Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Инженерная защита зданий и сооружений, построенных на специфических грунтах, от опасных геологических процессов

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Инженерная защита зданий и сооружений, построенных на специфических грунтах, от опасных геологических процессов"

На правах рукописи

Бабаевская Лидия Вячеславовна

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА СПЕЦИФИЧЕСКИХ ГРУНТАХ, ОТ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (на примере г. Ставрополя)

Специальность 25.00.36 «Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 5 СЕН 2013

005532Ь»^

Москва

-2013 г.

005532583

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических

наук, профессор Галай Борис Федорович.

Официальные оппоненты: Чернышев Сергей Николаевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры «Инженерная геология и геоэкология».

Политов Сергей Иванович

кандидат технических наук, доцент, филиал ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» в г. Пятигорске, профессор кафедры «Строительство».

Ведущая организация - ОАО «Институт Ставропольгражданпроект»

Защита состоится 25 сентября 2013 г. в 16:00 на заседании

диссертационного совета Д 212.138.07, созданного на базе ФГБОУ ВПО

«Московский государственный строительный университет» по адресу:

129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, зал ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться В научной библиотеке ФГБОУ ВПО

«Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « /Г » августа 2013 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета Потапов Александр Дмитриевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей проблемой строительства является возведение надежных зданий и сооружений и сохранение существующей застройки в сложных инженерно-геологических условиях. В последние годы эта проблема рассматривалась многими исследователями на международных конференциях: «Геотехнические проблемы мегаполисов» (Москва, 2010, 2011), «Environmental Geosciences and Engineering Survey for Territory Protection and Population safety» (Москва, 2011 г.), а также в ежегодных материалах Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения».

На Северном Кавказе, несмотря на благоприятные природно-климатические условия, повсеместно распространены специфические грунты, с которыми связаны практически все аварийные ситуации региона. Это положение особенно актуально для г. Ставрополя, территория которого отличается разнообразием литологических типов грунтов (известняки-ракушечники, сцементированные песчаники, рыхлые пылеватые пески, просадочные лессовидные суглинки, разнообразные оползневые и усадочно-набухающие глины, техногенные накопления), широким распространением опасных геологических процессов (ОГП).

В последние годы в Ставрополе наблюдается рост аварийных деформаций при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Цель диссертационной работы - дать оценку ОГП и специфическим грунтам, которые оказывают влияние на надежность городской застройки; оценить эффективность методов защиты от ОГП, применяемых на территории г. Ставрополя, и дать научно-обоснованные рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию, строительству, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений на специфических грунтах.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:

1. Изучение инженерно-геологических условий г. Ставрополя, специфических грунтов и связанных с ними опасных геологических процессов, оказывающих влияние на выбор методов инженерной защиты при новом строительстве и реконструкции существующей застройки.

2. Анализ причин деформаций зданий и сооружений, построенных на специфических грунтах г. Ставрополя.

3. Анализ нормативной и научной литературы по защите от ОГП и методам строительства на специфических грунтах.

4. Изучение отечественного и зарубежного опыта защиты зданий и сооружений от опасных геологических процессов и строительства на специфических грунтах.

5. Разработка рекомендаций по применению методов защиты от ОГП для территории г. Ставрополя в зависимости от типа застройки и инженерно-геологических условий.

6. Опытно-производственное опробование новых технологий укрепления специфических грунтов.

Защищаемые положения:

1. Действующие строительные, в том числе федеральные, нормативы по изысканиям, проектированию и строительству недостаточно учитывают специфические особенности грунтов г. Ставрополя.

2. Недостаточная разработка нормативов и слабая изученность специфических грунтов Ставрополя вызвали аварийные деформации многих зданий и сооружений, для исправления которых потребовались значительные средства.

3. Новое строительство и реконструкция существующей городской застройки в сложных инженерно-геологических условиях и повышенной сейсмичности Ставрополя требуют совершенствования действующих и разработки дополнительных нормативов.

4. Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию и строительству на специфических грунтах г. Ставрополя.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационная работа выполнена в рамках паспорта специальности 25.00.36 «Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)». Задачи исследования соответствуют трем пунктам формулы специальности.

Научная новизна определяется следующими основными результатами:

1. Доказано распространение на территории Ставрополя четырех типов специфических грунтов, для изучения которых требуется дополнительный комплекс исследований.

2. С учетом требований новых актуализированных нормативов и особенностей специфических грунтов для г. Ставрополя составлены схематические карты распространения специфических грунтов, опасных геологических процессов, сейсмичности.

3. Проведен анализ методов защиты от ОГП и строительства на специфических грунтах.

4. Рекомендованы и опробованы эффективные технологии укрепления специфических грунтов в основаниях строящихся, реконструированных и деформируемых зданий и сооружений.

Личный вклад. Автором впервые проведен комплексный анализ инженерно-геологических условий г. Ставрополя с учетом новых требований строительных нормативов. Автор непосредственно участвовал в оценке инженерно-геологических условий на проблемных объектах г. Ставрополя и принимал личное участие в разработке проектов инженерной защиты от ОГП и укрепления слабых оснований зданий и сооружений.

Для территории г. Ставрополя автором составлены схематические карты: ^распространения специфических грунтов, 2) опасных геологических процессов, 3) сейсмичности, 4) уклонов рельефа, 5) абсолютных отметок поверхности рельефа, 6) распространения лессовидных грунтов с различной степенью обводненности, 7) гидрогеологическая карта гидроизогипс, 8) схема поэтапной застройки территории города, 9) размещения жилой застройки, 10) аварийных и проблемных объектов, которые могут быть использованы при обосновании нового строительства, реконструкции существующей застройки, а так же при разработке нового генерального плана Ставрополя. Даны рекомендации по строительству и эксплуатации зданий и сооружений на территории распространения специфических грунтов.

Методика исследований и достоверность результатов (все работы, приведенные в этом пункте, выполнены лично автором). Автор изучил генеральный план г. Ставрополя (2007 г.), нормативно-правовую базу по градостроительству, проанализировал более 300 изыскательских отчетов на его территории, обследовал основные объекты города, выяснил причины их деформаций и принял участие в разработке и реализации противодеформационных мероприятий. Инженерно-геологические условия территории г. Ставрополя были изучены по фондовым и опубликованным данным, с непосредственным выездом на строительные площадки. Анализ нормативной базы по градостроительству был выполнен в историческом аспекте. При этом были критически изучены строительные нормы и рекомендации региональных и головных НИИ Госстроя РФ и ВУЗов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием и научным анализом значительного объема фактических материалов, адекватностью результатов теоретических и практических исследований, а также отзывами научно-

исследовательских, проектно-изыскательских и строительных организаций Ставропольского края.

Публикации. Основные положения работы отражены в 15-ти публикациях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, содержит 183 страницы машинописного текста, 57 рисунков, 5 таблиц, список литературы, включающий 212 наименований.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору Борису Федоровичу Галаю за постоянное внимание и помощь, оказанную при выполнении работы. Автор признателен сотрудникам кафедры «Строительство», СевКавГТУ (СКФУ), сотрудникам кафедры «Инженерной геологии и геоэкологии» МГСУ за ценные советы, замечания и поддержку, а также руководству и сотрудникам ОАО «Ставропольархитектура», ОАО «СтавропольТИСИЗ», за помощь в период подготовки диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Инженерно-геологические условия г. Ставрополя

В главе рассмотрены: климат, рельеф, состав и свойства горных пород, подземные воды, опасные геологические процессы, влияющие на изыскания, проектирование, строительство, эксплуатацию и реконструкцию зданий и сооружений на территории Ставрополя. Показана уникальность и специфичность его инженерно-геологических условий.

Климат и рельеф. Территория города расположена в подрайоне Ш-Б климатического районирования (СНиП 23-01-99*). На микроклимат города существенное влияние оказывают особенности рельефа: большой перепад отметок (435 м), изрезанность балками и оврагами, наличие крупных лесных массивов.

Литология и стратиграфия пород. Геологический разрез территории Ставрополя представлен коренными породами миоценовых стратиграфо-генетических комплексов и покровными полигенетическими отложениями четвертичного возраста. Эти отложения показаны на геологической карте и опорных геологических разрезах (рис. 1 - 4).

..., --л*,'"^ „('

Рис. 1. Геологическая карта Ставрополя с геологическими разрезами (СтавропольТИСИЗ)

-¡хя

Рис. 2. Геологический разрез по линии II - II (СтавропольТИСИЗ)

Рис. 3. Геологический (СтавропольТИСИЗ)

разрез

по

линии

III-III

.к» 1

I ^¡«Г

Рис. 4. Геологический разрез по линии V - V (СтавропольТИСИЗ)

На территории Ставрополя снизу верх выделены: синдесмиевая глина нижнего сармата (N1 5^ 120 м); в среднем сармате - мамайский мергель (7У'/,^¡т, 7 - 9 м); криптомактровая глина сг, 90 м);

ясеновская песчано-глинистая свита

(ЗУ/У^'о®. 38 м);

карабиновский

известняк-ракушечник (Nt S2car, 5,0 - 6,5 м); рыхлые пылеватые кварцевые пески форштадтской толщи (N,SJr, до 32 м); холоднородниковский известняк-ракушечник (Ni3S2 ehr, 6,0 м); в верхнем сармате - глина (N/Ss, 15,0-20,0 м). Четвертичные отложения представлены: лессовидными суглинками (до 20 м), делювиальными отложениями склонов, элювием коренных пород, оползневыми накоплениями.

Структурно-тектонические строение. В структурном отношении территория г. Ставрополя находится в пределах Ставропольского платформенного сводового поднятия, занимающего центральную часть Предкавказья. Складчатое основание Предкавказья представляет собой эпигерцинскую платформу, сложенную породами палеозоя, а осадочный чехол мезозоем и кайнозоем. Устойчивые восходящие тектонические движения с конца миоцена не оказали существенного влияния на осадочную толщу кайнозоя - в геологическом разрезе Ставрополя слои осадочных пород залегают практически горизонтально (рис. 2 - 4).

Физические и физико-механические свойства грунтов. В табл. 1 приведены средние (нормативные) значения физических, прочностных и деформационных характеристик наиболее распространенных грунтов на территории Ставрополя. Эти характеристики были получены в результате лабораторных и полевых испытаний грунтов (штампами, прессиометрами и статическим зондированием).

Табл. 1. Физико-механические свойства грунтов г.Ставрополя (по данным ОАО «СтавропольТИСИЗ»)

[ОСТЬ, %

п, % е, д. е. Sr

Плотность, г/смЗ

Наименование грунта Р pd ps W,%

Суглинки твердые 1,94 1,61 2,70 20.1

Супеси твердые 1,77 1,57 2,68 9,3

Глины полутвердые 1,91 1,53 2,71 25,4

Известняк- 2,27

ракушечник

Пески пылеватые

маловлажные с 1,61 1,54 2,67 5,4

прослоями

известняков

Пески пылеватые 1,59 1.52 2,67 4,6

маловлажные

Пески пылеватые 1,89 1,49 2,69 2,67

обводненные

Известняк- 1,97

ракушечник

Глина слоистая 1,79 1,33 2,72 34,4

туго пластичная

Глина темносерая 1,78 1,28 2,73 30,4

слоистая

Мергель с прослоями 2,07

известняка

Глина слоистая 1,83 1,36 2,73 34,6

ту го пластичная

Пластичность, %

WL Wp Ip IL

Четвертичные породы

32,2 17.6 15,0 0,05 37.6 0,674 0,81

23,6 19,3 4,3 <0 41,1 0,699 0,36

46,0 24,4 21,4 0,04 43,9 0,783 0,88 Неогеновые породы

Лабораторные Ек, С, . МПа хПа v

С, кПа

24 9 17

26 26 18

Е, М

33 12 26

Расчетное сопротивление одноосному сжатию R=10 МПа

43,2 0,757 0,19 26

42,8

14

10

0,745

- 44,2 0,787 1,0 9,0 9

Расчетное сопротивление одноосному сжатию 11=10 МПа 60.4 24,6 26 0,46 51,5 1,06 0,91 5 24 34 41,9 0,12 53,3 1,14 0,94 6 50 Расчетное сопротивление одноосному сжатию 11=0,8 МПа 69,0 30,6 38,4 0,13 50,2 1,01 0,93 9 0,48

29 29

Гидрогеологические условия. Тотальное подтопление центральной и восточной частей города (50 % площади города) и подъем грунтовых вод до трех и выше метров от поверхности земли произошли в следствие больших водопотерь из водопроводных сетей (по данным Ставропольского Водоканала 14,71 %). Подтоплению способствует слабое дренирование грунтовых вод, обусловленное равнинностью отдельных участков рельефа и наличием слабофильтрующих глинистых грунтов в геологическом разрезе.

Глава 2. Специфические грунты и связанные с ними опасные геологические процессы на территории г. Ставрополя Согласно СП 11-105-97 (часть III), на территории Ставрополя автором выделены следующие специфические грунты:

1) коренные глинистые грунты и продукты их выветривания (майкопского и сарматского возраста); 2) форштадтские пески среднего сармата; 3) покровные лессовидные суглинки; 4) техногенные грунты различного состава. Эти грунты относятся к III-й категории сложности инженерно-геологических условий (СП 11-105-97, часть I) и к Ш-й категории по сейсмическим свойствам, повышая расчетную сейсмичность территории на 1 балл (СП 14.13330.2011), до 8 баллов.

Опасные геологические процессы включают: подтопление застроенной территории, оползневые процессы, просадочность лессовых грунтов и пылеватых песков, набухание и усадку глинистых грунтов.

Сейсмичность Ставрополя изучена недостаточно, а имеющиеся материалы противоречивы. До 1994 г. город был отнесен к 6-балльной зоне. В 1994 г. фоновый балл подняли до 7, а за счет специфических грунтов расчетная сейсмичность на 70% площади поднялась до 8 баллов и составила 95% площади города (табл. 2). В связи с повышением сейсмичности (в 1994 г.), все ранее построенные здания и сооружения стали несейсмостойкими, опасными для эксплуатации.

Табл. 2. Сейсмическая интенсивность микрорайонов

г.Ставрополя по карте СМР СтавропольТИСИЗа (1998) и схематической

Сейсмическая интенсивность микрорайонов 6 7 8

Занимаемая площадь на картах, в % от площади города

Карта СМР (1998) 12 63 25

Схематическая карта (по СП 14.13330.2011) - 5 95

Глава 3. Градостроительный анализ г. Ставрополя

С момента основания Ставрополя (1777 г.) выделено 5 этапов застройки города. На всех этапах инженерно-геологические условия

являлись градостроительным фактором, который недостаточно учитывался как в старых генеральных планах города, так и в новом.

Глава 4. Деформации зданий и сооружений, построенных на специфических грунтах г. Ставрополя

Автором в течение 2008 - 2012 гг. были обследованы аварийные и проблемные объекты города Ставрополя, деформации которых во всех случаях связаны со специфическими грунтами и опасными геологическими процессами. На рис. 7-а и 7-6 показаны примеры аварийных деформаций зданий г. Ставрополя.

Рис. 7-а. Деформации здания Рис. 7-6. Деформации жилого Духовной семинарии в центре дома по ул.Маяковского, 16, г. Ставрополя, построенной на обусловленные набуханием и насыпных грунтах и на оползневом усадкой глинистых грунтов, склоне. Раскрытие трещин до 40 мм. Трещины шириной до 30 мм.

Глава 5. Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию и строительству на специфических грунтах

г. Ставрополя

Вопросы безопасности и надежности зданий и сооружений, связанные с региональными специфическими грунтами и опасными геологическими процессами, для каждого города индивидуальны. Для г. Москвы, по инициативе Московской городской Думы, были сформулированы и частично решены четыре задачи, связанные с безопасным строительством: «1) актуализация существующих нормативных документов, 2) разработка и утверждение Градостроительного кодекса Москвы, 3) совершенствование инженерно-геологических карт города, 4) совершенствование системы комплексного мониторинга природно-техногенной

ситуации» (И. Святенко, 2007). Для Ставрополя на административном уровне они пока не рассматривались.

Инженерно-геологические изыскания на специфических грунтах включают большой объем исследований, регламентированных действующими СНиП и СП. Но при этом следует согласиться с В. И. Теличенко и А. Д. Потаповым (2008, 2009) в том, что рекомендательные документы федерального уровня дают лишь общие рекомендации по выполнению изысканий, а «проектировщики практически ничего не знают об инженерно-геологических условиях территории, не представляют себе особенностей влияния сооружения на природные условия и наоборот. Изыскатели, в свою очередь, не разбираются в проектной работе».

Предлагаемые рекомендации являются первой попыткой «нормотворчества» для решения геотехнических проблем в г. Ставрополе с учетом требований действующих нормативов и особенностей выделенных нами специфических грунтов {глинистые грунты, пылеватые пески, лессовидные суглинки и техногенные накопления).

5.1 Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию, строительству, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений на глинистых грунтах г. Ставрополя

Для глинистых грунтов г. Ставрополя характерны набухание и усадка на равнинных участках и оползневые процессы на склонах.

Для борьбы с набуханием и усадкой из мероприятий, рекомендованных СП 22.13330.2011 обычно применяют только водозащитные мероприятия: планировку территории, отмостки, ливнестоки и различные виды дренажей. Специалисты МГСУ (Инженерная геология, 2010/10) обратили внимание на трудности уплотнения грунтов в обратных засыпках, которые рекомендуют заполнять малосжимаемым грунтом с устройством дренажей. Для Ставрополя проблема качественного выполнения обратных засыпок осложняется наличием специфических грунтов, чувствительных к обводнению и сезонным колебаниям влажности в активной зоне оснований фундаментов.

Для уплотнения обратных засыпок успешно применялись пневмопробойники, рекомендованные Инструкцией по устройству обратных засыпок грунта в стесненных местах (СН 536-81); буропабивные шиековые сваи в соответствии с «Рекомендациями по проектированию и устройству буронабивных грунтовых свай,

изготовленных шнековым способом в просадочных и слабых грунтах» (СевКавГТУ, 2008). В качестве рабочего материала для шнековых свай при укреплении слабых глинистых грунтов обратной засыпки можно рекомендовать сухие смеси с цементом или негашеной известью;

Для борьбы с набуханием и усадкой также рекомендуем слоистые экраны в виде чередования прослоев песка и глины.

Свайные фундаменты считаются эффективным способом строительства на набухающе-усадочных грунтах. При этом предпочтение часто отдают буронабивным бетонным сваям, так как забивные сваи часто требуют бурения лидерных скважин. При обводнении набухающие глины сильно снижают свою несущую способность, что может привести к срыву свай. При проектировании ж/б свай следует учитывать засоленность и агрессивность глин, а также повышенную сейсмичность территории и отсутствие надежного слоя для свайных фундаментов. Поэтому применение свай на территории г. Ставрополя требует дополнительного и специального обоснования.

Строительство на оползневых склонах Ставрополя осложняется следующими причинами: 1) слабой изученностью механизма оползневых процессов, 2) несоответствием расчетных схем фактическому развитию оползней и 3) неэффективностью применяемых противооползневых мероприятий.

«Рекомендации по изысканиям на глинистых оползневых склонах Северного Кавказа» (ПНИИИС, 1983) с учетом требований новых нормативов нуждаются в корректировке. Оползневые склоны Ставрополя часто имеют коэффициент устойчивости Куст до 1,4 - 1,5, т.е. превышают 1,0. Такое несоответствие расчетных схем фактическому развитию оползней мы объясняем: 1) слоистостью глинистых отложений и наличием в них песчаных прослоев, которые затрудняют представительный отбор образцов для лабораторных испытаний на сдвиг и способствуют развитию суффозионных процессов, не моделируемых в лабораторных условиях; 2) развитием долговременных процессов релаксации и ползучести глинистых грунтов в оползневом массиве; 3) разупрочнением грунта за счет разрушения его структурных связей суффозионными процессами.

Стандартные исследования оползневых склонов необходимо дополнить: 1) мониторингом оползневых процессов по специальным программам, составленным с участием научных организаций; 2) более глубоким изучением строения, состава и свойств специфических

глинистых грунтов на территории г. Ставрополя; 3) анализом эффективности существующих противооползневых, мероприятий и опробованием новых методов укрепления оползневых грунтов. 5.2 Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию, строительству, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений на форштадтских песках г. Ставрополя

Форштадтские пески представляют собой рыхлые пылеватые отложения, проявляющие при замачивании просадочные свойства, а в обводненном состоянии превращаются в типичные плывуны. Отбор ненарушенных монолитов из этих слабо связных песков представляет большие трудности. При отборе из скважин песок в грунтоносе уплотняется, а ниже уровня грунтовых вод отбор монолитов песка невозможен.

Оценка плотности, модуля деформации и угла внутреннего трения форштадтских песков местными изыскателями производится ошибочно по результатам статического зондирования с использованием нормативных таблиц СП И-105-97, которые относятся «к кварцевым и квариево-полевошпатовым песчаным грунтам четвертичного возраста с величиной удельного сиепления менее 0,01 МПа». Исследуемые пески по всем этим критериям не отвечают требованиям нормативов: они не являются четвертичными образованиями, в их составе заметную роль играют карбонаты, из-за чего удельное сцепление часто превышает 0,01 МПа, а по полевым испытаниям составляет С = 0,038 МПа, что почти в 4 раза превышает значение, указанное в нормативах (0,01 МПа). Такое зондирование превратило рыхлые пески в плотные грунты. Для объяснения причин деформаций зданий, построенных на песках г. Ставрополя, требуется надежная оценка их физико-механических свойств с использованием полевых установок Л. С. Амаряна (1986), стандартных штампов и опытных фундаментов.

Поверхностный слой рыхлых песков Ставрополя можно уплотнить виброкатками или заменить на уплотненную подушку. Глубинное уплотнение форштадтских песков на всю глубину разреза (до 30-32 м) глубинными вибраторами практически невозможно. Глубинные взрывы, которые практиковались для уплотнения аллювиальных песков в Санкт-Петербурге (П.Л.Иванов, 1983), в условиях плотной городской застройки Ставрополя невозможны, также они могут привести к активизации оползневых процессов.

Уплотнение песчаными сваями с пригрузом насыпью (Абелев, 1973) затрудняется бурением скважин из-за прослоев известняка.

Перспективным методом уплотнения водонасыщенных песков Ставрополя может быть вакуумная технология, теоретически обоснованная 3. Г. Тер-Мартиросяном (Геотехника 2011, №2).

Для глубинного уплотнения водонасыщенных плывунных песков с участием автора в центре Ставрополя (здание Сельхозакадемии) были опробованы буронабивные песчаные сваи, изготовленные шнековым способом. Для укрепления водонасыщенных форштадтских песков можно применить известковые сваи, изготовленные шнековым способом. Перспективным методом укрепления форштадтских песков могут быть буроинъекционные сваи (Рекомендации по применению буроинъекционных свай, 1984; П. А. и В. П. Коноваловы, 2011). При этом следует учитывать, что «Не всякое усиление фундаментов деформирующегося здания буроинъекционными сваями дает положительный эффект» (П. А. и В. П. Коноваловы, 2011). В. М. Улицкий, А. Г. и К. Г. Шашкины (Геореконструкция, 2010) сообщают, что «стена из секущих буровых свай» привела к разрушению нескольких зданий в Петербурге.

Свайные фундаменты при строительстве на форштадтской толще песков в Ставрополе ограничиваются следующими факторами:

1) наличием в толще прослоев крепких известняков-ракушечников;

2) отсутствием надежного несущего слоя для опирания концов свай;

3) СП 24.13330.2011 запрещает в сейсмических районах «опирание нижних концов свай на рыхлые водонасыщенные пески».

Оценку сейсмогенного разжижения форштадтских песков рекомендуем выполнять с использованием критериев сейсмогенной разжижаемости грунтов БРЬ, предложенных Ю. К. Черновым и А. Ю. Черновым (2007).

Форштадтские пески являются наиболее уязвимым элементом геологической среды города, так как питают все родники Ставрополя, неся основную техногенную нагрузку промышленных предприятий города. Вблизи зданий СКФУ в 70-80-е годы в двух шламохранилищах бывшего завода Люминофоров осталось более 200 тыс. м токсичных отходов, содержащих тяжелые металлы (цинк, свинец, кадмий и др.), следы которых были обнаружены в родниках и подземных водах. Геоэкологический мониторинг опасных объектор не проводится.

5.3 Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию,

строительству, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений на лессовидных грунтах г. Ставрополя

Лессовые грунты Ставрополя имеют в целом незначительную мощность (до 8-10 м), изредка достигая 20-25 м. В связи с тотальным подтоплением, на многих участках города они утратили просадочные свойства при дополнительных нагрузках и превратились в обводненные сильносжимаемые грунты. Обводнение лессовых толщ ограничило применение стандартных штампов площадью 5000 см2, которое возможно только выше уровня грунтовых вод. Для оценки прочностных и деформационных свойств обводненных лессов следует применять статическое зондирование и винтовые штампы (ГОСТ 19912-2001), которые в Ставрополе не получили широкого распространения, так как рассматриваемые грунты изыскатели относят к неспецифическим делювиальным суглинкам.

При наличии маломощных просадочных лессовых грунтов успешно практикуется замена их на грунтовую подушку. При прорезке буронабивными и забивными ж/б сваями в связи с отсутствием надежного несущего слоя, требуется уточнить несущую способность свай с испытанием на сейсмические нагрузки, как этого требует СП 14.13330.2011. Для укрепления просадочных и обводненных лессовых грунтов в основаниях вновь строящихся и аварийно-деформированных зданий были успешно применены буронабивные грунтовые и бетонные сваи, изготовленные шнековым способом (Рекомендации СевКавГТУ, 2008). Перспективным методом укрепления водонасыщенных лессовых грунтов могут быть известковые сваи (М. Ю. Абелева, 1973). Технологию М. Ю. Абелева можно усовершенствовать, если применить шнековый способ набивки извести.

5.4 Рекомендации по инженерным изысканиям, проектированию и строительству, реконструкции и эксплуатации зданий и

сооружений на техногенных грунтах г. Ставрополя СП 22.13330.2011 рассматривает насыпные грунты, отходы производств и бытовые отходы как специфические техногенные грунты, подверженные процессу самоуплотнения от 10-15 до 20-30 лет. Автором составлена схема распространения техногенных грунтов на территории Ставрополя. В балках и оврагах образовались мощные (до 20 м) толщи бытовых и промышленных отходов и строительного мусора.

Для этих образований определить время самоуплотнения можно только путем длительного мониторинга с использованием геодезических инструментальных наблюдений за их деформациями (осадкой при самоуплотнении и смещением на склонах).

Из-за большой неоднородности техногенных грунтов, наличия в них крупнообломочных включений и обводнения склонов достоверное определение их физико-механических свойств полевыми методами (динамическое и статическое зондирование, прессиометрия, штамповые испытания) в строгом соответствии с требованиями нормативов, представляет практически неразрешимую задачу.

Свалки являются содержащие неоднородный хорошо фильтрующий материал, служат хорошими дренами для грунтовых вод, загрязняя их и реки города.

А. Д. Потапов и др. (Сергеевские чтения, 2003) основной задачей освоения техногенно загрязненных территорий под городскую застройку считают санирование. В Ставрополе санирование не проводится. При планировке ставропольских оврагов и балок следует воспользоваться градостроительными рекомендациями МГСУ (Инженерные изыскания, 2010, №10). Планомерная отсыпка отрицательных форм рельефа отвалами чистого грунта, полученного при разработке котлованов, даст дополнительную площадь для застройки центра города.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В настоящее время важнейшей проблемой в г. Ставрополе является строительство надежных новых зданий и сооружений и сохранение существующей застройки в сложных инженерно-геологических условиях. Решение этой проблемы в условиях г. Ставрополя осложняется специфическими грунтами, опасными геологическими процессами и повышенной сейсмичностью, которые недооцениваются местными изыскателями, проектировщиками и строителями. Это привело к деформациям многих зданий и сооружений, включая федеральные памятники архитектуры, общественно значимые объекты Русской Православной церкви, Дворец бракосочетаний (бывшая синагога) и здание музея им. Гречишкина (бывшая мечеть). Деформации всех зданий Ставрополя оказались связанными со специфическими грунтами и опасными геологическими процессами.

2. На территории Ставрополя автором выделено и детально изучено четыре типа специфических грунтов, занимающих около 95 % площади города: коренные глинистые грунты и продукты их выветривания (майкопского и сарматского возраста); форштадтские пески среднего сармата; покровные лессовидные суглинки; техногенные грунты различного состава. Показана специфика состава и свойств этих образований в связи с анализом аварийных ситуаций на конкретных объектах.

3. Выполнен научный анализ причин деформаций зданий и сооружений, построенных на специфических грунтах г. Ставрополя.

4. Выполнен анализ действующих нормативов и научно-технической литературы по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на специфических грунтах, показана ограниченность их применения для г. Ставрополя.

5. Проведено опытно-производственное опробование новых эффективных технологий укрепления специфических грунтов, разработанных в СевКавГТУ (СКФУ) (буронабивные шнековые сваи с различным рабочим материалом - местные суглинки и пески, негашеная известь, бетонные смеси; кроты-пневмопробойники).

6. С учетом требований действующего СП 14.13330.2011 составлена схематическая карта сейсмичности г. Ставрополя, на которой территория сейсмичности с 8 баллами увеличена на 70% и составила 95% площади города.

7. Впервые для территории г. Ставрополя составлены рекомендации по укреплению специфических грунтов и методам защиты от ОГП в зависимости от сложности инженерно-геологических условий.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Бабаевская, Л. В. Необходимость паспортизации жилья в г. Ставрополе: материалы III международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества в XX веке» / Л. В. Бабаевская. — Т. 1, Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки, г. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009.

2. Бабаевская, Л. В. Оползневые районы города Ставрополя: материалы III международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества в XX веке» / JI. В. Бабаевская, Сайфиев A.B. - Т. 1, Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки, г. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009.

17

3. Бабаевская, Л. В. Этапы застройки территории г. Ставрополя: Материалы XIII научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Бабаевская Л. В. -Т.1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009.

4. Бабаевская, Л. В. Мониторинг жилья в г. Ставрополе: Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год /Бабаевская Л. В., Галай Б. Ф., Галай Б. Б., Токарев М. Ю. - Т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2010.

5. Бабаевская, Л. В. Сейсмические воздействия и безопасность на Северном Кавказе в местах тектонических разломов: Сергеевские чтения. Научное обоснование актуализации нормативных документов инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий. Выпуск 12. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта 2010 г.) / Бабаевская Л. В., Столяров В. Г., Галай Б. Б. -М.: РУДН, 2010.

6. Бабаевская, Л. В. Сейсмические риски городов Северного Кавказа в местах тектонических разломов: Труды международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов» / Бабаевская Л. В., Столяров В. Г., Галай Б. Б. -Т. 5, Москва, 2011.

7. Бабаевская, Л. В. Геотехнические проблемы высотного строительства в г. Ставрополе: Труды международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов» / Бабаевская Л. В., Галай Б.Ф., Стешенко Д.М., Галай Б.Б. - Т.4, Москва 2011.

8. Бабаевская, Л. В. Карты ОСР-97: порядок их применения, случаи и причины увеличения сейсмических рисков: Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год /Бабаевская Л. В., Столяров В.Г., Шевченко М.А. - Т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2010.

9. Бабаевская, Л. В. О строительстве доступного жилья в г. Ставрополе: Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава

СевКавГТУ за 2009 год /Бабаевская Л. В., Галай Б.Ф., Стешенко Д.М., Столяров В.Г. - Т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2010.

10. Бабаевская, Л. В. Совершенствование норм сейсмостойкого строительства: расчётные значения сейсмических ускорений вблизи разломов: Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год / Бабаевская JI. В., Столяров В.Г., Бабашев А. Г. - Т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2010.

11. Бабаевская, Л. В. Причины деформаций 9-ти этажного 180-квартирного дома по проспекту Кулакова, 19 в Ставрополе: Материалы XIV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» /Бабаевская JI. В., Галай Б. Ф. - Т. 1. Естественные и точные науки. Ставрополь, СевКавГТУ, 2010.

12. Бабаевская, Л. В. Применение свайных фундаментов со скользящим слоем на промежуточной подушке в сейсмических районах: Материалы XIV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» / Бабаевская Л. В., Столяров В.Г., Малородов И. В. - Т. 1 Естественные и точные науки. Ставрополь, СевКавГТУ, 2010 с.

13. Бабаевская, Л. В. The seismic safety in the North Caucasus: Materials of the International Conference, EngeoPro - 2011 «Environmental Geosciences and Engineering Survey for Territory Protection and Population safety» / Бабаевская Л. В., Столяров В.Г. -Москва, ИП Киселева Н.В., 2011.

14. * Бабаевская, Л. В. Инженерная защита зданий и сооружений от опасных геологических процессов на территории г. Ставрополя: Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2012. № 3 (32) /Бабаевская Л. В., Стешенко Д. М. - Ставрополь, 2012.

15. *Бабаевская, Л. В. Характеристика инженерно-геологических условий территории г. Ставрополя: Вестник СевероКавказского государственного технического университета. 2012. № 4 (33) /Бабаевская Л. В. - Ставрополь, 2012.

* Примечание: статьи, номера которых отмечены «*», опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru