Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению

Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 71 , авторов - 296 ,
всего информационных продуктов - 2731 , из них
статей журнала - 572 , статей базы знаний - 85 , новостей - 1954 , конференций - 4 ,
блогов - 7 , постов и видео - 85 , технических решений - 4

Copyright © 2016-2019 ГеоИнфо
Все права защищены

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Теория и практика изысканий

Инженерно-геологические процессы и явления при создании искусственных территорий в Невской губе

Архангельский Игорь Всеволодович
6 февраля 2019 года

В статье рассматриваются инженерно-геологические процессы и явления, наблюдающиеся при создании искусственных территорий путем намыва и отсыпки песков. Показывается роль процесса фракционирования в увеличении несущей способности намывных песков. Особое внимание уделяется такому опасному инженерно-геологическому процессу, как образование биогазов, наблюдавшееся в намывных песках, но скорее всего возможное и в насыпных. Подчеркивается, что использование геосинтетических дрен обеспечивает высыхание и уплотнение илов под такими песчаными толщами.

Архангельский Игорь ВсеволодовичГенеральный директор ООО «НПФ "НЕДРА"», кандидат геолого-минералогических наук, г. Санкт-Петербург

Введение

Одна из тенденций современного строительства во всем мире  освоение новых территорий, прежде считавшихся непригодными для возведения зданий и сооружений. В первую очередь это участки, отвоеванные у моря путем намыва и отсыпки песков, в том числе на слабых глинистых грунтах (илах), обладающих высокой сжимаемостью и низкой несущей способностью.

Такие новые искусственные территории создаются для городской застройки, гидротехнического строительства, промышленного освоения, решения транспортных проблем. Например, хорошо известны крупные аэропорты на искусственных морских островах в Японии (рис. 1). Отвоеванные у моря территории успешно используются также в крупных городах Европы, Азии, США.

 

Рис. 1. Международный аэропорт Кансай, построенный в 1987–1994 годах на насыпном острове длиной 4 км и высотой 15 м над уровнем моря (30 м от дна) в Осакском заливе. Остров соединен 3-километровым двухэтажным мостом с городком Ринку – пригородом города Осака [2, 7] Рис. 1. Международный аэропорт Кансай, построенный в 1987–1994 годах на насыпном острове длиной 4 км и высотой 15 м над уровнем моря (30 м от дна) в Осакском заливе. Остров соединен 3-километровым двухэтажным мостом с городком Ринку – пригородом города Осака [2, 7]

 

Много лет подобные работы ведутся и в России. В частности, в Санкт-Петербурге созданы искусственные участки для Морского порта. В западной части Васильевского острова на площади более 500 га возник новый район за счет расширения городской территории в сторону Балтийского моря путем намыва песчаных грунтов на морские илы. Также с созданием искусственных сухопутных участков на «входе» в Невскую губу Финского залива построен комплекс сооружений для защиты города от наводнений (рис. 2).

 

Рис. 2. Участок Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений, введенного в эксплуатацию в 2011 году [5] Рис. 2. Участок Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений, введенного в эксплуатацию в 2011 году [5]

 

В последние годы в Санкт-Петербурге продолжается создание искусственных территорий.

Например, на южном побережье Невской губы Финского залива Балтийского моря в районе железнодорожной станции «Бронка» намывом песков образован искусственный участок, на котором сооружен многофункциональный морской перегрузочный комплекс (ММПК) «Бронка».

Западнее Крестовского острова в Невской губе создана насыпная территория, на которой разместились такие элементы транспортной инфраструктуры стадиона «Зенит», как станция метро «Новокрестовская», открытые площадки для стоянки автомобилей, автомобильные дороги и проезды. В том же районе на искусственной территории построена автомагистраль «Западный скоростной диаметр» (рис. 3) с выходом на скоростную международную автомагистраль «Скандинавия», идущую из Санкт-Петербурга на Хельсинки и Стокгольм. Эти работы поспособствовали успешному проведению на стадионе «Зенит» части игр 21-го Чемпионата мира по футболу ФИФА в 2018 году.

 

Рис. 3. Строительство автомагистрали «Западный скоростной диаметр» (ЗСД) на искусственной территории в Невской губе Финского залива Балтийского моря вблизи стадиона «Зенит» Рис. 3. Строительство автомагистрали «Западный скоростной диаметр» (ЗСД) на искусственной территории в Невской губе Финского залива Балтийского моря вблизи стадиона «Зенит»

 

Созданию искусственных территорий вдоль южного побережья Невской губы Финского залива и западного берега Крестовского острова предшествовали инженерно-геологические изыскания для обоснования проектов строительства.

Сами строительные работы также велись при постоянном инженерно-геологическом контроле  со стороны ООО «НПФ "НЕДРА"», изучавшем инженерно-геологические процессы и явления, сопровождавшие создание этих искусственных участков.

Отметим, что, как указывают В.А. Королев и А.Н. Галкин в одной из своих статей [6], многие специалисты отождествляют такие понятия, как «процесс» и «явление», хотя известно, что главная черта любого процесса  это изменение объекта во времени, то есть смена его состояний. Явление же  это форма существования конкретных состояний объекта в данный момент времени. Инженерно-геологический процесс невозможно закартировать, а инженерно-геологическое явление можно отразить на карте или на модели [6].

Цель данной статьи  ознакомить читателя с инженерно-геологическими процессами и явлениями, возникающими при создании искусственных территорий в восточной части Финского залива (в Невской губе).

 

Геологическое строение контролируемых районов

Рассмотрим геологическое строение двух районов, в которых создавались искусственные территории,  южного побережья Невской губы Финского залива вблизи железнодорожной станции «Бронка» и западного берега Крестовского острова (по данным ОАО «Ленморниипроект», ФГПУ «Трест ГРИИ», ЗАО «ГТ Морстрой», ООО «ПетроБурСервис» и других организаций Санкт-Петербурга).

В геологическом строении южного побережья Невской губы Финского залива принимают участие четвертичные отложения мощностью от 34,1 до 39,5 м, подстилаемые верхнепротерозойскими (котлинскими) глинами. Они залегают в следующей последовательности (сверху вниз):

  • техногенные отложения мощностью 12 м ;
  • биогенные отложения голоцена  заторфованные грунты мощностью 0,10,5 м;
  • морские и озерные отложения голоцена  пылеватые пески средней плотности мощностью до 2 м;
  • ледниковые отложения плейстоцена  полутвердые суглинки и пластичные супеси с гравием, галькой, валунами и редкими линзами валунных грунтов с песчаным заполнителем общей мощностью около 30 м;
  • верхнепротерозойские (котлинские) отложения  дислоцированные твердые глины вскрытой мощностью 10 м.

В геологическом строении прибрежной зоны на западе Крестовского острова принимают участие четвертичные отложения мощностью от 15,6 до 26,5 м, подстилаемые верхнепротерозойскими (котлинскими) глинами. Они залегают в следующей последовательности (сверху вниз):

  • техногенные отложения  насыпные пески мощностью 12 м;
  • морские и озерные отложения голоцена  пылеватые пески средней плотности мощностью 12 м, пластичные супеси мощностью до 2 м, текучие суглинистые илы средней мощностью 10 м;
  • озерно-ледниковые отложения плейстоцена  ленточные и слоистые текучепластичные суглинки мощностью 6,08,7 м;
  • ледниковые отложения плейстоцена  полутвердые суглинки с гравием, галькой и валунами мощностью 1,53,6 м;
  • верхнепротерозойские (котлинские) отложения  дислоцированные твердые глины вскрытой мощностью 5,6 м.

 

Методы инженерно-геологического контроля создания искусственных территорий

Контроль строительных работ по созданию рассматриваемых искусственных территорий намывом и отсыпкой песков производился ООО «НПФ "НЕДРА"» поэтапно. Количество этапов было обусловлено мощностью намывной (насыпной) толщи. Обычно один этап соответствовал намыву (отсыпке) слоя грунта толщиной около 1 м.

На намываемой территории южного побережья Невской губы Финского залива контроль осуществлялся в 6 этапов, на отсыпаемой территории западного побережья Крестовского острова  в 3 этапа.

На каждом этапе выполнялся следующий комплекс работ:

  • топографическая съемка в масштабе 1:500;
  • визуальные наблюдения за намывом (отсыпкой) территории;
  • наблюдения за осадочными марками;
  • проходка шурфов в целях определения плотности песков методом режущего кольца, а также отбора образцов грунта и воды для лабораторных исследований;
  • лабораторные определения состава и свойств насыпных (намывных) грунтов и подземных вод.

По окончании строительных работ выполнялось статическое зондирование на всю мощность намытой (отсыпанной) толщи с заглублением в грунты естественного основания не менее чем на 10 м. По его результатам уточнялись литологические границы грунтов, физико-механические характеристики намывных (насыпных) песков и их естественного грунтового основания.

 

Инженерно-геологические процессы и явления при создании искусственных территорий

1. Формирование техногенных песчаных отложений. При намыве и отсыпке песков происходит взаимодействие намываемых (отсыпаемых) песков и естественного грунтового основания. В результате происходит формирование техногенных песчаных отложений. Проявлением этого инженерно-геологического процесса является осадка намытой территории (насыпи). Для контроля перед началом работ в грунтах естественного основания в разных точках территории строительства были установлены осадочные марки, за которыми велись и ведутся регулярные наблюдения, позволяющие следить за развитием осадок грунтов.

2. Фракционирование намывных песков. Этот процесс заключается в том, что при намыве песка непосредственно у выхода из пульпопровода откладываются наиболее крупные частицы. По мере удаления от трубы размер частиц уменьшается. Если труба переносится на новое место, ранее намытые пески перекрываются отложениями иного гранулометрического состава. В результате формируется их слоистая текстура (рис. 4) [1].

 

Рис. 4. Слоистая текстура песков, возникшая в результате фракционирования намывных песков и переноса пульпопроводов Рис. 4. Слоистая текстура песков, возникшая в результате фракционирования намывных песков и переноса пульпопроводов

 

Отметим, что текстура песков является важным фактором их упрочнения во времени, то есть образования в них структурных связей, способствующих улучшению их прочностных и деформационных характеристик. Стабилизация упрочнения наступает в течение примерно 4 лет после намыва. К этому времени несущая способность намывного основания возрастает на 2030% [4].

3. Газообразование в намывных песках. Опыт строительства в районе Санкт-Петербурга показывает, что любая намывная территория является потенциально опасной относительно появления биогазов  смеси газов, образующихся при микробиологическом разложении растительных остатков без доступа воздуха [3]. Газообразование в пределах намывной территории происходит в связи с тем, что прибрежная растительность перед началом намывных работ не всегда удаляется полностью, поэтому в процессе намыва начинается ее разложение. Растительные остатки разлагаются также в толще биогенных и морских отложений, подстилающих намывные пески.

При отсутствии препятствий образующийся газ свободно выходит в атмосферу. Однако на намывной территории среди песков нередко появляются прослои глинистых грунтов, которые являются экранами, препятствующими свободному выходу биогазов. Газы накапливаются под такими экранами и приподнимают их, образуя небольшие конусовидные возвышения, которые иногда прорываются (тогда вместе с газом на поверхность под напором изливается небольшое количество воды). Присутствие газа обнаруживается по резкому специфическому запаху  чаще всего сероводорода [1].

Кроме того, в процессе капитального строительства и после его окончания создаются такие препятствия для выхода биогазов в атмосферу, как асфальтовые и бетонные покрытия, уплотненные насыпные грунты, фундаменты зданий и сооружений. Газы начинают скапливаться под этими препятствиями, давление их возрастает, и в определенный момент они могут прорвать всю вышележащую толщу в ослабленном месте (котловане, траншее, колодце и т.д.), вырвавшись наверх в виде газово-грязевого выброса. Как показывает опыт, такой выброс может сопровождаться воспламенением. Если же в составе биогаза содержится метан в количестве более 20%, он становится взрывоопасным [3].

4. Разуплотнение намывных песков. Насыщение песков газом ведет к их разуплотнению и снижению их несущей способности. Проявлением этого процесса служит осадка грунтов под нагрузкой.

5. Прочие процессы и явления в намывных песках: смещения грунтов на откосах; образование трещин; размывы грунтов; возникновение промоин; образование глиняных «окатышей» (шаровидных комков глинистого грунта диаметром примерно по 10 см, «обвалянных» песчано-гравийным материалом, которые могут покрывать поверхность площадью до 1,6 тыс. кв. м).

6. Консолидация (уплотнение) илов. Это основной процесс, который происходит в илах под давлением насыпи. Известно, что консолидация илов может продолжаться несколько десятков лет и более. При этом в случае неравномерной осадки искусственной территории возможны деформации построенных на ней зданий и сооружений [8].

Чтобы такого не произошло, при создании рассматриваемых искусственных территорий было предусмотрено искусственное ускорение консолидации илов, обеспечивающее ее завершение к моменту окончания строительства. С этой целью в природных илах и перекрывающих их намывных (насыпных) песках был устроен вертикальный дренаж с использованием геосинтетических дрен (геодрен), каждая из которых состояла из тонкого плоского пористого синтетического сердечника шириной 10 см и закрывающего его с обеих сторон нетканого термозакрепленного геотекстиля. Под нагрузкой от намывной (насыпной) песчаной толщи поднималось поровое давление в илах, вода из них отжималась в фильтрующие сердечники геодрен и поднималась по ним на поверхность. Благодаря этому происходило высыхание и уплотнение илов, а следовательно  проседание намывной (насыпной) толщи.

Отметим, что необходимое количество геосинтетических дрен определялось по специальным номограммам на основании коэффициента консолидации илов и заданной продолжительности консолидации. Глубина их погружения была обусловлена средней мощностью илов, составлявшей 10 м. На рисунке 5 показано поле геодрен, установленных с шагом 1 м х 1 м.

 

Рис. 5. Поле геодрен для отжатия воды из илов, подстилающих намывную (насыпную) песчаную толщу Рис. 5. Поле геодрен для отжатия воды из илов, подстилающих намывную (насыпную) песчаную толщу

 

7. Эоловые процессы. Для приморских районов Санкт-Петербурга характерны сильные ветры, которые воздействуют на намытые и отсыпанные грунты, вызывая навевание и развевание (перенос) песков. При этом возникают характерные формы микрорельефа  дюны, останцы, западины. Часть намытых (отсыпанных) песков даже выносится ветром за пределы строительных площадок.

8. Увеличение давления в пластах, в которых происходит газообразование, при повышении уровня подземных вод в случае подъема уровня воды в Финском заливе. Это в значительной степени повысит опасность газово-грязевых выбросов [3].

 

Прогнозы инженерно-геологических процессов и явлений для искусственных территорий в Невской губе Финского залива

Обобщение информации по инженерно-геологическим процессам и явлениям при создании рассматриваемых намывных и насыпных участков в Санкт-Петербурге представлено в таблице. Эту таблицу можно рассматривать как сводку прогнозов, которые необходимо учитывать при проектировании и создании таких искусственных территорий.

 

Таблица

Инженерно-геологические процессы и явления, сопровождающие создание искусственных территорий в Невской губе Финского залива Балтийского моря

 

 

Выводы

1. Образование искусственных территорий в Невской губе Финского залива Балтийского моря сопровождается развитием ряда инженерно-геологических процессов с определенными проявлениями, в том числе опасными.

2. Процесс фракционирования в намывных песках способствует формированию их слоистой текстуры, созданию в них структурных связей и улучшению их прочностных и деформационных характеристик.

3. Разрезы намывных территорий характеризуются образованием биогазов, которые могут прорывать всю вышележащую толщу в ослабленных местах с возникновением газово-грязевых выбросов, которые могут иногда воспламеняться или даже взрываться (возникновение опасных биогазов автор наблюдал только в намывных песках, однако и в насыпных их возникновение не исключается). Это требует принятия мер по пожарной и газовой безопасности на рассматриваемых искусственных участках. Кроме того, газообразование ведет к разуплотнению песков со снижением их несущей способности.

4. Устройство геосинтетических дрен в намывных (насыпных) песках и подстилающих их природных илах способствует высыханию и уплотнению последних, а также проседанию песчаной толщи.

5. Сильные ветры выносят часть намытых (отсыпанных) песков за пределы строительных площадок.


Список литературы и других источников

  1. Архангельский И.В. Инженерно-геологическая характеристика намывных грунтов в районе Санкт-Петербурга // Инженерная геология. 2015. № 2. С. 5865.
  2. Аэропорт Кансай // Womanadsvice.ru. Дата последнего обращения; 16.01.2018. URL: https://womanadvice.ru/aeroport-kansay.
  3. Геологический атлас Санкт-Петербурга / под ред. Н.Б. Филиппова, Н.А. Спиридонова. СПб.: Изд-во ГГУП СФ «Минерал», 2009. 57 с.
  4. Давыдов В.Ф. Структурные и текстурные особенности намывных песчаных грунтов и влияние их на несущую способность оснований: автореф. дис. ... канд. тех. наук. М.: Изд-во Института оснований и подземных сооружений, 1990. 24 с.
  5. Защита Санкт-Петербурга // Masterok.Livejournal. Дата последнего обращения: 16.01.2018. URL:  https://masterok.livejournal.com/1907531.html.
  6. Королев В.А., Галкин А.Н. Геологические и инженерно-геологические процессы и явления: определение и содержание  понятий // Инженерная геология. 2011. № 1. С. 1927.
  7. Международный аэропорт Кансай // Ru.wikipedia. Дата последнего обращения: 16.01.2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Международный_аэропорт_Кансай.
  8. Рубинштейн А.Я, Канаев Ф.С. Инженерно-геологические изыскания для строительства на слабых грунтах. М.: Стройиздат, 1984. 108 с.
Поделиться