Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга)



Скачать 291.08 Kb.
страница2/3
Дата18.03.2013
Размер291.08 Kb.
ТипДокументы
1   2   3

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

  1. Интенсивность техногенеза основных компонентов подземного пространства мегаполиса определяет уровень сложности инженерно-геологических условий за счет нестабильности показателей состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений в период функционирования сооружений и развития неуправляемых природно-техногенных процессов в подземной среде, взаимодействующей с сооружением.

Подземное пространство в пределах мегаполисов следует рассматривать как динамическую систему взаимозависимых компонентов – «горные породы (грунты) – подземные воды – микробиота – газы – подземные конструкции».

В разрезе подземного пространства Санкт-Петербурга прослеживается осадочная толща четвертичного возраста от раннечетвертичных до современных отложений. Вне погребенных долин, развитых по направлению тектонических разломов, ее мощность снижается до 30 м и менее, в наиболее глубокой долине – 120 м. Дочетвертичные осадочные породы – глины и песчаники - представлены отложениями нижнекембрийского возраста и котлинского горизонта верхнего венда (рис.1).

В разрезе четвертичных отложений преобладают водонасыщенные глинистые грунты различного генезиса и возраста, имеющие, в основном, малую степень литификации (озерно-морские, озерно-ледниковые); средняя степень литификации отмечается для морен различного возраста (лужская позднечетвертичная, московская среднечетвертичная и днепровская раннечетвертичная) (рис.2). Пески встречены в разрезе четвертичных пород техногенного, озерно-морского и озерно-ледникового генезиса, а также в межморенных отложениях и в форме отдельных линз в моренах.

Уровень техногенных изменений, прежде всего, определяется влиянием болот и заболоченных грунтов, которые в процессе строительства снимались либо засыпались. Загрязненные техногенные образования представлены либо насыпными грунтами (18-19 вв. – сер. 20 в.) или намывными отложениями (вторая половина 20 в.). Кроме того источником загрязнения в разрезе служат ликвидированные водотоки, составляющие 3,7% территории города.

Наличие болот, а также заторфованных грунтов в верхней части разреза оказывает существенное влияние на состояние и физико-механические свойства подстилающих песчано-глинистых отложений четвертичного и дочетвертичного возраста за счет их обогащения органическими соединениями биогенного и абиогенного генезиса (рис.3).

В пределах низкой террасы распространены озерно-морские литориновые отложения, обогащенные органикой, а также микробиотой, активность деятельности которой усиливается при наличии в верхней части разреза торфов и контаминации стоками.

Нижнекембрийские синие глины распространены в южной части города, верхнекотлинские глины верхнего венда имеют региональное развитие.
Коренные глины необходимо рассматривать как литифицированную трещиновато-блочную среду, имеющую зональное строение, при этом интенсивность поступления поллютантов в толщу этих глин меняется по глубине в зависимости от степени их дезинтеграции.

В пределах города выделяются следующие водоносные горизонты: грунтовые воды, 1ый межморенный водоносный горизонт, 2ой межморенный водоносный горизонт, ломоносовский водоносный горизонт, а также вендский водоносный комплекс.

Загрязнение грунтовых вод за счет утечек из канализационной системы отмечено на большей части исторического центра города, где фиксируются отрицательные значения окислительно-восстановительного потенциала (до -198 mv в районе Александро-Невской Лавры), что определяется развитием анаэробных условий. В грунтовых водах отмечено высокое содержание кальция (до 150 мг/дм3) и магния (до 116 мг/дм3), связанное с выщелачиванием этих элементов из подземных конструкций. Повышенное содержание хлоридов (до 240 мг/дм3), а также иона аммония свидетельствует о загрязнении грунтовых вод канализационными стоками. Наличие сульфатов (до 176 мг/дм3) определяется их поступлением с территорий захороненных свалок, а также с канализационными стоками. Повсеместно в грунтовых водах отмечается присутствие органических соединений, определяемых по величине ХПК и перманганатной окисляемости. Содержание нефтяных углеводородов не превышает 0,1 мг/дм3.

В водах верхнего межморенного водоносного горизонта в пределах Полюстровского месторождения по последним проведенным исследованиям зафиксировано повышенное содержание аммония, хлоридов и сульфатов, а также тяжелых металлов и нефтепродуктов за счет их поступления из грунтовых вод.

К числу защищенных водоносных горизонтов от загрязнения относятся нижний межморенный водоносный горизонт и вендский водоносный комплекс. Ломоносовский водоносный горизонт, развитый на юге города, является плохо защищенным в локальных зонах отсутствия водоупорной толщи нижнекембрийских глин.

В торфах и заторфованных грунтах, характерных для разреза Санкт-Петербурга, присутствует микробиота, которая поступает в подстилающие породы. Наибольшая активность микроорганизмов прослеживается в торфах со средней степенью разложения. С увеличением степени разложения органического вещества, интенсивность микробной деятельности, количество микроорганизмов и разнообразие физиологических групп уменьшается. В верхней части торфов доминируют нитрифицирующие бактерии, в средней части преобладают денитрифицирующие, ниже по разрезу в анаэробных условиях присутствуют сульфатредуцирующие, аммонифицирующие и метанобразующие, а также анаэробные целлюлозоразлагающие бактерии.

Вторым важным источником поступления микроорганизмов в подземное пространство являются утечки из систем водоотведения, жидкая фаза из свалок бытовых отходов, а также ликвидированные и действующие кладбища. Один миллилитр сточных вод содержит 107-108 клеток микроорганизмов.

Природным источником поступления микробиоты в подземное пространство города служат газогенерирующие межледниковые микулинские отложения, содержащие до 20-22% битумного органического вещества, развитые в юго-восточной и северной частях города. Микробиологические исследования этих пород выявили наличие большого количества анаэробных форм микроорганизмов, которые участвуют в генерации малорастворимых (СН4, N2) и растворимых (CO2, H2S) газов. Кроме того, источником биохимического газообразования (СН4, H2S) являются болота и литориновые отложения, техногенного – ликвидированные свалки, кладбища и водные объекты.

Еще до строительства сооружения существует необходимость изучения состояния компонентов подземного пространства с позиции их контаминации, на которое накладывается влияние сооружения с учетом технологии эксплуатации - давления, температуры, утечек различного органического и неорганического состава.

При неуправляемом техногенезе с поступлением контаминантов различного химического состава, содержащих органические компоненты биогенного и абиогенного генезиса, в толщу пород, происходит изменение окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий.

  1. Активизация микробной деятельности в подземном пространстве мегаполисов при поступлении питательных и энергетических субстратов, отепляющем эффекте, дополнительном привносе микроорганизмов из различных природных и техногенных источников контаминации, а также формировании анаэробных условий оказывают негативное воздействие на песчано-глинистые отложения, которое постепенно уменьшается по мере повышения содержания глинистой фракции в грунтах и степени их литификации.

В связи с особенностями характеристик компонентов подземного пространства Санкт-Петербурга был проведен комплекс экспериментальных исследований, позволяющий установить закономерности изменения состава, состояния, физико-механических свойств песчано-глинистых отложений различного генезиса и возраста под влиянием органических соединений, отепляющего эффекта и при воздействии поступления питательных и энергетических субстратов в подземную среду, в которой присутствует микробиота.

Содержание органического вещества абиогенного генезиса менее 3% в песках разного гранулометрического состава отражается на значениях плотности, коэффициента фильтрации, характеристик прочности и деформируемости. Под влиянием увеличения содержания органических соединений абиогенного генезиса отмечено снижение плотности, рост общего значения пористости, с одной стороны, и уменьшение абсолютного размера пор, с другой, что отражается на фильтрационной способности песков, снижающейся в 2-5 раз. На зернах песка образуются тонкие пленки из коллоидной фракции органической компоненты, что приводит к появлению связности и снижению углов внутреннего трения.

По экспериментальным данным особенно активное изменение водопроницаемости и показателей сопротивления сдвигу песков отмечается при действии органической составляющей (торфа) и подачи многокомпонентного питательного субстрата (KNO3, KH2PO4, NaHPO4*12H2O, MgSO4), способствующих развитию микроорганизмов (табл. 1).Снижение коэффициента фильтрации и угла внутреннего трения песка средней крупности связано с повышением содержания коллоидных фракций и образованием биопленок на минеральных зернах, которые существенно уменьшают трение. В процессе длительного воздействия органики биогенного генезиса изменяется гранулометрический состав песков за счет роста содержания более мелкой фракции. Так, в исходном песке преобладающая фракция 0,5-0,25 мм составляла 65%, на момент завершения опыта содержание мелкой фракции 0,25-0,1 мм возросло до 57%, а среднезернистой снизилось до 43%.

В лабораторных условиях при воздействии на чистые пески торфа за один год отмечен рост микробной массы от 0 до 89 мкг/г (см. табл.1, рис. 4). Микробиологические исследования выявили развитие трех видов микромицетов – Penicillium oxysporum, Aspergillus niger, Penicillium brevicompactum (600 КОЕ на 1 грамм песка), которые принадлежат к аэробным формам микроорганизмов. Привнос нефтяных углеводородов способствовал формированию анаэробной среды, что фиксировалось по косвенным признакам: переходу цвета песка от светло-коричневого до серого. В восстановительной среде отмечалось снижение численности микромицетов и уменьшение их активности, что вызвало двукратное снижение величины микробной массы по сравнению с результатами опыта без добавок нефтепродуктов. В процессе опыта наблюдалось изменение кислотно- щелочных условий (рН снизилось от 7,5 до 5,5 за счет образования органических кислот), подтверждающееся формированием кристаллов оксалатов при продуцировании микромицетами щавелевой кислоты; кроме того, в первый месяц проведения исследований отмечалось выделение газа, состав которого не определялся.

При воздействии органики биогенного и абиогенного генезиса на выветрелые ожелезненные нижнекембрийские песчаники в бескислородной среде происходит восстановление железа до Fe2+, что вызывает полную деградацию цементационных связей за счет гидрооксида железа и одновременно диспергацию глинистых агрегатов. Через 6 месяцев было получено снижение угла внутреннего трения (с 270 до 100), сцепления (от 0,049 до 0,011 МПа), что сопровождалось ростом микробной массы в 5 раз.

Воздействие торфов на нижнекембрийские синие глины вызывает интенсивный рост микробной массы и снижение параметров их прочности: угла внутреннего трения в 1,25-1,5 раза, сцепления – на 20% (табл. 2). При воздействии природной органики на нижнекембрийские синие глины было установлено увеличение микробной массы в 3,5 раза за 6 месяцев. В течение опыта поддерживались анаэробные условия, о чем свидетельствует появление пятен гидротроилита за счет сульфатредукции железа и образования сероводорода. При поступлении нефтепродуктов (соляровое масло) микробная масса за 6 месяцев возросла с 25 мкг/г до 103 мкг/г (см. табл. 2). Еще ранее было установлено, что в глинах доминируют анаэробные бактерии, соответственно в восстановительных условиях при поступлении солярового масла численность микроорганизмов возрастает даже в литифицированных глинах.

Экспериментальными исследованиями установлено, что по мере повышения содержания глинистых фракций в грунтах при прочих равных условиях (поступление питательных субстратов с постоянным составом) возрастает величина микробной массы за счет повышения сорбционной способности песчано-глинистых пород (рис.5). Для развития микробиоты в песчано-глинистых отложениях имеет значение тип питательного субстрата. Как показали результаты экспериментальных исследований, при полном водонасыщении микробная масса увеличивается, максимальный рост биоты зафиксирован при поступлении питательного субстрата с 1% солярового масла.

На активность деятельности микроорганизмов существенное влияние оказывает температура. Все исследуемые физиологические группы микроорганизмов принадлежат к мезофилам, т.е. для них существует температурный оптимум в условиях которого отмечается рост их численности. При повышении температуры от 15-170С до 30-350С, что характерно для пород в основании ТЭЦ, в образцах на гидрослюдистых глин микробная масса увеличилась на 40%.

При воздействии на образцы супесчаного состава ультрафиолетовых волн длиной 305-315 нм за месяц микробная масса снизилась в 4 раза по сравнению с исходной (113,8 мкг/г), при условии поглощения излучения нуклеиновыми кислотами клеток, которые погибают в результате мутации [М.В. Волькенштейн, 2008 г.]. При вибрационном воздействии с частотой колебаний 1500 Гц содержание микробной массы за аналогичный период уменьшилось почти в 2 раза (от 133 до 70 мкг/г) за счет разрушения клеток и снижения активности их размножения.

На основе проведенных исследований введен коэффициент снижения сопротивления сдвигу для песков и глинистых пород в зависимости от содержания микробной массы (табл.3, рис.6). Наиболее чувствительными оказываются пески средней крупности, практически не содержащие пылеватую фракцию, которые переходят в состояние плывунов при величине микробной массы более 60 мкг/г. Все разности водонасыщенных глинистых грунтов малой и средней степени литификации в анаэробных условиях и при содержании микробной массы более 100 мкг/г следует рассматривать как пластичные среды с углами внутреннего трения менее 5-60. По мере повышения содержания глинистой фракции такое влияние снижается для величин сопротивления сдвигу грунтов.

  1. Для повышения безопасности функционирования системы сооружение – многокомпонентная подземная среда необходимо вести проектирование на основе прогнозирования изменения состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых отложений, преобразования состава подземных вод и активизации природно-техногенных процессов с использованием результатов экспериментальных исследований, которые не предусмотрены в системе инженерных изысканий.

Необходимость обеспечения длительной устойчивости – одно из основных требований, предъявляемых к зданиям и сооружениям различного назначения. По данным проф. В.М. Улицкого в Санкт-Петербурге большая часть деформаций (61%) обусловлена техногенными факторами, проявляющимися при эксплуатации сооружений различного назначения. В действующих нормативных документах отсутствуют требования к обязательному выполнению прогноза по изменению химического состава подземных вод, окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий, температурного режима, активизации микробной деятельности, которые сказываются на ухудшении состояния и свойств пород в основании сооружений в процессе их строительства и эксплуатации.

Для сравнительной оценки степени загрязнения верхней части разреза четвертичных отложений в пределах территории Санкт-Петербурга построена схематическая карта интенсивности загрязнения в зависимости от концентрации источников контаминации, которая дает возможность установить тенденции изменения состояния и свойств песчано-глинистых грунтов и воспользоваться коэффициентами снижения прочности песчано-глинистых грунтов в зависимости от содержания в них микробной массы (рис. 7).

В качестве примера можно привести анализ перехода жилого здания на Двинской ул. в аварийное состояние в результате негативного преобразования песчано-супесчаных пород, которые служили несущим горизонтом для ленточных фундаментов шириной b=2,8-3,2 м, заглубленных на 2,5 м, при постоянном воздействии утечек из канализационной системы. Определение расчетного сопротивления (R) на стадии проектирования было выполнено при следующих показателях сопротивления сдвигу: с=0,015 МПа (1,5 тс/м2) и =200, =1,95-2,0 т/м3 и составило 0,27 МПа (2,7 тс/м2), при этом выполнялось условие рсс – давление под подошвой от сооружения, равное 0,15 МПа.

Длительность воздействия канализационных стоков и подтопление фундаментов привело к преобразованию песчано-супесчаных отложений, изменились показатели сопротивления сдвигу: =60, с=0,017 МПа (1,7 тс/м2), взвешивающее воздействие подтопления привело к снижению до 1,42 т/м3. При этих параметрах R составило 0,11 МПа (11 тс/м2) и оказалось ниже, чем давление от сооружения.

При проектировании сооружений в зонах интенсивного загрязнения необходимо использование в расчетах характеристик сопротивления сдвигу, полученных в условиях трехосного сжатия по схеме НН (неконсолидированно-недренированный сдвиг) с возможностью бокового расширения образцов, что отражает поведение пород в основании сооружения. Данная схема испытаний позволяет получить минимальные углы внутреннего трения при сохранении плотности и влажности грунтов.

Кроме того, необходимо выполнение прогноза изменения не только физико-механических свойств, но и активизации природно-техногенных процессов: перехода песков в плывуны, возможность выпора грунтов из-под сооружения, биокоррозии строительных материалов.
1   2   3

Похожие:

Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о выборах Губернатора Санкт-Петербурга Принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга
Губернатор Санкт-Петербурга избирается гражданами Российской Федерации на основе всеобщего равного и прямого избирательного права...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconПравительство Санкт-Петербурга комитет по земельным ресурсам и землеустройству санкт-петербурга прика з от 13 ноября 2007 года №216 о внесении изменений в Версию 11 Классификаторов пункт 8 «Особые режимы использования участка и его частей»
Законе Санкт-Петербурга от 22. 12. 2005 года №728-99 “о генеральном плане Санкт-Петербурга и границах зон охраны объектов культурного...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о правительстве Санкт-Петербурга Принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга 24 июня 2009 года Статья 1
...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о правилах землепользования и застройки Санкт-Петербурга Принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга 4 февраля 2009 года Статья 1
Санкт-Петербурга в части границ территориальных зон согласно приложению 2 к настоящему Закону Санкт-Петербурга
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о градостроительной деятельности в Санкт-Петербурге Принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга 28 октября 2009 года
Настоящий Закон Санкт-Петербурга устанавливает разграничение полномочий органов государственной власти Санкт-Петербурга в сфере регулирования...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconОценка эффективности использования сельскохозяйственных земель, расположенных на территории Санкт-Петербурга
Материалы презентации были подготовлены по заказу кэрппит санкт-Петербургским государственным аграрным университетом. Заседание вел...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о государственных информационных системах санкт-петербурга принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга 1 июля 2009 года
Санкт-Петербурга, и иным имеющимся в распоряжении государственных органов Санкт-Петербурга сведениям и документам
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакон санкт-петербурга о порядке проведения публичных слушаний по проекту бюджета санкт-петербурга и проекту годового отчета об исполнении бюджета санкт-петербурга принят Законодательным Собранием Санкт-Петербурга
Федерации и пунктом 7 статьи 73 Устава Санкт-Петербурга определяет порядок проведения в Санкт-Петербурге публичных слушаний по проекту...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) icon27-29 июня 2012 г., Санкт-Петербург, Невский пр., 57, отель «Коринтия Санкт-Петербург»
Пленарное заседание – 1 часть: «Комплексное освоение подземного пространства мегаполисов – как одно из важнейших направлений государственного...
Инженерно-геологическая оценка техногенеза компонентов подземного пространства при его освоении и использовании (на примере санкт-петербурга) iconЗакона Санкт-Петербурга «О внесении дополнения в Закон Санкт-Петербурга «О льготах по уплате земельного налога»
Законодательное собрание санкт-петербурга аппарат законодательного собрания санкт-петербурга
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org