1700
Пластичный, мягкий с примесями щебня, строительного мусора (более 10%) и гальки, а также пластичный тугой с примесью до 10%, полутвердый и твердый без примесей и с примесью до 10%	1.75		1750
Твердый и полутвердый с примесью щебня, строительного мусора (более 10%), гальки и гравия	1.95		1950
Обычный с пористостью 0.5	1.80-2.05		1800-2050
Обычный с пористостью 0.7	1.75-1.95		1750-1950
Обычный с пористостью 1.0	1.70-1.80		1700-1800
Обычный рыхлый	1.40-1.70		1400-1700
Обычный средний	1.50-1.60		1500-1600
Обычный плотный	1.60-1.90		1600-1900
Обычный тяжелый	1.90-2.00		1900-2000