Города и геология
(читая книгу Роберта Леггета)
Ничего мистического в книге нет, кроме того,
что архитекторам полезно знать вопросы геологии в общих чертах.
Пытаюсь специально для них выписать интересные для места.
Глава вторая
ГЕОЛОГИЯ И ДРЕВНИЕ ГОРОДА
Некоторые прибрежные города
…Со времен римлян (на побережье Англии)
исчезло в море не менее 28 городов.
Вечный Город некогда был портом, а древние
суда доходили даже до огромной римской клоаки
Некоторые примеры из Нового Света
Новый Орлеан был основан в 1717 г. На естественной
насыпи, образующей восточный берег реки Миссисипи, настолько близко
к месту образования ее дельты, насколько это представлялось желательным
в те времена… Такое местоположение было вполне обосновано с геологической
точки зрения для небольшого поселения. Что же касается современного
огромного города, то оно является источником серьезных проблем…
Совсем недавно, эта проблема дала о себе знать,
все были свидетелями колоссального наводнения в Новом Орлеане с
огромными жертвами.
Глава третья
ПЛАНИРОВАНИЕ ГОРОДОВ И ГЕОЛОГИЯ
Недооценка геологических факторов в работах
по планированию и строительству городов
Авторы…. перечисляют области науки и техники,
на которых зиждется строительство, а именно: физику, химию, термодинамику,
гидравлику, механику, экономику, математику, городское планирование,
законодательство, политические науки, общественное управление, здравоохранение,
социологию, антропологию и т.д. А геология? О ней ни слова.
Во многих случаях с геологией вынуждены
были считаться только тогда, когда происходило несчастье и выяснялось,
что причина его – результат принебрежительного отношения к подземным
условиям местности.
Книга Легетта написана в 1973, переведена на
русский язык в 1976, и адресована, прежде всего, архитекторам градостроителям.
Так как мы работаем в тесном контакте с архитекторами, то можно
с уверенностью сказать, что с архитекторами говорить о проблемах
геологии даже как-то неприлично, дурной тон.
Выше сказанное, это не безосновательная декларация,
а упрямый факт. Архитекторы упорно рисуют годами эскизные проекты
(на сленге «козликов»), игнорируя конструктора и «его» геологию,
и потом получается, что мы вместе с ними влезли в какое-нибудь дерьмо:
оползневую зону, тектонический разлом, болото, по уши в воде или
нужно перекачать море решетом.
Геология и планирование
Осадочные горные породы находят сейчас
далеко от современных океанов, залежи угля – около Южного полюса
на высоте свыше 3350 м и почему даже вершина горы Джомолунгма сложена
известняками. (Р.Л.)
Проектирую 40 лет в Днепропетровске впервые
под одним из моих объектов, на глубине около 30 метров обнаружена
прослойка бурых углей.
Калькутта расположена на аллювиальной равнине
в долине реки Ганга, коренные породы залегают здесь настолько глубоко,
что ни одной разведочной скважиной их пока не удалось вскрыть. Даже
скважины, пробуренные на глубину свыше 305м, вскрыли лишь глубоко
залегающие пласты торфа с прослоями песка, а также глины с известковыми
конкрециями.
Пойменные отложения нередко представлены
рыхлыми песками и суглинками, очень не выдержанными по вертикали
и по горизонтали, что определяет большую изменчивость возможных
оснований под фундаменты. Неизменно высокая влажность отложений,
их естественная способность быстро выклиниваться, и изменяться по
простиранию требуют особых мер предосторожности при проектировании
фундаментов.
Весь джентльменский набор, вышеперечисленного,-
один к одному соответствует днепропетровской пойме.
Крутые сложенные коренными породами склоны
возвышенностей зачастую представляют собой последние реликты первоначального
ландшафта. Поэтому желательно сохранить их в неприкосновенности
в качестве характерных элементов городского пейзажа. В то же время
не вызывает сомнения то обстоятельство, что при интенсивном развитии
городского строительства выходы коренных пород заведомо придется
разрушать. Во избежание ненужных осложнений в соответствующих условиях
необходимо заранее подумать о получении точной геологической характеристике
этих пород… Чем круче залегают пласты горных пород, тем более детальной
должна быть геологическая съемка до завершения планирования.
В эту проблему мы вляпались при реализации
объектов «Амстердам» и «Терраса». Выходы коренных пород, крутые
склоны, недостаточное количество геологических скважин.
Вследствие, столь необдуманного освоения
реки нарушен красивый естественный вид речных берегов, а многие
районы города, имеющие историческую ценность, заслонены более поздними
застройками (речь идет о Праге).
Известны и другие примеры того, как в конкурентной борьбе
за городские земли была забыта старая практика сохранения первозданного
облика речных берегов.
Автор не прав, когда пишет, что действия архитекторов
по уничтожению берегов реки необдуманны. Все с точностью наоборот:
обдуманы-обдуманы. Пример строительства на Набережной Днепропетровска
огромных 9-ти этажных домов-пластин в 70-х годах 20 века, перекрывших
вид на город расположенный на холмах. А сейчас идет настоящая захватническая
война по застройке берега под руководством Главного архитектурного
управления и совета народных депутатов.
Любопытно, что в Центральной Европе средневековые
строители, как правило, избегали закладки городов на поймах. Они
не без основания опасались наводнений и, кроме того, хорошо осознавали
трудности строительства на водонасыщенных грунтах вблизи рек. Помимо
трудностей, связанных со строительством, сами поймы отличаются неблагоприятным
микроклиматическими особенностями.
Этот тезис ярко иллюстрирует первоначальная
закладка нашего города в 18 веке в пойме реки Самары. Самое интересное,
что город перенесли на крутой берег Днепра, туда, где он сейчас
и находится, а дату основания отсчитывают от поймы Самары. Правда
за 250 лет, пойма Самары частично уже вошла в черту города.
Раз уж мы коснулись даты основания города, то на крутом берегу Днепра
задолго до указа царицы существовало казацкое поселение Половица.
Казаки были не такими идиотами как царские чиновники, в плане оценки
гидрогеологической ситуации для устройства своего поселения.
Некоторые крутые склоны в городе (Праге)
сложены сланцами… Их устойчивость контролируется условиями залегания
пластов относительно склона. В тех случаях, когда улица прокладывалась
параллельно простиранию пластов, падающих в сторону склона, равновесие
пород на склоне легко нарушалось строительными работами, что вызывало
скольжение сланцев вдоль плоскостей напластования. Обрушения такого
рода происходили в результате подрезания склона…
В Днепропетровске оползни случаются и без подрезания
несуществующих сланцев,. Подрезанные и обводненные суглинки также
неплохо валятся под откос. Днепропетровск может похвастаться знаменитым
оползнем на ж.м. Тополь, когда многоэтажные панельные дома в начале
90-х ХХ века уплывали селевой рекой по тальвегу балки.
При планировании города или района, площадь,
намеченную к застройке, нельзя уподоблять чистому листу бумаги,
на котором возможна материализация любых идей…
Я бы расширил до, - «любых бредовых идей»
Как сказал Френсис Бэкон почти четыре столетия
назад: «Чтобы управлять природой, надо ей подчиняться».
Учитывая печальный опыт застройки новых
районов во многих развивающихся городах и их неминуемое расширение
в будущем, мы вправе утверждать: планирование, игнорирующее природные
условия, в конце концов, вызовет такие изменения окружающей среды,
о которых нельзя думать без сожаления, граничащего со стыдом.
Геологические методы и карты.
Третья, последняя стадия геологических
исследований в процессе городского планирования связана с началом
строительства. На этой стадии происходит непрерывное изучение грунтов
и пород, вскрываемых в ходе землеройных работ. Полученные данные
сопоставляются с результатами предварительного бурения и другими
сведениями о геологии района.
Это положение у нас не нормируется. Геолог
в процессе вскрытия грунтов может появиться, только в том случае,
если его очень сильно попросить.
На одном из наших объектов пришлось отменять целый этаж из-за «несанкционированного»
инженерно-геологическим отчетом, залегания скальных грунтов.
На другом объекте по той же причине сваи не доходили до проектной
отметки около 4-х метров при общей длине сваи 6м. (от сваи оставался
2-х метровый огрызок).
Если взять эти два случая, то колебания в геологических отчетах
составили плюс/минус 4м, - всего 8 метров. Часто такие вещи происходят
из-за того, что геологи подстраховываются и занижают несущую способность
грунтов.
Глава четвертая
ГИДРОГЕОЛОГИЯ ГОРОДОВ
Наличие воды на поверхности Земли
Всего 1.25 млрд. куб. км воды
97% - составляют соленые воды океанов
3% - от общего количества пресные воды – 37.5 млн. куб. км
87% пресной воды законсервировано в виде
льда в полярных районах и ледниках
На долю остальной пресной воды приходится
4.7 млн. куб. км, 90% этого количества составляют подземные воды.
0.01% воды от общего количества сосредоточено
в ручьях, реках, озерах и атмосфере.
Круговорот воды в природе известен еще
под названием гидрогеологический цикл. Уяснение главных особенностей
этого цикла необходимо для понимания влияния геологических условий
на движение воды и, следовательно, на все аспекты городского планирования,
связанные с водой.
В Днепропетровске, как и везде, полный букет
проблем связанных с круговоротом воды в природе, например подтопление
огромных жилых массивов и связанные с этим аварии, подтопление новой
застройкой частного сектора, загрязнение и отравление подземных
вод, устройство непроточной зоны на Днепре в связи с бездумной намывкой
участка под строительство.
Поверхность воды
Опасность наводнений на территории городов
должна неукоснительно учитываться всеми планировщиками.
В связи с наводнение в Днепропетровске конца
50-х годов ХХ века начали отсыпать дамбу вдоль Днепра, затем эта
дамба развернулась в грандиозное строительство 25 километровой Набережной.
В 1977 году произошла небольшая накладка с Дамбой-Набережной. Во
время грандиозного ливня, вода, устремившаяся к Днепру, заливая
по пути подвалы домов, до Днепра не дошла, так как Дамба-Набережная
оказалась выше по рельефу, чем параллельные улицы Ленинградская,
Плеханова, проспект К. Маркса. В том месте, где Ленинградская соединяется
с Плеханова, вода поднялась на 2м над отметкой земли. По Набережной
можно было пройтись почти как посуху.
Удаление сточных вод
Город Бельвью (штат Огайо) стоит на пористом
известняке. Не удивительно, что при имеющейся возможности быстро
соорудить поглощающие колодцы, за короткое время было выкопано 1500
ям, в которые сливались все отходы, включая бытовые. 26 июня 1937
года на город обрушился ураган, сопровождавшийся необычно сильным
ливнем: за 9 часов выпало 17.3-20.3 см осадков. Все обычные сооружения
для стока ливневых дождей были переполнены; быстро заполнились водой
и все подземные пустоты. Произошло наводнение; на улицах в нижней
части города из-под земли начали вырываться фонтаны воды высотой
4.5-6м. Большая часть города оказалась затопленной, и не только
дождевой водой, так как подземные пустоты «извергали» накопленное
в них «содержимое» - зловеще напоминание, что вода, попадая в землю,
не исчезает, а становится частью обширной и сложной водной системы,
о существовании которой надо помнить при любом городском планировании.
Глава пятая
ОСНОВАНИЯ ГОРОДСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Для закладки фундаментов храмовых зданий
следует рыть до глубины твердых пород, если они
могут быть найдены, и закладывать фундамент в
твердых пластах, на глубине, сообразной с
величиной сооружения…
Если же не окажется твердых земляных пород,
а место будет до самой глубины с наносной землей
или болотистое, то нужно раскопать это место,
освободить его от земли и забить ольховые, или
оливковые, или дубовые обожженные сваи; эти сваи
надо вбивать механическими средствами как можно
чаще…
Витрувий
Общая часть
Чтобы попасть во многие древние здания
старой Праги, нужно спуститься по ступенькам вниз, вместо того чтобы,
как принято подняться по лестнице.
В этом случае причина образовавшийся культурный
слой, поднявший отметку улиц.
В Днепропетровске на ж.м. Тополь в здания построенные 35 лет назад,
также нужно спускаться по ступенькам вниз, но по другой причине,
из-за подъема грунтовых вод от 25 до 5м от поверхности земли на
просадочных грунтах. Замачивание просадочных грунтов по всей территории
дало разницу в осадках между тротуарами и основанием фундаментов
почти 1 метр. В местах входов пришлось делать приямки, чтобы дома
не заливали ливневые воды и чтобы пройти под козырьком над входом
Основания двух памятников
«Падающая Пизанская башня.
Фундамент имеет форму круглой плиты (19.2 м в диаметре с 4.5- метровым
отверстием в центре). Давление на основание 88т/м2. Башня опирается
на слой глинистого песка 3.1м, подстилаемого песком 6.4м. Ниже засоленные
глины, мощность неизвестна, они и являются причиной неравномерных
осадок.
Памятник Вашингтону в Вашингтоне.
Строительство 1848-1880 год. Высота 169м. Вес 82500 т. Крен 44мм.
В 1876 скважины бурились на глубину 15.4м. Общая осадка за все время
составила 152мм. Коренные породы оказались на глубине 27.4м. Слой
мягкой голубой глины залегающий на коренных породой и явился причиной
неравномерных осадок.
Некоторые проблемы, связанные с основаниями
сооружений.
Знаменитый Дворец изящных искусств в Мехико
– общая осадка превысила 3м. Разведочные скважины до 70 м. Основание
– вулканический пепел, пемзовый песок, гравий, высокий уровень грунтовых
вод. Рядом в 1951 году возведен 43-эт небоскреб «Латино-Американа».
Фундамент сваи стойки забитые до слоя песка на глубину 33.5 м от
поверхности. Сваи проходили сквозь первый и наиболее мощный слой
вулканической глины (именно этот слой служил причиной большинства
осадок в Мехико). Котлован глубиной до 13 м
Проблемы, связанные с грунтами
Ледниковые отложения отличаются от грунтов
другого происхождения существенной неоднородностью…
….отмечаются неожиданное изменение глубины
залегания ледниковых глин на 4.8м при расстоянии между скважинами
менее 3м…
….валуны часто достигают огромных размеров,
как например, известна глыба вблизи Глен-Миллер (Онтарио) – ее высота
7.6м, а поперечник около 10.7м….
….Обычно лессы неслоистые, а мощность
их может превышать 100м
Проблемы, связанные со скальными породами
…Даже столь крепкие породы, как манхэттенские
кристаллические сланцы, вызвали немало осложнений из-за крутого
падения и скольжения по поверхности трещин.
Известен случай, когда в ФРГ было начато
строительство восьмиэтажного ж.б. здания, в основании которого залегали
падающие под некоторым углом к дневной поверхности коренные породы..
Основание считалось достаточно надежным, однако после возведения
пяти этажей нагрузка возросла до такой степени, что началось соскальзывание
верхней зоны скального основания вниз по склону. Его удалось остановить,
пробурив 150 скважин, заглубив их на 6м в нижележащие кварциты и
загнав в них стальные стержни. Таким способом здание «приклепали»
к породам основания.
….нужно точно определять элементы залегания
коренных пород на месте строительства, так же как и возможность
наличия разрывов.
….отчеты о геологическом строении и сопровождающие
их карты редко бывают столь детальными, чтобы на их основании можно
было точно определить положение разрывов (сбросов)…
….только в процессе выемки котлована сброс
был обнаружен, оказалось, что он проходит между двумя рядами скважин.
Это значительно увеличило объем земляных работ.
…после снятия нагрузки породы реагировали
естественным образом – упругим разуплотнением, которое продолжается
до сих пор и вызывает непрерывное разуплотнение материала.
…после удаления сравнительно небольшой
нагрузки от веса породы, залегающей в котловане, его дно испытывает
упругий подъем.
…сланцы обладают способностью поглощать
воду и при этом сильно набухать.
Проблемы, связанные с насыпями и насыпными
грунтами
Современная поверхность в центре Праги
поднята на 6м над естественным уровнем.
«Санитарные насыпи» - бывшие свалки. После
заселения здания, в подвалах может быть обнаружен метан.
Засыпка старых карьеров (балок).
В «хрущевские» времена жилой дом пр. Героев
Сталинграда,7 в Днепропетровске был построен в районе засыпанного
оврага на ленточных фундаментах. Часть здания попало непосредственно
на засыпанный овраг, часть на естественное основание. В процессе
строительства наблюдались неравномерные осадки. Здание сдавалось
в эксплуатацию с оценкой «неудовлетворительно!», в последствии его
приспособили под отселенческий фонд. Здание неравномерно садилось
на протяжении нескольких десятилетий.
Проблемы, связанные с подземными водами.
Искусственное поддержание постоянного уровня
грунтовых вод, в зданиях на деревянных свайных фундаментах (для
предотвращения гниения свай).
Деревья могут привести к разрушению зданий,
в связи с влиянием на влажностный режим грунтов проявляющих усадку.
Если дом закладывается на грунте дающем
усадку, то рекомендуется деревья высаживать от него на расстоянии,
не меньшем максимально возможной высоты дерева.
В рассматриваемых случаях трещину можно
залечить, удалив деревья и непрерывно в течении нескольких дней
поливая почву водой.
Необычные методы строительства
…если удалить слой слабого грунта такой
мощности, чтобы его вес соответствовал весу проектируемого сооружения,
а затем заменить вынутый грунт этим сооружением, последнее будет
как бы «плавать» в толще глины.
Другой способ строительства на слабых грунтах,
состоит в том, что нижняя секция фундамента сначала устанавливается
непосредственно на поверхности грунта, а затем задавливается в грунт
весом верхних этажей возводимого здания. При этом первоначально
по периметру будущего фундамента создается «режущий край». Этим
методом в Токио сооружено более 20 зданий.
Глава восьмая
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, УГРОЖАЮЩИЕ ГОРОДАМ
Вулканическая деятельность. Обычно
вулканическая активность вызывает оседание поверхности земли, хотя
могут быть и обратные явления.
Геологически активные разрывы. Если
разрывное нарушение не было обнаружено в ходе предварительных исследований,
то при извлечении пород, могут произойти неприятности. Сами разрывы
обычно довольно устойчивы, но так бывает не всегда. Некоторые разрывы
активны и сейчас. Возможность встречи с ними нужно иметь ввиду.
Землетрясения.
Полностью разрушен Лиссабон – 1755
1908, Сицилия – погибло 75 тыс. человек
1923, Япония – 140 тыс. человек
1948, Ашхабад – 110 тыс. человек
1966, Ташкент – 8 тыс. человек
1970, Перу –50 тыс. человек
1988, Армения – 25 тыс. человек
Цунами.
Наводнения.
Грязевые потоки.
Оползни. Последним толчком к оползню может быть активная
строительная деятельность на этом участке.
Обвалы и камнепады.
Оползни в скальных породах.
Оползни и оплывины на отвалах и терриконах.
Лавины.
Карстовые провалы.
Оседание поверхности, вызванные горными выработками.
Оседание, вызванное откачкой.
Осадки в рыхлых отложениях.
Набухающие грунты и породы.
Морозное вспучивание.
Проблемы, связанные с природным газом. В конце 1969 в США
(штат Флорида): там одновременно взорвалось несколько пустотелых
свай из предварительно напряженного железобетона. Как выяснилось
впоследствии, из внутренних полостей свай не были удалены картонные
формы. Находившиеся в воде бактерии, разлагали картон с выделением
газа.
Проблемы строительства на побережьях. Приливы. Высота прилива
различна, от 16.2м в Новой Шотландии, до нескольких сантиметров.
Колебания уровня моря.
21.12.2007
Прокуратов Ю.А.
|
