Влияние погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга
Влияние погребенных болот на формирование и преобразование геоэкологических условий в подземном пространстве города. Анализ и оценка особенностей микрофлоры болотных отложений на территории Санкт-Петербурга и их инженерно-геологическая характеристика.
Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 07.06.2018 |
Размер файла | 682,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Влияние погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга
Специальность 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
На правах рукописи
Захарова Екатерина Геннадьевна
Санкт-Петербург 2006
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).
Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Регина Эдуардовна Дашко.
Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор Ярослав Владимирович Неизвестнов;
кандидат геолого-минералогических наук Ирина Львовна Плечкова
Ведущее предприятие - Институт ЛЕНГРАЖДАНПРОЕКТ.
Защита диссертации состоится 25 декабря 2006 г. в 17 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан ноября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д. г.-м. н., профессор А.Г. Марченко.
болото микрофлора подземный город
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Санкт-Петербург относится к мегаполисам со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими и геоэкологическими условиями. Особое влияние на условия строительства, эксплуатацию, реконструкцию зданий и сооружений, в первую очередь архитектурно-исторических памятников, оказывают погребенные болота, которые в конце 18 в. занимали более 50 % исторического центра города. При этом согласно территориальным строительным нормам по Санкт-Петербургу (ТСН 50-302-2004), в отношении погребенных болот отмечаются лишь три частных положения: 1) потенциальная опасность зон погребенных болот в отношении биохимической газогенерации CH4, CO2, H2S; 2) развитие процессов гниения торфа и органических включений в грунтах при понижении уровня подземных вод; 3) расчет деформаций зданий с учетом толщи погребенного торфа.
В практике инженерных изысканий и проектировании наземных сооружений основное внимание обращено только на наличие торфов и их физико-механические свойства, которые во многом определяют величину осадки зданий и сооружений. Следует отметить, что несмотря на широкое развитие болот в пределах Севера и Северо-Запада РФ, Сибири и сопредельных государств - стран Балтии и Белоруссии имеется ограниченное число публикаций по изучению инженерно-геологических условий территорий распространения болотных массивов, особенностям их освоения и строительства на торфах (Амарян Л.С., Винокуров Ф.П., Далматов Б.И., Коновалов П.А., Ломтадзе В.Д., Морарескул Н.Н., Пичугин А.В., Ордуянц К.С., Сергеев Е.М. и др.). Непосредственно в Санкт-Петербурге проблемами освоения территорий, занятых болотами и торфами в различные годы занимались Васильев Б.Д., Далматов Б.И., Иовчук А.Т., Морарескул Н.Н. и др.
Цель работы. Установление основных закономерностей преобразования водонасыщенных песчано-глинистых пород под болотными отложениями для прогноза развития природно-техногенных процессов и явлений, а также их воздействия на условия строительства и реконструкции зданий и сооружений и их эксплуатационную надежность.
Основные задачи исследований: 1) анализ и оценка особенностей развития болотных отложений на территории Санкт-Петербурга и их инженерно-геологическая характеристика; 2) исследование микрофлоры болотных отложений и ее роли при формировании и преобразовании физико-механических свойств подстилающих пород; 3) изучение влияния погребенных болот на снижение степени загрязнения подземной среды; 4) оценка длительной устойчивости сооружений в районах развития погребенных болот с учетом физико-химических и микробных факторов; 5) разработка рекомендаций по количественной оценке изменения параметров механических свойств песчано-глинистых грунтов под болотными отложениями.
Фактический материал и личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам инженерно-геологических и геоэкологических исследований по изучению подземного пространства Санкт-Петербурга и северо-запада РФ, которые проводились на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии СПГГИ (ТУ). Личный вклад автора: изучение особенностей инженерно-геологических и геоэкологических условий на различных объектах в районах развития погребенных болот, проведение экспериментальных исследований с целью получения закономерностей негативного преобразования грунтов в зоне влияния захороненных болот, формирования и развития тиксотропности грунтов, плывунов и биодеградации строительных материалов; разработка рекомендаций по совершенствованию систем расчетов несущей способности свай при наличии в разрезе захороненных болотных отложений.
Основные методы исследований. В работе используются методы теоретического анализа формирования и преобразования инженерно-геологических условий в зонах развития захороненных болот, экспериментальные исследования трансформации состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых пород под воздействием торфов, расчетные методы оценки несущей способности грунтов и свайных фундаментов с учетом наличия в разрезе болотных отложений.
Научная новизна Установлены закономерности влияния погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве города, в том числе на развитие физико-химических и биохимических процессов при активизации деятельности болотной микрофлоры при поступлении поллютантов различного состава, оказывающих негативное воздействие на устойчивость и несущую способность грунтов, а также коррозионную активность подземной среды по отношению к строительным материалам.
Практическая значимость. Полученные результаты по воздействию захороненных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий рекомендованы для внедрения в территориальные строительные нормы для Санкт-Петербурга и административно подчиненных ему регионов, которые перерабатываются и дополняются каждые четыре года, результаты работ были использованы в прогнозных оценках условий эксплуатации и реконструкции ряда зданий и сооружений на территории Санкт-Петербурга.
Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений и выполненных экспериментальных исследований преобразования песчано-глинистых отложений под влиянием захороненных болот на различных объектах Санкт-Петербурга. В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии при участии автора в рамках работ: научно-технической целевой программы Санкт-Петербурга "Программа развития высшей школы Санкт-Петербурга" на 2002-2005 годы, тема исследований - «Разработка научно-практических основ комплексного геоэкологического мониторинга подземного пространства Санкт-Петербурга с целью повышения безопасности его освоения и использования в сложных природно-техногенных условиях» в 2003, 2004 гг.; научно-исследовательской работы по заданию Минобразования и науки РФ, тема - ««Разработка научных основ инженерно-геологического и геоэкологического обоснования длительной устойчивости инженерных сооружений в крупных мегаполисах»» в 2003 , 2004 г.г., по заданию Министерства природных ресурсов, тема - «Разработка научно-практических основ концепции и структуры геоэкологического мониторинга подземного пространства Санкт-Петербурга» и др., а также персональных грантов Минобразования и науки РФ, СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) для аспирантов 2005 и 2006 гг.
Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, освещались на 4 научных конференциях: Международная конференция по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», СПб., 2003; Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2004», Ухта, 2004; Ежегодная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых СПГГИ “Полезные ископаемые и их освоение”, СПб., 2006; Международная конференция «Город и геологические опасности», СПб., 2006. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 машинописных страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 160 наименований, содержит 48 рисунков, 37 таблиц, 4 фотографии.
Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. проф. Р.Э. Дашко за постоянную помощь и внимание при подготовке диссертационной работы, заведующему кафедрой ГиИГ д.г.-м.н. проф. В.В Антонову, д.г.-м.н. проф. И.П. Иванову, д.г.-м.н. проф. А.И. Короткову, н.с. А.В. Волковой, асс. А. В. Шидловской, асп. О.Ю. Александровой, А.А. Тимченко.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Формирование и изменение инженерно-геологических и геоэкологических условий в зонах погребенных болот определяется степенью разложения органического вещества, активностью действия болотной и привнесенной микрофлоры, величиной redox-потенциала, а также характером и длительностью контаминации подземной среды из систем водоотведения.
Согласно анализу исторических документов 17-19 вв, болотные массивы занимали более половины территории будущего Санкт-Петербурга (рисунок 1). На островах дельты Невы преобладали болота низинного типа, приуроченные к участкам с минимальными абсолютными отметками земной поверхности с высоким уровнем грунтовых вод, которые затапливались при относительно небольшом подъеме уровня речных вод. В материковой части на более высоких абсолютных отметках широкое распространение имели верховые болота.
В болотоведении низинные торфяные отложения рассматриваются как первоначальная стадия формирования всех типов болотных массивов. Соответственно, при инженерной подготовке территории, когда болотные образования частично срезались либо производилось их захоронение на полную мощность, непосредственно на минеральных грунтах прослеживались торфа низинного типа. Такие образования имеют высокое содержание тонкодисперсной фракции d<0,001 мм, которое связано со степенью их разложения. Необходимо отметить и характерные для исследуемой территории виды торфов, такие как сфагновые, древесно-сфагновые, сфагново-тростниковые, основным растением - торфообразователем которых является сфагновый мох. Торфа, находящиеся выше и ниже уровня грунтовых вод, имеют богатую гетеротрофную микробиоту: бактерии, микромицеты, актиномицеты, микроводоросли. Согласно выполненным исследованиям содержание различных физиологических групп микроорганизмов зависит от окислительно-восстановительных условий подземной среды.
болота и заболоченные участки
объекты исследования «снятые болота»
Рисунок 1 - Схематическая карта распространения болот на территории Санкт-Петербурга
В аэробных условиях при Eh > +50 mV (выше уровня грунтовых вод) преобладают следующие группы бактерий: нитрифицирующие (более 104 клетки/г), тионовые (104 - 105 клетки/г), целлюлозоразлагающие (более 102 клетки/г); при Eh = 50 - 0 mV (переходная зона): денитрифицирующие (106 клетки/г), в анаэробных условиях - Eh < 0 mV: аммонифицирующие (106 - 107 клетки/г), сульфатредуцирующие (106 клетки/г.), целлюлозоразлагающие (103 - 104 клетки/г), метанообразующие (102 - 104 клетки/г). В торфяниках был подсчитан вес микробной массы и соотношение между различными видами микроорганизмов (таблица 1). Как следует из таблицы 1, увеличение мощности торфов предполагает рост биомассы на единицу выделенной площади.
Таблица 1 - Вес микробной биомассы и соотношение ее компонентов в различных торфяниках (А.В. Головченко, 1993)
Тип торфяника |
Мощность торфяника, м |
Общий вес сухой биомассы, т/га |
Биомасса,% |
|||||
грибной мицелий |
споры грибов |
актиномицеты |
бактерии |
|||||
Низинный высоко зольный |
а |
1,0 |
56 |
96,8 |
2,1 |
0,2 |
0,4 |
|
б |
3,0 |
435 |
98,9 |
0,7 |
0,1 |
0,3 |
||
Низинный нормально зольный |
а |
1,0 |
21 |
89,7 |
7,0 |
0,6 |
2,6 |
|
б |
7,0 |
81 |
84,8 |
10,7 |
0,7 |
3,8 |
||
Верховой |
а |
1,0 |
8 |
57,1 |
25,4 |
1,6 |
15,9 |
|
б |
5,5 |
43 |
59,1 |
23,4 |
1,3 |
16,2 |
Необходимо отметить, что болотные отложения служат природной средой для биохимической газогенерации, поскольку этот процесс связан с деятельностью определенных физиологических групп микроорганизмов - метанобразующих, водородобразующих, сульфатредуцирующих и др. - которые способствуют формированию газов в процессе преобразования органических соединений.
Болотные воды вне зон техногенного воздействия характеризуются низкой минерализацией и преимущественно гидрокарбонатно-натриевым, реже гидрокарбонатно-кальциевым составом. Значения redox-потенциала грунтовых вод в зонах влияния торфяных образований варьируют в широких пределах. Замеры величины Eh в пределах территории Санкт-Петербурга показывают, что в зонах отсутствия болот величина Eh изменяется в пределах +10 - +67 mV, в зоне снятых болот опускается до -40 mV, а в зоне погребенных болот снижается до -100 mV и менее. Так, например, в разрезе района Староневского проспекта, где повсеместно прослеживаются маломощные торфа под техногенными образованиями, Eh составляет -180 mV.
Контаминация торфов и заторфованных грунтов за счет утечек из систем коммунального водоотведения и соответственно поступления питательных и энергетических субстратов: белков, липидов, углеводов, ускоряет развитие и рост болотной микробиоты в 3-4 раза. Кроме того, необходимо принять во внимание также дополнительный привнос микроорганизмов из таких сетей и повышение температуры грунтовых вод.
Торфа рассматриваются как природные геохимические барьеры, обладающие высокой поглотительной способностью, которая зависит от степени их разложения и ботанического состава. Преобладание среди растений - торфообразователей сфагнума определяет высокие сорбционные свойства торфа. Исследования, проведенные РГЭЦ на территории золошлакоотвала в Невском районе Санкт-Петербурга, подтверждают способность торфов поглощать и удерживать тяжелые металлы (таблица 2).
Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в различных отложениях на территории золошлакоотвала
Тип отложений |
Среднее содержание тяжелых металлов, мг\кг |
||||||||||
Hg |
Pb |
As |
Cd |
Zn |
Ni |
Co |
Cr |
Cu |
Sb |
||
Техногенные (гидрозола) |
2,02 |
102,74 |
5,49 |
2,66 |
619,35 |
72,36 |
8,11 |
102,36 |
146,31 |
1,35 |
|
Болотные |
2,46 |
131,37 |
6,10 |
1,98 |
626,7 |
61,41 |
9,08 |
141,28 |
158,35 |
1,49 |
|
Озерно-ледниковые |
0,95 |
56,04 |
4,21 |
0,72 |
279,11 |
30,74 |
5,32 |
52,11 |
61,7 |
0,62 |
Начальная стадия микробной трансформации углеводородов - окислительный процесс, в котором участвуют углеводородокисляющие бактерии - строгие аэробы, способные использовать углеводороды в качестве единственного источника клеточного углерода и энергии. Частично окисленные нефтяные углеводороды становятся доступны различным физиологическим группам микроорганизмов, в том числе факультативным и анаэробным. Такие процессы способствуют самоочищению и саморегуляции состояния подземных вод и водонасыщенных грунтов.
Однако, самоочищение в подземной среде при биохимической деградации нефтепродуктов может сопровождаться усилением метаногенеза, образованием диоксида углерода и сероводорода. Образование сероводорода наблюдается при загрязнении болот сульфатами и протекает под воздействием сульфатредуцирующих бактерий. Сероводородное загрязнение в подземной среде Санкт-Петербурга прослеживается повсеместно.
Таблица 3 - Микробная пораженность и параметры сопротивления сдвигу четвертичных отложений в зонах развития погребенных болот в разрезе Санкт-Петербурга
Тип отложений |
Параметры свойств |
Местоположение объектов исследования |
|||||
жилой дом ВО 12 линия |
«Дом книги» Невский пр. д. 26 |
Промышленный цех ул. Днепропетровская д.14 |
Южная водопроводная станция ул. Юннатов |
Стадион Петровский остров |
|||
Озерно-морские литориновые |
СБ мкг/г |
60,0-81,6 |
- |
93,4-140,8 |
- |
Пески 225,5-282,6 |
|
с, МПа |
- |
- |
0,007-0,032 |
- |
0,009-0,012 |
||
?, град |
- |
- |
0-2 |
- |
10-12 |
||
Озерно-ледниковые |
СБ мкг/г |
120,0-131,2 |
151,0-188,7 |
151,6-177,0 |
105,0-143,0 |
250,0-280,0 |
|
с, МПа |
0,009-0,019 |
0,015-0,024 |
0,016-0,018 |
0,012-0,018 |
0,014-0,018 |
||
?, град |
0-2 |
0-3 |
0-2 |
0-2 |
0-2 |
||
Моренные |
СБ мкг/г |
100,0-104,0 |
72,5-110,5 |
62,4-145,5 |
100,0-254,0 |
- |
|
с, МПа |
0,018-0,023 |
0,017-0,028 |
0,02-0,024 |
0,019-0,028 |
0,015-0,02 |
||
?, град |
0-5 |
0-4 |
0-3 |
0-4 |
3-4 |
Примечание: количество определений показателей механических свойств более 10
2. Нисходящий инфильтрационный и диффузионный поток органических компонентов биогенного и абиогенного генезиса из погребенных болотных массивов сопровождается накоплением органических коллоидов, микробных клеток и продуктов их метаболизма в подстилающих дисперсных отложениях за счет процессов физического, механического и биологического поглощения и приводит к резкому уменьшению водопроницаемости, прочности, развитию плывунов и тиксотропных свойств в подстилающих песчано-глинистых грунтах.
Торфа и заторфованные отложения являются источником органических компонентов биотического и абиотического генезиса, проникающих с нисходящим инфильтрационным и диффузионным потоком в нижележащие дисперсные породы.
Результатом жизнедеятельности болотной микробиоты, мигрирующей вниз по разрезу в сорбированной и свободной форме, является накопление бактериальной массы - живых и мертвых клеток микроорганизмов, продуктов их метаболизма белковой и небелковой природы в подстилающих породах. Общее содержание белковых соединений выражается с помощью интегрального показателя - бактериальной массы, определяемой по содержанию суммарного белка (СБ), с использованием метода Дж. Бредфорд: СБ=Бжмо+Бммо+Бпм , где Бжмо и Бммо - белок живых и мертвых клеток микроорганизмов, соответственно; Бпм - белок продуктов их метаболизма.
Исследования, проведенные на различных объектах Санкт-Петербурга, расположенных в зонах развития погребенных болотных отложений, показали значительное увеличение бактериальной массы в подстилающих породах (величина СБ достигает 280 мкг/г), при этом наблюдается снижение показателей сопротивления сдвигу, прежде всего угла внутреннего трения вплоть до нулевых значений и как следствие переход глинистых пород под болотами в квазипластичное состояние (таблица 3). В четвертичных отложениях разреза в зонах снятых болот значения СБ снижаются до 110 мкг/г, однако и при таких величинах суммарного белка глинистые породы находятся в квазипластичном состоянии. Глинистые породы в зонах отсутствия болот и техногенного загрязнения обычно имеют значение СБ < 40 мкг/г. Для оценки динамики снижения параметров сопротивления сдвигу выполнены специальные экспериментальные исследования (физическое моделирование) влияния торфов на наиболее прочные и устойчивые четвертичные отложения - моренные суглинки. Длительное воздействие торфов привело к преобразованию состава, состояния и физико-механических свойств отложений. Наблюдалось снижение характеристик прочности, угла внутреннего трения с 150 до 40, а сцепления с 0,03 МПа до 0,025 МПа, при этом величина микробного белка возросла от 60 до 250 мкг\г (рисунок 3). Все образцы морены разрушались по типу пластического деформирования. Под воздействием торфяных образований происходит образование в морене минерала гидротроилита (FeS*nH2O), в процессе редукции железа и ?, град формирования сероводорода.
№№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
We, % |
17,0 |
17,0 |
17,2 |
17,4 |
|
IL |
0,11 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
Рисунок 3- Изменение параметров сопротивления сдвигу моренных суглинков под воздействием торфяных образований
Песчаные разности под болотными отложениями, на исследуемых объектах, обладали свойствами плывунов и требовали применения специальных методов проходки, в отдельных случаях наблюдалось газовыделение. Пески, в которых отмечается активная микробиологическая деятельность, проявляют ярко выраженные плывунные свойства, хотя их гранулометрический состав не отвечает зерновому составу истинных плывунов. Переход песков в плывунное состояние связан с сорбцией тонкодисперсных частиц биотического и абиотического генезиса на зернах песка.
Процесс перехода песков в состояние плывунов в результате снижения коэффициента фильтрации и их водоотдачи под влиянием торфяных отложений был промоделирован в лабораторных условиях. Исследования физических моделей позволили оценить характер снижения коэффициента фильтрации среднезернистых песков в зависимости от роста величины бактериальной массы, а также преобразование их гранулометрического состава. Коэффициент фильтрации песков при значениях СБ, близких к нулевым, составлял 16 - 22 м/сутки. Сорбция микроорганизмов и продуктов их метаболизма на частицах песка и заполнение его порового пространства снизило величину коэффициента фильтрации до 1,5 м/сутки (рисунок 4).
Рисунок 4 - Изменение проницаемости среднезернистых песков во времени под влиянием торфяных отложений и роста содержания суммарного белка
Проведенные эксперименты подтверждают характер зависимости экспоненциального вида, установленной ранее проф. Р.Э. Дашко, между величиной суммарного белка (СБ) и коэффициентом фильтрации, которая была получена по результатам исследований микробно пораженных литориновых песков в историческом центре города:
К(СБ) =
где КСБmin - максимальная величина коэффициента фильтрации песка на начальном этапе при минимальном фиксированном содержании СБmin; К(СБ) - коэффициент фильтрации на момент времени t при накоплении суммарного белка до величины СБ(t); - эмпирический коэффициент, который для среднезернистых песков равен 8*10-4.
Рисунок 5 - Изменение гранулометрического состава песков под торфяными отложениями при увеличении суммарного белка
Удаление биомассы при низкотемпературном прокаливании (до 1100) приводило к существенному повышению значений коэффициента фильтрации до 10 - 16 м/сутки. Однако, по сравнению с первоначальными значениями (16 - 22 м/сутки), наблюдается некоторое снижение этого показателя, за счет появления мелкой и тонкой песчаных фракции в составе песков при увеличении степени микробиологической пораженности (рисунок 5).
В ходе экспериментальных работ учитывалась величина органической компоненты, определяемая по значениям потерь при прокаливании, и составившая менее 0,3% от общей массы при снижении коэффициента фильтрации до 1,5 м/сутки. Следовательно, даже незначительное содержание органической составляющей вызывает резкое снижение водопроницаемости и водоотдачи песчаных разностей за счет развития микроорганизмов и образования продуктов их метаболизма.
3. В расчетах несущей способности свай и свайных фундаментов необходимо учитывать изменение показателей физико-механических свойств песчано-глинистых грунтов, залегающих ниже толщи погребенных болот, на базе использования результатов экспериментальных исследований.
В схемах расчета несущей способности свай, прорезающих погребенные болотные отложения (торфа) предложено (согласно СНиПу 2.02.03-85) вводить силы отрицательного либо нулевого трения только в пределах торфа и перекрывающих его образований - природных либо техногенных. Если в пределах длины погруженной части сваи залегают напластования торфа толщиной более 30 см и возможна планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка, эквивалентная подсыпке, то расчетное сопротивление грунта - fi, расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах длины погруженной части сваи) слоя торфа, предполагается принимать: а) при подсыпках высотой менее 2 м - для грунтовой подсыпки и слоев торфа - равным нулю; б) при подсыпках высотой от 2 до 5 м - для грунтов, включая подсыпку - равным 0,4 значений, указанных в таблице СНИПа 2.02.03-85, но со знаком «минус», а для торфа - минус 0,005 МПа (отрицательные силы трения); в) при подсыпках высотой более 5 м - для грунтов, включая подсыпку - равным значениям, указанным в таблице СНИПа 2.02.03-85, но со знаком «минус», а для торфа - минус 0,005 МПа. Ниже слоя торфа, используют показатели сопротивления сдвигу неизмененных отложений, для глинистых - в зависимости от консистенции и глубины из залегания, а для песчаных - с учетом их гранулометрического состава, плотности и также глубины залегания. Расчет по такой схеме предполагает получение завышенных значений несущей способности висячей сваи. Опыт строительства свайных фундаментов при наличии в разрезе захороненных торфов показывает, что во многих случаях наблюдается развитие длительных и неравномерных осадок, приводящих к переходу сооружения в аварийное либо предаварийное состояние. Для надежности проектирования и повышения достоверности расчетов несущей способности висячих свай рекомендуется ввести уточнение в значения расчетного сопротивления по боковой поверхности. Как известно, величина сопротивления по боковой поверхности представляет собой величину общего сопротивления сдвигу нарушенного сложения: ? = с + ? tg?, где величина ? будет зависеть от глубины, представляя горизонтальную составляющую напряжения собственного веса породы. Как показали проведенные экспериментальные исследования, а также изучение преобразования песчано-глинистых пород под захороненными болотами, наблюдается снижение показателей сопротивления сдвигу с и ? и переход глинистых грунтов в квазипластичное состояние, которое описывается уравнением ? = с, означающим независимость сопротивления сдвигу глинистых пород от величины ?, т.е. от глубины залегания. В связи с этим рекомендуется в глинистых отложениях одного и того же генезиса, возраста и консистенции, залегающих ниже слоя торфа использовать постоянное значение f. Для песков, залегающих под торфами следует снижать величину угла внутреннего трения по результатам экспериментальных исследований их прочности при минимальных нормальных давлениях, обеспечивающих отсутствие уплотнения. Согласно исследованиям, проведенным на различных объектах Санкт-Петербурга, можно проследить закономерность изменения показателей сопротивления сдвигу песчано-глинистых отложений различного генезиса под захороненными болотными отложениями относительно нормативных значений (ТСН 50-302-2004) (таблица 4).
Таблица 4 - Сравнительная оценка показателей сопротивления сдвигу для песчано-глинистых отложений, служащих основанием зданий и сооружений в Санкт-Петербурге
Тип отложений |
Изменение показателя текучести |
с, МПа |
?, град |
|||
ТСН 50-302-2004 |
Опытные данные* |
ТСН 50-302-2004 |
Опытные данные* |
|||
Озерно-ледниковые |
0 < IL ? 0,5 |
0,035-0,023 |
0,028-0,018 |
17-12 |
0-3 |
|
0,6 < IL ? 1,0 |
0,021-0,015 |
0,016-0,012 |
17-12 |
0-2 |
||
1,1 < IL ? 1,7 |
0,013-0,007 |
0,01-0,009 |
17-12 |
0-2 |
||
Моренные |
0 < IL ? 0,5 |
0,030-0,017 |
0,026-0,02 |
24-22 |
0-5 |
|
0,6 < IL ? 1,0 |
0,015-0,01 |
0,02-0,017 |
24-22 |
0-4 |
*Данные получены автором в результате исследования песчано-глинистых отложений различного генезиса под захороненными болотными отложениями
На основании вышеизложенных факторов и проведенной сравнительной оценки приведенных показателей можно рекомендовать для повышения достоверности расчетов несущей способности висячих свай, ввести изменения в значения расчетного сопротивления по боковой поверхности сваи для различных типов отложений под захороненными болотами (таблица 5).
Таблица 5 - Сопротивление по боковой поверхности сваи с учетом преобразования песчано-глинистых отложений Санкт-Петербурга под влиянием захороненных болот
Тип отложений |
Изменение показателя текучести |
Сопротивление по боковой поверхности свай, МПа |
|
Озерно-ледниковые |
0 < IL ? 0,5 |
0,028-0,018 |
|
0,6 < IL ? 1,0 |
0,016-0,012 |
||
1,1 < IL ? 1,7 |
0,01-0,009 |
||
Моренные |
0 < IL ? 0,5 |
0,026-0,02 |
|
0,6 < IL ? 1,0 |
0,02-0,017 |
Заключение
1. Специфика инженерно-геологических и геоэкологических условий в пределах Санкт-Петербурга определяется широким развитием погребенных болот, которые влияют на трансформацию вмещающих песчано-глинистых пород, развитие физико-химических и биохимических процессов, в том числе газогенерацию, а также самоочищение и саморегуляцию подземной среды.
2. Захороненные болота служат основным источником обогащения органическими компонентами биотического и абиотического генезиса, нижележащих дисперсных пород при нисходящим потоке подземных вод.
3. Увеличение бактериальной массы в глинистых грунтах под болотными отложениями, сопровождается снижением показателей сопротивления сдвигу, вплоть до их перехода в квазипластичное состояние.
4. Под влиянием болотных отложений пески различного гранулометрического состава переходят в состояние плывунов в результате снижения их коэффициента фильтрации и водоотдачи, в процессе накопления органической компоненты, развития микроорганизмов и образования продуктов их метаболизма.
5. Для повышения и достоверности расчетов несущей способности свай предложены уточненные показатели сопротивления сдвигу по боковой поверхности свай (f) с учетом квазипластичного состояния глинистого грунта и разуплотнения песков. Проведена сравнительная оценка показателей сопротивления озерно-ледниковых отложений и глинистой морены при различном их физическом состоянии для корректировки характеристик при определении расчетного сопротивления грунтов.
Список основных публикаций по теме диссертации
1. Захарова Е.Г. Влияние изменений окислительно-восстановительных условий на дисперсные породы: геоэкологический и инженерно-геологический аспекты // Материалы V международной экологической студ. конференции, Новосибирск, 2000 г, с.165-167.
2. Захарова Е.Г. Влияние природно-техногенных факторов на развитие микробиоты в геологической среде // Сборник трудов молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета). СПГГИ, 2001. Вып.7, с.23-26.
3. Захарова Е.Г. Анализ деформации и расчет устойчивости набережной Петровского стадиона // Записки горного института т.150 ч.1 СПГГИ, 2002 г, с.22-26.
4. Захарова Е.Г. Роль погребенных болот в развитии экзогенных процессов в подземном пространстве (на примере Санкт-Петербурга) // Материалы молодежной конференции «2-е Яншинские чтения». Москва, 2002 г, с.378-381.
5. Захарова Е.Г. Роль болотной микробиоты в изменении состояния и свойств песчано-глинистых отложений (на примере Санкт-Петербурга) // Записки горного института т.152 ч.1 СПГГИ, 2002 г, с.23-26.
6. Дашко Р.Э. Инженерно-геологический и геоэкологический анализ и оценка условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений в историческом центре Санкт-Петербурга / Дашко Р.Э., Волкова А.В., Захарова Е.Г. // Материалы годичной сессии Научного совета РАН «Сергеевские чтения», вып.5, ГЕОС, Москва, 2003 г, с.159-162.
7. Волкова А.В. Геоэкологический анализ причин разрушения одного из сооружений Южной водопроводной станции в Санкт-Петербурге / Волкова А.В., Захарова Е.Г // Труды международной конференции «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», Санкт-Петербург, 2003 г, с.407-412.
8. Захарова Е.Г. Геоэкологический и инженерно-геологический анализ причин разрушения некоторых сооружений Южной водопроводной станции (Санкт-Петербург) // Записки горного института СПГГИ, 2004 г, с. 22-26.
9. Дашко Р.Э. Влияние геоэкологических и инженерно-геологических факторов при оценке длительной устойчивости некоторых сооружений Южной водопроводной станции в Санкт-Петербурге / Дашко Р.Э., Волкова А.В., Захарова Е.Г. // Материалы годичной сессии Научного совета РАН «Сергеевские чтения», вып.6, ГЕОС, Москва, 2004 г, с.355-359.
10. Захарова Е.Г. Трансформация инженерно-геологических условий под воздействием погребенных болот в Санкт-Петербурге // Материалы международной научной конференции «Севергеоэкотех-2004», ч.1, УГТУ, Ухта, 2005 г, 353-357.
11. Захарова Е.Г. Анализ и оценка негативных последствий захоронения болот в пределах мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга) // Материалы Международной конференции «Город и геологические опасности», часть II, Санкт-Петербург, 2006 г, с.174-181.
Размещено на Allbest.ur
Подобные документы
Характеристика геологического строения, гидрогеологических и инженерно-геологических условий Самарской области. Рельеф и геоморфология. Комплексная инженерно-геологическая и топогеодезическая съемка. Буровые, гидрогеологические и горнопроходческие работы.
отчет по практике [1,7 M], добавлен 29.03.2015Описание физико-географических условий района, включающее орогидрографию, климат района и геологическое строение. Оценка инженерно-геологических условий на основе районирования территории. Методика и условия проведения инженерно-геологических изысканий.
дипломная работа [161,5 K], добавлен 30.11.2010Физико-географическая характеристика Алтайского инженерно-геологического региона в пределах восточной части территории Казахстана. Инженерно-геологическая характеристика пород. Гидрогеологические условия, современные геологические процессы и явления.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 11.03.2011Условия возникновения болот и география их распространения. Исследование классификации болот отечественными и зарубежными учеными. Основные направления использования болот в хозяйственной деятельности. Экологические показатели болотных торфяных ресурсов.
курсовая работа [425,3 K], добавлен 21.03.2016Особенности проектирования автомобильных дорог, их классификация. Опасные инженерно-геологические процессы. Виды инженерно-геологических изысканий при проектировании автомобильных дорог и их назначение. Нормы проектирования автомобильных дорог.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 30.12.2014Оценка характера и режима водоносных горизонтов для принятия действенных мер по дренированию горных выработок на основе анализа имеющихся данных гидрогеологической разведки и расчета показателей. Определение инженерно-геологических условий месторождения.
курсовая работа [61,8 K], добавлен 26.11.2009Физико–географические характеристики района. Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика пород. Гидрогеологические условия Хингано–Буреинского региона. Современные геологические процессы и явления, происходящие в горных породах.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.11.2014Инженерные изыскания — комплекс работ, проводимых для изучения природных условий района, участка, площадки, трассы проектируемого строительства. Геологические и инженерно-геологические карты и разрезы. Методы и стадии инженерно-геологических изысканий.
реферат [25,0 K], добавлен 29.03.2012Оценка инженерно-геологических условий центральной части Нижнего Новгорода и составление проекта инженерно-геологических изысканий для выбора площадки строительства комплекса административных зданий на стадии "Проект". Порядок необходимых расчетов.
курсовая работа [362,3 K], добавлен 21.04.2009Составление инженерно-геологического разреза участка строительства и его интерпретация. Анализ рельефа, горных пород и их свойств, подземных вод, инженерно-геологических процессов. Оценка физико-механических свойств грунтов исследуемой территории.
курсовая работа [18,6 K], добавлен 26.01.2014