Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Инженерно-геологическое обоснование строительства зданий повышенной ответственности в сложных природных условиях

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Инженерно-геологическое обоснование строительства зданий повышенной ответственности в сложных природных условиях"

На правах рукописи

□□34Э38Э5

Долганов Алексей Петрович

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ ПОВЫШЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДА)

Специальность: 25.00.08 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата геолого-минералогических наук

1 3 УД? ¿Он)

Волгоград, 2010 г.

003493895

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Синяков Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Анисимов Леонид Алексеевич, ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

кандидат геолого-минералогических наук Зорин Денис Ростиславович, Главное управление архитектуры и градостроительства администрации Волгоградской области

Ведущая организация: ЗАО Нижне-Волжский трест инженерно-

строительных изысканий (г. Волгоград)

Защита состоится «12» марта 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.02 в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д.1, ауд. Б-203.

Факс:(8442)969-991

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «11» февраля 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Махова С. И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последние годы количество высотных зданий в Волгограде непрерывно возрастает, как и их высота (более 100 м). Как правило, многоэтажные здания возводят на свайных или плитных фундаментах. Вместе с тем инженерно-геологические условия (ИГУ) территории Волгограда достаточно сложные, что связано с распространением так называемых специфических грунтов. К ним относятся просадочные, набухающие, слабые и техногенные грунты.

Техногенные грунты вследствие высокой неоднородности в качестве естественного основания для плитных фундаментов не используются. При свайном варианте фундаментов они прорезаются сваями и опираются на сла-босжимаемые грунты. К просадочным грунтам относятся покровные лессовые породы на водоразделах и склонах Приволжской возвышенности, а также погребенные лессовые породы ательского горизонта.

Набухающие грунты представлены глинами майкопской серии палеогена; при замачивании они увеличиваются в объеме, а давление набухания составляет 0,15-0,3 МПа. Другим типом набухающих пород являются глины хвалынского горизонта; их давление набухания достигает 0,5 МПа.

К слабым грунтам относятся озерно-аплювиальные глины и суглинки бекетовского горизонта, образовавшиеся около 10 тысяч лет назад и вследствие этого обладающие высокой пористостью, влажностью, сжимаемостью и крайне низкой прочностью, а также современные аллювиальные грунты.

Все перечисленные выше грунты не могут использоваться в качестве оснований плитных фундаментов без дополнительной подготовки.

Вместе с тем накопленный опыт испытаний свай статическими нагрузками (245 опытов) при длине свай до 30 м и диаметре до 1,5 м позволяет рационально использовать определенные несущие слои грунта для устройства свайных, плитных и других типов фундаментов.

Цель работы. Выявление пространственных закономерностей ИГУ территории г. Волгограда, оценка и прогноз их техногенных изменений.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- анализ современного состояния изученности ИГУ территории;

- изучение особенностей геологических, геоморфологических, гидрогеологических (ГГУ), геодинамических условий, состава и физико-механических свойств (ФМС) грунтов; несущей способности (НС) свай в различных типах грунтов;

- детализация, уточнение и дополнение по новым данным карты инженерно-геологического районирования (ИГР) территории и экспликации к ней;

- сравнительный анализ ИГУ северной и южной части Волгограда;

- оценка и прогноз изменений ИГУ территории под влиянием техногенеза.

Научная новизна.

- впервые для территории г. Волгограда разработана детальная характеристика геологического строения, тектонических, геоморфологических, гидрогеологических, геодинамических условий, состава и физико-механических свойств грунтов применительно к различным типам фундаментов, включая техногенные насыпные и намывные грунты;

- установлены принципиальные различия инженерно-геологических условий северного и южного подрайонов г. Волгограда;

- выявлены пространственные закономерности ИГУ, детализирована и уточнена на основе новых данных разработанная ранее (1981 г.) схема инженерно-геологического районирования территории;

- выполнена оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территории г. Волгограда под влиянием техногенеза;

- выполнено детальное исследование 13 литологических горизонтов 90100 метровой толщи скальных и полу скальных пород палеогена и определение нормативных характеристик сжимаемости каждого горизонта по данным 112 испытаний грунтов статическими нагрузками на штампы; по этим данным установлена тесная связь между сжимаемостью и пористостью (г|=0,85);

- по данньм 245 испытаний грунтов статическими нагрузками на сваи

диаметром от 0,3 до 1,5 м выявлены закономерности НС различных типов свай в 11 важнейших тинах ИГУ.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, инженерно-геологических аналогий (ИГА), математической статистики, картографирования, районирования, инженерной геологии и неотектоники.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Прогноз негативных изменений в массивах горных пород, рельефе, ГГУ, опасных геологических процессах может использоваться и используется в проектных, строительных и изыскательских организациях Нижнего Поволжья при разработке защитных мероприятий. Результаты исследований автора, включая испытания уникальных глубоких забивных и буронабивных свай статическими и динамическими нагрузками, использовались при строительстве ряда многоэтажных зданий. Теоретические положения и методические разработки используются в учебном процессе в ВолгГАСУ при чтении лекционных курсов «Инженерная геология» и «Геоэкология».

Фактический материал. Работа выполнена на основе исследований автора, проведенных во время работы соискателем и обучения в аспирантуре на кафедре инженерной геологии и геоэкологии ВолгГАСУ. Кроме того, был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: буровых, геологических, инженерно-геологических, ГГУ и других исследований различных изыскательских организаций: НижневолжТИСИЗ, ЗАО «Радиан», ООО «Стройинвест», Гипроводстрой и других.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Разработана детальная характеристика геологического строения, тектоники, геоморфологических, геодинамических условий, ГГУ, состава и свойств грунтов Волгограда применительно к различным типам фундаментов.

2. Выявлены пространственные закономерности ИГУ, детализирована и уточнена на основе новых данных схема ИГР территории.

3. Выполнены оценка и прогноз изменений инженерно-геологических

условий территории г. Волгограда под влиянием техногенеза.

4. Обобщены зависимости прочностных и деформационных свойств важнейших типов грунтов от их состава и физических свойств, определены значения НС различных типов свай в основных типах ИГР.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были представлены на отечественных и международных совещаниях и конференциях: VI Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения ресурсов и глобальной энергии» (Астрахань, 2006-2007 гг.); Региональной научно-практической конференции «Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов» (Липецк, 2007 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области» (Волгоград, 2008 г.); «Ученые Волгограда - развитию города» (Волгоград, 2009).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 14 работах.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 150 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, 39 таблиц, 26 рисунков. Список использованной литературы включает 122 наименования.

Автор глубоко признателен научному руководителю проф. В.Н. Синя-кову за его поддержку, внимание и сотрудничество на всех этапах работы. Автор искренне признателен сотрудникам кафедры инженерной геологии и геоэкологии (ИГиГ), в особенности проф. C.B. Кузнецовой и доц. С.И. Маховой за ценные советы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современное состояние изученности инженерно-геологических условий г. Волгограда и прилегающих территорий. Хотя изучение геологии района началось в XVIII веке, первыми яркими ИГ исследованиями явились изыскания Гидропроекта для канала Волго-Дон и Волгоградской ГЭС в 40*-50х гг. В результате был выявлен крупнейший тектониче-

ский разлом между Воронежской антеклизой и Прикаспийской синеклизой (Г.И. Горецкий, Н.П. Синяков, Г.А. Бражников) вдоль долины Волги.

В 1980г. В.Н. Синяковым и C.B. Кузнецовой была впервые составлена карта ИГ районирования Нижнего Поволжья в масштабе 1:500000.

Геологическое строение и тектоника представлены в ряде монографий: Ю.А. Косыгина, Р.Г. Гарецкого, A.JI. Яншина, B.C. Журавлева, Н.В. Неволина, Н.Е. Кунина, JI.A. Анисимова, О.Г. Бражникова, A.B. Бочкарева.

Геологическое строение осадочного чехла отражено в работах Л.Б. Аристарховой, Ю.М. Васильева, A.B. Вострякова, Г.И. Горецкого, Н.И. Николаева, A.A. Свиточа, В.Н. Синякова, П.Ф. Федорова, B.J1. Яхимович.

Геоморфологические условия исследовали: Л.Б. Аристархова, Г.И. Горецкий, Н.И. Гольчикова, А.Г. Доскач, М.М. Жуков, П.А. Каплин, O.K. Леонтьев, Е.Г. Маев, А.И. Москвитин, В.А. Николаев, A.A. Свиточ, П.В. Федоров,

A.B. Цыганков.

ГГУ региона изучены и опубликованы в работах Л.А. Анисимова, А.Я. Гаева, H.A. Маринова, М.П. Распопова, О.И. Серебрякова.

Свойства пород региона изучены в обобщающих работах В.Н. Синякова (1984, 2009), а также С.Н. Егорова, Ю.И. Панова, В.И. Стешенко.

Характеристика геологических и ИГ процессов опубликована в работах

B.Н. Синякова, а также H.H. Гольчиковой, В.В. Дмитриева, В.Н. Зайонца,

C.B. Кузнецовой, Г.И. Леонтьева, A.A. Никонова, В.М. Седайкина, И.О. Тихвинского, A.B. Цыганкова, М.А. Шубина, В.Н. Экзарьяна.

Глава 2. Характеристика инженерно-геологических особенностей территории г. Волгограда. 2.1. Геоморфологические условия и рельеф. Волгоград - крупнейший индустриальный центр Нижнего Поволжья. Протяженность города более 100 км, ширина 3-10 км, площадь около 400 км2, площадь освоенной территории в 2 раза меньше. Город располагается в засушливой зоне.

В геоморфологическом отношении город расположен на юго-востоке

Русской равнины в месте сочленения крупных морфоструктур, представленных хвалынской морской равниной, денудационной равниной Приволжской возвышенности и Ергеней и эрозионно-аккумулятивной долиной р. Волги.

Морская равнина хвалынского возраста является частью Прикаспийской низменности на юге города. На севере она встречается небольшими участками, приуроченными к устьям рек и балок. Денудационная равнина Приволжской возвышенности и Ергеней представлена крутым (от 3-4 до 6-7°), коротким волжским склоном с отметками поверхности от 27 до 154 м. Для склона характерна значительная расчлененность, глубина которой достигает 120 м.

Мощным фактором, преобразующим рельеф города, стала инженерно-хозяйственная деятельность человека. Изменение естественного рельефа вызвано вертикальной планировкой территории, засыпкой оврагов, устьев рек.

2.2. Геологическое строение г. Волгограда обусловлено его расположением в прибортовой зоне Прикаспийской синеклизы. В сфере воздействия строительства здесь принимают участие дисперсные отложения палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем.

Палеогеновая система сложена отложениями царицынской и волгоградской свит и майкопской серии олигоцена-миоцена. Царицынские слои -это алевролиты, аргиллиты, кварцевые пески, песчано-алевритовые породы. Мечеткинские слои волгоградской свиты - песчано-алевритовые породы, песчаники, глауконитово-кварцевые пески, глины; елыианские (киевские) слои - опоковидные глины; майкопская серия олигоцена-миоцена - глины. Неогеновые отложения - ергенинские пески и скифские глины.

Четвертичная система представлена преимущественно отложениями среднего и верхнего плейстоцена и голоцена. В Прикаспийской низменности это аллювиальные пески и глины хазарского горизонта; лессовые породы ательского и верхнехвалынского горизонтов, морские хвалынские глины и суглинки; современные аллювиальные, делювиальные отложения, оползневые образования, техногенные накопления, а также аллювиальные и озерно-аллювиальные верхнечетвертичные и современные суглинки, супеси. На

Приволжской возвышенности выделяются лессовые среднечетвертичные и верхнечетвертичные породы валдайского горизонта.

2.3. Гидрогеологические условия. Приведена характеристика каждого из 13 водоносных горизонтов и комплексов мезо-кайнозойских отложений, представляющих наибольший интерес в сфере инженерно-хозяйственного воздействия на геологическую среду: техногенного, аллювиального, бекетов-ского, сарпинского, хвалынского, двух лессовых (валдайского и ательского), хазарского, ергенинского, майкопского, киевского, мечеткинского, царицынского. Охарактеризованы водовмещающие породы, их мощность, зоны питания и разгрузки, глубина залегания и скорость подъема уровня подземных вод (УПВ), амплитуды колебания, минерализация и агрессивность ПВ, рН. Дана характеристика водоупоров и степень подтопления территории грунтовыми водами.

Характеристика ГГУ дана с учетом их изменений в результате инженерно-хозяйственного освоения территории города, которые выражаются в подъеме УПВ со скоростью до 1,5 м/год, формировании верховодки.

2.4. Состав и физико-механические свойства грунтов. Приводится детальная характеристика состава, состояния и свойств пород Волгограда, основанная на обобщении результатов более 8 тыс. полевых и лабораторных исследований, с использованием данных В.Н. Синякова, C.B. Кузнецовой, С.Н. Егорова, Ю.И. Панова, И.А. Сафохиной, В.И. Стешенко.

Составлены таблицы статистических характеристик состава и показателей ФМС важнейших генетических типов четвертичных отложений: глин и суглинков хвалынского горизонта, аллювиальных и озерно-аллювиальных глин и выполнен анализ изменения состава и свойств пород в зависимости от возраста и генезиса. Аналогичные таблицы были составлены для трех типов лессовых просадочных пород Прикаспийской впадины и Приволжской возвышенности.

Детально охарактеризованы физические свойства, прочность и сжимаемость грунтов майкопской серии олигоцена-миоцена, опоковидных глин

киевской свиты, оливково-зеленых глин мечеткинской свиты эоцена.

Песчаные породы представлены слабосжимаемыми морскими хвалын-скими отложениями и ергенинскими песками неогена.

Особым типом пород являются песчано-алевритовые породы (ПАП) палеогена. По составу это породы, переходные от песков к песчаникам: от песков они отличаются наличием кремнистой цементации, а от песчаников -более низкой прочностью. Толщина массива пород равна 90-100 м, в нем выделено 13 горизонтов ПАП, разделенных песчаниками. По данным 112 испытаний грунтов штампами, величина модуля деформации Е изменяется от 30 до 67 МПа, что соответствует категории грунтов от среднесжимаемых до ма-лосжимаемых.

Эти же данные были использованы для выявления корреляционной связи между физическими свойствами и величиной модуля деформации грунтов. Максимальная теснота связи (т)=0,85) была установлена для полиномиальной модели при использовании коэффициента пористости в качестве

Т)

фактора-аргумента. Зависимость сжимаемости грунтов от коэффициента пористости приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Значения модуля деформации песчано-алевритовых пород в _зависимости от коэффициента пористости__

Коэффициент пористости, е 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,90

Модуль деформации Ешт, МПа 70 65 59 53 46 37 19

Важно отметить существенное превышение штампового модуля деформации над компрессионным (до 59%), что дает значительную экономию при строительстве.

2.5. Геологические и инженерно-геологические процессы. Для Волгограда, расположенного в засушливой зоне, где распространены слабоувлаж-ненные лессовые и глинистые породы, характерно развитие процессов, связанных с нарушением влажностного режима пород зоны аэрации, что вызывает подъем УПВ, формирование верховодок, подтопление, заболачивание,

просадку в лессах, набухание глин, уменьшение прочности пород, антропогенные оползни и эрозию.

В районах распространения песчаных пород эти процессы отсутствуют.

В Волгограде зафиксировано более 470 участков подтопления зданий и сооружений в результате подъема УПВ, формирования верховодки, не считая территорий заводов и жилых кварталов, где подтоплена вся территория. В районах распространения глинистых грунтов отмечаются проявления набухания (152 участка) и усадки этих же глин при их подсушивании под горячими цехами (50 участков).

Просадки в лессовых породах отмечены в 27 случаях на Приволжской возвышенности и в 13 случаях на хвалынской равнине. С увеличением влажности связано и доуплотнение антропогенных отложений в основаниях сооружений. Антропогенные изменения в подземной гидросфере являются главной причиной образования оползней - 80% из 120 зафиксированных в городе. Глава 3. Пространственные закономерности инженерно-геологических

условий.

3.1. Инженерно-геологическое районирование. В первом разделе главы охарактеризована схема инженерно-геологического районирования территории города, разработанная В.Н. Синяковым и C.B. Кузнецовой и детализированная и уточненная автором. Составлена карта типологического ИГ районирования. В пределах города выделено 7 типов ИГР, различающихся по геологическому строению, рельефу, ГГУ, составу и ФМС пород, современным геологическим процессам.

3.2. Распространение специфических грунтов.

3.2.1. Набухающие грунты. Хвалынские глины относятся к усадочно-набухающим. Залегая выше УПВ, они характеризуются небольшими влажностью и пористостью, консистенцией, обладают высокими ФМС. При повышении УПВ влажность их увеличивается, прочность и сжимаемость резко снижаются: угол внутреннего трения до 2 раз, сцепления до 4 раз, модуля общей деформации до 5 раз.

Это приводит к деформациям сооружений на любых типах фундаментов, в том числе свайных. Испытания статическими нагрузками показали, что сваи длиной 8 м в глинах тугопластичной консистенции выдерживали нагрузку в 50-63 тонн, но при увлажнении их НС снижалась до 38-44 тонн, т.е. на 20-30 %. Под горячими цехами происходит противоположное явление -усадка глин, что также вызывает деформации зданий и сооружений.

Наиболее широко распространены глины майкопской серии. Они также относятся к набухающе-усадочным. В естественных условиях они находятся выше УПВ; консистенция их твердая и полутвердая. На застроенных территориях в результате обводнения они набухают, и модуль деформации глин снижается примерно в 1,5 раза. Аналогичным образом ведут себя набухающе-усадочные оливково-зеленые глины палеогена и отчасти опоковидные ельцинские глины.

3.2.2. Просадочные грунты. Лессовые породы в городе являются необ-водненными до глубины 15-20 м, их замачивание приводит к резкому снижению прочности и сжимаемости, а также к просадочным деформациям. Так, модуль деформации лессовых пород валдайского и ательского горизонтов при увлажнении снижается соответственно в 7 и 10 раз. Коэффициент внутреннего трения ательских суглинков и супесей, испытанных на сдвиг при естественной влажности, составляет в среднем при влажности 0,08 - 0,65, а при влажности 0,22 - 0,21; удельное сцепление снижается при этом с 60 до 20 кПа.

Существенно снижается при обводнении несущая способность свай. Установлено, что в лессовых породах ательского и валдайского горизонтов НС свай длиной 7-9 м, составляющая в грунтах природной влажности 75-88 тонн, снижается после их даже кратковременного замачивания (около месяца) до 44-50 тонн.

3.2.3. Техногенные грунты. Насыпные грунты. Все массивы насыпных грунтов подразделяются на планомерно возведенные насыпи и отвалы. Так, на территории г. Волгограда суммарный объем перемещений грунта составляет (в млн. м3): выемки и срезки грунта — 8,2; крупные дамбы и насыпи —

6,1; откосы на берегоукрепительных работах - 9,1; замытые и засыпанные овраги -28; карьеры местных строительных материалов - 22; земляные работы при сооружении Волжской ГЭС -146,3 млн. м3 (Брылев, 1981).

Грунты планомерно возведенных насыпей характеризуются сравнительно однородным гранулометрическим составом и свойствами.

Грунты свалок, или полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), состоят из бытового мусора, отходов различных промыслов, крупногабаритного мусора, отходов синтетических продуктов, стекла, бумаги, пищевых отходов, текстильных материалов, а также природных минеральных грунтов, использующихся для послойной засыпки складируемого мусора.

Инженерно-геологическая характеристика грунтов свалок. Свалочные грунты входят в состав техногенных или искусственных грунтов, к которым принадлежат также еще две группы: 1) грунты, аналогичные по составу природным грунтам; 2) грунты, состоящие из отходов производства. Ранее площади свалок считались пригодными только для посадки зеленых насаждений, однако в последние годы они интенсивно используются в городах для различных видов строительства, в том числе жилищного.

Изучением свалочных грунтов занимались Ф.В. Котлов (1947, 1962), A.M. Худайбаргенов (1963), P.C. Зиангиров, J1.C. Воскресенская, А.П. Афонин, Ю.Ф. Якимов (1980), В.В. Бабак (1997), А.Д. Потапов, И.В. Дудлер.

Грунты свалок заслуженно считают наименее благоприятным основанием зданий и сооружений. Их главные недостатки следующие: высокая сжимаемость, пористость и проницаемость, обусловливающие большие осадки - до 1,5 раз; очень большая неоднородность вещественного состава, резкое изменение его по простиранию и глубине; низкая несущая способность, неравномерность осадок, возможность деформации сооружений; большое содержание органических включений; отсутствие естественной сортировки материала; неравномерное распределение мощностей на коротких расстояниях; наличие высоко агрессивного фильтрата.

Эти грунты эволюционируют, изменение их свойств происходит в течение короткого времени, сравнимого со сроками службы инженерных сооружений и даже со сроками их проектирования и строительства. ИГ свойства свалочных грунтов изучены слабо, поскольку в процессе инженерных изысканий они не рассматриваются в качестве оснований сооружений и обычно прорезаются сваями или вывозятся на другую свалку.

В Волгограде ежегодно образуется до 2,0 млн. тонн отходов, номенклатура которых насчитывает 300 наименований. Основная их часть (около 90%) складируется на пяти полигонах твердых бытовых отходов (ТБО) и девяти промышленных полигонах, где накоплено около 50,0 млн. тонн отходов.

Общая площадь земель, занятых свалками, составляет 80 га, на которых размещено 267583 куб. м отходов. Данные об ИГУ полигонов ТБО и промышленных полигонов практически отсутствуют (Синяков и др., 2004).

Насыпные грунты в Волгограде являются самым распространенным типом грунтов, особенно в пределах засыпанных оврагов, и представлены песчано-глинистыми разностями, часто с включением кирпичной щебенки, бутового камня, шлака. На участках крупных засыпанных оврагов Архитектурного, Долгого, Крутого и многих других, а также в долине реки Царицы мощность грунтов увеличивается до 13,9 м - 21,5 м. Давность засыпки и за-мыва оврагов превышает 48 лет.

Насыпные глинистые грунты изучались в Волгограде на площадке вблизи Мамаева кургана в 2007 г. По данным 4-х штамповых испытаний, сжимаемость грунтов относительно однородна - модуль деформации изменяется от 14 до 24 МПа, составляя в среднем 18 МПа, что соответствует грунтам средней сжимаемости.

Сжимаемость песчаных грунтов изучалась в процессе двух испытаний их статическими нагрузками на штампы. По гранулометрическому составу они имеют среднюю крупность, по плотности сложения относятся к плотным и средней плотности. По результатам двух штамповых испытаний песков

модуль деформаций составил 15,5 и 19,5 МПа, что соответствует грунтам средней сжимаемости. Угол внутреннего трения изменяется от 27° до 33°.

Намывные грунты в Волгограде целенаправленно созданы в понижениях рельефа. Для возведения намывных сооружений особенно широко используются пески, что обусловлено их легкой разрабатываемостью средствами гидромеханизации. Физико-механические свойства намытых песчаных грунтов формируются в результате их уплотнения и упрочнения во времени. Результаты исследований И.В. Дудлера показали, что уплотнение намытых песчаных грунтов завершается в течение 1-4 месяцев. Однако в результате возникновения в них со временем новых структурных связей рост прочности продолжается в течение 10-12 лет.

В Волгограде намывные пески изучались штамповыми испытаниями в пойме р. Царицы, где в 1961 г. производился намыв песков методом гидромеханизации. Мощность песков составляет 28 м (Емельянов, 1971). Модуль деформации в двух опытах составил 23 и 30 МПа, что соответствует категории среднесжимаемых грунтов.

Очень важно отметить, что проведенные испытания как насыпных, так и намывных грунтов статическими нагрузками на штампы выявили сходство их сжимаемости: обе разновидности относятся к среднесжимаемым грунтам в диапазоне от 15 до 30 МПа. Эти данные вполне корреспондируют с максимальным временем самоуплотнения песчаных намывных и насыпных грунтов, а прошедшие с 1961 года почти полвека в 1,5 раза превышают максимальные сроки самоуплотнения для самой худшей категории грунтов - глинистых свалок, срок уплотнения которых 10-30 лет.

3.3. Распространение геологических и инженерно-геологических процессов. В районах 1 типа - распространения морских хвалынских набухающих глин, залегающих на лессовых просадочных грунтах, развивается выветривание, заболачивание, засоление, речная эрозия, оползни, появление верховодки, подтопление, набухание, просадка.

В районах III, IV и V типов - распространения дочетвертичных отложений, перекрытых лессовыми породами, развиты овражная эрозия, плоскостной смыв, просадка, оползни, появление верховодки, подтопление, заболачивание, набухание и усадка глин, коррозия бетона и металла.

В районах II типа - распространения озерно-аллювиальных песчано-глинистых отложений, развиты заболачивание, засоление, подтопление.

В районах VI типа - распространения аллювиальных песчано-глинистых отложений, преобладают речная и овражная эрозия и аккумуляция, подтопление, заболачивание.

В районах VII типа - распространения искусственных намывных и насыпных пород преобладают овражная эрозия, появление новых водоносных горизонтов, подтопление, заболачивание, антропогенные сели, эоловые процессы.

Глава 4. Инженерно-геологическое обоснование проектирования и строительства оснований и фундаментов на территории Волгограда.

4.1. Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий северной и южной части Волгограда. В первом разделе главы выполнен сравнительный анализ инженерно-геологических условий северной и южной части Волгограда. Итоги анализа представлены в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий _ южных и северных районов Волгограда_

Южные районы (ИГР-1, ИГР- 2, ИГР-6) Северные районы (ИГР-3, ИГР-4, ИГР-5, частично ИГР-7)

Тектоническая позиция

Прикаспийская синеклиза (впадина) Приволжская моноклиналь Воронежской антеклизы

Господствующий тип тектонических движений

Погружение Поднятие

Преобладающие типы четвертичных отложений

Морские, аллювиально-морские, аллювиальные, озерные, эоловые, лессовые Лессовые, элювиальные

Геоморфологические условия

Прикаспийская низменность - плоская ак- Приволжская возвышенность - денудаци-

кумулятивная равнина, сложенная морскими и континентальными четвертичными отложениями ониая равнина, сложенная дочетвертичны-ми отложениями, перекрытыми лессовыми породами

Гидрогеологические условия

Неглубокое залегание УПВ (до 1-5 м) в морских, аллювиальных, озерных отложениях УПВ на неосвоенных территориях располагался в дочетвертичных отложениях. Освоение территории привело к резкому подъему УПВ

Состав и физико-мехаиические свойства грунтов

Преобладают рыхлые четвертичные глинистые, лессовые и песчаные породы морского, аллювиального и озерного происхождения. Голоценовые глины слабо литифици-рованы, верхнеплейстоценовые от слабой до средней литификации, средне- и нижнеплейстоценовые среднелитифицированы Преобладают скальные и полускальные породы мечеткинской и царицынской свит терригенно-кремнистой формации палеогена. Песчаные грунты ергенинской свиты неогена обладают высокой плотностью и малой сжимаемостью

Специфические грунты

Повсеместно распространенные хвалынские глины относятся к сильнонабухающим, особенно на участках соляных куполов. В межкупольных депрессиях хвалынские глины относятся к слабым грунтам, как и аллювиальные старичные грунты. Верхнехва-лынско-современные и верхнечетвертичные ательские лессовые породы являются про-садочными. Покровные лессовые породы являются про-садочными. Олигоценовые глины майкопской серии палеогена и оливково-зеленые глины эоцена относятся к сильнонабухающим. Слабые грунты связаны с долинами притоков Волги: Мечеткой, Царицей, Ельшанкой и др.

Геологические и инженерно-геологические процессы

Современные тектонические движения на соляных структурах со скоростью до 18 мм/год, часто сопровождаемые разломами. Характерно преобладание аккумуляции над денудацией. Оползни и оврагообразование, связанные преимущественно с долиной р. Волги, входят в группу наиболее опасных процессов. На освоенных территориях типичны процессы изменения гидрогеологических условий: резкий подъем уровня грунтовых вод, подтопление, заболачивание, засоление, просадочные явления в лессах, набухание Современные тектонические процессы, связанные с соляной тектоникой, отсутствуют. Характерно преобладание денудации над аккумуляцией. Оползни и оврагообразование, связанные как с долиной р. Волги, так и с многочисленными оврагами, также входят в группу наиболее опасных процессов. Переработка правого берега Волгоградского водохранилища происходит со скоростью от 0,4 до 1,8 м/год в палеогеновых отложениях. На освоенных территориях происходит из-

глин, уменьшение прочности пород и их менение ГГУ, которое вызывает повышение размокание, оползни, коррозия и пр. УПВ, образование верховодки, увеличение

На освоенных территориях развиваются эо- влажности пород и их размокание, корро-ловые процессы и опустынивание зию, оползни и т.д. При подъеме УПВ воз-

никает подтопление, заболачивание и вторичное засоление.

В целом по большинству признаков южные и северные районы резко отличаются. Некоторым исключением является сходство инженерно-геологических процессов в подземной гидросфере, однако и здесь скорости подъема УПВ на хвалынских глинах в Прикаспии существенно выше, чем в лессовых породах Приволжской возвышенности.

Некоторым особняком выглядят районы VII типа-преимущественного распространения искусственных насыпных и намывных пород мощностью до 28 м, которые распространены как в северных, так и в южных районах города, с некоторым преобладанием в северной части. Они возникли в результате ликвидации мелких речек, оврагов и балок.

4.2. Исследование закономерностей несущей способности оснований и фундаментов. Как правило, многоэтажные здания в Волгограде возводят на свайных или плитных фундаментах.

Ниже приведены результаты 245 натурных испытаний свай в 19702009г. (см. таблицу 3) статическими нагрузками в различных инженерно-геологических условиях*.

Таблица 3

Результаты полевых исследований несущей способности свай в различных инженерно-геологических условиях Волгограда_

Несущий слой грунта Глубина погружения, м Частные значения несущей способности свай, ti Количество опытов Примечания

1 2 3 4 5

Сваи - стойки сечением 0,3x0,3 м

Песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена í^m 3,0 80 2

4,0 96 2

4,6-4,8 75 4

5,1-5,6 90 4

5,5 85 3

6,5 80 I

7,5 65-70 2 *лидер 6,0 м

7-9 85 12

11-13 100 3

12 90 3

15 90 2

Эталонные сваи

Песчано-алевритовые юроды мечеткинской :виты палеогена Рда 4,4 81 1

5,3-5,5 75-78 4

5,9-6,0 79-86 4

7,3 86 2

8,0 87 2

8,5 88-97 3

9,5 92 2

Сваи-стойки сечением 0,3x0,3 и

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена Р21г И.З 100 1

11.5 95 1

13.0 100 1

Глины киевской свиты палеогена й^кад 4,0 90 2

5,6 90 1

Пески ергенинской свиты неогена Ы^е 4,5 75 2 ♦лидер 2,8 м

3,0-4,0 85-90 2

Пески хазарской свиты <3н1к 1,6-5,1 80 2

13,0 125 2

Висячие сваи сечением 0,3x0,3 м

Верхнечетвертичные глины хвалынского горизонта шС^шЬу 5,0 70-85 2

7,0 36-60 9

6,5-7,5 35-50 2

7,5 39-60 4

8,0 55-61 2

8,3-9,3 112 2

11,0-13,5 90-106 4

Озерно-аллювиальные глины, суглинки беке-товского горизонта 1-а(2ш-|уЬк, подстилаемые хвалынскими глинами т(Зш11У 16-21 40-45 2

13,5 45 2

Озерно-аллювиальные глины, суглинки беке-товского горизонта 1-аОц|-1уЬк, подстилаемые песками хазарского горизонта 21,6-23 67 2

Лессовые породы Ь<3ш 12 44 2 'уровень грунтовых вод (УГВ) на глубине 6,5 м

*Лнализ и обобщение данных выполнены автором совместно с к.г.-м.н. С.И. Маховой по данным изыскательских организаций НВТИСИЗ, Радиан и др.

15 37,5 2 *УГВ на глубине 10,5 м лидер на глубине 10 м

2,8-7,5 75-105 2

2,8-7,5 32-50* 2 ♦опыты с замачиванием

4,5-6,5 60 2

4,5-6,5 30-40* 2 *опыты с замачиванием

Глины майкопской свиты палеогена Рзшк 7,0 95 1

10,8-12,0 90-100 3

Лессовые породы подстилаемые глинами майкопской свиты Р3шк 8,5 80 2

Лессовые породы атель-ского горизонта с прослоями песков 7-9 87-105 4

10,5 51-55* 3 *опыты с замачиванием

7,5-8,0 52-80* 3 *опыты с замачиванием

Пески ательского горизонта (ЗшМ 4-7 60-80 100

Бу ронабивные сваи диаметром 0,6-0,8 м

Алевролиты царицынской свиты палеогена Рг& 21-22 350 1 свая 304 диаметр 0,6 м, осадка 8,32 мм

500 1 свая 244 диаметр 0,8 м, осадка 8,55 мм

500 1 свая 417 диаметр 0,8 м, осадка 11,70 мм

22 500 1 свая 238 диаметр 0,8 м, осадка 12,97 мм

22 500 1 свая 484 диаметр 0,8 м, осадка 8,42 мм

Буронабивные сваи диаметром 1 м

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена Р21г 29,5 976,9 1 свая 1/109, диаметр 1 м, осадка 13 мм

30,0 935,4 1 свая 1/78, диаметр I м, осадка 14,5 мм

Песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена Ргт 18,2 678,0 1 свая 1, осадка 4,2 мм

18,2 615,0 1 свая 7, осадка 5,5 мм

18,2 705,0 1 свая 53, осадка 6,5 мм

16,2 575,0 1 свая 78, осадка 2,9 мм

18,2 692,0 1 свая 161, осадка 5,9 мм

18,0 660,0 1 свая 179, осадка 2,5 мм

Буронабивные сваи диаметром 1 м с уширением до 1,5 м

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена P2tz 29,5 1340,1 1 свая 1/7 осадка 12 мм

29,5 1364,0 1 свая 1/8, осадка 11 мм

29,5 1164,3 1 свая 1/61, осадка 14,5 мм

29,5 1261,8 1 свая 2/1, осадка 13 мм отчет 3170

С 245

Итоги данных о несущей способности свай (НСС) различных типов и

размеров приводят к следующим выводам.

Сваи-стойки сечением 0.3 * 0,3 м. Важнейшими в Волгограде опорными слоями для свай являются песчано-алевритовые породы мечеткинской и царицынской свит палеогена Р2т.

Глубина забивки свай в эти грунты чрезвычайно редко превышает 3 м, при продолжении забивки сваи разрушаются. НСС не зависит от длины свай и обводненности грунтов; это типичные сваи-стойки, а сваи в глинах киевской свиты палеогена обеспечивают несущую способность 90 т при длине свай 4,0-5,6 м. Пески ергенинской свиты неогена обеспечивают НСС длиной 3,0-4,5 м в диапазоне 75-90 т. Сваи длиной 5 м в хазарских песках имеют НС 80 т, длиной 13 м - 125 т.

Висячие сваи сечением 0,3 * 0,3 м,. К ним относятся сваи в глинах хва-лынского горизонта, которые выше УПВ при длине сваи 5 м обеспечивают НС 70-85 т, снижающуюся при обводнении до 35 т; в глинах и суглинках бе-кетовского горизонта, подстилаемых хвалынскими глинами; при длине свай 16-21 м НС равна 40-45 т; в озерно-аллювиальных глинах и суглинках беке-товского горизонта, подстилаемых песками при длине свай 21,6-23 м — 67 т; в лессовых породах, которые при длине свай 4,5-6,5 м обеспечивают НС 3040 т (опыты с замачиванием); в глинах майкопской свиты, обеспечивающих при длине свай 7 м НС до 95 т; в лессовых породах, подстилаемые майкопскими глинами, которые при длине свай 8,5 м имеют НС 80 т; в лессовых породах ательского горизонта, которые при длине свай 7,5-8,0 м имеют НС в диапазоне 52-80 т; в песках ательского горизонта, которые при длине свай 47 м имеют НС 60-80 т.

Буронабивные сваи диаметром от 0.6 до 1.5 м и глубиной погружения от 16 до 30 м испытывались в однотипных условиях — опорными слоями служили песчано-алевритовые породы палеогена.

Полученные данные о НСС различного диаметра подтверждают очевидную связь между ними. Минимальные значения НСС были получены у свай диаметром 0,6-0,8 м (от 350 до 500 т); максимальные - у свай с ушире-

нием до 1,5 м (от 1164 до 1364 т); промежуточные - у свай диаметром 1 м -615 до 976,9 т, при этом НСС тем больше, чем больше длина сваи.

Таким образом, среди изученных грунтов в качестве опорных слоев для свай-стоек предпочтительны глины киевской свиты палеогена, пески ерге-нинской свиты неогена, пески хазарской свиты и в особенности песчано-алевритовые породы мечеткинской и царицынской свит палеогена. Эти же пять типов грунтов рекомендуются в качестве надежных опорных слоев для фундаментов мелкого заложения.

Заключение

1. Выполнены анализ и обобщение многочисленных опубликованных и фондовых материалов, позволивших выявить современное состояние изученности инженерно-геологических условий территории г. Волгограда и их изменений под влиянием техногенеза.

2. Детально изучены особенности геологических, тектонических, геоморфологических, ГГУ, инженерно-геодинамических условий, состава и физико-механических свойств грунтов территории г. Волгограда.

3. Выполнен сравнительный анализ и установлены принципиальные различия ИГУ северной и южной части г. Волгограда.

4. Выявлены пространственные закономерности ИГУ территории, детализирована и уточнена разработанная ранее карта инженерно-геологического районирования. Экспликация к карте дополнена характеристикой специфических фунтов в соответствии с СП-11-105-97.

5. По данным 245 испытаний грунтов статическими нагрузками на сваи диаметром от 0,3 до 1,5 м и глубиной до 30 м определены значения несущей способности различных типов свай в выделенных типах ИГР.

6. Выполнены оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территории Волгограда под влиянием техногенеза.

Основные положения диссертации

опубликованы в следующих работах:

В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК:

1. Синяков, В. Я. Современные представления о физико-механических свойствах песчано-алевритовых пород мечеткинской свиты палеогена / В. Н. Синяков, С. И. Махова, А. П. Долганов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. - Вып. 12(31).-С. 29-32.

2. Долганов, А. П. Песчано-алевритовые породы терригенно-кремнистой формации палеогена как важнейший фактор устойчивости сооружений на территории г. Волгограда / А. П. Долганов, С. И. Махова, В. Н. Синяков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 13 (32).-С. 11-14.

3. Долганов, А. П. Инженерно-геологические особенности набухающих грунтов территории Волгоградского мегаполиса / А. П. Долганов [и др.] Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 16(35). - С. 49-52.

4. Долганов, А. П. Инженерно-геологические особенности намывных грунтов территории Волгоградского мегаполиса / А. П. Долганов [и др.] // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 15(34). - С. 24-28.

5. Долганов, А. П. Инженерно-геологическая характеристика насыпных грунтов на территории Волгоградского мегаполиса / А. П. Долганов [и др.] // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 15(34). - С. 29-33.

6. Долганов, А, П. Сравнительный анализ сложных инженерно-геологических условий территории Волгоградского мегаполиса в связи с современным многоэтажным строительством / А. П. Долганов [и др.] // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград : ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 16(35). - С. 46-48.

7. Долганов, А. П. Петрографо-минералогическая характеристика грунтов мечеткинской свиты палеогена / А. П. Долганов [и др.] // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и Архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ. - Волгоград : ВолгГАСУ, 2009.-Вып. 14 (33).-С. 17-20.

Монография:

8. Долганов, А, П. Инженерная геология и геоэкология Волгограда / А. П. Долганов [и др.]. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2007. -126 с.

В других научных изданиях:

9. Долганов, А. П. Пространственные закономерности инженерно-геологических условий территории Волгоградской городской агломерации / А. П. Долганов // Южнороссийский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - Астрахань : АГУ, 2007. -№ 1 (25).-С. 77-79.

10. Долганов, А. Я. Современная геодинамика различных типов инженерно-геологических районов Волгоградской городской агломерации / А. П. Долганов [и др.] // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - Астрахань : АГУ, 2007. - № 2 (26). - С. 42-46.

II Долганов, А. П. Инженерно-геологические особенности Волгоградского палеогена / А. П. Долганов [и др.] // Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов : материалы регионал. науч.-практ. конф., г. Липецк, 12-13 декабря 2007 г. - Воронеж : [ВГПУ], 2008. - С. 73-75.

12. Долганов, А. П. Особенности тектоники Волгоградской агломерации и приле-

о

гающих территорий / А. П. Долганов [и др.] // Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов : материалы регионал. науч.-практ. конф., г. Липецк, 12-13 декабря 2007 г. - Воронеж : [ВГПУ], 2008.. - С. 69-73.

13. Долганов, А. П. Оптимизация устройства фундаментов многоэтажных зданий в сложных инженерно-геологических условиях Волгоградского мегаполиса. / А. П. Долганов // Инновационные организационно-технологические ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области : материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 1-3 декабря 2008 г. - Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. - С. 300-305.

14. Долганов, А. П. Пространственные закономерности физико-механических свойств песчано-алевритовых пород волгоградского палеогена / А. П. Долганов // Инновационные организационно-технологические ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области : материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 1-3 декабря 2008 г. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2008. - С. 305-308.

ДОЛГАНОВ АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ ПОВЫШЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ (НА ПРИМЕРЕ ВОЛГОГРАДА)

Автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата геолого-минералогических наук

Подписано в печать .02.10 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № ¿2

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Сектор оперативной полиграфии ЦИТ 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Долганов, Алексей Петрович

Общая характеристика работы.

Введение.

1. Современное состояние изученности инженерно-геологических условий Волгограда и прилегающих территорий.

2. Характеристика инженерно-геологических особенностей территории г. Волгограда.

2.1. Геоморфологические условия и рельеф.

2.2. Геологическое строение.

2.3. Гидрогеологические условия.

2.4. Состав и физико-механические свойства фунтов.

2.5. Геологические и инженерно-геологические процессы.

3. Пространственные закономерности инженерно-геологических условий города.

3.1. Инженерно-геологическое районирование.

3.2. Распространение специфических грунтов.

3.2.1. Набухающие грунты.

3.2.2. Просадочные грунты.

3.2.3. Техногенные грунты.

3.3. Распространение геологических и инженерно-геологических процессов.

4. Инженерно-геологическое обоснование проектирования и строительства оснований и фундаментов на территории Волгограда.

4.1. Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий северной и южной части Волгограда.

4.2. Исследования закономерностей несущей способности оснований и фундаментов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Инженерно-геологическое обоснование строительства зданий повышенной ответственности в сложных природных условиях"

Актуальность проблемы. В последние годы количество высотных зданий в Волгограде непрерывно возрастает, как и их высота (более 100 м) (рис. 1, 2). Как правило, многоэтажные здания возводят на свайных или плитных фундаментах. Вместе с тем инженерно-геологические условия территории Волгограда достаточно сложные, что связано с распространением так называемых специфических грунтов. К ним относятся просадочные, набухающие, слабые и техногенные грунты.

Техногенные грунты вследствие высокой неоднородности в качестве естественного основания для плитных фундаментов не используются. При свайном варианте фундаментов они полностью прорезаются сваями и опираются на слабосжимаемые грунты. К просадочным грунтам относятся покровные лессовые породы, распространенные на водораздельных пространствах и склонах Приволжской возвышенности, а также погребенные лессовые породы ательского горизонта.

Набухающие грунты представлены глинами майкопской серии палеогена; при замачивании они увеличиваются в объеме, а давление набухания составляет 0,15-0,3 МПа. Другим типом набухающих пород являются глины хвалынского горизонта; их давление набухания достигает 0,5 МПа.

К слабым грунтам относятся озерно-аллювиальные глины и суглинки бекетовского горизонта, образовавшиеся около 10 тысяч лет назад и вследствие этого обладающие высокой пористостью, влажностью, сжимаемостью и крайне низкой прочностью, а также современные аллювиальные грунты.

Все перечисленные выше специфические грунты не могут использоваться в качестве оснований плитных фундаментов без дополнительной подготовки.

Вместе с тем накопленный опыт испытаний свай статическими нагрузками (245 опытов) при длине свай до 30 м и диаметре до 1,5 м позволяет рационально использовать определенные несущие слои грунта для устройства свайных, плитных и других фундаментов.

Рис.1. Многоэтажный жилой комплекс «Волжские паруса»

Рис.2. Административный комплекс Волгоград-Сити.

Цель работы. Выявление пространственных закономерностей инженерно-геологических условий (ИГУ) территории г. Волгограда, оценка и прогноз их изменений под влиянием техногенеза.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: анализ современного состояния изученности инженерно-геологических условий территории;

- изучение особенностей геологических, тектонических, геоморфологических, гидрогеологических, геодинамических условий, состава и физико-механических свойств грунтов; несущей способности свай в различных типах грунтов;

- детализация, уточнение и дополнение на основе новых данных карты инженерно-геологического районирования (ИГР) территории и экспликации к ней;

- сравнительный анализ инжеиерно-геологических условий территорий северной и южной части Волгограда;

- оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территории под влиянием техногенеза.

Научная новизна.

- впервые для территории г. Волгограда разработана детальная характеристика геологического строения, тектонических, геоморфологических, гидрогеологических, геодинамических условий, состава и физико-механических свойств грунтов применительно к различным типам фундаментов;

- установлены принципиальные различия инженерно-геологических условий северного и южного подрайонов г. Волгограда;

- выявлены пространственные закономерности ИГУ, детализирована и уточнена на основе новых данных разработанная в 1981 г. схема инженерно-геологического районирования территории;

- выполнена оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территории Волгограда под влиянием техногенеза;

- выполнено детальное исследование 13 литологических горизонтов 90100 метровой толщи скальных и полускальных пород палеогена и определение нормативных характеристик сжимаемости каждого горизонта по данным 112 испытаний грунтов статическими нагрузками на штампы;

- по данным 245 испытаний грунтов статическими нагрузками на сваи диаметром от 0,3 до 1,5 м определены значения несущей способности различных типов свай в выделенных типах инженерно-геологических условий.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, инженерно-геологических аналогий, математической статистики, картографирования, районирования, инженерной геологии и неотектоники.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Прогноз негативных изменений в массивах горных пород, рельефе, гидрогеологических условиях, опасных геологических процессах и явлениях может использоваться и используется в проектных, строительных и изыскательских организациях Нижнего Поволжья при разработке защитных мероприятий. Результаты исследований автора, включая испытания уникальных глубоких забивных и буронабивных свай статическими и динамическими нагрузками, использовались при строительстве ряда многоэтажных зданий. Теоретические положения и методические разработки используются в учебном процессе в ВолгГАСУ при чтении лекционных курсов «Инженерная геология» и «Геоэкология».

Фактический материал. Работа выполнена на основе исследований автора, проведенных во время работы соискателем и обучения в аспирантуре на кафедре инженерной геологии и геоэкологии ВолгГАСУ. Кроме того, был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: буровых, геологических, инженерно-геологических, гидрогеологических и других исследований различных изыскательских организаций: Ниж-неволжТИСИЗ, ООО «Радиан», ООО «Стройинвест», Гипроводстрой и других.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Разработана детальная характеристика геологического строения, тектоники, геоморфологических, гидрогеологических, геодинамических условий, состава и свойств грунтов применительно к различным типам фундаментов.

2. Выявлены пространственные закономерности ИГУ, детализирована и уточнена на основе новых данных схема инженерно-геологического районирования территории.

3. Выполнены оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территории г. Волгограда под влиянием техногепеза.

4. Обобщены зависимости прочностных и деформационных свойств важнейших типов грунтов от их состава и физических свойств, определены значения несущей способности различных типов свай в разных инженерно-геологических районах.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были представлены на отечественных и международных совещаниях и конференциях: V и VI Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения ресурсов и глобальной энергии» (Астрахань, 2006-2007 гг.); VI Международной научно-практической конференции «Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника» (Пенза, 2007 г.); Региональной научно-практической коргференции «Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов» (Липецк, 2007 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные организационно-технологические ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области» (Волгоград, 2008 г.), «Ученые Волгограда - развитию города» (Волгоград, 2009).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 14 работах.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 150 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, 39 таблиц, 26 рисунков. Список использованной литературы включает 122 наименования.