ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

НАУЧНО-ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАФЕДРЫ

“ОСНОВАНИЯ, ФУНДАМЕНТЫ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ГЕОДЕЗИЯ”

 

Г.И. Швецов

 

Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова

 


Научно-творческая деятельность осуществляется в следующих направлениях:

 

1.    Научно-методическая работа, направ-ленная на совершенствование подготовки студентов по специальностям “Промышлен-ное и гражданское строительство” и “Профес-сиональное образование”.

 

2.    Научная работа по теме “Проблемы использования лессовых просадочных грунтов в качестве оснований и фундаментов зданий и сооружений и природно-геологические процессы и явления на территории Западной Сибири и г. Барнаула”.

 

В области научно-методической работы подготовлены и изданы  в издательстве “Высшая школа” два учебника “Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты”. Первое издание учебника опубликовано в 1987 году объемом 18,6 п. л. и второе издание - в 1997 году объемом 20 п. л. Учебник подготовлен для специальности “Профессиональное образование”, выпускники которой призваны работать в строительных техникумах (колледжах) и профтехучилищах. Поэтому отличительной особенностью учебника является изложение учебного материала в сочетании с учебно-методическими рекомендациями по обучению и воспитанию студентов с учетом их будущей специальности инженера-преподава-теля [1, 2].

 

Каждая глава учебника сопровождается рекомендациями по использованию проблемных методов обучения, профессиональной направленности и применению межпредметных связей, технических средств обучения и контроля знаний студентов и др.

 

Второй особенностью является изложение в одном учебнике двух взаимосвязанных между собой курсов - “Инженерная геология” и “Механика грунтов, основания и фундаменты”, что с методической и профессиональной точек зрения является вполне оправданным.

Для студентов специальности “Промыш-ленное и гражданское строительство” в издательстве “Высшая школа” (1991 год) группой авторов кафедры под нашей редакцией опубликован справочник “Основания и фундаменты” объемом 24,0 п. л. В справочнике изложены теоретические основы курса и практические методы проектирования оснований и фундаментов с применением ЭВМ. Поэтому справочник рекомендуется и для специалистов в области оснований и фундаментов [3].

Научно-исследовательская работа проводится в двух взаимосвязанных направлениях:

1.    Исследование лессовых грунтов как оснований зданий и сооружений.

2.    Изучение опасных геологических процессов и явлений на территории Приобского плато и города Барнаула.

Лессовые просадочные грунты занимают значительную часть территории России, широко распространены они в Западной, Восточной Сибири, Поволжье, Северном Кавказе. Отличаются тем, что в природном состоянии являются, как правило, надежным основанием зданий и сооружений. Однако под влиянием замачивания в напряженном состоянии резко снижают свои прочностные свойства, при этом увеличивается их деформативность. Важнейшим признаком лессовых грунтов является их палево-желтый цвет и макропористость, наличие большого количества (до 70-75%) пылеватых частиц, хорошая размокаемость в воде, столбчатая отдельность и наличие мергелистых включений.

Лессовые просадочные грунты в Западной Сибири имеют наибольшее распространение на территории Верхнего Приобья, охватывающей обширный район бассейна р. Оби, от предгорий Алтая на юге до устья р. Томи на севере. На западе он ограничивается Кулундинской низменностью, на востоке - Салаирским кряжем [4].

Анализируя инженерно-геологические  условия лессовых пород Западной Сибири, можно выделить следующие региональные особенности:

1.    Мощность лессовых просадочных грунтов изменяется в пределах от 3-4 м до 10-12 м, т.е. она незначительная. Наибольшей мощности эти породы достигают на территории Приобского и Обь-Чумышского плато, Обь-Чумышской аллювиальной равнины. Для Кулундинской низменности и Ненинской равнины мощность просадочных лессовых пород не превышает 3-4 м, в предгорных районах - 5-6 м. Наиболее распространенными грунтами лессовых пород Верхнего Приобья являются суглинки и, реже, супеси.

2.    По просадочности исследуемые лессовые породы относятся, в основном, к I типу и лишь в отдельных случаях локально встречаются лессовые породы II типа. Это имеет место в юго-восточной части озерно-аллюви-альной Обь-Чумышской равнины, Приобского плато на территории гг. Барнаула и Новосибирска.

3.    Гранулометрический состав лессовых пород юга Западной Сибири характеризуется неоднородностью по вертикали и по площади, наличием линз и прослоек песка.

4.    В пределах Верхнего Приобья широко распространены слои погребенных почв мощностью до 2 м, которые можно рассматривать как специфический горизонт грунтов, обладающих сравнительно надежными строи-тельными свойствами.

В последние годы возникли новые проблемы по эксплуатации построенных зданий на лессовых просадочных грунтах. Наиболее значительная из них - подтопление городских территорий. Для зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах это имеет особое значение. Процесс подтопления вызывает резкое снижение прочностных и деформационных характеристик, при этом возникает дополнительная просадка, разрушение канализационных колодцев, деформации дорожных покрытий и т. д. К сожалению, аварийные состояния зданий и сооружений на лессовых грунтах возникают не только за счет подтопления территорий. Существующие методы устройства оснований и фундаментов страдают определенными недостатками. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками является, как правило, сезонным видом работ. Выполненное осенне-зимнее уплотнение лессовых пород зачастую отличается невысоким качеством и приводит к появлению недопустимых деформаций, из-за отсутствия резерва в городской черте, часто оказывается невозможным и диктует необходимость принятия других решений.

Все это предопределило основные направления научных исследований:

1.    Разработка технологии устройства лессовых оснований, позволяющих в определенных условиях заменить дорогостоящие свайные фундаменты на более экономичные.

2.    Изучение микроструктуры лессовых грунтов, особенно ее изменений под влиянием различных механических воздействий (статических, динамических), позволяющих изучить процесс изнутри, т.е. исходя из строения грунта, его генетических особенностей и тем самым выйти на разработку новых механических моделей.

3.    Комплексно исследовать деформационные свойства лессовых грунтов не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении, т.е. изучить влияние их анизотропных особенностей.

4.    Составление таблиц нормативных и расчетных характеристик деформационных и прочностных свойств лессовых грунтов в естественном, уплотненном и водонасыщенном состояниях.

С 1991 г. проводятся исследования по разработке методики создания уплотненного лессового основания. Уплотненное основание создается механическим трамбованием с использованием трамбовок различной массы [5].

Для экспериментальных исследований было выбрано несколько опытных площадок размером 9´9 м и 12´12 м, ровных, со спокойным рельефом в квартале 2001 г. Барнаула.

Лессовые породы, выбранные нами для исследования, являются покровными отложениями Верхнего Приобья, куда и входит территория г. Барнаула. Эти породы залегают на глубину до 8-12 м. Для них характерна слабоустойчивая к замачиванию микроструктура, в водонасыщенном состоянии деформируемость этих пород возрастает в 2-5 раз, а у подстилающих пород - в 2-3 раза.

В геологическом отношении выбранные площадки, расположенные в непосредственной близости друг от друга, сложены лессовыми суглинками твердыми I типа по просадочности с толщей 6-8 м, с наиболее характерными свойствами грунтов юга Западной Сибири, глубже по разрезу - крупнозернистые и средней крупности пески. Грунтовые воды в пределах выработок (скв. до 20 м) не обнаружены.

Первое уплотнение грунта было проведено на площадке в августе - сентябре 1991 г. Уплотнение проводилось обычной трамбовкой весом 3,2 кН. Трамбовка монтировалась на базе обычного экскаватора системы с драглайном. Методика трамбования была классической - 10-12 ударов по неувлажненному основанию с радиальным перемещением стрелы крана на 45° в каждую сторону, с двухкратным циклом и перекрытием последующей трамбуемой поверхности предыдущей на 0,9 диаметра трамбовки.

На уплотненном таким образом грунте были проведены испытания со штампом-фундаментом размером 1000´1000´500 (h). Штамп-фундамент был выполнен железобетонным с соответствующим армированием, как и обычный жесткий фундамент. Нагрузка на штамп создавалась металлическими блоками общей массой 47 т.

 

Анализ результатов показал, что уплотнение  грунтов  обычной  трамбовкой  весом 3,2 т необходимого эффекта не дает, грунт уплотняется на глубину не более 0,5 м. Для получения большего эффекта уплотнение грунта производилось тяжелой трамбовкой массой 180 кН.

Тяжелая трамбовка конусообразной формы, заканчивающаяся металлической квадратной плитой 1000´1000 мм, сбрасывалась с 7-8 м, двигаясь по металлическому направляющему монорельсу, (использовалась с некоторыми усовершенствованиями оборудование для устройства фундаментов с вытрамбованными котлованами).

 

Уплотнение грунта производилось в 5 проходок. В зависимости от влажности, степени уплотненности требуемого основания варьировалось количество сбрасываний трамбовки от 5 до 25 ударов по одному следу. В результате этого после каждой проходки поверхность дна котлована понижалась на 25-45 см. Перед каждой следующей проходкой обязательно производилось снятие разрыхленного грунта бульдозером.

В результате трамбования площадки тяжелой трамбовкой отметка дна котлована понизилась на 1,4-1,5 м. Мощность трамбуемого слоя составила, до данным лаборатории кафедры, 5-5,5 м, считая от установившейся поверхности дна котлована.

 

Особое внимание в полевых экспериментах было уделено определению напряжений в грунтовом основании, которое осуществлялось с помощью датчиков давления (мессдоз) конструкции Д.С. Баранова.

 

Напряжения непосредственно под подошвой штампа замерялись контактными мессдозами.

В результате экспериментальных исследований были построены графики осадок и эпюры нормальных напряжений, возникающих в грунтовом основании.

Полученные результаты дали возможность оценить характер формирования напряженного состояния основания опытных штампов. Так, было проанализировано изменение осевых вертикальных напряжений в массиве грунта при увеличении нагрузки на штамп. Вертикальные осевые напряжения под штампом убывают с глубиной. Наиболее значительные затухания происходят в верхнем,   более  уплотненном,  слое - до глубины 1 м вертикальные осевые напряжения умень-шаются на 40-60%. Причем основное падение напряжений происходит до глубины 1,5-2 м.

График осадки штампа-фундамента на уплотненном основании представляет собой практически прямую линию, что свидетельствует о том, что в результате уплотнения лессового грунта получено линейно-деформированное основание.

После проведения опытного уплотнения лессового основания тяжелой трамбовкой весом 100 кН были отобраны образцы грунта для проведения лабораторных исследований.

В результате уплотнения значительно повысились такие  характеристики  грунта  как  плотность  сухого  грунта  и модуль общей деформации.  По сравнению с начальной (1,44 г/см3) плотность сухого грунта возросла на 35% (до 1,95 г/см3) на глубине 0,5-1 м на 10% (1,6 г/см3) на глубине 5 м. На самой поверхности (до 0,5 м) плотность несколько ниже, чем на глубине 1 м, из-за произошедшего в результате трамбования расслоения грунта верхнего слоя. Но все равно по сравнению с начальной плотностью достигнуто значительное  ее повышение  (1,85-1,90 г/см3 против 1,44 г/см3).

В верхних слоях уплотненного основания значение модуля общей деформации увеличивается в 2,5-3 раза при естественной влажности, равной 7-8%. На нижней границе уплотненной зоны (5,5 м) модуль общей деформации возрастает в 1,5-2 раза, чем тот же показатель грунта в естественном состоянии до уплотнения.

При водонасыщении модуль общей деформации уплотненного грунта меняется незначительно - в верхних слоях (1-2 м) на 1%, а в нижнем слое (5 м) в 1,5 раза, тогда как модуль деформации неуплотненного грунта уменьшается в 3-5 раз [6, 7].

На основании проведенных нами исследований можно сделать вывод о том, что уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками позволяет создать прочное, устойчивое к водонасыщению, грунтовое основание. Это дает возможность предложить замену свайных фундаментов на фундаменты мелкого заложения на уплотненном лессовом основании. Экономическое сравнение вариантов в рамках одного сооружения на уровне расхода материалов несомненно в пользу варианта фундаментов мелкого заложения.

В настоящее время (с 1991 г.) проводятся исследования изменений микроструктуры лессовых пород (на примере лессовых грунтов Приобского плато) под влиянием различных механических воздействий [8].

В ходе проведения экспериментов оценивались в лабораторных условиях микроструктурные изменения грунта под влиянием компрессионного уплотнения и сопротивления сдвигу при естественной влажности и в состоянии полного водонасыщения грунта. Кроме того, выполнялись микроструктурные исследования лессового грунта, уплотненного обычными и тяжелыми трамбовками, а также под воздействием штампа-фундамента.

Подготовка образцов грунта для электронно-микроскопических исследований выполняется на приборе ВУП-5 методом вакуумной морозной сушки, т.е. быстрое замораживание образца с последующим удалением из пор льда путем его сублимации в вакууме. Это позволяет получить препарат с ненарушенным строением.

Просмотр образцов и получение РЭМ-изображений микроструктуры выполняется на растровом электронном микроскопе при различных увеличениях от 350 до 5000 раз.

Проведенные микроструктурные исследования грунта под влиянием компрессионного уплотнения позволяют констатировать, что микроструктура под влиянием компрессионного сжатия претерпевает большие изменения. Общая пористость снизилась с 48% до 40%. Исчезли  крупные  межзерновые  и  межмикроагрегатные  поры, их размер уменьшился по сравнению с исходным образцом с 35 до 20 мкм. Преобладают по количеству тонкие внутримикроагрегатные микропоры изометричной и щелевидной формы в среднем шириной до 0,2 мкм. Это подтверждается увеличением общего периметра пор в уплотненном образце на 20%, что говорит об увеличении числа мелких внутримикроагрегатных пор. Значительно уменьшились размеры всех категорий пор и появилась тонкая микропористость. Преимущественно угловатая форма минеральных зерен свидетельствует об интенсивном дроблении твердых компонентов структуры и общем уплотнении грунта. Это объясняется возникновением больших напряжений при сжатии на контактах между минеральными зернами, приводящих к механическому дроблению и раскалыванию твердых структурных элементов. Тип структуры грунта после компрессии не изменился и остался скелетным.

Главный вывод выполненных работ - деформируемость грунта в процессе передачи компрессионной нагрузки обуславливается как сближением структурных элементов между собой, так и их разрушением [9].

Изменение микроструктуры грунта под воздействием динамического уплотнения проводилось на образцах лессового грунта, отобранных  с экспериментальной площадки г. Барнаула после уплотнения тяжелой трамбовкой весом 100 кН. Грунт экспериментальной площадки имеет физико-механические характеристики, характерные для лессовых суглинков юга Западной Сибири с I типом просадочности.

Микроструктура грунта, уплотненного тяжелой трамбовкой повышенного веса, резко меняется. До глубины 3 м (с учетом общего понижения поверхности грунта при трамбовании) микроструктура грунта приобретает признаки  скелетно-матричной структуры, характеризующейся более высокой плотностью по сравнению с природной скелетной структурой. Исчезает крупная пористость, а преобладающие мелкие внутриагрегатные поры приобретают щелевидную форму с шириной раскрытия 0,5 мкм. Наблюдается ориентация структурных элементов в плоскости, перпендикулярной направлению действия ударной нагрузки.

Обнаружилось совершенно новое явление - дробление глобул, агрегатов и их расплющивание. Увеличивается количество мелких элементов, как результат разрушения первичного материала. С увеличением глубины (более 3 м) микроструктура грунта вновь приобретает признаки природной скелетной со значительным уменьшением плотности. По сравнению с природной структурой видно, что глубже 3 м каких-либо значительных ее изменений не происходит.

Основные выводы микроструктурных исследований грунта под воздействием уплотнения трамбовками повышенного веса (100 кН):

1.    Уплотнение лессового грунта тяжелыми трамбовками приводит к коренному изменению его микроструктуры. Под влиянием динамического уплотнения идет интенсивное разрушение глобул и агрегатов, их расплющивание, перемещение и сближение основных элементов лессового грунта - песчано-пылеватых частиц и глинистого материала. Формируется новая скелетно-матричная структура, отличающаяся от природной степенью уплотнения, минимальной и относительной однородной пористостью, более плотной упаковкой элементарных частиц. Изменения в микроструктуре с глубиной становятся менее заметны и внизу уплотненного слоя структура грунта имеет незначительные отличия от природной.

2.    Микроструктурные исследования свидетельствуют о том, что при трамбовании тяжелыми трамбовками в лессовом грунте развиваются 2 процесса: разрушение сложившихся структурных связей и формирование новых. В результате происходит устранение просадочных свойств лессового оснований и увеличение его прочностных и деформационных характеристик. Это позволяет рассматривать устройство фундаментов зданий и сооружений на лессовом уплотненном основании как вариант замены дорогостоящих, например свайных, фундаментов.

Учет деформационной анизотропии лессовых грунтов в расчетах оснований является одним из важных вопросов, т.к. ее степень и характер в лессовых грунтах проявляется особенно отчетливо. Поставленную задачу можно сформулировать как задачу о совершенствовании методов расчета лессовых грунтовых оснований по предельным состояниям и прогнозировании осадок и просадок жестких фундаментов с учетом анизотропных свойств лессовых грунтов [10].

В рамках поставленной задачи были проведены экспериментальные исследования с целью подтверждения существования и выявления степени деформационной анизотропии лессовых грунтов. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили наличие деформационной анизотропии у лессовых грунтовых образцов. Экспериментально установлено, что показатель, оценивающий деформационную анизотропию исследованных грунтов, в среднем равнялся 1,97.

Были получены результаты расчетно-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния лессовых анизотропных оснований. Исследование проведено на ЭВМ методом конечных элементов с применением методики математического планирования эксперимента. Расчетами установлено, что в характерных зонах лессового основания с изменением показателя, оценивающего деформационную анизотропию, происходит существенное изменение горизонтальных и касательных напряжений, что отражается на степени приближения напряженного состояния этих зон к предельному по прочности, влияет на величину расчетного сопротивления грунта и, следовательно, на размеры подошвы фундамента. Разработан практический метод корректировки размеров подошвы фундаментов с учетом деформационной анизотропии лессовых грунтов. Предложен усовершенствованный метод (на базе известного метода послойного суммирования деформаций) определения осадок жестких фундаментов, позволяющих учесть деформационную анизотропию лессового грунта.

Как указывалось, существующие модели осадки грунта носят, в основном, эмпирический характер и, в связи с этим, не отражают в явной форме изменения структуры грунта при его нагружении.

Учет в математических моделях структурных изменений грунта позволяет резко повысить уровень их интерпретируемости и достоверности.

Нами разработан вариант имитационной модели, учитывающей структурно-текстурные особенности лессовых грунтов в условиях сплошного распространения нагрузки [11].

На первых стадиях нагрузки (Р®0,1 МПа) происходит интенсивное разрушение оболочки частиц, увеличивается количество раздробленных частиц, при этом сокращается объем пор, приходящихся на одну фракцию.

На второй стадии нагрузки дробление частиц замедляется, происходит формирование новой микроструктуры, характеризующейся “слипанием” частиц между собой, их агрегирование, что обуславливает дальнейшее уменьшение объема пор.

Экспериментальные данные по изменению микроструктуры совместно с использованием функции пористости (компрессионных кривых) позволили моделировать осадки грунта в рамках имитационной модели. На этой основе составлен алгоритм модели: осадка лессового грунта определяется в предположении постоянства площади основания образца грунта. Рассчитанные по предложенной модели осадки удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Проведенные исследования позволили составить для лессовых грунтов Западной Сибири таблицу нормативных и расчетных деформационных и прочностных характеристик лессовых грунтов. Таблица применяется проектировщиками при проектировании оснований зданий и сооружений [11, 12]. Практика свидетельствует о том, что ряд зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах притерпевают аварийные состояния. По данным Т.А. Горбуновой за последние 20 лет более 52 зданий только на территории г. Барнаула подвергались “лечению” реконструкцией или усилены в связи с потерей устойчивости оснований и фундаментов. Основными причинами являются замачивание лессовых грунтов в результате утечки воды из водоводов, подъем уровня подземных вод, а также различные нарушения технологии возведения зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах [13, 14].

В связи с этим сотрудники кафедры постоянно участвуют в разработке заключений и рекомендаций по ликвидации аварийных состояний зданий [15]. Тем более, что каждое заключение - научная разработка, требующая не только теоретических знаний, но и практических навыков.

Второе научное направление обусловлено необходимостью исследований опасных природно-техногенных геологических процессов и явлений, активно развивающихся в последние годы и заметно влияющих как на условия нового строительства, так и на эксплуатацию построенных зданий и сооружений.

В регионе доминируют следующие два парагенетических ряда опасных природно-техногенных геологических процессов и явлений [16]:

1 - интенсивные и, порой, катастрофические (особенно во время подъема уровня в р. Оби при весенних паводках) проявления боковой эрозии и оползневые явления в береговых уступах и прилегающих участках террасовых и водораздельных склонов. Здесь преобладают точечные и локальные линейные трансформации геологической среды с потерей устойчивости пород в зоне влияния эродируемых береговых уступов, образованием систем трещин оползневого отпора и смещением пород в контурах оползневых цирков;

2 - просадочные деформации и оползневые нарушения в лессовом покрове в результате подъема уровня подземных вод и подтопления просадочных пород, как оснований сооружений. В границах этого парагенетического ряда преимущественно развиты крупноплощадные региональные изменения. За счет высокой влагоемкости и низкой водоотдачи лессовых пород произошел подъем уровня грунтовых вод, подтопление грунтов, как оснований сооружений, потеря их устойчивости и в итоге просадочные и оползневые деформации.

Под влиянием развитой инфраструктуры города в условиях интенсивного техногенеза происходят значительные изменения геологической среды, в том числе и природных  условий. Всякие изменения активизируют природные негативные геологические процессы и явления. Воздействия разнообразных и многочисленных факторов техногенеза вызывают активизацию геологических процессов и явлений и формирование природно-техноген-ных ОГП. Последние часто наносят огромный ущерб городскому хозяйству. Сущность самих процессов и явлений раскрывается на примере территории г. Барнаула.

Одним из основных природных факторов,  определяющих  развитие ОГП в районе г. Барнаула, является р. Обь. Исторически г. Барнаул сравнительно редко подвергался влиянию паводочных подъемов воды в р. Оби. По мере развития города в русле и на пойме реки появилось более 70 инженерных сооружений. Особенно интенсивно строительство шло в 1960-1980-е гг.

В настоящее время существует проблема взаимодействия объектов города с речным потоком р. Оби, особенно в паводочный период.

Мощность просадочной толщи по территории не одинакова. В выделенных инженерно-геологических подрайонах значение ее варьируется от 5-7 м до 12 м и связана со стратиграфическим положением толщи лессовых пород, что и прослеживается при характеристике 200 метровой зоны уступов коренного берега р. Оби.

Другим геоморфологическим элементом территории г. Барнаула является эрозионно-аккумулятивная долина р. Барнаулки, сложенная мелко- и тонкозернистыми песками трех прислоненных террас. Между Приобским плато и террасами склоны представлены песчано-суглинистыми грунтами.

Первая и вторая террасы имеют водоносный горизонт, дренируемый р. Барнаулкой. На третьей террасе и склонах грунтовые воды типа “верховодки” приурочены к линзам заглинизированных прослоев. Грунтовые воды встречаются на глубине 13-15 м и дренируются р. Барнаулкой и р. Обью.

Длительное стояние высоких уровней в р. Оби с апреля по июль является первопричиной подтопления центральной части города грунтовыми водами. Реки Барнаулка и Пивоварка, протекающие через центральную часть города, являются естественными дренами. В период стояния высоких уровней воды в р. Оби р. Барнаулка оказывается в подпоре. Как итог происходит резкий подъем уровня грунтовых вод на значительной части территории города.

Годовая амплитуда колебаний составляет от 0,22 до 3,04 м. Максимальные амплитуды колебаний на участках территории с гидрологическим речным режимом вблизи естественных дрен р. Оби и р. Барнаулки. Минимальные уровни устанавливаются в марте, максимальные - в мае - августе.

Наложение на неблагоприятные природные условия техногенных факторов (дополнительная инфильтрация утечек водонесущих коммуникаций, уменьшение испарения  под  зданиями  и  покрытиями,  задержки подземного стока заглубленными частями зданий и т. д.) изменяют водоносный баланс в сторону накопления грунтовых вод.

Промышленная зона в основном сконцентрирована рядом с 1-м и 2-м селитебными районами вдоль р. Барнаулки. Наибольшую территорию занимает завод агрегатов с прилегающими предприятиями. Его площадь 20 га, водопотребление 4200 м3/сут. Территория завода подтоплена. Кроме высокого уровня грунтовых вод имеется экологическое загрязнение атмосферы. В холодное время года в тихую безветренную погоду в долине р. Барнаулки наблюдается скопление смога как результат работы около 30 котельных, работающих на угле.

Оползневые деформации в зоне влияния береговых склонов и уступов в долине р. Оби приобретают угрожающий характер.

Левобережный склон р. Оби на всем протяжении городской черты (21,5 км) высокий (60-120 м) и крутой (30-90о). Оползневая зона находится на стыке Приобского плато и долины р. Оби с ее притоком р. Барнаулкой.

Геологическое строение представлено четвертичными отложениями верхнеплиоценовыми Краснодубровской и Кочковской свит.

Базисом оползневых тел служат голубые плотные суглинки. К песчаным пластам краснодубровской свиты приурочено 1-2 маломощных (175 м) безнапорно- и слабонапорных водоносных горизонта. Разгрузка подземных вод этих горизонтов происходит круглогодично на склон и в подошву склона.

Практически весь левый берег р. Оби в городской черте изрезан оползневыми цирками и оврагами. Ежегодно в городской черте происходит 10-20 оползневых подвижек. За последние 20-25 лет зафиксировано более 230 оползней. Объемы оползших масс грунта составляют от 10 до 200 тыс. м3. Имеются заколы крупных еще не сошедших блоковых тел до 1,5 млн. м3 в объеме и до 800 м по фронту. Последние годы характеризуются ухудшением оползневой обстановки. Свидетельством тому - увеличение количества оползней в год (до 30).

 

Генетически в пределах городской черты выделяются оползни эрозионные, суффозионные, антропогенные и полигенные.

Характерным примером развития ОГП и, в частности, повышения уровня грунтовых вод в результате утечек из водонесущих коммуникаций крупных промышленных объектов может служить  ТЭЦ-3 г. Барнаула. До начала строительства (1976 г.) подземные воды до глубины 30 м не встречались. В период строительства и эксплуатации (1976-1986 гг.) утечки из более чем 20 видов подземных  водонесущих коммуникаций сформировали  “верховодку” на глубинах от 0,8 до 20 м.

В целом за 1984-1992 гг. подъем У.Г.В. составил более 8 м.

Промплощадка ТЭЦ-3 служит примером кардинального изменения инженерно-геоэко-логических условий при замачивании лессовых грунтов в результате подтопления. Замачивание грунтов привело к неравномерным осадкам фундаментов главного корпуса ТЭЦ-3. По данным геодезических наблюдений (1981-1995 гг.) годовые осадки колонн изменились от 9 до 65 мм.

Неравномерные просадки лессовых гру-нтов приводят в аварийное состояние многочисленные здания и сооружения г. Барнаула. Осадки зданий достигают нескольких десятков мм и носят, как правило, неравномерный характер.

 

Выводы:

1.    Геоэкологическая обстановка в пределах территории города осложнена существованием двух геоморфологических элементов (Приобское плато, сложенное лессовыми грунтами и долина р. Барнаулки), низким базисом эрозии р. Оби (абсолютная отметка регионального водоупора 114 м) и наличием ОГП (оползневые деформации берегового уступа, подтопление значительных по площади участков жилой застройки, просадками лессовых грунтов под жилыми зданиями и промышленными сооружениями).

2.    С учетом вышеизложенного необходима организация дальнейших целенаправленных инженерно-геоэкологических исследований интенсивного техногенеза с целью обоснования прогноза активизации ОГП на территории города Барнаула.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

1.     Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты: Учебн. для вузов по спец. “Строительство”. - М.: Высш. шк., 1987. - 296 с.

2.     Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты: Учебн. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1997. - 319 с.

3.     Основания и фундаменты: Справочник / Г.И. Швецов, И.В. Носков, А.Д. Слободян, Г.С. Госькова; Под ред. Г.И. Швецова. - М.: Высш. шк., 1991. - 383 с.

4.     Швецов Г.И. Деформируемость лессовых пород Верхнего Приобья. - Алт. политехн. инстит., Барнаул, 1980.

5.     Швецов Г.И., Черепанов Б.М. Методика уплотнения лессовых просадочных грунтов трамбовками повышенного веса. Труды 1-ой Казахстанской национальной технической конференции с иностранным участием “Проблемы фундаментостроения в грунтовых условиях новой столицы”. - Акмола, ЕАГУ им. Л. Гумилева, 28-31 мая 1997 г., С.484-486.

6.     Швецов Г.И. Проблемы использования лессовых просадочных грунтов юга Западной Сибири как оснований зданий и сооружений. Доклады пленарного заседания Международной научно-практической конференции “Лессовые просадочные грунты: исследования, проектирование, строительство”, Барнаул, 1997. С. 3-25.

7.     Швецов Г.И., Черепанов Б.М. Региональная таблица деформационных и прочностных характеристик уплотненных лессовых суглинков. Российская Академия архитектуры и строительных наук. Вып. 2: М. - 1999. С. 448-451.

8.     Швецов Г.И., Соколов В.Н. Изменение микроструктуры лессовых пород при различных механических воздействиях. Инженерная геология , 1990. - № 6. - С. 41-49.

9.     Швецов Г.И., Вяткина Е.И. Изменение микроструктуры лессового грунта при уплотнении его тяжелыми трамбовками. Сб. трудов Российской Академии архитектуры и строительных наук, Москва, 1996. С.7-9.

10. Швецов Г.И., Коробова О.А. К вопросу учета деформационной анизотропии в расчетах лессовых оснований. Изв. вузов. Строительство, Новосибирск, - № 3. - 1998. С. 122-124.

11. Швецов Г.И. Инженерно-геологическая природа и закономерности деформирования лессовых пород (на примере юга Западно-Сибирской плиты): Автореф. дис. ... докт. геол.-мин. наук. - Иркутск, 1991. - 43 с.  

12. Швецов Г.И., Арефьев В.С. Нормативные и расчетные характеристики лессовых пород Верхнего Приобья. Алтайский межотраслевой ЦНТИ, № 556-41, Барнаул, 1974.

13. Швецов Г.И., Арефьев В.С. Деформации сооружений на просадочных грунтах и меры по их предотвращению. Проектирование и строительство инженерных сооружений на макропористых  лессовых  грунтах.  Материалы научно-технического  совещания. Барнаул, 1972. С. 127-131.

14. Швецов Г.И. Лессовые просадочные породы южной оконечности Западно-Сибирской плиты и методы устройства оснований и фундаментов. Инженерная геология, № 5. 1989.

15. Швецов Г.И. Проблемы использования лессовых просадочных грунтов юга Западной Сибири как оснований зданий и сооружений. Доклады пленарного заседания Международной научно-практической конференции “Лессовые просадочные грунты: исследования, проектирование, строительство”, Барнаул, 1997. С. 3-25.

16. Швецов Г.И., Осипов В.И., Молодых И.И., Горбунова Т.А., Азаров Б.Ф. Природно-техно-генные геологические процессы и явления на территории Приобского лессового плато и г. Барнаула. Глобальные изменения природной среды. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИИ ОИГГМ, 1998. С. 308-313.