Влияние геологического строения основания на выбор фундаментов в г. Подольске
Влияние геологического строения основания на выбор фундаментов для городской застройки и укрепление берега Пахринского водохранилища в черте г.Подольска
В.Н. Аверьянов, С.Г. Воронин — ОАО «НИИЭС», Москва, Росийская федерация
Н.Н. Черепихин — ООО «Гидропроект-Руза», Москва, Росийская федерация
АННОТАЦИЯ: В статье рассмотрены особенности геологического строения будущего Пахринского водохранилища в черте городской застройки г. Подольска. Приведены геотехнические характеристики грунтов активной зоны взаимодействия сооружений с геологической средой. Описаны инженерные мероприятия по укреплению берега и предложена конструкция фундаментов городской застройки в береговой полосе.
Значительная часть городской застройки в г. Подольске попадает в береговую полосу будущего Пахринского водохранилища. Согласно техническому проекту “Регулирующий гидроузел на р. Пахре”, рассматриваемое место строительства относится к нижней правобережной части водохранилища. Нормальный подпертый горизонт воды (НПУ) в водохранилище составляет 144 м, уровень мертвого объема (УМО) 135 м. Ширина водохранилища 300-500 м, глубина колеблется от 10,0 до 18,5 м. Высота волн 0,6-0,9 м, длина разгона 0,6-0,8 км. Мелко-водья отсутствуют. Бортами водохранилища служат, в основном, склоны III надпойменной террасы. По данным инженерно-геологических изысканий III надпойменная терраса сверху сложена аллювиальными песками и суглинками. Ниже залегает коренной склон, представленный элювиальными песчано-глинистыми грунтами и известняками среднего карбона, которые на отдельных участках выходят на поверхность. Подземные воды распространены в известняках карбона и залегают на значительной глубине (более 20 метров). После наполнения водохранилища на крутом правом берегу ожидается переработка берега, кото-рая достигнет больших размеров: 20-50 м за 10 лет и 50-100 м в конечную стадию. Береговой склон, геологическое строение кото-рого представлено на рис. 1, приурочен к тектоническому разлому и сложен, в основ-ном, продуктами выветривания закарстованных известняков в виде доломитовой муки и прослоями глин. При подъеме уровня воды в водохранилище до проектной отметки НПУ 144 м толща рыхлых песчано-глинистых грунтов, покрывающая скальные породы, при водонасыщении может дать неравно-мерную просадку, и затем будет постоянно размываться водой. Строительство в таких условиях сооружений без специальных инженерных мероприятий затруднено или запрещено.
Поэтому на стадии инженерных изысканий по инициативе ЗАО «ПИНИБ «ГИТЕСТ» были выполнены проектные проработки, в которых решались вопросы укрепления берега будущего водохранилища и выбора варианта фундирования городской застройки в береговой полосе.
Расчет волноустойчивого берегового откоса был выполнен согласно СНиП 2.06.05-84* “Плотины из грунтовых материалов”. Высота расчетной волны была принята в двух вариантах 0,5 м и 1,2 м, соотношение длины волны к высоте λ/h=11, на основании аналога – водохранилища Загорской ГАЭС. Предполагалось, что для стабилизации откоса и против размыва береговой поверхности будет применяться песчано-гравийная смесь, характеризуемая углом естественного откоса, равным φ=32º. Следует подчеркнуть, что это величина взята с запасом, поскольку в соответствии СНиП 2.06.05-84* для песча-но-гравийного грунта с плотностью φd=1,9 т/м3 угол внутреннего трения в водонасы-щенном состоянии составляет φ=34-36º. Расчетом установлено, что волноустойчивый грунтовый откос с креплением песчано-гравийной смесью должен иметь заложение m=7.
Для крепления откоса от волнового воздействия водохранилища требуется песчано-гравийный грунт, характеризующийся средневзвешенным диаметром частиц порядка 5-10 мм. Частицы крупностью более 5 мм должны быть водоустойчивыми (не-размягчаемыми) – коэффициент размягчаемости не ниже 0,75 и морозостойкими – коэффициент водонасыщения меньше 0,24. Исходя из вышеизложенного, принято стабилизировать берег водохранилища над УМО грунтовой пригрузкой с откосом, характеризующимся заложением m=7 и укрепленным слоем 1 м песчано-гравийной смеси с содержанием гравия и гальки не менее 35 %, фракций крупностью 1-10 мм не менее 15 %. Ниже УМО заложение откоса — m=3. Пригрузку берега ниже УМО рекомендовано выполнить грунтом полезных выемок, отвечающим санитарным требованиям, предъявляемым к объекту строительства. По верху грунтовой пригрузки берега устраивается набережная с парапетом.
В процессе инженерно-геологических исследований грунтов, слагающих активную зону взаимодействия будущей городской застройки вдоль набережной с природной средой, было установлено, что лежащие в верхней части разреза рыхлые песчано-глинистые грунты при обводнении будут иметь низкие прочностные и деформационные характеристики. Угол внутреннего трения водонасыщенных глинистых грунтов составит 30-100 при удельном сцеплении 0,020-0,040 МПа, модуль деформации при этом варьирует в пределах 5-20 МПа. В качестве основания эти грунты не могут быть приняты. Ниже располагаются элювиальные образования среднекаменноугольных отложений.
Из опыта строительства на элювиальных грунтах известно, что такие грунты обладают рядом неблагоприятных инженерно-геологических свойств: просадочностью, склонностью к механической и химической суффозии, снижением прочности и увеличением сжимаемости при переменном водонасыщении, под действием динамических нагрузок проявляют плывунность. Эти грунты также не могут быть приняты в качестве надежного основания. Под элювиальными отложениями на глуби-нах 7-17 м всеми скважинами вскрыты карбоновые породы, представленные толщей переслаивающихся слоев известняка и доломита. Их общая вскрытая мощность составила около 45 м. Геофизические исследования и бурение скважин в скальных породах указали на наличие карста. Керн, доставаемый при бурении из скважин представлен известняками и доломитами различной прочности, кавернозными, сильно трещиноватыми. Карстовые полости и трещины заполнены глиной и карбонатной мукой. Лишь на 20-25 м глубине был встречен 7-10 м слой крепких карбонатных пород. Исследования механических свойств крепких скальных пород показали, что по вели-чине модуля деформации известняки и мергели практически несжимаемы в водонасыщенном состоянии: Е=150-200 МПа. Крепкие карбонатные породы приняты в качестве основания, и фундаменты для городской застройки приняты в виде свай-стоек с заглублением в скалу.
Выводы:
  1. Геологическое строение основания городской застройки в береговой полосе водохранилища осложнено процессами речной абразии и последующей аккумуляции размытого рыхлого материала. Кроме этого, в каменноугольных карбонатных породах развит подземный карст с характерными для него образованиями трещин и пустот. Воздействие поверхностных и подземных вод привело к развитию физической и химической эрозии карбонатных пород, из которых сформировались элювиальные отложения.
  2. При заполнении водохранилища возможна просадка значительной части грунтового массива, снижение прочности грунтов и усиление процессов карстообразования в сторону городской застройки.
  3. Для исключения негативного воздействия водохранилища на городскую застройку в г. Подольске в береговой полосе Пахринского водохранилища приняты инженерные мероприятия по защите берега грунтовой отсыпкой с волноустойчивым откосом и по устройству свай-стоек для фундаментов городской застройки.
Рис. 1. Схема геологического строения правобережного склона Пахринского водохранилища в зоне городской застройки с указанием конструкций укрепления берега и фундаментов городской застройки в береговой полосе.