Введение к работе
Актуальность работы. Лессовые просадочные грунты (ЛПГ) имеют широкое распространение на территории Российской Федерации. Они слагают весьма значительные площади многих городов, других поселений России. Лессовые просадочные грунты используются в качестве оснований зданий и других строительных сооружений, являются частью природной среды и своими специфическими свойствами в любом случае оказывают влияние на среду обитания человека. ЛПГ чутко реагируют на техногенные воздействия. Методически неправильная или неполная инженерно — геологическая оценка территорий распространения ЛПГ для целей строительства влечет за собой, как правило, деформации зданий и сооружений, их разрушение, осложнения в эксплуатации. Лессовые просадочные грунты требуют особого подхода к их изучению в процессе инженерно— геологических изысканий и непременного учета влияний на их свойства и поведение техногенных факторов, особенно таких, какподъем уровня подземных вод (УПВ) и замачивание лессовых просадочных толщ, а также повышение влажности грунтов их зоны аэрации.
Сам факт деформаций значительного количества зданий и других строительных сооружений, зачастую по причине неправильной оценки инженерно— геологических условий и неправильного прогноза их изменений, говорит о том, что подходы к изучению инженерно — геологических условий территорий, сложенных лессовыми просадочными грунтами, требуют совершенствования.
Остается серьезной проблемой прогноз изменений природных условий под влиянием техногенных факторов.
Ряд требований нормативных документов по инженерно — геологическим изысканиям на просадочных грунтах не учитывают накопленного опыта, результатов исследований, проведённых после выхода этих документов, и требует корректировки, дополнений, изменений и совершенствования.
Цель работы. На основе экспериментальных исследований, опыта инженерно —геологических изысканий и анализа изучения инженерно — геологических условий ключевого участка, других территорий Нижнего Дона обосновать необходимость изменений, дополнений и совершенствования ряда требований нормативных документов, . касающихся особенностей инженерно —геологических изысканий на территориях распространения массивов лессовых просадочных грунтов. Разработать и внедрить обоснованные предложени-ч по изменениям, дополнениям и совершенствованию этих требований нормативных -документов с учетом воздействия на лессовы? массивы техногенных изменений подземных вод и влажности грунтов з*пы аэрации
Основные задачи исследований:
— на основе анализа методики и результатов изучения инженерно —
4 геологических и гидрогеологических условий ключевого участка установить основные закономерности изменения инженерно — геологической и гидрогеологической среды под воздействием техногенных факторов, определяющие особенности инженерно — геологических изысканий на подобных территориях;
— опытно —экспериментальным путем обосновать способ инженерно —
геологического опробования в скважинах лессовых толщ, '
обеспечивающий наибольшее сохранение структуры и влажности
грунтов при отборе монолитов. Дать обоснованные предложения
по включению в регламентированный нормативными документами перечень способов опробования лессовых просадочных грунтов одноударного способа отбора из скважин образцов ненарушенного сложения. и влажности лессовых просадочных грунтов;
на основе опытно —экспериментальных исследований оценить изменчивость характеристик просадочности лессовых грунтов и ее влияние на эксплуатационную надежность зданий, построенных на этих грунтах как основаниях. Обосновать необходимость введения при вычислении расчетных значений характеристик просадочности коэффициента надежности по грунту, зависящего от изменчивости, количества частных определений, и заданной доверительной вероятности, что ранее нормативными документами предусмотрено не было;
обосновать необходимость изменения нормированных методов обработки результатов лабораторных определений характеристик просадочности при определении возможной суммарной просадки толщи грунтов под действием их собственного веса (Ssi);
— изучить закономерности процесса просадки лессовых толщ в массиве при техногенном подъеме УПВ. Экспериментально доказать возможность существования на территориях со вторым типом грунтовых условий по просадочности и техногенном подъеме УПВ грунтов в лессовых толщах, которые замочены, но процесс реализации просадки которых незавершен;
отразить в требованиях нормативных документов необходимость учета при изысканиях на территориях с техногенным подъемом УПВ возможность наличия обводненных просадочных грунтов, процесс самоуплотнения которых от собственного веса полностью не завершен;
на примере инженерно—геологических изысканий и гидрологических исследований на ключевом участке показать необходимость комплексного изучения и анализа природных условий территорий застройки и эксплуатации с включением в состав исследовании стационарных режимных наблюдений за изменением режима подземных вод под воздействием техногенных факторов;
на основе ретроспективного анализа и опыта применения разных
методов прогноза подъема УПВ выбрать наиболее оптимальный. Методы исследований. Поставленные задачи решались на основе более чем двадцатипятилетнего опыта инженерно — геологических изысканий, в которых принимал непосредственное участие автор, на территории Ростовской области, в том числе в г.Волгодонске. Проводились обобщения, анализ материалов изысканий и данных литературных источников, в том числе,- при составлении подразделов 1.1 — 1.7 использовались данные Гидрометеослужбы, 46' тома «Геологии СССР», 28 тома "«Гидрогеологии СССР», которые преломлены автором в аспекте основной темы исследований. Выполнялись специальные натурные опытно — экспериментальные работы по отработке методов опробования лессовых толщ, по изучению процесса просадки лессовых толщ в массиве на территории с развивающимся процессом повышения УПВ и изменчивости характеристик просадочности. Проведен анализ результатов десятилетних наблюдений за УПВ в техногенном режиме по более чем 500 стационарным наблюдательным скважинам, составляющим гидрогеологическую режимную сеть на основном ключевом участке, в организации и создании которой принимал непосредственное участие автор.
В качестве основного ключевого участка выбрана территория г.Волгодонска, где имеют широкое, почти повсеместное распространение лессовые просадочные грунты, подверженные в результате интенсивного строительства, как форсированным, так и пролонгированным во времени техногенным воздействиям. Эта территория является ярким примером влияния строительного освоения территории на природную геологическую среду . и реакции этой среды на техногенные нагрузки, вызванные строительством и эксплуатацией.
Научная новизна. Впервые в лессовом массиве послойно изучен и оценен процесс и закономерности развития просадок под действием собственного веса толщи, которые спровоцированы техногенным подъёмом УПВ на застроенной территории.
На примере анализа десятилетних наблюдений по более чем 500 стационарным наблюдательным скважинам показаны закономерности изменения режима подземных вод под воздействие техногенных факторов, а также количественные характеристики этих изменений.
Впервые доказана экспериментально возможность существования в лессовых толщах замоченных грунтов, процесс самоуплотнения которых (реализация просадки) не завершен.
Впервые опытно —экспериментальным'путем доказана возможность весьма значительной изменчивости характеристик просадочности даже на крайне малых расстояниях, т.е. практически в одной . точке массива, изменчивости, которая в десятки раз превышает вариантность физических характеристик лессовых грунтов в этой же точке.
Результатами опытно—экспериментальных исследований показана необходимость введения при определении расчетных значений характеристик просадочности коэффициента надежности по грунту, зависящего от изменчивости частных определений, их количества и заданной доверительной вероятности, что ранее нормативными документами предусмотрено не было.
Практическая значимость и реализация работы. Работа позволяет получать при инженерно—геологических изысканиях более достоверную, полную и обоснованную информацию об инженерно — геологических свойствах лессовых грунтов, об их возможных воздействиях (влияниях) на здания и другие строительные сооружения, расположенные на территориях распространения ЛПГ и учитывать . при инженерно —геологических изысканиях изменение их свойств, расчетных характеристик. В конечном счете результаты исследований позволяют снизить степень строительного риска при проектировании и строительстве на лессовых проселочных грунтах.
Работа реализована в конкретном использовании предложенных
методов изыскательскими организациями Ростовской области.
Изыскателями —геологами России используются Республиканские
строительные нормы РСН 55 — 85 — "Инженерные изыскания. Инженерно-геологические изыскания на просадочных грунтах", учитывающие результаты исследований автора, который является одним из исполнителей — разработчиков этих норм.
Результатом неоднократных публикаций автора, его научных исследований, докладов и выступлений, обосновывающих необходимость введения коэффициента надежности по грунту при определении расчетных значений характеристик просадочности, стало включение' в новый ГОСТ 20522 — 96 — "Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний" метода получения расчетных значений характеристик просадочности, который предлагался автором.
Изыскательскими организациями используются обоснованные результатами данных исследований методы опробования лессовых грунтов, обработки лабораторных данных и их интерпретации, учет изменений характеристик ЛПГ при техногенном-повышении УПВ и влажности грунтов зоны аэрации, многие из которых в результате публикаций, выступлений автора и его участия в разработке нормативных документов, стали нормированными.
В 1996 г. автором разработано "Руководство по процедуре действий в случае проявления неблагоприятных (опасных) геологических процессов (подтопления подземными водами, просадки, подработки, оползни и др.) и вызванных ими деформаций зданий и сооружений" которое утверждено Администрацией Ростовской области и направлено во все муниципальные образования области для практического использования.
Основные защищаемые положения:
— на застраиваемых и уже застроенных территориях, сложенных
лессовыми просадочными грунтами, превалирующее влияние на
уроненный режим первого от поверхности водного горизонта в
этих грунтах и их влажности в зоне аэрации оказывают
техногенные факторы. На таких территориях формируются
весьма изменчивые во времени и пространстве инженерно —
геологические системы, правильная оценка которых и прогноз
их изменений возможны только при' глубоком анализе всего
комплекса природных характеристик территорий и техногенных
' изменений, влияющих на инженерно —геологическую среду;
— лессовые просадочные грунты обладают весьма высокой
изменчивостью характеристик просадочности даже на крайне
малых расстояниях, т.е. практически в одной точке массива.
Величина этой изменчивости в десятки раз превышает
вариантность физических характеристик грунтов в этой же
точке;
— методы получения расчетных значений характеристик
просадочности лессовых грунтов должны предусматривать
введение коэффициента надежности по грунту, зависящего от
количества частных определений, изменчивости и заданной
доверительной вероятности;;
'— при расчете суммарной просадки (Ss|) грунтов под действием собственного веса в расчет следует принимать слои толщи не только с относительной просадочностыо (f.s]) под бытовым давлением более 0,01, но и все слои ьнутри просадочной толщи, если их si под бытовым давление больше нуля;
— при неравномерном по площади техногенном подъме УПВ и
вызванных этим подъемом просадках под действием собственного
веса грунтов, на территориях со вторым типом грунтовых условий
по просадочности передача полного бытового давления на
некоторое, довольно длительное время прерывается. На таких
территориях могут встречаться лессовые просадочные замоченные
грунты, просадка которых под бытовым давлением полностью не
реализована, процесс их просадки не завершен, что должно
учитываться при инженерно —геологических изысканиях.
Необходимость учета этого явления должна найти отражение в
требованиях нормативных документов;
— на территориях, сложенных просадочными лессовыми грунтами с
техногенными изменениями УПВ, при составлении прогноза
подъема УПВ наряду с другими методами следует применять
метод гидрогеологической и техногенной 'аналогии, который при
правильном подборе аналога представляет собой по существу
природный эксперимент и является наиболее достоверным.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований доложены на Всесоюзном совещании "Процессы подтопления застроенных территорий грунтовыми водами (прогноз и защита}", г.Новосибирск, 1984г.;
8 на Всесоюзном лессовом семинаре "Классификационные критерии разделения лессовых пород", г.Москва 1984г; на Всесоюзной конференции "Проектирование и строительство зданий и сооружений на просадочных грунтах", г.Волгодонск, 1984г; на Всероссийском совещании---семинаре "Повышение качества инженерно— строительных изысканий на основе внедрения достижений научно—технического прогресса, совершенствования форм и методов информационной работы и пропаганды передового опыта", г.Красноярск, 1986г; на Всесоюзном рабочем совещании —семинаре "Рациональное народнохозяйственное освоение территорий распространения лессовых просадочных образований", г.Горький,1987г; на Всесоюзном совещании по инженерной геологии лессовых пород, г.Ростов —на—Дону, 1989 г; на .Всесоюзном научно — практическом семинаре "Проблемы экологии в инженерных изысканиях", г.Душанбе, 1990 г. на Всероссийской конференции "Новые идеи в инженерной геологии", г.Москва, 1996 г.
Основные результаты исследований автора опубликованы в 13
печатных работах (8 в центральной печати), в том числе, в книге "Повышение
эксплуатационной надежности .зданий и сооружений при строительстве на
просадочных грунтах" под редакцией Госстроя России, в Республиканских
строительных нормах РСН 55—85 — "Инженерные изыскания. Инженерно —
геологические изыскания на просадочных грунтах" (автор — один из
разработчиков —исполнителей), в "Рекомендациях по уплотнению
просадочных лессовых грунтов Ростовской области способом последовательного, повышения динамических контактных давлений (ППКД)", одобренных президиумом научно —технического совета Госстроя СССР (автор — один из разработчиков —исполнителей). Результаты исследований, методики и положения изложены также в многочисленных неопубликованных методических рекомендациях, которые широко используются изыскателями Ростовской области, и в отчетах об инженерно — геологических изысканиях, которые составлялись автором, или под его техническим руководством в течение его почти 30—ги летней практической и'научной деятельности в Ростовском—на —Дону тресте инженерно — строительных изысканий — "РостовДонТИСИЗе" (более 300 отчетов).
Объем работы. Диссертация в виде научного доклада состоит из введения, семи разделов, выводов и списка опубликованных работ автора.
Автор выражает глубокую признательность доктору геолого — минералогических наук, профессору Н.В.Волянику за ценные советы и помощь при обобщении результатов исследований и формировании их в представленный доклад, а также:
сотрудникам кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов РГСУ и, прежде всего, Заслуженному деятелю науки, доктору геолого — минералогических наук, профессору В.П.Ананьеву;
всем коллегам, принимавшим участие в опытно — экспериментальных работах, анализе полученных данных и совместных публикациях.
