Zoning of the north-eastern part of Ufa according to the development of hazardous geological processes

Full Text

Цель работы — показать на примере выбранной площади, характеризующейся развитием опасных геологических процессов (ОГП), возможность инженерно-геологического районирования территории для градостроительного зонирования и предварительного размещения проектируемых зданий и сооружений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Основой исследований послужили материалы отчета по теме “Создание цифровой карты инженерно-геологического районирования в масштабе 1:10 000 для разработки Генерального плана Городского округа города Уфы Республики Башкортостан” (авторы: А. И. Травкин, Д. Р. Байбикова (ныне Д. Р. Епифанова), С. А. Алтынбаев).

Карта инженерно-геологического районирования (ИГР) г. Уфы в масштабе 1:10 000 составлена на основе предварительно построенных вспомогательных карт: геоморфологической, геолого-литологической (совмещенной с картой четвертичных отложений и специфических грунтов), гидрогеологической и гидрологической (с вынесенными границами затопления), проявлений ОГП.

Материалы ИГР, использованные для составления карт, были занесены в электронный банк данных: 3078 отчетов об инженерно-геологических изысканиях за 1994–2013 гг., 22817 скважин (скв.). Дополнительно пройдено 27 инженерно-геологических рекогносцировочных маршрутов суммарной протяженностью 141.3 км, дешифрировано 80 аэро- и космоснимков. Степень инженерно-геологической изученности территории достаточно высокая, но остается неравномерной по площади. Последнее выражается в том, что количество выработок на 1 км² по планшетам колеблется в среднем от 2 до 283 (при норме 16 т. н./км² для III категории сложности инженерно-геологических условий (табл. 6.1, СП 47.13330.2012 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП II-02–96. М.: Госстрой России, 2013. 90 с.).

Архивный фактический материал в виде документации горных выработок, данных геофизических, гидрогеологических, гидрологических и лабораторных исследований, использованный для построения карт города, получен в процессе многолетних инженерно-геологических изысканий. При создании цифровой карты ИГР М 1:10 000 территории г. Уфы (2013 г.) полевые работы программой не предусматривались, за исключением рекогносцировочного обследования местности, благодаря чему отчасти были восполнены пробелы в изученности территории. Тем не менее, построенные вспомогательные и итоговая карты являются схематическими.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Согласно структурно-геоморфологической схеме (рис. 1), в пределах исследуемой территории выделяются две положительные структуры южного окончания Черкассинского блока: Уфимско-Шугуровский вал, называемый Курочкиной горой, и Бельско-Шугуровский вал, разделенные долиной р. Шугуровка. С восточной стороны к Уфимско-Шугуровскому валу примыкает долина р. Уфа.

В геоморфологическом отношении большая часть (~75%) исследуемой территории занята террасированными долинами рек Шугуровка и Уфа (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Контур исследуемого участка, вынесенный на структурно-геоморфологическую схему г. Уфа 1:100 000 масштаба [1].

 

Долина р. Шугуровка представлена нерасчлененными I и II надпойменными террасами с абсолютными отметками дневной поверхностипо южной границе участка от 98 до 114 м БС, а по северной — от 114 до 129 м БС (здесь и далее минимальная и максимальная абсолютные отметки дневной поверхности геоморфологических элементов приводятся в Балтийской системе высот (абс. отм. БС)).

Долина р. Уфа представлена эродированной поверхностью I надпойменной террасы и высокой поймой. На остальной четверти территории расположены:

а) Уфа-Шугуровский вал с максимальными высотами 171 и 199 м абс. отм. БС, на южном окончании и на северной границе участка, соответственно,

б) восточное окончание Бельско-Шугуровского вала с минимальной и максимальной высотами: 129 и 137 м абс. отм. БС,

в) русло р. Шугуровка (98–108 м абс. отм. БС).

Геолого-литологическое строение является основой, определяющей развитие ОГП определённого вида, присущих только существующему набору горных пород исследуемой территории.

В региональном плане исследуемая территория сложена мощным (до 8 км) комплексом осадочных пород верхнего протерозоя, палеозоя и кайнозоя, основанием которого служит метаморфическая толща кристаллического фундамента нижнего протерозоя. Последняя осложнена субмеридиональными и субширотными разломами, с которыми сопряжены ослабленные зоны. Чаще всего в пределах этих зон и развивается большая часть проявлений ОГП [1, 3].

В практике инженерно-геологических изысканий в пределах Уфы изучается толща горных пород до глубины 60–80 м, реже — до 100 м, внедряясь в карстующиеся гипсы и ангидриты кунгурского яруса нижнепермской системы (Р₁k) на 10 и более метров.

Более молодыми являются отложения уфимского яруса, залегающие согласно на кунгурских породах той же системы (Р₁u): глины, алевролиты, песчаники и карстующиеся известняки, доломиты, мергели, мергелистые глины и загипсованные песчаники.

На пермских породах со стратиграфическим несогласием залегают неоген-четвертичные (общесыртовые N₂³–Q₁) глины и суглинки с включением щебня известняка от 10 до 40%.

Возвышенные места (Уфимско-Шугуровский и Бельско-Шугуровский валы) сложены породами нижнепермской системы (Р₁), почти везде прикрытыми лишь тонким слоем элювиально-делювиальных четвертичных отложений (еdQ) и почвенно-растительным слоем (рQ_IV). Только у юго-восточного окончания Уфимско-Шугуровского вала гипсы кунгурского яруса выходят на дневную поверхность.

В долинах рек на пермских породах залегают неоген-четвертичные глины и четвертичные аллювиальные, аллювиально-делювиальные суглинки и песчано-глинистые отложения.

Гидрогеологические условия участка до глубины регионального водоупора (гипсы и ангидриты монолитные) характеризуются развитием: а) водоносных горизонтов в четвертичных, неоген-четвертичных и кунгурских отложениях, б) водоносного комплекса в отложениях уфимского яруса.

Согласно гидродинамической классификации [1], вертикальный разрез осадочного чехла относится к зоне интенсивного водообмена, где породы находятся в сфере дренирующего влияния местной гидрографической сети: в большей степени — рек Уфа и Шугуровка, в меньшей — р. Белая. Мощность зоны интенсивного водообмена изменяется от 20–50 м под днищем долин Белой и Уфы, на водораздельных пространствах она увеличивается до 100–120 м при расположении кровли монолитных гипсов кунгурского яруса на одном уровне.

Питание подземных вод осуществляется за счет атмосферных осадков, перетоков из вышерасположенных горизонтов и подтока из-за границ территории, утечек из водонесущих коммуникаций (на застроенной территории участка); разгрузка — через выходы родников на дневной поверхности, перетоках в гипсометрически нижерасположенные отложения и в гидрогеологические “окна”. В верхней части зоны интенсивного водообмена подземные воды безнапорные, в нижней части — воды обладают напором.

Для верхней части зоны интенсивного водообмена характерны гидрокарбонатные, сульфатно-гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-сульфатные, гидрокарбонатно-хлоридные, хлоридно-гидрокарбонатные с минерализацией 0.2–1.6 г/л, для нижней части зоны — сульфатные магниево-кальциевые воды с минерализацией 1.9–4.0 г/л. Дефицит насыщения карстовых вод сульфатом кальция в уфимских и кунгурских отложениях достигает в среднем 2.0 г/л, а карбонатом — сотых долей г/л.

Экзогенные опасные геологические процессы. В пределах выбранной площади широко развиты проявления карстовых, карстово-суффозионных, эрозионных и склоновых процессов, выраженные в рельефе провалами, воронками, эрозионными формами и др. (далее: карст, карстопроявления, оползни, овраги).

Карстово-суффозионные процессы. Поскольку химически чистые карстующиеся сульфатные и карбонатные породы в природе практически не встречаются, то с карстовыми процессами обычно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффозионные явления, когда растворенная часть породы вместе с нерастворимыми частицами выносится движущимися водами.

Что же касается непосредственно карста, то на исследуемой территории имеются все 4 условия (по Д. С. Соколову [4]) для развития карстового процесса: растворимые породы, их водопроницаемость, движущиеся воды и их растворяющая способность.

Непосредственно на дневной поверхности исследуемого участка (рис. 2, 3) показаны проявления карстово-суффозионного, карстово-эрозионного и эрозионного процессов в виде: полей и одиночных воронок, а также оврагов.

На рис. 2 представлена часть рассматриваемой территории — городской квартал со схемой карстопроявлений, где за последние 30–40 лет зафиксировано 7 карстовых и карстово-суффозионных провалов различных размеров и морфологии, в том числе провал 1984 г., представленный на фото (рис. 3). Следует отметить, что в 70% случаев карстовые провалы связаны с сульфатными породами.

 

Рис. 2. Схема распространения карстопроявлений на исследуемом участке в квартале улиц Вологодской, Интернациональной, Богдана Хмельницкого, Уссурийской г. Уфа [3].

 

Рис. 3. Фото карстового провала на придомовой территории д. 193 по ул. Интернациональной. Автор Мулюков Э.И.

 

Жилые 9-этажные дома №№ 193, 193/1 и 193/2 (см. рис. 2) построены в 1972 г., а 5-этажные (№№ 187/1 и 187/2) — в 1968 г. В то время карт распространения проявлений ОГП на территории города не было, также не существовало нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территории для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах. Рекомендации по этой теме для территории СССР были изданы ПНИИСом в 1967 г., но изыскателями применяться они стали не сразу. Да и достаточного опыта изысканий в карстовых районах на то время наработано не было. Все площадки под указанные дома были признаны пригодными, без каких-либо ограничений и рекомендаций. Техногенное вмешательство в столь неблагоприятную геологическую среду городской территории без серьезных противокарстовых мероприятий не заставило долго ждать с “ответом” [6].

Карстово-эрозионный и эрозионный процессы подразделяются на склоновые, овражные и речные. Склоновым процессам на участке подвержен Уфимско-Шугуровский вал, и проявляются они в виде плоскостного и сосредоточенного смыва поверхностных рыхлых отложений потоками атмосферных осадков, образуя при этом промоины, борозды, неглубокие овраги.

Следствием эрозионного и карстово-эрозионного процессов являются два оврага на северо-западном склоне Уфимско-Шугуровского вала: ближний к северной границе — эрозионный овраг, южнее — карстово-эрозионный.

Речной эрозии подвержены берега р. Шугуровка, протекающей по участку в субмеридианальном направлении [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результатом исследования стали: а) карта районирования участка по условиям развития и проявлениям опасных геологических процессов (рис. 4), б) рекомендации по строительному освоению участка.

 

Рис. 4. Схематическая карта районирования по условиям развития опасных геологических процессов в северо-восточной части г. Уфы и условные обозначения к ней.

 

Инженерно-геологическое районирование территории г. Уфы по условиям развития ОГП основано на выделении трех таксонов, характеристика которых приведена в табл. 1.

 

Таблица 1. Характеристика таксонов районирования по ОГП территории г. Уфа

Районы	Подрайоны	Участки
I — Водораздельное плато. Уклон дневной поверхности (уклон д. п. до 8. Выработанные денудационные поверхности; полигенетические поверхности лиманно-морской равнины; останцовая поверхность высоких водоразделов. Рельеф слабо расчлененный. Подземные воды ожидаются на глубинах 4–7 м и глубже. Возможно поднятие уровня подземных вод (УПВ) на отдельных участках до глубины 2 м II — Склоны долины средней крутизны (уклон д. п. 8–15). Денудационные поверхности; останцовая поверхность водоразделов. Рельеф слабо расчлененный. Подземные воды ожидаются на глубинах 4–7 м и глубже. Возможно поднятие УПВ на отдельных участках до глубины 2 м III — Склоны долин: крутые (уклон д. п. > 15). Склоны неустойчивые относительно оползневой опасности. Подземные воды ожидаются в основном глубже 7 м IV — нерасчленённые I, II надпойменные террасы. Абс. отм. рельефа: I НПТ — 90–110 м, II НПТ: 110–122 м. Подземные воды ожидаются на глубинах от 2–4 до 4–7 м и глубже V — I надпойменная терраса и высокая пойма, периодически затапливаемые водами высоких паводков рек VII — русла больших рек; русла и поймы малых рек и ручьев, периодически затапливаемые паводковыми водами больших рек	а — tQ IV. Техногенно-насыпные образования голоцена б — lQ IV, III. Биогенные и озерно-старичные образования четвертичной системы в-aQ IV, III. Аллювиальные отложения четвертичной системы г — daQ. Делювиально- аллювиальные четвертичные отложения д — dQ. Делювиальные четвертичные отложения е — N23–Q1. Глинистые верхнеплиоценово-нижнеплейстоценовые отложения ж — N2. Глинистые отложения верхнее-неогеновой системы и — Р1u. Отложения уфимского яруса нижнепермского отдела к — Р1k. Отложения кунгурского яруса нижнепермского отдела	1 — проявления карстового процесса (воронки, провалы, понижения, пещеры) 3 — эрозионные овраги 4 — карстово- эрозионные овраги 6 — отсутствие проявлений опасных геологических процессов

 

Иерархия таксонов районирования исследуемой территории следующая:

− районы выделены (всего 6 районов) по геоморфологическим условиям территории: I, II, III, IV, V, VII;

− подрайоны ранжируются по геолого-генетическим комплексам и обозначаются на карте строчными буквами русского алфавита: a, в, г, д, е, ж, и, к;

− участки (всего 4 участка) обозначаются на карте арабскими цифрами: 1, 3, 4, 6.

На схематической карте районирования исследуемой территории по условиям развития опасных геологических процессов каждый участок обозначается трехзначным индексом, обозначающим: район, подрайон, участок. Сами участки относятся к той или иной степени их благоприятности для строительства.

Выделены два вида территорий: А — неблагоприятная, и Б — условно благоприятная, для строительства зданий и сооружений (табл. 2). На территории А строительство возможно только с мерами инженерной защиты от проявлений ОГП (профилактическим, конструктивным и укреплением грунтового основания). Последние выбираются после проведения инженерных изысканий на более детальных стадиях проектирования.

 

Таблица 2. Рекомендации по строительному освоению исследованной территории в северо-восточной части г. Уфа

Обозначение участка карте (индекс)	Возраст геолого-генетических комплексов	Характеристика проявлений опасных геологических процессов (ОГП) и прогноз их развития	Степень благоприятности для строительного освоения
			А	Б
Iи1	P1u	Карстово-суффозионные провалы, воронки, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
Iи3		Овраг эрозионный
Iи4		Овраг карстово-эрозионный
Iи6		Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности, но возможны проявления в будущем. III, IV, V категории устойчивости территории		Б
IIи4	P1u	Овраги карстово-эрозионные	А
IIи6		Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности. III, IV, V категории устойчивости территории ОИОКП		Б
IIIи1	P1u P1kg.	Карстово-суффозионные провалы, воронки, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
IIIк1		Поверхностные карстовые микроформы: каверны. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
IVа1	tQIV Грунты насыпные	Карстово-суффозионные провалы, воронки, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
IVв1	аQIV, III dа, pQ N23–Q1	Карстово-суффозионные провалы, воронки, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
IVв6		Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности. III, IV, V категории устойчивости территории ОИОКП		Б
IVг1		Карстово-суффозионные провалы, воронки, котловины, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
IVе6		Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности. IV, V категории устойчивости территории ОИОКП	А
IVг6	аQI, II	Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности. Возможны их проявления, в том числе карстово-суффозионных процессов и склоновых, на уступах террас в будущем. III, IV, V категории устойчивости территории ОИОКП		Б
Vв1	аQI	Карстово-суффозионные провалы, воронки, часто объединенные в поля. I, II категории устойчивости территории ОИОКП	А
Vв6		Отсутствие проявлений ОГП на дневной поверхности. Возможны их проявления, в том числе карстово-суффозионных процессов и склоновых, на уступах террас в будущем. III, IV, V категории устойчивости территории ОИОКП
VIIв6	аQIV	Отсутствие проявлений ОГП. Возможны их проявления, в том числе карстово-суффозионных и эрозионных (донная и боковая эрозия) процессов, в будущем. III, IV, V категории устойчивости территории ОИОКП		Б

Примечание. *Категория устойчивости территории относительно интенсивности образования карстовых провалов (ОИОКП) приведена по табл. 5.1 СП 11-105–97, ч. II.

 

На территории Б строительство возможно с мерами инженерной защиты в зависимости от вида ОГП и их проявлений.

Благоприятные территории для капитального строительства отсутствуют [6].

Рекомендации по строительному освоению участков

А — неблагоприятная территория (по проявлениям ОГП):

− требуется принятие мер по инженерной защите в зависимости от вида проявившихся ОГП (противокарстовые, противооползневые, противоэрозионные);

− в соответствии с справочным приложением Е СП 116.13330.2012, рекомендуемый характер застройки и противокарстовых мероприятий (для категорий Б и В по среднему диаметру провалов согласно СП 11-105-97, табл. 5.2) следующий:

− для территории I категории устойчивости (очень неустойчивой), к которой относятся площади “свежих” карстово-суффозионных провалов, строительство зданий и сооружений не рекомендуется;

− для территории II категории устойчивости (неустойчивой), к которой относятся площади “древних” карстово-суффозионных воронок, строительство зданий и сооружений I и II уровней ответственности не рекомендуется;

− на более детальных стадиях проектирования выполняются инженерные изыскания в соответствии с действующими нормативными документами.

Б — условно благоприятная территория (по проявлениям ОГП):

− строительство возможно без ограничений; меры по инженерной защите, конструктивным и профилактическим мероприятиям назначаются после выполнения инженерных изысканий на более детальных стадиях проектирования в зависимости от вида возможных проявлений ОГП;

− на более детальных стадиях проектирования выполняются инженерные изыскания в соответствии с действующими нормативными документами.

ВЫВОДЫ

В крупном масштабе Выполнены научно-практические исследования сложного в инженерно-геологическом отношении участка, расположенного в северо-восточной селитебной части г. Уфа. Особенностью его инженерно-геологических условий является развитие ОГП (карстовых, склоновых, суффозионных, эрозионных, затопления и их различных сочетаний). Знание этих особенностей имеет существенное значение при генеральном планировании строительных объектов в границах исследованной территории.

С учетом развития проявлений ОГП предложены рекомендации по строительному освоению территории в северо-восточной части г. Уфа, что позволит:

− сократить на предпроектном этапе затраты на реализацию проекта генплана,

− наметить размещение проектируемых зданий и сооружений,

− запроектировать необходимые и достаточные виды и объемы работ при инженерно-геологических изысканиях на более детальных стадиях.

About the authors

D. R. Epifanova

RN-BashNIPIneft LLC; RussiaNational Research Moscow State
bUniversity of Civil Engineering

Author for correspondence.
Email: oms@mgsu.ru
Russian Federation, ul. Lenina 86/1, Ufa, 450006; Yaroslavskoe shosse 26, Moscow, 129337

A. I. Travkin

SingeosResearch and Production Enterprise

Email: anatoly_tra@mail.ru
Russian Federation, Ol’khovskaya ul. 45, Moscow, 129323

O. K. Krinochkina

RN-BashNIPIneft LLC

Email: oms@mgsu.ru
Russian Federation, ul. Lenina 86/1, Ufa, 450006

References

Supplementary files