Влияние погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга (стр. 1 )

На правах рукописи

ЗАХАРОВА Екатерина Геннадьевна

Влияние погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга

Специальность 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Регина Эдуардовна Дашко

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Ярослав Владимирович Неизвестнов

кандидат геолого-минералогических наук

Ирина Львовна Плечкова

Ведущее предприятие – Институт ЛЕНГРАЖДАНПРОЕКТ

Защита диссертации состоится 25 декабря 2006 г. в 17 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан ноября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д. г.-м. н., профессор А. Г. МАРЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Санкт-Петербург относится к мегаполисам со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими и геоэкологическими условиями. Особое влияние на условия строительства, эксплуатацию, реконструкцию зданий и сооружений, в первую очередь архитектурно-исторических памятников, оказывают погребенные болота, которые в конце 18 в. занимали более 50 % исторического центра города. При этом согласно территориальным строительным нормам по Санкт-Петербургу (ТСН 50-302-2004), в отношении погребенных болот отмечаются лишь три частных положения: 1) потенциальная опасность зон погребенных болот в отношении биохимической газогенерации CH4, CO2, H2S; 2) развитие процессов гниения торфа и органических включений в грунтах при понижении уровня подземных вод; 3) расчет деформаций зданий с учетом толщи погребенного торфа.

В практике инженерных изысканий и проектировании наземных сооружений основное внимание обращено только на наличие торфов и их физико-механические свойства, которые во многом определяют величину осадки зданий и сооружений. Следует отметить, что несмотря на широкое развитие болот в пределах Севера и Северо-Запада РФ, Сибири и сопредельных государств – стран Балтии и Белоруссии имеется ограниченное число публикаций по изучению инженерно-геологических условий территорий распространения болотных массивов, особенностям их освоения и строительства на торфах (Амарян Л. С., Винокуров Ф. П., Далматов Б. И., Коновалов П. А., Ломтадзе В. Д., Морарескул Н. Н., Пичугин А. В., Ордуянц К. С., Сергеев Е. М. и др.). Непосредственно в Санкт-Петербурге проблемами освоения территорий, занятых болотами и торфами в различные годы занимались Васильев Б. Д., Далматов Б. И., Иовчук А. Т., Морарескул Н. Н. и др.

Цель работы. Установление основных закономерностей преобразования водонасыщенных песчано-глинистых пород под болотными отложениями для прогноза развития природно-техногенных процессов и явлений, а также их воздействия на условия строительства и реконструкции зданий и сооружений и их эксплуатационную надежность.

Основные задачи исследований: 1) анализ и оценка особенностей развития болотных отложений на территории Санкт-Петербурга и их инженерно-геологическая характеристика; 2) исследование микрофлоры болотных отложений и ее роли при формировании и преобразовании физико-механических свойств подстилающих пород; 3) изучение влияния погребенных болот на снижение степени загрязнения подземной среды; 4) оценка длительной устойчивости сооружений в районах развития погребенных болот с учетом физико-химических и микробных факторов; 5) разработка рекомендаций по количественной оценке изменения параметров механических свойств песчано-глинистых грунтов под болотными отложениями.

Фактический материал и личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам инженерно-геологических и геоэкологических исследований по изучению подземного пространства Санкт-Петербурга и северо-запада РФ, которые проводились на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии СПГГИ (ТУ). Личный вклад автора: изучение особенностей инженерно-геологических и геоэкологических условий на различных объектах в районах развития погребенных болот, проведение экспериментальных исследований с целью получения закономерностей негативного преобразования грунтов в зоне влияния захороненных болот, формирования и развития тиксотропности грунтов, плывунов и биодеградации строительных материалов; разработка рекомендаций по совершенствованию систем расчетов несущей способности свай при наличии в разрезе захороненных болотных отложений.

Основные методы исследований. В работе используются методы теоретического анализа формирования и преобразования инженерно-геологических условий в зонах развития захороненных болот, экспериментальные исследования трансформации состава, состояния и физико-механических свойств песчано-глинистых пород под воздействием торфов, расчетные методы оценки несущей способности грунтов и свайных фундаментов с учетом наличия в разрезе болотных отложений.

Научная новизна Установлены закономерности влияния погребенных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий в подземном пространстве города, в том числе на развитие физико-химических и биохимических процессов при активизации деятельности болотной микрофлоры при поступлении поллютантов различного состава, оказывающих негативное воздействие на устойчивость и несущую способность грунтов, а также коррозионную активность подземной среды по отношению к строительным материалам.

Практическая значимость. Полученные результаты по воздействию захороненных болот на формирование инженерно-геологических и геоэкологических условий рекомендованы для внедрения в территориальные строительные нормы для Санкт-Петербурга и административно подчиненных ему регионов, которые перерабатываются и дополняются каждые четыре года, результаты работ были использованы в прогнозных оценках условий эксплуатации и реконструкции ряда зданий и сооружений на территории Санкт-Петербурга.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений и выполненных экспериментальных исследований преобразования песчано-глинистых отложений под влиянием захороненных болот на различных объектах Санкт-Петербурга. В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии при участии автора в рамках работ: научно-технической целевой программы Санкт-Петербурга "Программа развития высшей школы Санкт-Петербурга" на 2002-2005 годы, тема исследований – «Разработка научно-практических основ комплексного геоэкологического мониторинга подземного пространства Санкт-Петербурга с целью повышения безопасности его освоения и использования в сложных природно-техногенных условиях» в 2003, 2004 гг.; научно-исследовательской работы по заданию Минобразования и науки РФ, тема – ««Разработка научных основ инженерно-геологического и геоэкологического обоснования длительной устойчивости инженерных сооружений в крупных мегаполисах»» в 2003 , 2004 г. г., по заданию Министерства природных ресурсов, тема – «Разработка научно-практических основ концепции и структуры геоэкологического мониторинга подземного пространства Санкт-Петербурга» и др., а также персональных грантов Минобразования и науки РФ, СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) для аспирантов 2005 и 2006 гг.

Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, освещались на 4 научных конференциях: Международная конференция по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», СПб., 2003; Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2004», Ухта, 2004; Ежегодная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых СПГГИ “Полезные ископаемые и их освоение”, СПб., 2006; Международная конференция «Город и геологические опасности», СПб., 2006. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 185 машинописных страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 160 наименований, содержит 48 рисунков, 37 таблиц, 4 фотографии.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность своему научному руководителю д. г.-м. н. проф. за постоянную помощь и внимание при подготовке диссертационной работы, заведующему кафедрой ГиИГ д. г.-м. н. проф. В. В Антонову, д. г.-м. н. проф. , д. г.-м. н. проф. , н. с. , асс. А. В. Шидловской, асп. , .

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Формирование и изменение инженерно-геологических и геоэкологических условий в зонах погребенных болот определяется степенью разложения органического вещества, активностью действия болотной и привнесенной микрофлоры, величиной redox-потенциала, а также характером и длительностью контаминации подземной среды из систем водоотведения.

Согласно анализу исторических документов 17-19 вв, болотные массивы занимали более половины территории будущего Санкт-Петербурга (рисунок 1). На островах дельты Невы преобладали болота низинного типа, приуроченные к участкам с минимальными абсолютными отметками земной поверхности с высоким уровнем грунтовых вод, которые затапливались при относительно небольшом подъеме уровня речных вод. В материковой части на более высоких абсолютных отметках широкое распространение имели верховые болота.